Производството на стомана изисква кислород като технологичен газ за подобряване на горенето, обработка на разтопен метал и окислителни реакции. Системата за подаване на кислород трябва да съответства на работните условия на стоманодобивния завод, включително тип на пещта, разход на кислород, изисквана чистота, захранващо налягане и производствен график.
За малка и средна нужда от кислород,PSAКислородните генератори (Адсорбция с промяна на налягането) могат да произвеждат кислород директно от сгъстен въздух чрез адсорбция на молекулярно сито. За по-големи стоманодобивни инсталации, изискващи непрекъснато подаване на кислород при стотици или хиляди Nm³/h, системите VPSA (адсорбция с промяна на вакуума) често се разглеждат, тъй като процесът на разделяне използва регенерация на вакуум и базирана на вентилатор структура за подаване на въздух. Изборът между PSA и VPSA зависи от търсенето на кислород, консумацията на енергия, условията на инсталиране и интеграцията с оборудването за производство на стомана.
При производството на стомана кислородът не е просто закупен газ. Това е част от производствения процес. Кислородната система трябва да се свързва с пещи, горелки, фурми, горивни системи или оборудване за обогатяване, като същевременно поддържа стабилен поток и налягане по време на непрекъсната работа.
Как работи PSA технологията за генериране на кислород?
PSA кислородгенераторите отделят кислорода от сгъстения въздух чрез повтарящ се процес на адсорбция и регенерация. Основният компонент на системата е адсорбционната кула, пълна със зеолитно молекулярно сито, което има различни адсорбционни характеристики за азотни и кислородни молекули.
Типичната PSA система за генериране на кислород се състои от няколко основни компонента:
| Компонент | функция |
|---|---|
| Въздушен компресор | Осигурява сгъстен въздух за процеса на разделяне |
| Система за обработка на въздуха | Отстранява масло, влага и примеси от сгъстен въздух |
| Адсорбционни кули | Съдържа материали за молекулярно сито за разделяне на азот |
| Молекулярно сито | Селективно адсорбира азотни молекули |
| Резервоар за съхранение на кислород | Стабилизира притока на кислород и налягането |
| PLC система за управление | Управлява превключването на клапаните и работата на системата |
Процесът на PSA започва, когато въздухът от околната среда влезе във въздушния компресор. След компресиране въздухът преминава през оборудване за филтриране и изсушаване за отстраняване на замърсителите. Този процес на предварителна обработка е важен, тъй като маслото и влагата могат да намалят ефективността на адсорбция на молекулярно сито и да съкратят експлоатационния живот на материала.
След това пречистеният сгъстен въздух влиза в една адсорбционна кула. При повишено налягане молекулите на азота се улавят от молекулярното сито, докато молекулите на кислорода преминават през адсорбционния слой. Полученият богат на кислород газ се събира и изпраща в резервоара за съхранение на кислород.
След определен период на работа молекулярното сито се насища с азот. След това системата превключва въздушния поток към друга адсорбционна кула, докато наситената кула навлиза в етап на регенерация. Чрез намаляване на налягането адсорбираният азот се освобождава, което позволява на молекулярното сито да възстанови своя адсорбционен капацитет.
Чрез автоматично превключване между циклите на адсорбция и регенерация, PSA системите могат непрекъснато да произвеждат кислород.
Генераторите на кислород PSA обикновено осигуряват нива на чистота на кислорода около 90–95%. Крайната чистота зависи от качеството на молекулярното сито, работното налягане, условията на въздушния поток и конфигурацията на системата.
Как работи технологията за генериране на кислород VPSA?
VPSA кислородгенераторите използват същия основен принцип на разделяне на молекулярно сито, но прилагат технология за регенериране с помощта на вакуум. Основната разлика е в начина, по който се доставя въздух и как се регенерира адсорбционният материал.
Вместо да използват сгъстен въздух под високо налягане като основна движеща сила, системите VPSA обикновено използват вентилатори за осигуряване на въздух с ниско налягане и вакуумни помпи за отстраняване на азот по време на регенерация.
Оперативният процес на VPSA включва:
Околният въздух влиза в системата през вентилатор.
Въздухът преминава през адсорбционни слоеве, съдържащи молекулно сито.
Молекулите на азота се адсорбират, докато кислородът преминава.
Богат на кислород газ се събира като кислороден продукт.
Вакуумните помпи отстраняват азота от молекулярното сито по време на регенерацията.
Циклите на адсорбция и регенерация продължават автоматично.
Тъй като системите VPSA работят при условия на по-ниско налягане, те намаляват зависимостта от оборудване за компресиране на въздух под високо налягане. Този метод на работа прави VPSA подходящ за приложения, изискващи голям капацитет за производство на кислород и непрекъсната работа.
В големите съоръжения за производство на стомана системите VPSA често са проектирани с множество адсорбционни единици, вентилатори с голям капацитет, вакуумно оборудване и централизирани системи за управление. Тези конфигурации позволяват на системата да осигури стабилен изход на кислород за процеси с висока консумация.
Какви са основните разлики между PSA и VPSA кислородни генератори?
Въпреки че генераторите на кислород PSA и VPSA са базирани на подобна технология за адсорбция, дизайнът на техните системи създава разлики в обхвата на приложение и работните характеристики.
| Елемент за сравнение | Генератор на кислород PSA | Генератор на кислород VPSA |
|---|---|---|
| Въздушен източник | Въздух под налягане | Въздух под ниско налягане от вентилатор |
| Метод на регенерация | Намаляване на налягането | Вакуумна регенерация |
| Основно оборудване | Компресор, изсушител, филтри | Вентилатор, вакуумна помпа |
| Работно налягане | По-високо налягане | По-ниско налягане |
| Капацитет на системата | Малък до среден капацитет | Среден до много голям капацитет |
| Инсталационно пространство | По-компактен | Изисква по-голяма площ |
| Енергийна производителност | Подходящ за умерена мощност | Подходящ за голямо непрекъснато производство |
| Типично приложение | Общо промишлено използване на кислород | Големи стоманодобивни и тежки индустрии |
Основната разлика не е способността за отделяне на кислород, а мащабът на системата и работните условия. Системите PSA обикновено се избират, когато търсенето на кислород е умерено и гъвкавостта на монтажа е важна. Системите VPSA са по-подходящи, когато потреблението на кислород достигне голям индустриален мащаб и потреблението на енергия стане основно съображение.
Изисквания за кислород в едромащабното производство на стомана
Производството на стомана включва няколко процеса, при които кислородът играе критична роля.
При BOF производството на стомана кислородът се инжектира в разтопеното желязо, за да окисли въглерода и да премахне нежеланите елементи. Дебитът на кислорода, чистотата и стабилността влияят върху процеса на рафиниране.
Тъй като конверторните операции изискват непрекъснато подаване на кислород по време на производствените цикли, системите за генериране на кислород трябва да поддържат стабилни условия на изход.
Работата в доменните пещи може да използва обогатяване с кислород за увеличаване на концентрацията на кислород в подавания въздух. Това може да повлияе на условията на горене и работата на пещта.
Големите стоманодобивни заводи обикновено изискват значителни обеми кислород за процесите на обогатяване, което прави системите за генериране на кислород с голям капацитет важни.
Електрическите дъгови пещи използват електрическа енергия за топене на стоманен скрап. Кислородът може да се използва за подпомагане на горенето, въглеродно окисляване и оптимизиране на процеса.
Потребността от кислород зависи от размера на пещта, скоростта на производство и методите на работа.
Кислородът се използва и в приложения за производство на стомана, рязане и термична обработка. В сравнение с първичните процеси за производство на стомана, тези приложения обикновено изискват по-малки обеми кислород, но все пак се нуждаят от стабилно качество на доставките.
Защо системите VPSA често се считат за големи заводи за стомана?
За големите стоманодобивни заводи консумацията на кислород е един от най-важните фактори при избора на технология за производство.
Системите VPSA често се разглеждат за широкомащабни приложения, тъй като техният дизайн е фокусиран върху производството на кислород в голям обем. Използването на вентилатори и вакуумно регенериране позволява на системата да работи ефективно при условия, при които търсенето на кислород остава високо за продължителни периоди.
Големите стоманени съоръжения обикновено имат:
- Графици за непрекъснато производство
- Висока консумация на кислород
- Строги изисквания за стабилност на доставките
- Дълги работни часове на оборудването
- Търсене на намалени оперативни разходи
При тези условия оборудването за генериране на кислород трябва да балансира производствения капацитет и консумацията на енергия.
Окончателният избор между PSA и VPSA обаче трябва да се основава на действителните условия на предприятието, а не само на производствения мащаб. Фактори като цена на електроенергия, пространство за инсталиране, модел на потребление на кислород и възможности за поддръжка също трябва да бъдат взети предвид.
Сравнение на потреблението на енергия между системите PSA и VPSA
Потреблението на енергия е важно съображение при промишленото генериране на кислород, тъй като производството на стомана вече изисква значително влагане на енергия.
PSA системите разчитат на въздушни компресори за увеличаване на въздушното налягане. Консумацията на енергия на компресора се увеличава с увеличаване на капацитета за производство на кислород. За по-малки и средни нужди от кислород тази структура може да осигури практично решение.
Системите VPSA използват вентилатори и вакуумни помпи вместо компресори с високо налягане. При големи приложения за производство на кислород този метод на работа с по-ниско налягане може да намали консумацията на енергия за единица произведен кислород.
Няколко фактора влияят на действителната енергийна ефективност:
| Фактор | Ефект |
|---|---|
| Изход на кислород | По-високото производство изисква по-голям капацитет за обработка на въздуха |
| Чистота на кислорода | По-високите изисквания за чистота могат да повлияят на работата на системата |
| Състояние на молекулярното сито | Стареещите материали могат да намалят ефективността на разделяне |
| Качество на предварителната обработка на въздуха | Влагата и замърсяването с масло влияят върху ефективността на адсорбцията |
| Работно време | Непрекъснатата работа увеличава въздействието на енергийната ефективност |
Следователно производителите на стомана трябва да оценят системите за генериране на кислород въз основа на дългосрочни работни условия, вместо само да сравняват първоначалните спецификации на оборудването.
Какво трябва да обмислят производителите на стомана, преди да изберат кислороден генератор?
Изборът на генератор на кислород изисква анализ както на техническите, така и на експлоатационните изисквания.
Необходимият дебит на кислород е първият фактор, който трябва да се оцени. Производителите трябва да вземат предвид нормалното производствено търсене, пиковото потребление и възможно бъдещо разширяване.
Различните стоманени процеси изискват различни кислородни условия. Оборудването трябва да бъде конфигурирано според изискванията на пещта, дизайна на тръбопровода и параметрите на процеса.
Системите PSA и VPSA изискват различни оформления. Системите PSA изискват място за компресори и оборудване за обработка на въздуха, докато системите VPSA изискват по-големи площи за вентилатори, вакуумни помпи и адсорбционни единици.
Системите за генериране на кислород изискват редовна проверка на филтри, клапани, материали за молекулярно сито и контролни компоненти. Правилната поддръжка помага да се поддържа стабилно производство на кислород.
Съвременните промишлени генератори на кислород обикновено включват PLC системи за управление, мониторинг на налягането, откриване на чистота, алармени функции и опции за дистанционна комуникация. Тези функции помагат на операторите да наблюдават състоянието на оборудването по време на непрекъснато производство.
Производство и промишлени приложения на генератор на кислород NEWTEK
НЮТЕКсе фокусира върху промишлени системи за генериране на кислород PSA, системи за генериране на азот PSA и свързано оборудване за компресиране и пречистване на въздуха. Компанията предоставя решения за генериране на газ на място, предназначени за промишлени потребители, изискващи непрекъснато снабдяване с газ.
Проектирането на система за генериране на кислород включва множество технически аспекти, включително предварителна обработка на въздуха, конфигурация на процеса на адсорбция, съхранение на кислород, автоматично управление на клапана и системна интеграция. NEWTEK разработва конфигурации на оборудването според изискванията на различни приложения, включително скорост на потока кислород, ниво на чистота, условия на налягане и среда на инсталиране.
За индустрии като производство на стомана, металообработка и други приложения, които консумират кислород, компанията се фокусира върху съпоставянето на производителността на оборудването с действителните работни условия. Конфигурацията на системата, стабилността на производството и изискванията за дългосрочна работа се вземат предвид по време на процеса на проектиране на оборудването.
Чрез интегриране на технологията за отделяне на кислород с дизайна на промишлена газова система, NEWTEK подкрепя клиентите при установяването на системи за доставка на кислород на място, подходящи за непрекъсната производствена среда
Заключение
Генераторите на кислород PSA и VPSA използват технология за адсорбция на молекулярно сито за производство на кислород от въздуха, но са проектирани за различни индустриални изисквания.
Генераторите на кислород PSA обикновено са подходящи за приложения, изискващи умерен капацитет за производство на кислород, гъвкава инсталация и модулна конфигурация. Генераторите на кислород VPSA са по-подходящи за широкомащабно производство на стомана, където търсенето на кислород е високо и се изисква непрекъсната работа.
За производителите на стомана изборът на подходяща технология за генериране на кислород изисква оценка на консумацията на кислород, производствените процеси, потреблението на енергия, условията на инсталиране и бъдещите планове за разширяване. Правилно проектираната система за генериране на кислород може да осигури стабилно снабдяване с кислород на място и да поддържа непрекъснатата работа на модерни съоръжения за производство на стомана.
