Operacions d'optimització d'-estalvi d'energia per a una unitat de separació d'aire de 45.000 M³/h

La unitat de separació d'aire (ASU) adopta un pretractament a -temperatura ambient amb tamís molecular, refrigeració d'expansió de turbina d'impuls d'aire, destil·lació de doble-columna i compressió interna de bomba-dual per a oxigen líquid i nitrogen líquid. La capacitat de producció d'oxigen dissenyada és de 45.000 m³/h, amb el compressor d'aire i el booster impulsats per una turbina de vapor en una configuració d'"un-a-dos". Sota la premissa d'assegurar un subministrament estable d'oxigen i nitrogen a les unitats de gasificació i síntesi aigües avall, aquest estudi explora estratègies d'estalvi-i reducció del consum-d'energia mitjançant l'anàlisi del consum d'energia i mesures operatives optimitzades. L'objectiu és millorar l'eficiència global del sistema i reduir els costos operatius.

 

 

 

Anàlisi del consum energètic actual

 

L'ASU està dissenyat per a una capacitat de producció d'oxigen de 45.000 m³/h, amb un flux de disseny de vapor d'alta pressió de la turbina de vapor de suport de 168 t/h, inclòs un cabal d'extracció d'aproximadament 28 t/h. El compressor d'aire té una potència a l'eix de 21.000 kW, i el booster té una potència a l'eix de 18.000 kW. Els càlculs d'eficiència energètica indiquen que la unitat del compressor d'aire representa aproximadament el 95% del consum total d'energia.

A la pràctica, l'ASU acostuma a funcionar a uns 36.000 m³/h, aproximadament el 80% de la càrrega de disseny, mentre que el consum de la turbina de vapor es manté aproximadament en 160 t/h, proper al nivell de disseny. Aquest desajust entre la càrrega i el consum d'energia posa de manifest que la clau de l'estalvi energètic rau en l'optimització del funcionament de la unitat del compressor d'aire.

 

Mesures d'optimització

 

●Optimització del funcionament de l'expansor de turbina

La corba anti-sobretensió original de l'expansor es va establir massa alta i la vàlvula de reflux es va mantenir oberta al 15%, la qual cosa va provocar una baixa eficiència de refrigeració. Mitjançant l'ajust de la corba anti-sobretensió, el tancament de la vàlvula de reflux i l'augment de l'obertura de la paleta guia per augmentar la velocitat de l'expansor, s'assegura la capacitat de refrigeració de la unitat, la pressió de sortida del reforç disminueix i el consum de vapor d'alta pressió-de la turbina.

●Millora de l'intercanviador de calor

La mala qualitat de l'aigua circulant redueix l'eficiència de l'intercanviador de calor. Mitjançant la instal·lació de vàlvules de derivació i la implementació del rentat a contracors en línia regular, la temperatura de l'intercanviador de calor-extrem de reforç va disminuir entre 4 i 5 K, la qual cosa va millorar significativament el rendiment de refrigeració de l'expansor. A més, el seguiment de la diferència de temperatura a l'extrem tèrmic dels intercanviadors de calor de plaques de baixa-pressió evita la pèrdua de refrigeració.

●Coordinació de compressor d'aire i booster

Reduïu adequadament la càrrega del compressor d'aire i la velocitat, mantenint una pressió de columna baixa estable; reduir l'angle de la paleta guia d'entrada.

Assegureu-vos que els filtres d'aire siguin nets per reduir la resistència d'entrada i millorar l'eficiència de la compressió.

Ajusteu l'obertura de la vàlvula anti-surtensió del reforç al 5% per mantenir les pressions estables de la segona- i la tercera-etapa.

Optimitzeu la pressió de descàrrega del compressor d'aire per adaptar millor la sortida ASU amb la demanda aigües avall.

●Ajust de la columna de destil·lació

En ajustar la relació de reflux, el contingut d'oxigen dels residus de nitrogen es redueix al 2-3%, assegurant la puresa del nitrogen líquid a la columna inferior i millorant la recuperació d'oxigen, la qual cosa redueix la càrrega del compressor d'aire.

●Optimització del funcionament de l'adsorbidor de garbells moleculars

Amplieu el temps de pressurització del tamís molecular a 25 minuts per reduir les fluctuacions del flux d'aire i minimitzar l'impacte del canvi en el sistema de destil·lació. Mantingueu la temperatura de purga en fred per sobre de 125 graus i esteneu el cicle de commutació de 4 a 6 h per estalviar consum de vapor i reduir els costos operatius.

 

Efectes d'optimització

Després de l'optimització, l'ASU funciona de manera estable i el consum global d'energia disminueix significativament. A la taula 1 es mostra una comparació dels indicadors operatius abans i després de l'optimització.

Taula 1. Comparació dels indicadors de funcionament de l'ASU abans i després de l'optimització

 

Paràmetre de funcionament	Abans de l'optimització	Després de l'optimització
Consum de vapor d'alta pressió-de la turbina de vapor, t/h	135	125
Pressió de descàrrega del compressor d'aire, MPa	0.498	0.490
Augmenta la pressió de sortida de la segona-etapa, MPa	2.70	2.55
Augmenta la pressió de sortida de la tercera-etapa, MPa	6.6	6.3
Obertura de la vàlvula de reflux expansor, %	15	0
Velocitat de la turbina de vapor, r/min	4450	4250

 

Els càlculs indiquen que es poden estalviar anualment aproximadament 70.000 t de vapor d'alta-pressió, la qual cosa demostra un estalvi d'energia-important i beneficis econòmics.

 

Conclusió

Mitjançant l'optimització de l'expansor, els intercanviadors de calor, el compressor d'aire i la coordinació del reforç, les columnes de destil·lació i els adsorbents de garbells moleculars, l'ASU aconsegueix una eficiència energètica significativament millorada i una reducció dels costos operatius. Les mesures-d'estalvi d'energia proposades en aquest estudi s'apliquen a les ASU de compressió-interna impulsades per turbines-i tenen un ampli valor de promoció per a les empreses químiques de carbó i síntesi d'amoníac a gran-escala, reduint de manera efectiva el consum integral d'energia per tona d'amoníac.