Energia-Operacje optymalizacyjne w zakresie oszczędzania energii dla jednostki separacji powietrza o wydajności 45 000 M³/h

Jednostka separacji powietrza (ASU) wykorzystuje wstępną obróbkę przy użyciu sita molekularnego-w temperaturze otoczenia, chłodzenie rozprężne turbiny doładowującej powietrzem, destylację-w dwóch kolumnach oraz wewnętrzne sprężanie ciekłego tlenu i ciekłego azotu za pomocą dwóch-pomp. Projektowana wydajność produkcji tlenu wynosi 45 000 m³/h, przy czym sprężarka powietrza i wzmacniacz są napędzane przez turbinę parową w konfiguracji „jeden-do-dwóch”. Wychodząc z założenia zapewnienia stabilnych dostaw tlenu i azotu do dalszych jednostek zgazowania i syntezy, w niniejszym badaniu zbadano strategie-oszczędności i redukcji zużycia energii- poprzez analizę zużycia energii i zoptymalizowane środki operacyjne. Celem jest poprawa ogólnej wydajności systemu i zmniejszenie kosztów operacyjnych.

 

 

 

Analiza bieżącego zużycia energii

 

ASU zaprojektowano z myślą o wydajności produkcji tlenu wynoszącej 45 000 m3/h, z projektowym przepływem pary-pod wysokim ciśnieniem w turbinie parowej wspomagającej wynoszącym 168 t/h, w tym przepływem ekstrakcyjnym wynoszącym około 28 t/h. Sprężarka powietrza ma moc na wale 21 000 kW, a wzmacniacz ma moc na wale 18 000 kW. Obliczenia efektywności energetycznej wskazują, że sprężarka powietrza odpowiada za około 95% całkowitego zużycia energii.

W praktyce ASU zwykle pracuje z wydajnością około 36 000 m3/h, co stanowi około 80% obciążenia projektowego, podczas gdy zużycie turbiny parowej utrzymuje się na poziomie około 160 t/h, blisko poziomu projektowego. Ta rozbieżność między obciążeniem a zużyciem energii podkreśla, że ​​kluczem do oszczędzania energii jest optymalizacja pracy sprężarki powietrza.

 

Środki optymalizacyjne

 

●Optymalizacja działania ekspandera turbiny

Oryginalna krzywa przeciwprzepięciowa ekspandera została ustawiona zbyt wysoko, a zawór zwrotny pozostał otwarty na 15%, co skutkowało niską wydajnością chłodzenia. Dostosowując krzywą-przeciwprzepięciową, zamykając zawór zwrotny i zwiększając otwarcie łopatek kierujących w celu zwiększenia prędkości rozprężacza, zapewniona jest wydajność chłodnicza urządzenia, ciśnienie wylotowe wzmacniacza spada, a-zmniejsza się zużycie pary pod wysokim ciśnieniem przez turbinę.

●Ulepszenie wymiennika ciepła

Zła jakość wody obiegowej zmniejsza wydajność wymiennika ciepła. Dzięki zainstalowaniu zaworów obejściowych i regularnemu płukaniu wstecznemu w trybie online temperatura-końcowego wymiennika ciepła urządzenia wspomagającego spadła o 4–5 K, znacznie poprawiając wydajność chłodzenia ekspandera. Dodatkowo monitorowanie różnicy temperatur na końcu termicznym nisko-płytowych wymienników ciepła zapobiega utracie chłodzenia.

●Koordynacja sprężarki powietrza i wzmacniacza

Odpowiednio zmniejsz obciążenie sprężarki powietrza i niższą prędkość, utrzymując stabilne, niskie-ciśnienie w kolumnie; zmniejszyć kąt łopatek kierujących wlotu.

Zapewnij czyste filtry powietrza, aby obniżyć opór wlotowy i poprawić wydajność sprężania.

Wyreguluj otwarcie-zaworu przeciwprzepięciowego urządzenia wspomagającego na 5%, aby utrzymać stabilne ciśnienie drugiego- i trzeciego-stopnia.

Zoptymalizuj ciśnienie tłoczenia sprężarki powietrza, aby lepiej dopasować moc wyjściową ASU do zapotrzebowania na dalszych etapach.

●Regulacja kolumny destylacyjnej

Dostosowując współczynnik refluksu, zawartość tlenu w odpadach azotowych zmniejsza się do 2–3%, zapewniając czystość ciekłego azotu w dolnej kolumnie i poprawiając odzysk tlenu, co zmniejsza obciążenie sprężarki powietrza.

●Optymalizacja działania adsorbera z sitami molekularnymi

Wydłuż czas zwiększania ciśnienia na sicie molekularnym do 25 minut, aby zmniejszyć wahania przepływu powietrza i zminimalizować wpływ przełączania na system destylacji. Utrzymuj temperaturę zimnego oczyszczania powyżej 125 stopni i wydłuż cykl przełączania z 4 do 6 godzin, aby zaoszczędzić zużycie pary i zmniejszyć koszty operacyjne.

 

Efekty optymalizacji

Po optymalizacji ASU działa stabilnie, a ogólne zużycie energii znacznie spada. Porównanie wskaźników operacyjnych przed i po optymalizacji przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Porównanie wskaźników pracy ASU przed i po optymalizacji

 

Parametr operacyjny	Przed optymalizacją	Po optymalizacji
Zużycie pary pod wysokim ciśnieniem w turbinie parowej-, t/h	135	125
Ciśnienie tłoczenia sprężarki powietrza, MPa	0.498	0.490
Ciśnienie wylotowe drugiego-stopnia wzmacniacza, MPa	2.70	2.55
Ciśnienie wylotowe trzeciego-stopnia wzmacniacza, MPa	6.6	6.3
Otwarcie zaworu zwrotnego ekspandera,%	15	0
Prędkość turbiny parowej, obr./min	4450	4250

 

Obliczenia wskazują, że rocznie można zaoszczędzić około 70 000 t pary-wysokociśnieniowej, co oznacza znaczną-oszczędność energii i korzyści ekonomiczne.

 

Wniosek

Optymalizując ekspander, wymienniki ciepła, koordynację sprężarki powietrza i wzmacniacza, kolumny destylacyjne i adsorbery z sitami molekularnymi, ASU osiąga znacznie lepszą efektywność energetyczną i obniżone koszty operacyjne. Środki-oszczędności energii zaproponowane w tym badaniu mają zastosowanie do jednostek ASU-z wewnętrznym-sprężarką napędzanych turbiną i mają szeroką wartość promocyjną dla dużych-przedsiębiorstw zajmujących się syntezą amoniaku i chemią węgla, skutecznie zmniejszając całkowite zużycie energii na tonę amoniaku.