Terase tootmine vajab hapnikku kui protsessigaasi põlemise parandamiseks, sulametalli töötlemiseks ja oksüdatsioonireaktsioonideks. Hapnikuvarustussüsteem peab vastama terasetehase töötingimustele, sealhulgas ahju tüübile, hapnikutarbimise määrale, nõutavale puhtusastmele, toiterõhule ja tootmisgraafikule.
Väikese ja keskmise hapnikuvajaduse korralPSA(Pressure Swing Adsorption) hapnikugeneraatorid suudavad toota hapnikku otse suruõhust läbi molekulaarsõela adsorptsiooni. Suuremate terasetehaste puhul, mis vajavad pidevat hapnikuvarustust sadade või tuhandete Nm³/h juures, kaalutakse sageli VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption) süsteeme, kuna eraldusprotsess kasutab vaakumregenereerimist ja puhuripõhist õhuvarustusstruktuuri. Valik PSA ja VPSA vahel sõltub hapnikuvajadusest, energiatarbimisest, paigaldustingimustest ja integratsioonist terasetootmisseadmetega.
Terase tootmisel ei ole hapnik lihtsalt ostetud gaas. See on osa tootmisprotsessist. Hapnikusüsteem peab olema ühendatud ahjude, põletite, torude, põlemissüsteemide või rikastusseadmetega, säilitades samal ajal stabiilse voolu ja rõhu pideva töötamise ajal.
Kuidas PSA hapniku tootmise tehnoloogia töötab?
PSA hapnikgeneraatorid eraldavad hapnikku suruõhust korduva adsorptsiooni- ja regenereerimisprotsessi kaudu. Süsteemi põhikomponent on tseoliidi molekulaarsõelaga täidetud adsorptsioonitorn, millel on erinevad lämmastiku- ja hapnikumolekulide adsorptsiooniomadused.
Tüüpiline PSA hapniku tootmise süsteem koosneb mitmest põhikomponendist:
| Komponent | Funktsioon |
|---|---|
| Õhukompressor | Tagab suruõhku eraldusprotsessi jaoks |
| Õhupuhastussüsteem | Eemaldab suruõhust õli, niiskuse ja mustuse |
| Adsorptsioonitornid | Sisaldab molekulaarsõela materjale lämmastiku eraldamiseks |
| Molekulaarsõel | Adsorbeerib selektiivselt lämmastiku molekule |
| Hapniku säilituspaak | Stabiliseerib hapniku voolu ja rõhku |
| PLC juhtimissüsteem | Juhib ventiilide lülitamist ja süsteemi tööd |
PSA protsess algab siis, kui välisõhk siseneb õhukompressorisse. Pärast kokkusurumist läbib õhk saasteainete eemaldamiseks filtreerimis- ja kuivatusseadmeid. See eeltöötlusprotsess on oluline, kuna õli ja niiskus võivad vähendada molekulaarsõela adsorptsiooni jõudlust ja lühendada materjali kasutusiga.
Seejärel siseneb puhastatud suruõhk ühte adsorptsioonitorni. Suurenenud rõhu all püütakse molekulaarsõela kinni lämmastiku molekulid, samal ajal kui hapniku molekulid läbivad adsorptsioonikihti. Saadud hapnikurikas gaas kogutakse kokku ja suunatakse hapnikumahutisse.
Pärast teatud tööperioodi küllastub molekulaarsõel lämmastikuga. Seejärel lülitab süsteem õhuvoolu teisele adsorptsioonitornile, samal ajal kui küllastunud torn siseneb regenereerimisetappi. Rõhu vähendamisel vabaneb adsorbeeritud lämmastik, mis võimaldab molekulaarsõelal taastada oma adsorptsioonivõime.
Adsorptsiooni- ja regenereerimistsüklite vahelise automaatse ümberlülitamise kaudu saavad PSA-süsteemid pidevalt hapnikku toota.
PSA hapnikugeneraatorid tagavad tavaliselt hapniku puhtuse taseme umbes 90–95%. Lõplik puhtus sõltub molekulaarsõela kvaliteedist, töörõhust, õhuvoolu tingimustest ja süsteemi konfiguratsioonist.
Kuidas VPSA hapniku tootmise tehnoloogia töötab?
VPSA hapnikgeneraatorid kasutavad sama molekulaarsõelal eraldamise põhimõtet, kuid kasutavad vaakum-toega regenereerimise tehnoloogiat. Peamine erinevus seisneb õhu tarnimises ja adsorptsioonimaterjali regenereerimises.
Selle asemel, et kasutada peamise liikumapaneva jõuna kõrgsurve suruõhku, kasutavad VPSA süsteemid üldiselt puhureid madala rõhuga õhu tagamiseks ja vaakumpumpasid lämmastiku eemaldamiseks regenereerimise ajal.
VPSA tööprotsess hõlmab järgmist:
Välisõhk siseneb süsteemi läbi puhuri.
Õhk läbib molekulaarsõela sisaldavaid adsorptsioonikihte.
Lämmastiku molekulid adsorbeeritakse hapniku läbimise ajal.
Hapnikurikas gaas kogutakse toote hapnikuna.
Vaakumpumbad eemaldavad regenereerimise käigus molekulaarsõelast lämmastiku.
Adsorptsiooni- ja regenereerimistsüklid jätkuvad automaatselt.
Kuna VPSA süsteemid töötavad madalama rõhu tingimustes, vähendavad nad sõltuvust kõrgsurveõhu kokkusurumisseadmetest. See töömeetod muudab VPSA sobivaks rakendustele, mis nõuavad suurt hapniku tootmisvõimsust ja pidevat tööd.
Suurtes terase tootmisrajatistes on VPSA süsteemid sageli projekteeritud mitme adsorptsiooniseadme, suure võimsusega puhurite, vaakumseadmete ja tsentraliseeritud juhtimissüsteemidega. Need konfiguratsioonid võimaldavad süsteemil tagada stabiilse hapnikuväljundi suure tarbimisega protsesside jaoks.
Millised on peamised erinevused PSA ja VPSA hapnikugeneraatorite vahel?
Kuigi PSA ja VPSA hapnikugeneraatorid põhinevad sarnasel adsorptsioonitehnoloogial, tekitavad nende süsteemi konstruktsioonid erinevusi kasutusalas ja tööomadustes.
| Võrdlusüksus | PSA hapnikugeneraator | VPSA hapnikugeneraator |
|---|---|---|
| Õhuallikas | Suruõhk | Madala rõhuga õhk puhurist |
| Regenereerimismeetod | Surve vähendamine | Vaakumregenereerimine |
| Peamine varustus | Kompressor, kuivati, filtrid | Puhur, vaakumpump |
| Töörõhk | Kõrgem rõhk | Madalam rõhk |
| Süsteemi võimsus | Väikese kuni keskmise mahutavusega | Keskmine kuni väga suur võimsus |
| Paigaldusruum | Kompaktsem | Nõuab suuremat ala |
| Energiatõhusus | Sobib mõõduka väljundiga | Sobib suureks pidevaks tootmiseks |
| Tüüpiline rakendus | Üldine tööstuslik hapnikukasutus | Suured terase- ja rasketööstused |
Peamine erinevus ei ole hapniku eraldamise võime, vaid süsteemi ulatus ja töötingimused. PSA-süsteemid valitakse tavaliselt siis, kui hapnikutarve on mõõdukas ja paigaldamise paindlikkus on oluline. VPSA süsteemid on sobivamad, kui hapnikutarbimine jõuab suure tööstusliku mastaabini ja energiakulu muutub oluliseks kaalutluseks.
Hapnikuvajadused suuremahulises terasetööstuses
Terase tootmine hõlmab mitmeid protsesse, kus hapnik mängib kriitilist rolli.
BOF-terase tootmisel süstitakse hapnikku sula rauda, et oksüdeerida süsinik ja eemaldada soovimatud elemendid. Rafineerimisprotsessi mõjutavad hapniku voolukiirus, puhtus ja stabiilsus.
Kuna BOF-i toimingud nõuavad tootmistsüklite ajal pidevat hapnikuvarustust, peavad hapnikutootmissüsteemid säilitama stabiilsed väljundtingimused.
Kõrgahju töödel võib hapniku kontsentratsiooni suurendamiseks õhuvarustuses kasutada hapniku rikastamist. See võib mõjutada põlemistingimusi ja ahju jõudlust.
Suured terasetehased vajavad tavaliselt rikastamisprotsesside jaoks märkimisväärseid hapnikukoguseid, mistõttu on olulised suure võimsusega hapnikutootmissüsteemid.
Elektrikaarahjud kasutavad terasejäätmete sulatamiseks elektrienergiat. Hapnikku saab kasutada põlemise toetamiseks, süsiniku oksüdeerimiseks ja protsessi optimeerimiseks.
Hapnikuvajadus sõltub ahju suurusest, tootmiskiirusest ja töömeetoditest.
Hapnikku kasutatakse ka terase valmistamisel, lõikamisel ja termilisel töötlemisel. Võrreldes esmaste terasetootmisprotsessidega nõuavad need rakendused tavaliselt väiksemat hapnikumahtu, kuid vajavad siiski stabiilset tarnekvaliteeti.
Miks kaalutakse VPSA süsteeme sageli suurte terasetehaste jaoks?
Suurte terasetehaste puhul on hapnikutarbimine tootmistehnoloogia valikul üks olulisemaid tegureid.
VPSA-süsteeme kaalutakse sageli suuremahuliste rakenduste jaoks, kuna nende disain on keskendunud suuremahulisele hapniku tootmisele. Puhurite ja vaakumregeneratsiooni kasutamine võimaldab süsteemil tõhusalt töötada tingimustes, kus hapnikutarve püsib pikka aega kõrge.
Suurtel terasehitistel on tavaliselt:
- Pidevad tootmisgraafikud
- Suur hapnikutarbimine
- Ranged nõuded tarne stabiilsusele
- Seadmete pikad töötunnid
- Nõudlus väiksemate tegevuskulude järele
Nendes tingimustes peavad hapniku tootmise seadmed tasakaalustama tootmisvõimsust ja energiatarbimist.
Lõplik valik PSA ja VPSA vahel peaks siiski põhinema tegelikel taimetingimustel, mitte ainult tootmismahul. Arvesse tuleks võtta ka selliseid tegureid nagu elektrikulu, paigaldusruum, hapnikutarbe muster ja hooldusvõime.
PSA ja VPSA süsteemide energiatarbimise võrdlus
Energiatarbimine on tööstusliku hapniku tootmisel oluline aspekt, sest terase tootmine nõuab juba praegu märkimisväärset energiasisendit.
PSA-süsteemid toetuvad õhurõhu suurendamiseks õhukompressoritele. Kompressori võimsustarve suureneb hapniku tootmisvõimsuse kasvades. Väiksema ja keskmise hapnikuvajaduse korral võib see struktuur pakkuda praktilist lahendust.
VPSA süsteemid kasutavad kõrgsurvekompressorite asemel puhureid ja vaakumpumpasid. Suurtes hapnikutootmisrakendustes võib see madalama rõhuga töömeetod vähendada energiatarbimist toodetud hapnikuühiku kohta.
Tegelikku energiatõhusust mõjutavad mitmed tegurid:
| tegur | Mõju |
|---|---|
| Hapniku väljund | Suurem tootmine nõuab suuremat õhukäitlusvõimsust |
| Hapniku puhtus | Kõrgemad puhtusnõuded võivad mõjutada süsteemi tööd |
| Molekulaarsõela seisund | Vananevad materjalid võivad vähendada eraldamise tõhusust |
| Õhu eeltöötluse kvaliteet | Niiskus ja õli saastumine mõjutavad adsorptsiooni jõudlust |
| Tööajad | Pidev töötamine suurendab energiatõhususe mõju |
Seetõttu peaksid terasetootjad hindama hapniku tootmise süsteeme pikaajaliste töötingimuste põhjal, selle asemel, et võrrelda seadme esialgseid spetsifikatsioone.
Mida peaksid terasetootjad enne hapnikugeneraatori valimist arvestama?
Hapnikugeneraatori valimine nõuab nii tehniliste kui ka töönõuete analüüsi.
Vajalik hapniku voolukiirus on esimene tegur, mida hinnata. Tootjad peavad arvestama tavapärast tootmisnõudlust, tipptarbimist ja võimalikku tulevast laienemist.
Erinevad teraseprotsessid nõuavad erinevaid hapnikutingimusi. Seadmed tuleks konfigureerida vastavalt ahju nõuetele, torujuhtme konstruktsioonile ja protsessi parameetritele.
PSA ja VPSA süsteemid nõuavad erinevat paigutust. PSA-süsteemid vajavad ruumi kompressorite ja õhutöötlusseadmete jaoks, VPSA-süsteemid aga suuremaid alasid puhurite, vaakumpumpade ja adsorptsiooniseadmete jaoks.
Hapniku genereerimissüsteemid nõuavad filtrite, ventiilide, molekulaarsõela materjalide ja juhtkomponentide regulaarset kontrolli. Õige hooldus aitab säilitada stabiilse hapnikutootmise.
Kaasaegsed tööstuslikud hapnikugeneraatorid sisaldavad tavaliselt PLC juhtimissüsteeme, rõhu jälgimist, puhtuse tuvastamist, häirefunktsioone ja kaugsidevõimalusi. Need funktsioonid aitavad operaatoritel pideva tootmise ajal seadmete olekut jälgida.
NEWTEK hapnikugeneraatorite tootmine ja tööstuslikud rakendused
NEWTEKkeskendub tööstuslikele PSA hapniku genereerimise süsteemidele, PSA lämmastiku genereerimise süsteemidele ja nendega seotud õhu kokkusurumis- ja puhastusseadmetele. Ettevõte pakub kohapealseid gaasitootmislahendusi, mis on mõeldud pidevat gaasivarustust vajavatele tööstuskasutajatele.
Hapnikutootmissüsteemi projekteerimine hõlmab mitmeid tehnilisi aspekte, sealhulgas õhu eeltöötlust, adsorptsiooniprotsessi konfiguratsiooni, hapniku salvestamist, automaatset klapi juhtimist ja süsteemi integreerimist. NEWTEK töötab välja seadmete konfiguratsioonid vastavalt erinevatele rakendusnõuetele, sealhulgas hapniku voolukiirusele, puhtuse tasemele, rõhutingimustele ja paigalduskeskkonnale.
Sellistes tööstusharudes nagu terase tootmine, metallitöötlemine ja muud hapnikku tarbivad rakendused keskendub ettevõte seadmete jõudluse vastavusseviimisele tegelike töötingimustega. Seadmete projekteerimisel võetakse arvesse süsteemi konfiguratsiooni, tootmise stabiilsust ja pikaajalise töö nõudeid.
Integreerides hapniku eraldamise tehnoloogia tööstusliku gaasisüsteemi disainiga, toetab NEWTEK kliente pideva tootmiskeskkonna jaoks sobivate kohapealsete hapnikuvarustussüsteemide loomisel.
Järeldus
Nii PSA kui ka VPSA hapnikugeneraatorid kasutavad õhust hapniku tootmiseks molekulaarsõeladsorptsiooni tehnoloogiat, kuid need on mõeldud erinevatele tööstuslikele nõuetele.
PSA hapnikugeneraatorid sobivad tavaliselt rakendustesse, mis nõuavad mõõdukat hapniku tootmisvõimsust, paindlikku paigaldust ja modulaarset konfiguratsiooni. VPSA hapnikugeneraatorid sobivad rohkem terase suuremahuliseks tootmiseks, kus hapnikutarve on suur ja vajalik pidev töö.
Terasetootjate jaoks nõuab sobiva hapniku tootmise tehnoloogia valimine hapnikutarbimise, tootmisprotsesside, energiakasutuse, paigaldustingimuste ja tulevaste laienemisplaanide hindamist. Õigesti kavandatud hapnikutootmissüsteem võib pakkuda stabiilset kohapealset hapnikuvarustust ja toetada kaasaegsete terasetootmisseadmete pidevat tööd.
