Operações-de otimização de economia de energia para uma unidade de separação de ar de 45.000 M³/h

A unidade de separação de ar (ASU) adota pré-tratamento de temperatura ambiente-de peneira molecular, resfriamento de expansão de turbina de reforço de ar, destilação de coluna-dupla e compressão interna de bomba-dupla para oxigênio líquido e nitrogênio líquido. A capacidade projetada de produção de oxigênio é de 45.000 m³/h, com compressor de ar e booster acionados por turbina a vapor na configuração "um-para{7}}dois". Sob a premissa de garantir o fornecimento estável de oxigênio e nitrogênio para unidades de gaseificação e síntese downstream, este estudo explora estratégias de-economia e redução de consumo-de energia por meio de análise de consumo de energia e medidas operacionais otimizadas. O objetivo é melhorar a eficiência geral do sistema e reduzir os custos operacionais.

 

 

 

Análise do consumo atual de energia

 

A ASU foi projetada para uma capacidade de produção de oxigênio de 45.000 m³/h, com um fluxo projetado de vapor de alta-pressão de turbina a vapor de suporte de 168 t/h, incluindo um fluxo de extração de aproximadamente 28 t/h. O compressor de ar tem potência de eixo de 21.000 kW e o booster tem potência de eixo de 18.000 kW. Os cálculos de eficiência energética indicam que a unidade compressora de ar é responsável por cerca de 95% do consumo total de energia.

Na prática, a ASU normalmente opera em torno de 36.000 m³/h, aproximadamente 80% da carga projetada, enquanto o consumo da turbina a vapor permanece em torno de 160 t/h, próximo ao nível projetado. Esta incompatibilidade entre carga e consumo de energia destaca que a chave para a poupança de energia reside na otimização do funcionamento da unidade compressora de ar.

 

Medidas de otimização

 

● Otimização da operação do expansor de turbina

A curva anti-sobretensão original do expansor foi definida muito alta e a válvula de refluxo permaneceu aberta em 15%, resultando em baixa eficiência de resfriamento. Ajustando a curva anti-sobretensão, fechando a válvula de refluxo e aumentando a abertura da palheta-guia para aumentar a velocidade do expansor, a capacidade de resfriamento da unidade é garantida, a pressão de saída do booster diminui e o consumo de vapor de alta-pressão pela turbina é reduzido.

● Melhoria do trocador de calor

A má qualidade da água circulante reduz a eficiência do trocador de calor. Ao instalar válvulas de derivação e implementar retrolavagem on-line regular, a temperatura do trocador de calor-de reforço diminuiu de 4 a 5 K, melhorando significativamente o desempenho de resfriamento do expansor. Além disso, monitorar a diferença de temperatura na extremidade térmica dos trocadores de calor de placas de baixa-pressão evita a perda de resfriamento.

●Coordenação do Compressor de Ar e Booster

Reduza adequadamente a carga do compressor de ar e diminua a velocidade, mantendo a pressão baixa-da coluna estável; reduza o ângulo da palheta guia de entrada.

Garanta filtros de ar limpos para diminuir a resistência de entrada e melhorar a eficiência da compressão.

Ajuste a abertura da válvula anti{0}}de reforço para 5% para manter as pressões estáveis ​​do segundo- e terceiro-estágios.

Otimize a pressão de descarga do compressor de ar para combinar melhor a saída da ASU com a demanda posterior.

●Ajuste da Coluna de Destilação

Ao ajustar a taxa de refluxo, o teor de oxigênio nos resíduos de nitrogênio é reduzido para 2–3%, garantindo a pureza do nitrogênio líquido na coluna inferior e melhorando a recuperação de oxigênio, o que reduz a carga do compressor de ar.

● Otimização da operação do adsorvedor de peneira molecular

Aumente o tempo de pressurização da peneira molecular para 25 minutos para reduzir as flutuações do fluxo de ar e minimizar o impacto da comutação no sistema de destilação. Mantenha a temperatura de purga a frio acima de 125 graus e estenda o ciclo de comutação de 4h para 6h para economizar o consumo de vapor e reduzir os custos operacionais.

 

Efeitos de otimização

Após a otimização, a ASU opera de forma estável e o consumo geral de energia diminui significativamente. Uma comparação dos indicadores operacionais antes e depois da otimização é mostrada na Tabela 1.

Tabela 1. Comparação dos indicadores operacionais da ASU antes e depois da otimização

 

Parâmetro operacional	Antes da otimização	Após a otimização
Consumo de vapor de alta-pressão da turbina a vapor, t/h	135	125
Pressão de descarga do compressor de ar, MPa	0.498	0.490
Pressão de saída do segundo{0}}estágio do booster, MPa	2.70	2.55
Pressão de saída do-terceiro estágio do reforço, MPa	6.6	6.3
Abertura da válvula de refluxo do expansor, %	15	0
Velocidade da turbina a vapor, r/min	4450	4250

 

Os cálculos indicam que aproximadamente 70.000 toneladas de vapor de alta-pressão podem ser economizadas anualmente, demonstrando economia-de energia e benefícios econômicos significativos.

 

Conclusão

Ao otimizar o expansor, os trocadores de calor, o compressor de ar e a coordenação do booster, as colunas de destilação e os adsorvedores de peneira molecular, a ASU alcança uma eficiência energética significativamente melhorada e custos operacionais reduzidos. As medidas-de economia de energia propostas neste estudo são aplicáveis ​​a ASUs de compressão-acionadas por turbinas-internas e têm amplo valor de promoção para síntese de amônia em grande-escala e empresas químicas de carvão, reduzindo efetivamente o consumo abrangente de energia por tonelada de amônia.