45.000 M³/h Hava Ayrıştırma Ünitesi İçin Enerji-Tasarrufu Optimizasyon İşlemleri

Hava ayırma ünitesi (ASU), sıvı oksijen ve sıvı nitrojen için moleküler elekli ortam-sıcaklığı ön işlemini, hava takviyeli türbin genleşmeli soğutmayı, çift-kolonlu damıtma ve çift-pompa dahili sıkıştırmasını kullanır. Tasarlanan oksijen üretim kapasitesi 45.000 m³/saattir; hava kompresörü ve güçlendirici, "bir-e{-iki" konfigürasyonunda bir buhar türbini tarafından çalıştırılır. Aşağı yöndeki gazlaştırma ve sentez ünitelerine istikrarlı oksijen ve nitrojen beslemesi sağlama öncülü altında bu çalışma, enerji tüketimi analizi ve optimize edilmiş operasyonel önlemler aracılığıyla enerji-tasarrufu ve tüketimi-azaltma stratejilerini araştırıyor. Amaç, genel sistem verimliliğini artırmak ve işletme maliyetlerini azaltmaktır.

 

 

 

Mevcut Enerji Tüketiminin Analizi

 

ASU, yaklaşık 28 ton/saatlik bir ekstraksiyon akışı da dahil olmak üzere, 168 ton/saatlik destekleyici bir buhar türbini yüksek-basınçlı buhar tasarım akışıyla birlikte 45.000 m³/saatlik bir oksijen üretim kapasitesi için tasarlanmıştır. Hava kompresörünün şaft gücü 21.000 kW, hidroforun şaft gücü ise 18.000 kW'tır. Enerji verimliliği hesaplamaları, hava kompresörü ünitesinin toplam enerji tüketiminin yaklaşık %95'ini oluşturduğunu göstermektedir.

Uygulamada, ASU genellikle tasarım yükünün yaklaşık %80'i olan 36.000 m³/saat civarında çalışır, buhar türbini tüketimi ise yaklaşık 160 t/saat, yani tasarım seviyesine yakın kalır. Yük ile enerji tüketimi arasındaki bu uyumsuzluk, enerji tasarrufunun anahtarının hava kompresörü ünitesinin çalışmasının optimize edilmesinde yattığını vurgulamaktadır.

 

Optimizasyon Önlemleri

 

●Türbin Genişletici Çalışma Optimizasyonu

Genişleticinin orijinal -dalgalanma önleme eğrisi çok yükseğe ayarlandı ve geri akış valfi %15'te açık kaldı, bu da düşük soğutma verimliliğine yol açtı. Anti-dalgalanma eğrisini ayarlayarak, geri akış valfini kapatarak ve genişletici hızını artırmak için kılavuz kanat açıklığını artırarak, ünitenin soğutma kapasitesi sağlanır, yükseltici çıkış basıncı azalır ve türbinin yüksek-basınçlı buhar tüketimi azaltılır.

●Isı Eşanjörü İyileştirmesi

Yetersiz sirkülasyon suyu kalitesi, ısı eşanjörünün verimliliğini azaltır. Baypas vanaları takılarak ve düzenli çevrimiçi geri yıkama uygulanarak, yükseltici uç ısı eşanjörünün sıcaklığı 4–5 K kadar düşürüldü ve genişleticinin soğutma performansı önemli ölçüde iyileştirildi. Ek olarak, düşük-basınçlı plakalı ısı eşanjörlerinin termal ucundaki sıcaklık farkının izlenmesi, soğutma kaybını önler.

●Hava Kompresörü ve Booster Koordinasyonu

Sabit düşük-kolon basıncını korurken hava kompresörü yükünü uygun şekilde azaltın ve hızı düşürün; giriş kılavuzu kanat açısını azaltın.

Giriş direncini azaltmak ve sıkıştırma verimliliğini artırmak için hava filtrelerinin temiz olmasını sağlayın.

İkinci- ve üçüncü-aşama basınçlarını sabit tutmak için yükseltici-aşırı gerilim valfi açıklığını %5'e ayarlayın.

ASU çıkışını aşağı yöndeki taleple daha iyi eşleştirmek için hava kompresörü tahliye basıncını optimize edin.

●Distilasyon Kolonu Ayarı

Geri akış oranının ayarlanmasıyla nitrojen atıklarındaki oksijen içeriği %2-3'e düşürülerek alt kolonda sıvı nitrojen saflığı sağlanır ve oksijen geri kazanımı iyileştirilir, bu da hava kompresörü yükünü azaltır.

●Moleküler Elek Adsorber Çalışma Optimizasyonu

Hava akışı dalgalanmalarını azaltmak ve damıtma sistemi üzerindeki geçiş etkisini en aza indirmek için moleküler elek basınçlandırma süresini 25 dakikaya çıkarın. Buhar tüketiminden tasarruf etmek ve işletme maliyetlerini azaltmak için soğuk temizleme sıcaklığını 125 derecenin üzerinde tutun ve değiştirme döngüsünü 4 saatten 6 saate uzatın.

 

Optimizasyon Etkileri

Optimizasyondan sonra ASU istikrarlı bir şekilde çalışır ve genel enerji tüketimi önemli ölçüde azalır. Optimizasyon öncesi ve sonrası çalışma göstergelerinin karşılaştırması Tablo 1'de gösterilmektedir.

Tablo 1. ASU Çalışma Göstergelerinin Optimizasyon Öncesi ve Sonrası Karşılaştırması

 

Çalışma Parametresi	Optimizasyondan Önce	Optimizasyondan Sonra
Buhar türbini yüksek-basınçlı buhar tüketimi, t/sa	135	125
Hava kompresörü tahliye basıncı, MPa	0.498	0.490
Güçlendirici ikinci-kademe çıkış basıncı, MPa	2.70	2.55
Güçlendirici üçüncü-aşama çıkış basıncı, MPa	6.6	6.3
Genişletici geri akış valfi açıklığı, %	15	0
Buhar türbini hızı, dev/dak	4450	4250

 

Hesaplamalar, yılda yaklaşık 70.000 ton yüksek basınçlı buhardan-tasarruf yapılabileceğini, bunun da önemli miktarda enerji-tasarrufu ve ekonomik fayda sağladığını göstermektedir.

 

Çözüm

Genişleticiyi, ısı eşanjörlerini, hava kompresörü ve güçlendirici koordinasyonunu, damıtma kolonlarını ve moleküler elek adsorberlerini optimize ederek ASU, önemli ölçüde iyileştirilmiş enerji verimliliği ve azaltılmış işletme maliyetleri elde eder. Bu çalışmada önerilen enerji-tasarrufu önlemleri, türbin-tahrikli dahili-sıkıştırmalı ASU'lar için geçerlidir ve büyük-ölçekli amonyak sentezi ve kömür kimyası işletmeleri için geniş bir tanıtım değerine sahip olup, ton amonyak başına kapsamlı enerji tüketimini etkili bir şekilde azaltır.