Energie-Besparing van optimalisatiewerkzaamheden voor een luchtscheidingseenheid van 45.000 m³/u

De luchtscheidingseenheid (ASU) maakt gebruik van moleculaire zeef-voorbehandeling op de omgevingstemperatuur-, luchtboost-turbine-expansiekoeling, dubbele-kolomdestillatie en dubbele- interne pompcompressie voor vloeibare zuurstof en vloeibare stikstof. De ontworpen zuurstofproductiecapaciteit bedraagt ​​45.000 m³/u, waarbij de luchtcompressor en booster worden aangedreven door een stoomturbine in een "één-tot-twee"-configuratie. Met als uitgangspunt het garanderen van een stabiele zuurstof- en stikstoftoevoer naar stroomafwaartse vergassings- en synthese-eenheden, onderzoekt dit onderzoek strategieën voor energiebesparing en -verbruik- door middel van analyse van energieverbruik en geoptimaliseerde operationele maatregelen. Het doel is om de algehele systeemefficiëntie te verbeteren en de bedrijfskosten te verlagen.

 

 

 

Analyse van het huidige energieverbruik

 

De ASU is ontworpen voor een zuurstofproductiecapaciteit van 45.000 m³/u, met een ondersteunende stoomturbine met hoge-drukstoomontwerpstroom van 168 t/u, inclusief een extractiestroom van ongeveer 28 t/u. De luchtcompressor heeft een asvermogen van 21.000 kW, de booster een asvermogen van 18.000 kW. Energie-efficiëntieberekeningen geven aan dat de luchtcompressorunit ongeveer 95% van het totale energieverbruik voor zijn rekening neemt.

In de praktijk draait de ASU doorgaans rond de 36.000 m³/u, ongeveer 80% van de ontwerpbelasting, terwijl het stoomturbineverbruik op ongeveer 160 t/u blijft, dicht bij het ontwerpniveau. Deze discrepantie tussen belasting en energieverbruik benadrukt dat de sleutel tot energiebesparing ligt in het optimaliseren van de werking van de luchtcompressorunit.

 

Optimalisatiemaatregelen

 

●Optimalisatie van de werking van de turbine-expander

De oorspronkelijke anti{0}}piekcurve van de expander was te hoog ingesteld en de refluxklep bleef open op 15%, wat resulteerde in een lage koelefficiëntie. Door de anti-piekcurve aan te passen, de terugvloeiklep te sluiten en de leischoepopening te vergroten om de expandersnelheid te verhogen, wordt de koelcapaciteit van de unit gewaarborgd, neemt de boosteruitlaatdruk af en wordt het hoge- stoomverbruik door de turbine verminderd.

● Verbetering van de warmtewisselaar

Slechte circulatiewaterkwaliteit vermindert de efficiëntie van de warmtewisselaar. Door bypasskleppen te installeren en regelmatig online terugspoelen te implementeren, daalde de temperatuur van de booster{1}}eindwarmtewisselaar met 4–5 K, waardoor de koelprestaties van de expander aanzienlijk verbeterden. Bovendien voorkomt het monitoren van het temperatuurverschil aan het thermische uiteinde van lage-drukplatenwarmtewisselaars koelverlies.

●Coördinatie van luchtcompressor en booster

Verlaag de belasting van de luchtcompressor op passende wijze en verlaag de snelheid terwijl u een stabiele lage-kolomdruk handhaaft; verklein de hoek van de inlaatgeleideschoep.

Zorg voor schone luchtfilters om de inlaatweerstand te verlagen en de compressie-efficiëntie te verbeteren.

Stel de opening van de booster-anti-piekklep in op 5% om een ​​stabiele druk in de tweede- en derde- trap te behouden.

Optimaliseer de persdruk van de luchtcompressor om de ASU-output beter af te stemmen op de stroomafwaartse vraag.

●Destillatiekolomaanpassing

Door de refluxverhouding aan te passen, wordt het zuurstofgehalte in stikstofafval teruggebracht tot 2 à 3%, waardoor de zuiverheid van vloeibare stikstof in de onderste kolom wordt gegarandeerd en de zuurstofterugwinning wordt verbeterd, waardoor de belasting van de luchtcompressor wordt verminderd.

●Optimalisatie van de werking van de moleculaire zeefadsorber

Verleng de druktijd van de moleculaire zeef tot 25 minuten om fluctuaties in de luchtstroom te verminderen en de schakelimpact op het destillatiesysteem te minimaliseren. Houd de koude spoeltemperatuur boven de 125 graden en verleng de schakelcyclus van 4 uur naar 6 uur om stoomverbruik te besparen en de bedrijfskosten te verlagen.

 

Optimalisatie-effecten

Na optimalisatie functioneert de ASU stabiel en neemt het totale energieverbruik aanzienlijk af. Een vergelijking van bedrijfsindicatoren voor en na optimalisatie wordt weergegeven in Tabel 1.

Tabel 1. Vergelijking van ASU-bedrijfsindicatoren vóór en na optimalisatie

 

Bedrijfsparameter	Vóór optimalisatie	Na optimalisatie
Stoomturbine hoge-stoomverbruik onder druk, t/u	135	125
Persdruk luchtcompressor, MPa	0.498	0.490
Booster tweede-trap uitlaatdruk, MPa	2.70	2.55
Booster derde-trap uitlaatdruk, MPa	6.6	6.3
Opening refluxklep expander, %	15	0
Snelheid stoomturbine, omw/min	4450	4250

 

Berekeningen geven aan dat jaarlijks ongeveer 70.000 ton hogedrukstoom kan worden bespaard, wat aanzienlijke energiebesparingen en economische voordelen aantoont.

 

Conclusie

Door de expander, warmtewisselaars, luchtcompressor- en boostercoördinatie, destillatiekolommen en moleculaire zeefadsorbers te optimaliseren, bereikt de ASU een aanzienlijk verbeterde energie-efficiëntie en lagere bedrijfskosten. De in dit onderzoek voorgestelde energiebesparende maatregelen- zijn van toepassing op turbine-aangedreven interne-compressie-ASU's en hebben een brede promotiewaarde voor grootschalige- schaal ammoniaksynthese- en steenkoolchemische bedrijven, waardoor het algehele energieverbruik per ton ammoniak effectief wordt verminderd.