-Operaciones de optimización del ahorro de energía para una unidad de separación de aire de 45.000 M³/h

La unidad de separación de aire (ASU) adopta un pretratamiento a temperatura ambiente-de tamiz molecular, enfriamiento por expansión de turbina de impulso de aire, destilación de doble-columna y compresión interna de doble-bomba para oxígeno líquido y nitrógeno líquido. La capacidad de producción de oxígeno diseñada es de 45.000 m³/h, con el compresor de aire y el refuerzo impulsados ​​por una turbina de vapor en una configuración de "uno-a-dos". Bajo la premisa de garantizar un suministro estable de oxígeno y nitrógeno a las unidades de gasificación y síntesis posteriores, este estudio explora estrategias de -ahorro y consumo-de energía a través del análisis del consumo de energía y medidas operativas optimizadas. El objetivo es mejorar la eficiencia general del sistema y reducir los costos operativos.

 

 

 

Análisis del consumo energético actual

 

La ASU está diseñada para una capacidad de producción de oxígeno de 45 000 m³/h, con una turbina de vapor de soporte con un flujo de diseño de vapor de alta-presión de 168 t/h, incluido un flujo de extracción de aproximadamente 28 t/h. El compresor de aire tiene una potencia en el eje de 21.000 kW y el reforzador tiene una potencia en el eje de 18.000 kW. Los cálculos de eficiencia energética indican que la unidad de compresor de aire representa aproximadamente el 95% del consumo total de energía.

En la práctica, la ASU suele funcionar a unos 36.000 m³/h, aproximadamente el 80% de la carga de diseño, mientras que el consumo de la turbina de vapor se mantiene en aproximadamente 160 t/h, cerca del nivel de diseño. Este desajuste entre carga y consumo de energía pone de relieve que la clave para el ahorro de energía radica en optimizar el funcionamiento de la unidad compresora de aire.

 

Medidas de optimización

 

●Optimización del funcionamiento del expansor de turbina

La curva anti-sobretensión original del expansor se configuró demasiado alta y la válvula de reflujo permaneció abierta al 15 %, lo que resultó en una baja eficiencia de enfriamiento. Al ajustar la curva anti-sobretensión, cerrar la válvula de reflujo y aumentar la apertura de la paleta guía para aumentar la velocidad del expansor, se garantiza la capacidad de enfriamiento de la unidad, la presión de salida del refuerzo disminuye y se reduce el consumo de vapor de alta-presión por parte de la turbina.

●Mejora del intercambiador de calor

La mala calidad del agua en circulación reduce la eficiencia del intercambiador de calor. Al instalar válvulas de derivación e implementar un retrolavado en línea regular, la temperatura del intercambiador de calor del extremo del refuerzo-disminuyó entre 4 y 5 K, lo que mejoró significativamente el rendimiento de enfriamiento del expansor. Además, monitorear la diferencia de temperatura en el extremo térmico de los intercambiadores de calor de placas de baja-presión evita la pérdida de enfriamiento.

●Coordinación de compresores de aire y booster.

Reduzca adecuadamente la carga del compresor de aire y reduzca la velocidad mientras mantiene una presión baja-estable en la columna; Reduzca el ángulo de la paleta guía de entrada.

Asegúrese de tener filtros de aire limpios para reducir la resistencia de entrada y mejorar la eficiencia de la compresión.

Ajuste la apertura de la válvula anti-sobretensión del refuerzo al 5 % para mantener estables las presiones de segunda- y tercera-etapa.

Optimice la presión de descarga del compresor de aire para adaptar mejor la producción de ASU a la demanda posterior.

●Ajuste de la columna de destilación

Al ajustar la relación de reflujo, el contenido de oxígeno en los desechos de nitrógeno se reduce al 2-3 %, lo que garantiza la pureza del nitrógeno líquido en la columna inferior y mejora la recuperación de oxígeno, lo que reduce la carga del compresor de aire.

●Optimización del funcionamiento del adsorbedor de tamiz molecular

Amplíe el tiempo de presurización del tamiz molecular a 25 minutos para reducir las fluctuaciones del flujo de aire y minimizar el impacto del cambio en el sistema de destilación. Mantenga la temperatura de purga en frío por encima de 125 grados y extienda el ciclo de conmutación de 4 h a 6 h para ahorrar consumo de vapor y reducir los costos operativos.

 

Efectos de optimización

Después de la optimización, la ASU funciona de manera estable y el consumo general de energía disminuye significativamente. En la Tabla 1 se muestra una comparación de los indicadores operativos antes y después de la optimización.

Tabla 1. Comparación de los indicadores operativos de ASU antes y después de la optimización

 

Parámetro operativo	Antes de la optimización	Después de la optimización
Consumo de vapor de alta-presión de la turbina de vapor, t/h	135	125
Presión de descarga del compresor de aire, MPa	0.498	0.490
Presión de salida de la segunda-etapa del refuerzo, MPa	2.70	2.55
Presión de salida de la tercera-etapa del refuerzo, MPa	6.6	6.3
Apertura de la válvula de reflujo del expansor, %	15	0
Velocidad de la turbina de vapor, r/min	4450	4250

 

Los cálculos indican que se pueden ahorrar aproximadamente 70.000 toneladas de vapor de alta-presión anualmente, lo que demuestra un importante ahorro de energía-y beneficios económicos.

 

Conclusión

Al optimizar el expansor, los intercambiadores de calor, el compresor de aire y la coordinación del refuerzo, las columnas de destilación y los adsorbentes de tamices moleculares, la ASU logra una eficiencia energética significativamente mejorada y costos operativos reducidos. Las medidas de ahorro de energía-propuestas en este estudio son aplicables a las ASU de compresión interna-impulsadas por turbinas-impulsadas y tienen un amplio valor de promoción para empresas químicas de carbón y síntesis de amoníaco a gran-escala, ya que reducen de manera efectiva el consumo integral de energía por tonelada de amoníaco.