Gharama ya Kila Mwaka ya Umeme wa Sistemu Kamili ya Kuzalisha Nitrojen kwa Kutumia PSA: Uchambuzi Kamili wa Nishati

Wengi wa wafanyabiashara wa viwanda hupuuza maelezo muhimu sana wakihesabu gharama za uendeshaji kwa kizimatia cha nitrojeni cha PSA (Pressure Swing Adsorption): kitengo cha msingi cha kuzalisha nitrojeni hutanua umeme kidogo sana. Uvutaji wa umeme wa kweli unatokana na mfumo wa awali wa kubeba hewa na usafi wa hewa. Makala hii inaonesha kwa undani utumizi wa umeme kwa mwaka mmoja katika hali halisi ya mfumo kamili wa kuzalisha nitrojeni kulingana na hali za kawaida za uendeshaji wa viwanda, ikutoa marejeo ya gharama sahihi kwa mashirika ya uzalishaji.

Kanuni ya Msingi ya Kazi ya Kizimatia cha Nitrojeni cha PSA

Ugawanyaji wa nitrojeni kwa kutumia mbinu ya PSA unategemea taratibu tofauti za kujaza kwa vifungo vya karboni vya molekuli kwa molekuli ya nitrojeni na oksijeni katika hewa ya mazingira. Kwa kubadilisha valvu kwa otomatiki, mfumo huu huwaganya nitrojeni kutoka kwa oksijeni, ujoto wa maji, na vyeo vya hewa vingine. Kwa kuwa ni muhimu, kitengo cha msingi cha kuzalisha nitrojeni hakina mitambo ya nguvu kubwa, sehemu za kujaza kwa joto, au sehemu zinazofanya kazi chini ya shinikizo la juu. Sehemu pekee za kufanya kazi ni mfumo wa udhibiti wa PLC, valvu za kusonga kwa umeme, sensa za shinikizo, na sehemu nyingine za msaada zenye nguvu ndogo, ambazo huzingatia matumizi ya umeme kuwa ya chini sana katika bajeti ya nishati ya mfumo wa viwanda.

Masharti ya Kiwango cha Jaribio

Ili kuhakikisha data ya nishati yenye usahihi na yenye uhusiano wa sekta, vitabiri vyote vinafanywa kulingana na hali za viendelezo vya viendelezo vya kawaida: mtiririko wa nitrojeni wa 100Nm³/saa, utakatifu wa nitrojeni wa 99.99%, pointi ya kuvutia ya gesi ya mwisho ya -60℃, shinikizo la pembe ya nitrojeni la 0.6MPa, joto la mazingira la 20℃, ubaguzi wa 200m, uwiano wa hewa-kwa-nitrojeni wa 4.0, na matumizi ya nishati ya pombo ya maji ya kupotosha yameondolewa.

Ugawaji wa Matumizi ya Nishati ya Mfumo Wote

1. Pombo ya Hewa (86% ya Jumla ya Matumizi ya Nishati)

Hewa ya anga haipaswi kushughulikiwa moja kwa moja na kizamani cha nitrojeni. Pombo za hewa zinahitajika kuwasha hewa ya mazingira hadi 0.7–0.8MPa ili kupatia gesi ya msingi ya kudumu kwa uzalishaji wa nitrojeni. Kwa hali za kazi za kawaida zilizotanguliwa hapo juu, pombo ya hewa ya 37kW inatumika, ikiwakilisha 86% ya jumla ya matumizi ya nishati ya mfumo  — sehemu kuu ya kwanza ya matumizi ya nishati ya mfumo wote.

2. Kipotoshi cha Hewa cha Baridi (5.3% ya Jumla ya Matumizi ya Nishati)

Kama kifaa cha kusafisha kikuu, kivuruga cha baridi kinaondoa maji ya likizo na upepo wa maji wenye vichwa vikubwa kutoka kwenye hewa iliyopakwa, hupunguza unyevu wa hewa mapema, na hupunguza kwa kiasi kikubwa kazi ya kuchukua nguvu ya kivuruga cha kushikilia chini ya mstari. Umatumizi wa umeme wa kifaa hiki ni 2.3 kW, ukiongeza asilimia 5.3 ya matumizi yote ya nishati ya mfumo.

3. Kivuruga cha Kufunga Kwa Njia ya Joto Ndogo (Asilimia 8.3 ya Matumizi Ya Umeme Ya Jumla)

Matumizi ya umeme ya kivuruga cha kufunga kwa njia ya joto ndogo hayatokei kutoka kwa shughuli za kudumu bali kutoka kwa kujaza tena kwa mara moja kwa moja. Kujaza kwa kawaida, kupunguza shinikizo, na kufuta ni muhimu ili kuondoa upepo wa maji uliofungwa kwa kina na vinyororo vya molekuli, kudumisha kipindi cha chini ya -60℃ cha dew point, na kulinda uzito wa maisha na ufanisi wa kazi ya vinyororo vya molekuli vya kaboni katika kijenerator cha nitrojeni. Matumizi yake ya umeme ni 3.6 kW, ikiongeza asilimia 8.3 ya matumizi yote ya nishati ya mfumo.

Ni muhimu kuhakikisha kwamba kikombe cha kupunguza baridi peke yake hakikupata mahitaji ya pointi ya unyevu ya kina ya -60℃ kwa uzalishaji wa nitrojeni wenye ubora juu, kama hivyo kikombe cha kusukuma ni kifaa cha usafi muhimu sana kwa mazingira ya kazi ya kiwango cha juu.

Sababu Fuliza Zinazosababisha Matumizi ya Nishati ya Mfumo

1. Upi wa Mahali

Uhesabu wa kawaida unatumia upi wa 200m na upungufu mdogo wa densiti ya hewa, na ubunifu wa ziada za vifaa vya kawaida hujisaidia katika kufinyanga upungufu mdogo wa hewa ya kuingia. Kwa mazingira ya kazi zilizopita juu ya upi wa 300m, kila ongezeko la 100m katika upi huleta upungufu wa 1% wa hewa ya kuingia, kama hivyo inahitaji uhamisho wa nishati ziada ili kujisaidia na kuongeza gharama za umeme kwa jumla.

2. Mabadiliko ya Jimbo la Joto la Mazingira

20℃ ni joto la kipekee la kubuni kwa vifaa vya kuzalisha nitrojeni, ikiwa na ukubwa wa hewa wa juu na unyevu ya mara moja ili kudumisha matumizi ya nishati kwa kiwango cha kawaida. Ikiwa joto la ghorofa inapanda hadi 35–40℃, ukubwa wa hewa unapungua na uwezekano wa maji katika hewa unazidi, ikisababisha ongezeko la matumizi ya umeme wa mfumo wote kwa zaidi ya 10%.

3. Tofauti ya uwiano wa hewa-kwa-nitrojeni

Uhesabu wa kawaida unategemea uwiano wa 4.0 wa hewa-kwa-nitrojeni. Kukosa uwiano huo wa kipekee utasababisha ongezeko kubwa la matumizi ya nishati, ukijenga tofauti ya gharama ambayo inaonekana wakati wa uendeshaji mrefu.

Neno la Muelezaji

Kwa mashirika ya viwanda vinavyotumia mfumo wa kuzalisha nitrojeni kwa kutumia teknolojia ya PSA, kuboresha ufanisi wa nishati na kupunguza gharama za umeme inapaswa kuhusisha kuboresha na kurekebisha mafuta ya hewa na vifaa vya usafi wa awali, badala ya kiongozi cha chini ya umeme cha kuzalisha nitrojeni. Urefu juu ya ubawa, joto la mazingira, na uwiano wa hewa-kwa-nitrojeni pia ni vigezo muhimu ambavyo havikufanyiwa upungufu katika udhibiti wa kila siku wa gharama za nishati.