बैटरी गिगाफैक्ट्री – गर्म किए गए पर्ज से स्टेनलेस स्टील ब्लोअर पर्ज शुष्ककर्ताओं में अपग्रेड

मेटा विवरण:  सीएटीएल ने चार ऊर्जा-गहन हीटेड पर्ज ड्रायर्स को चार 85 मी³/मिनट के स्टेनलेस स्टील ब्लोअर पर्ज ड्रायर्स के साथ प्रतिस्थापित किया, जिससे -40°C का ओसांक प्राप्त हुआ, संपीड़ित वायु पर्ज हानि शून्य हो गई और ऊर्जा खपत में 40% की कमी आई।

चित्र: 85 एनमी³/मिनट स्टेनलेस स्टील शून्य पर्ज ब्लोअर डिसिकेंट एयर ड्रायर s

ग्राहक का पृष्ठभूमि

कंटेम्पोररी एम्परेक्स टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड (सीएटीएल)  , दुनिया की सबसे बड़ी इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी निर्माता कंपनी, लिथियम-आयन सेल बनाने के लिए एक उच्च-उत्पादन गिगाफैक्ट्री संचालित करती है। संयंत्र की संपीड़ित वायु प्रणाली की कुल क्षमता है 340 मी³/मिनट (20,400 मी³/घंटा)  , जिसमें समर्थन शामिल है:

• इलेक्ट्रोड कोटिंग ड्राई रूम (ओसांक ≤ -40°C अनिवार्य)
• उच्च-गति असेंबली लाइन प्न्यूमैटिक्स
• स्वच्छ कक्ष की शुद्धिकरण प्रक्रिया और उपकरण वायु

बैटरी निर्माण में द्रव जल के संभावित रिसाव के कारण ठंडा करने वाले शुष्ककर्ताओं (रेफ्रिजरेटेड ड्रायर्स) का उपयोग कठोरता से वर्जित है, जो विफल संघनन ड्रेन से उत्पन्न हो सकता है। संयंत्र में मूल रूप से स्थापित किया गया था चार गरम किए गए शुद्धिकरण (माइक्रो-हीट) अधिशोषण शुष्ककर्ता , प्रत्येक की क्षमता 85 मी³/मिनट – यह उच्च-दक्षता ब्लोअर शुद्धिकरण प्रौद्योगिकी के लागत-प्रभावी होने से पहले एक सामान्य विकल्प था।

दर्द के बिंदु

पहले से मौजूद गरम किए गए शुद्धिकरण शुष्ककर्ता  (जिन्हें माइक्रो-हीट या बाह्य रूप से गरम किए गए अधिशोषण शुष्ककर्ता भी कहा जाता है) कई संचालनात्मक और वित्तीय समस्याएँ उत्पन्न करते थे:

• उल्लेखनीय शुद्धिकरण वायु की हानि:  गरम किए गए शुद्धिकरण शुष्ककर्ता अभी भी पुनर्जनन के लिए 5–8% नामांकित प्रवाह  का उपयोग करते हैं – विद्युत हीटर के साथ भी। चार 85 मी³/मिनट की इकाइयों के समानांतर संचालन (कुल प्रवाह ~300–340 मी³/मिनट) के लिए, इसका अर्थ था लगातार वातावरण में ~20 मी³/मिनट शुष्क संपीड़ित वायु का निष्कासन  वातावरण में।
• उच्च विद्युत खपत:  प्रत्येक ड्रायर को पुनर्जनन चरण के दौरान विद्युत हीटर (आमतौर पर 15–25 किलोवाट) की आवश्यकता होती थी, जिससे ऊर्जा बिल में वृद्धि होती थी।
• शिखर भार के तहत ओस बिंदु अस्थिरता:  गर्मियों के दौरान, उच्च आवाही तापमान और आर्द्रता ने पुनर्जनन दक्षता को चुनौती दी। ओस बिंदु कभी-कभी -35°C से ऊपर उठ गया, जिससे शुष्क कक्ष निगरानी में चिंता उत्पन्न हुई।
• वाल्व का क्षरण एवं रखरोट:  चक्र आवृत्ति (आमतौर पर 60–120 मिनट) के कारण वायुचालित वाल्वों का क्षरण प्रत्येक 12–18 महीनों में हो जाता था। बार-बार होने वाले दाब उतार-चढ़ाव के कारण शुष्ककारक का क्षरण होने से धूल उत्पन्न होती थी, जो निचले स्तर के फ़िल्टरों को अवरुद्ध कर देती थी।
• कार्बन स्टील निर्माण का जोखिम:  मूल ड्रायर्स में कार्बन स्टील के टावर और पाइपिंग थी। समय के साथ, आंतरिक जंग के कण बन गए, जिससे शुष्क कमरे के वातावरण के दूषित होने का खतरा उत्पन्न हो गया – जो बैटरी उत्पादन के लिए अस्वीकार्य है।

चित्र: 85 एनमी³/मिनट स्टेनलेस स्टील शून्य पर्ज ब्लोअर डिसिकेंट एयर ड्रायर

CATL को एक शून्य-पर्ज़, अत्यधिक विश्वसनीय शुष्कन समाधान  के साथ स्टेनलेस स्टील के आर्द्र संपर्क भागों के साथ  जो जंग लगने के जोखिम को समाप्त करे, और भविष्य की उत्पादन लाइनों के लिए स्केल करने की क्षमता रखे।

ऊष्मा-संपीड़न (HOC) क्यों नहीं?

हालाँकि HOC ड्रायर्स शून्य पर्ज़ और शून्य विद्युत तापन प्रदान करते हैं, फिर भी वे ऊपर की ओर स्थित कंप्रेसर के निर्गम तापमान को लगातार 120°C से ऊपर रखने की आवश्यकता रखते हैं। CATL के मौजूदा ऑयल-फ्री स्क्रू कंप्रेसर, हालाँकि आधुनिक हैं, परिवर्तनशील भारों पर काम करते हैं और कम मांग के दौरान कभी-कभी 100°C से नीचे निर्गम करते हैं। HOC के लिए अतिरिक्त ताप इनपुट या बायपास नियंत्रण की आवश्यकता होगी, जिससे जटिलता बढ़ जाएगी। ग्राहक ने एक प्रमाणित, स्वतंत्र ब्लोअर पर्ज़ डिज़ाइन  को वरीयता दी जो कंप्रेसर भार परिवर्तनों पर निर्भर न होकर स्वतंत्र रूप से कार्य करे।

हमारा समाधान

हमने चार मौजूदा गर्म किए गए पर्ज ड्रायर्स को प्रतिस्थापित करने का प्रस्ताव दिया है, चार नए स्टेनलेस स्टील ब्लोअर पर्ज अधिशोषण ड्रायर्स के साथ,  – प्रत्येक की क्षमता 85 मी³/मिनट (5100 मी³/घंटा),  समानांतर विन्यास में (तीन संचालित, एक स्टैंडबाय)। यह प्रणाली पुनर्जनन के लिए गर्म किए गए वातावरणीय वायु का उपयोग करती है,  जिसमें संपीड़ित वायु के पर्ज ह्रास का शून्य नुकसान होता है।

प्रमुख उपकरण

• ड्रायर:  चार ब्लोअरड्राई-एचआरबी-850जीआरडी  अधिशोषण ड्रायर्स, प्रत्येक की क्षमता 85 मी³/मिनट। सभी वायु-संपर्क करने वाले घटक (टावर, पाइपिंग, वाल्व) हैं 304 स्टेनलेस स्टील  – जंग को दूर करना और फार्मास्युटिकल/बैटरी-ग्रेड की सफाई सुनिश्चित करना।
• पुनर्जनन विधि:  एक उच्च-दक्षता ब्लोअर वातावरण की वायु को आकर्षित करता है, इसे एक विद्युत हीटर के माध्यम से प्रवाहित करता है (तापमान को 150–200°C तक बढ़ाकर), और ऑफ-लाइन टावर को शुष्क करता है। आर्द्रता-युक्त वायु को बाहर निकाल दिया जाता है। संयंत्र नेटवर्क से संपीड़ित वायु का कोई उपयोग नहीं किया जाता है  – शून्य पर्ज नुकसान। ठंडा करना उसी ब्लोअर के माध्यम से अप्रतप्त वातावरण की वायु का उपयोग करके किया जाता है।
• नियंत्रण प्रणाली:  एक मास्टर पीएलसी (सीमेंस S7-1500) चार ड्रायर्स के कार्य को समन्वित करती है, चल रहे समय को संतुलित करती है और जब कोई चल रहा ड्रायर अपने सेवा अंतराल तक पहुँच जाता है, तो स्वचालित रूप से स्टैंडबाय इकाई को स्विच कर देती है। ऑनलाइन ओस बिंदु निगरानी (≤ -40°C) और CATL के DCS में एकीकृत दूरस्थ अलार्म।
• निस्पंदन:  प्री-फिल्टर (1 µm) पाइप के स्केल को हटाते हैं; एफ्टर-फिल्टर (0.01 µm) डिसिकेंट के सूक्ष्म कणों को पकड़ते हैं। कोई तेल फिल्टर की आवश्यकता नहीं होती है (ऊपर की ओर तेल-मुक्त कंप्रेसर के कारण)।

प्रदर्शन विनिर्देश

चित्र: वायु संपीड़न प्रणाली कनेक्शन आरेख

पहुँच और स्थापना

परियोजना को एक नियोजित 3-सप्ताह के बंद करने के दौरान कार्यान्वित किया गया:

• डिज़ाइन एवं फैक्ट्री स्वीकृति परीक्षण (FAT) (5 सप्ताह):  इंजीनियरिंग की मंजूरी, स्टेनलेस स्टील के सामग्री प्रमाणपत्र, और सभी चार ड्रायर्स का फैक्ट्री स्वीकृति परीक्षण।
• वितरण (FAT के 2 सप्ताह बाद):  गिगाफैक्ट्री को वितरित किया गया।
• स्थापना (3 सप्ताह):  

• • चार पुराने हीटेड पर्ज ड्रायर्स को हटा दिया गया।
  • संक्षिप्त स्किड्स पर नए स्टेनलेस स्टील ब्लोअर ड्रायर्स को स्थापित किया गया।
  • 3-संचालन + 1-स्टैंडबाय विन्यास के लिए पाइपिंग हेडर्स को पुनर्व्यवस्थित किया गया।
  • ब्लोअर्स और हीटर्स के लिए विद्युत आपूर्ति को अपग्रेड किया गया।
  • डिसीएस (DCS) से कनेक्ट किया गया।

• कमीशनिंग (1 सप्ताह):  लीक परीक्षण, ओस बिंदु कैलिब्रेशन और ऑपरेटर प्रशिक्षण।

कोई अनपेक्षित डाउनटाइम नहीं हुआ।

परिणाम एवं लाभ (चालू करने के 12 महीने बाद)

*शुद्धिकरण हानि के लिए अतिरिक्त 20 मी³/मिनट संपीड़ित वायु उत्पादन की आवश्यकता होती है। तेल-मुक्त स्क्रू कंप्रेसरों के लिए विशिष्ट शक्ति आमतौर पर 6 किलोवाट प्रति मी³/मिनट होती है → 120 किलोवाट की निरंतर कंप्रेसर शक्ति बचत।

मापनीय लाभ

• ऊर्जा बचत:  प्यूर्ज हानि को समाप्त करने से कंप्रेसर शक्ति में लगभग 120 किलोवाट की बचत हुई। हीटर और ब्लोअर शक्ति में कमी ने इसमें और भी योगदान दिया। कुल वार्षिक विद्युत बचत: ≈¥520,000 (¥0.70/किलोवाट-घंटा के आधार पर, 24/7/365)।
• उत्पादन विश्वसनीयता:  ओस बिंदु कभी भी -40°C से अधिक नहीं हुआ है। शुष्क कक्ष की आर्द्रता नियंत्रण अधिक स्थिर हो गया है, और नमी से संबंधित कोई भी कोटिंग दोष रिपोर्ट नहीं किया गया है।
• दूषण उन्मूलन:  स्टेनलेस स्टील के टावर और पाइपिंग ने जंग के कणों के जोखिम को समाप्त कर दिया है। डाउनस्ट्रीम फ़िल्टर्स में अब आयरन ऑक्साइड दूषण का कोई संकेत नहीं मिलता है — बैटरी की शुद्धता के लिए यह महत्वपूर्ण है।
• रखरखाव में कमी:  अब उच्च-चक्र प्यूर्ज वाल्व की आवश्यकता नहीं है (पुराने ड्रायर्स में प्रत्येक 1–2 घंटे में वाल्व चक्रित होते थे)। ब्लोअर प्यूर्ज ड्रायर्स में प्रत्येक टावर के लिए केवल दो मुख्य वाल्व होते हैं, जिनका चक्र 6–8 घंटे का होता है। डिसिकैंट का क्षरण लगभग पूरी तरह समाप्त हो गया है।
• अतिरेकता एवं स्केलेबिलिटी:  चार यूनिट्स (3+1) के साथ, CATL किसी भी ड्रायर पर रखरखाव कार्य कर सकता है बिना उत्पादन को बाधित किए। अतिरिक्त क्षमता भविष्य के लाइन विस्तार को भी समायोजित करने में सक्षम है।
• आरओआई:  कुल स्थापित लागत ≈ ¥2,400,000वार्षिक बचत (ऊर्जा + रखरखाव) ≈ ¥520,000 + ¥170,000 = ¥690,000। अदायगी की अवधि ≈ 3.5 वर्ष cATL ने इस डिज़ाइन को अन्य कारखानों के लिए मानकीकृत कर दिया है।

ग्राहक की प्रशंसापत्र

“हमारे पुराने हीटेड पर्ज ड्रायर्स संपीड़ित वायु का 8% बर्बाद कर रहे थे और -40°C को विश्वसनीय रूप से बनाए रखने में असमर्थ थे। नए स्टेनलेस स्टील ब्लोअर पर्ज ड्रायर्स हमें अत्यंत स्थिर ओसांक बिंदु, शून्य पर्ज हानि और कोई जंग संदूषण नहीं देते हैं। केवल ऊर्जा बचत ही इस अपग्रेड के लिए पर्याप्त औचित्य प्रदान करती है।”
— वरिष्ठ उपयोगिता प्रबंधक, CATL गिगाफैक्ट्री