Akkumulátor-gigagyár – fűtött fúvókás szárítókról rozsdamentes acél fúvókás szárítókra történő átállás

Meta Leírás:  Hogyan cserélte le a CATL négy energiában intenzív fűtött purgáló szárítót négy 85 m³/perc teljesítményű rozsdamentes acél fúvókás purgáló szárítóra, elérve a -40 °C-os harmatpontot, a tömörített levegő purgálásának nullás veszteségét és a fogyasztás 40%-os csökkenését.

Ábra: 85 Nm³/perc Rozsdamentes acél, nulla purgálású fúvókás szárító levegőszárító s

Ügyfél Háttere

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)  , a világ legnagyobb EV-akkumulátor-gyártója, egy nagy teljesítményű gigagyárat üzemeltet, amely lítium-ion akkumulátorcellákat gyárt. Az üzem tömörített levegő-rendszere összesen 340 m³/perc (20 400 m³/óra)  , támogatva:

• Elektrodak bevont szárítóhelyiségek (kötelező harmatpont ≤ -40 °C)
• Gyors futószalagos szerelővonal neumátikus rendszere
• Tisztasági osztályú helyiségek purgálása és műszerekhez szükséges levegő

Az akkumulátorok gyártása szigorúan elkerüli a hűtött szárítóberendezéseket a lecsapódott víz kiválasztásának meghibásodása miatti folyadékvíz-átszivárgás kockázata miatt. A gyár eredetileg négy fűtött purgálásos (mikrohős) adszorpciós szárítóberendezést telepített, mindegyik 85 m³/perc névleges teljesítményű – egy gyakori választás a nagy hatásfokú fúvókás purgálásos technológia költséghatékonyan elérhetővé válása előtt.

Fájó pontok

A meglévő fűtött purgálásos szárítóberendezések  (más néven mikrohős vagy külsőleg fűtött adszorpciós szárítók) több üzemeltetési és pénzügyi problémát okoztak:

• Jelentős purgálólevegő-veszteség:  A fűtött purgálásos szárítóberendezések továbbra is a névleges átfolyásmennyiség 5–8%-át  használják fel regeneráláshoz – még elektromos fűtés esetén is. Négy, párhuzamosan üzemelő, 85 m³/perc névleges teljesítményű egység esetén (összes átfolyás kb. 300–340 m³/perc) ez azt jelentette, hogy kb. 20 m³/perc száraz, sűrített levegő állandóan elvezetésre került  a levegőbe.
• Magas elektromos fogyasztás:  Minden szárítóhoz elektromos fűtőberendezésekre volt szükség (általában 15–25 kW) a regenerációs fázis alatt, ami növelte az energiafogyasztást.
• Harmatpont-ingadozás csúcs terhelés mellett:  Nyáron a magas bemeneti hőmérséklet és páratartalom nehezítette a regenerációs hatékonyságot. A harmatpont időnként emelkedett a -35 °C felett, ami aggodalmat keltett a száraz szoba felügyeletében.
• Szelepek kopása és karbantartása:  A ciklusfrekvencia (általában 60–120 perc) miatt a neumás szelepek 12–18 havonta kopottak el. A gyakori nyomásváltozások okozta szárítószer-leválás por képződését eredményezte, amely eltömította a szárító utáni szűrőket.
• Szénacél építési kockázata:  Az eredeti szárítók szénacél tornyokból és csővezetékekből készültek. Idővel belső rozsdarészecskék keletkeztek, amelyek kockázatot jelentettek a száraz szoba környezetének szennyeződésére – ez elfogadhatatlan a lítium-ion akkumulátorok gyártása szempontjából.

Ábra: 85 Nm³/perc Rozsdamentes acél, nulla purgálású fúvókás szárító levegőszárító

A CATL-nek szüksége volt egy nulla elpárologtatású, rendkívül megbízható szárítási megoldásra  vele rozsdamentes acél nedvesített alkatrészekkel  a korróziós kockázatok kiküszöbölésére, valamint a jövőbeni gyártósorokra történő skálázhatóságra.

Miért nem hőkompressziós (HOC) szárító?

Bár az HOC szárítók nulla elpárologtatást és nulla elektromos fűtést biztosítanak, az előtte lévő kompresszor leadott hőmérsékletének állandóan 120 °C felett kell lennie. A CATL jelenlegi olajmentes csavaros kompresszorai, bár modernek, változó terhelésen működnek, és alacsony igény esetén néha 100 °C alatti hőmérsékleten is leadnak. Az HOC szárítóhoz további hőbevitelre vagy elkerülő szabályozásra lenne szükség, ami növelné a rendszer összetettségét. A megrendelő inkább egy bizonyított, önálló fúvókás elpárologtatásos kialakítást  preferált, amely függetlenül működik a kompresszor terhelésingadozásaitól.

Megoldásunk

Javasoltuk a négy meglévő fűtött elpárologtatásos szárító lecserélését négy új, rozsdamentes acélból készült fúvókás elpárologtatásos adszorpciós szárítóra  – mindegyik névleges értéke 85 m³/perc (5100 m³/óra)  , párhuzamosan konfigurálva (három üzemel, egy tartalék). A rendszer fűtött környezeti levegőt használ regeneráláshoz  nulla tömörített levegő elpárologtatási veszteséggel.

Kulcsgépek

• Szárítók:  Négy BlowerDry-HRB-850GRD  adszorpciós szárítók, mindegyik 85 m³/perc kapacitású. Az összes levegővel érintkező alkatrész (torony, csövek, szelepek) 304-es rozsdamentes acél  – így elkerülhető a rozsdaképződés, és biztosítható a gyógyszeripari/akkumulátor-ipari tisztasági osztály.
• Regenerációs módszer:  Egy nagy hatásfokú fúvó gép környezeti levegőt szív be, amelyet egy elektromos fűtőelemen keresztül vezetnek át (a hőmérsékletet emelik 150–200 °C ), és a kikapcsolt toronyt kiüríti. A nedvességet tartalmazó levegőt elvezetik. Nem használunk sűrített levegőt a gyári hálózatból  – nulla purgéveszteség. A hűtést a fűtetlen környezeti levegővel végzik ugyanazzal a fúvókával.
• Vezérlő rendszer:  Egy fő PLC (Siemens S7-1500) koordinálja a négy szárítót, kiegyenlíti a futási időt, és automatikusan átkapcsolja a tartalék egységet, amikor egy működő szárító eléri karbantartási intervallumát. Online harmatpont-figyelés (≤ –40 °C) és távoli riasztások integrálva a CATL DCS rendszerébe.
• Szűrés:  Előszűrők (1 µm) eltávolítják a csőlerakódást; utószűrők (0,01 µm) felfogják a szárítószer finom részecskéit. Olajszűrőkre nincs szükség (a szárító előtt olajmentes kompresszorok vannak).

Teljesítményspecifikációk

Ábra: Légkompresszor-rendszer kapcsolási rajza

Szállítás és Telepítés

A projekt egy tervezett 3 hetes leállás alatt került végrehajtásra:

• Tervezés és gyári elfogadási teszt (5 hét):  Műszaki engedélyezés, rozsdamentes acél anyagtanúsítványok és mind a négy szárító gyári elfogadási tesztje.
• Szállítás (a gyári elfogadási teszt után 2 hét):  Szállítva a gigagyárra.
• Beszerelés (3 hét):  

• • Eltávolították a négy régi, fűtött purgáló szárítót.
  • Új, rozsdamentes acélból készült fúvószárítókat szereltek fel kompakt állványokra.
  • Átkonfigurálták a csővezeték-elosztófejeket 3 működő + 1 tartalék üzemmódra.
  • Frissítették a fúvók és fűtők elektromos ellátását.
  • Csatlakozva a DCS-hez.

• Üzembe helyezés (1 hét):  Szivárgásvizsgálatok, harmatpont-kalibrálás és üzemeltetők képzése.

Nem történt tervezetlen leállás.

Eredmények és előnyök (a üzembe helyezést követő 12 hónap után)

*A purgálási veszteség további 20 m³/perc tömörített levegő-termelést igényel. Az olajmentes csavaros kompresszorok tipikus fajlagos teljesítménye 6 kW/m³/perc → 120 kW folyamatos kompresszor-teljesítmény megtakarítása.

Mérhető előnyök

• Energia-megtakarítás:  A purgálási veszteség megszüntetésével körülbelül 120 kW kompresszor-teljesítményt takarítottak meg. A fűtő- és fúvóegység teljesítményének csökkentése további hozzájárulást jelentett. Az éves villamosenergia-megtakarítás: ≈¥520,000 (0,70 jüan/kWh ár, 24 órás, 7 napos, 365 napos üzem alapján).
• Gyártási megbízhatóság:  A harmatpont soha nem haladta meg a –40 °C-ot. A száraz szoba páratartalom-szabályozása stabilabbá vált, és nem jelentettek be nedvességgel összefüggő bevonati hibákat.
• Szennyeződések eltávolítása:  A rozsdamentes acél tornyok és csővezetékek megszüntették a rozsdarészecskék kockázatát. A szűrők most már nem mutatnak vasoxid-szennyeződést – ez kritikus fontosságú az akkumulátorok tisztasága szempontjából.
• Karbantartás csökkentése:  Nincsenek többé nagy ciklusfrekvenciájú purgáló szelepek (a régi szárítók szelepei 1–2 óránként cikliztek). A fúvókás purgáló szárítók csak két fő szelepet használnak toronkonként, 6–8 órás ciklusidővel. A szárítószer-leválás gyakorlatilag megszűnt.
• Tartalékrendszer és skálázhatóság:  Négy egység (3+1) rendelkezésre állása lehetővé teszi a CATL számára, hogy bármely szárító karbantartását elvégezze anélkül, hogy megszakítaná a termelést. A tartalék kapacitás továbbá lehetővé teszi a jövőbeni gyártósor-bővítéseket is.
• Megtérülés (ROI):  A teljes telepített költség ≈ ¥2,400,000. Éves megtakarítás (energia + karbantartás) ≈ 520 000 jen + 170 000 jen = 690 000 jen. Megtérülési idő ≈ 3,5 év . A CATL ezt a megoldást szabványosította más gyáraiban is.

Ügyfél Visszajelzés

„A régi, fűtött purgáló szárítóink a kompresszoros levegő 8%-át vesztegették el, és nem tudták megbízhatóan elérni a –40 °C-os harmatpontot. Az új, rozsdamentes acélból készült fúvókás purgáló szárítóink kiválóan stabil harmatpontot biztosítanak, nulla purgálási veszteséggel és rozsdaszennyeződés nélkül. Csak az energia-megtakarítás is indokolta a frissítést.”
— Fő hasznosítási menedzser, CATL Gigagyár