Аккумуляторлық гига-зауыт – қыздырылатын ауа шығынынан ауысу арқылы желдеткіштің ауа шығыны бар асбесті болат кептіргіштерге жаңарту

Мета сипаттама:  CATL компаниясы қыздырылатын тазарту қондырғысы бар төрт энергия сыйымдылығы жоғары құрғатқышты төрт 85 м³/мин көлемді айналмалы сорғыштың шайылуымен құрғатқыштарға ауыстырды, нәтижесінде ылғалдың қаныққан температурасы -40°C-қа дейін төмендетілді, қысылған ауаның тазартуында шығын болмады және энергия шығыны 40% азайды.

Сурет: 85 Нм³/мин Темірбетонды нөлдік тазарту айналмалы сорғыштың сіңіргіш ауа құрғатқышы s

Клиент туралы ақпарат

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)  , әлемдегі ең ірі EV аккумуляторларын өндіруші компания, литий-ионды элементтерді шығаратын жоғары өнімді гигафабриканы басқарады. Зауыттың қысылған ауа жүйесінің жалпы өткізгіштігі 340 м³/мин (20 400 м³/сағ)  , мыналарды қамтамасыз етеді:

• Электродты қаптау құрғату бөлмелері (ылғалдың қаныққан температурасы ≤ -40°C міндетті)
• Жоғары жылдамдықты жинау сызығының пневматикалық жабдықтары
• Таза бөлмедегі ауа тазарту және құралдарға ауа беру

Аккумуляторларды өндіру кезінде сұйық су қалдығының конденсаттың тазартылуынан қателігіне байланысты қаупінен қорғану үшін салқындатылатын құрғатқыштар қатал тыйым салынады. Зауытта алғашқыда орнатылған төрт қыздырылатын тазарту (микроқызу) адсорбциялық құрғатқыш , әрқайсысы 85 м³/мин өткізгіштікке ие – бұл жоғары тиімділікті желдеткішті тазарту технологиясы қолданысқа енбегенге дейін жиі таңдалатын нұсқа.

Құнды жерлер

Бар қыздырылатын тазарту құрғатқыштары  (сонымен қатар микроқызу немесе сырттан қыздырылатын адсорбциялық құрғатқыштар деп те аталады) бірнеше жұмыс істеу және қаржылық мәселелерге әкелді:

• Қатты тазарту ауасының жоғалуы:  Қыздырылатын тазарту құрғатқыштары әлі де атаулы ағысқа 5–8% ауа шығынын талап етеді  регенерация үшін – электрлік жылытқыштарды қолданған кезде де. Төрт 85 м³/мин қуатты қондырғылардың параллель жұмыс істеуі (жалпы ағыс ~300–340 м³/мин) осыны білдіреді ~20 м³/мин құрғақ сығылған ауа тұрақты түрде атмосфераға шығарылады  атмосфераға.
• Жоғары электрлік энергия тұтынуы:  Әрбір кептіргіш регенерация кезеңінде электрлік жылытқыштарды (әдетте 15–25 кВт) қажет етеді, бұл энергия шығынын көбейтеді.
• Пик жүктеме кезіндегі ылғалдылық нүктесінің тұрақсыздығы:  Жаз мезгілінде кіріс температурасы мен ылғалдылық деңгейінің жоғары болуы регенерацияның тиімділігіне қиындық туғызады. Ылғалдылық нүктесі кейде -35°C –тан жоғары көтеріледі, бұл құрғақ бөлмедегі бақылауға қауіп төндіреді.
• Клапандардың тозуы мен техникалық қызмет көрсету:  Цикл жиілігі (әдетте 60–120 минут) пневматикалық клапандарды 12–18 айда бір рет тоздырады. Жиі қысым тербелістерінен сорбенттің тозуы тұнба түзіп, төменгі ағыстағы сүзгілерді бітелдіреді.
• Көміртекті болаттан жасалған құрылымның қаупі:  Бастапқы кептіргіштердің башнялары мен түтіктері көміртекті болаттан жасалған еді. Уақыт өте келе ішкі қорғасын бөлшектері пайда болды, ол құрғақ бөлмедегі ортаны ластандыру қаупін туғызды – бұл аккумуляторлар өндірісі үшін қабылданбайды.

Сурет: 85 Нм³/мин Темірбетонды нөлдік тазарту айналмалы сорғыштың сіңіргіш ауа құрғатқышы

CATL-ге тазарту газын пайдаланбайтын, өте сенімді кептіру шешімі  -мен сумен темірленетін бөліктерінің асыл тұздан жасалғаны  коррозия қаупін жою үшін және келешектегі өндіріс сызықтарына масштабтау мүмкіндігі керек еді.

Неге Жылу-Қысу (ЖҚ) әдісін қолданбау керек?

ЖҚ кептіргіштері тазарту газын пайдаланбайтын және электрлік қыздыруды қажет етпейтін болса да, олар алдыңғы компрессордың шығыс температурасын тұрақты 120°C-тан жоғары ұстап тұруды талап етеді. CATL-дің барлық майсыз винтті компрессорлары заманауи болса да, айнымалы жүктемеде жұмыс істейді және төмен сұраныс кезінде кейде шығыс температурасы 100°C-тан төмен болады. ЖҚ әдісі қосымша жылу беруді немесе айналдыру басқаруын қажет етеді, бұл күрделілікті арттырады. Тапсырыс беруші компрессордың жүктеме өзгерістеріне тәуелсіз жұмыс істейтін дәлелденген, автономды желдеткішті тазарту конструкциясын  қолдануды қалаған.

Біздің шешіміміз

Біз төрт барлық қыздырылатын тазарту кептіргіштерді ауыстыруды ұсындық төрт жаңа шойыннан жасалған желдеткішті тазарту сорбциялық кептіргіштерге  – әрқайсысының өткізу қабілеті 85 м³/мин (5100 м³/сағ)  , параллельді конфигурацияда орнатылған (үшеуі жұмыс істейді, біреуі резервте). Жүйе регенерация үшін қыздырылған ауадан пайдаланады  және қысылған ауаның тазарту шығыны нөлге тең.

Негізгі жабдық

• Кептіргіштер:  Төрт BlowerDry-HRB-850GRD  сорбциялық кептіргіштер, әрқайсысының өткізу қабілеті 85 м³/мин. Барлық ауамен темірлесетін компоненттер (башнялар, трубалар, клапандар) 304 нұсқаға ие сталь  – қоспа мен фармацевтикалық/аккумуляторлық сапа стандарттарына сәйкес тазалықты қамтамасыз етеді.
• Регенерация әдісі:  Жоғары тиімділікті желдеткіш ауаны сырттан сорып алады, оны электрлік қыздырғыш арқылы өткізеді (температураны 150–200°C дейін көтереді) және жұмыс істемейтін башняны тазартады. Ылғалды ауа сыртқа шығарылады. Зауыттың қысымды ауа желісінен қысымды ауа пайдаланылмайды  – шығынсыз тазарту. Салқындату үшін желдеткіш арқылы солай қыздырылмаған сыртқы ауа қолданылады.
• Контрольная система:  Бас PLC (Siemens S7-1500) төрт құрғатқышты біріктіреді, жұмыс уақытын теңестіреді және құрғатқыштардың біреуі қызмет көрсету мерзіміне жеткен кезде резервті құрылғыны автоматты түрде қосады. Желі бойынша нүктелік ылғалдылық бақылауы (≤ -40°C) және CATL-дің DCS жүйесіне интеграцияланған қашықтан хабарлау сигналдары.
• Сүзу:  Алдыңғы сүзгілер (1 мкм) құбырдың қабырғасындағы тұзын алып тастайды; кейінгі сүзгілер (0,01 мкм) сорбенттің ұсақ бөлшектерін ұстайды. Май сүзгілері қажет емес (алдында майсыз компрессорлар орнатылған).

Атқаратын әрекеттерінің сипаттамасы

Сурет: Ауа қысу жүйесінің қосылу схемасы

Жеткізу және орнату

Жоба жоспарланған 3 апталық тоқтату кезінде іске асырылды:

• Дизайн және ЗАТ (5 апта):  Инженерлік рұқсат, титан болатының сертификаттары және төрт құрғатқыштың барлығының зауытта қабылдау сынағы.
• Жеткізу (ЗАТ-тан кейін 2 апта):  Гигафабрикаға жеткізілді.
• Орнату (3 апта):  

• • Төрт ескі қыздырылатын тазарту құрғатқыштары алынып тасталды.
  • Компакттық скридтерге жаңа шойын болаттан жасалған желдеткіш құрғатқыштар орнатылды.
  • 3 жұмыс істейтін + 1 резервті конфигурация үшін арналған трубопроводтық коллекторлар қайта жабдықталды.
  • Желдеткіштер мен қыздырғыштар үшін электр қоректендіруі жаңартылды.
  • DCS-ке қосылды.

• Іске қосу (1 апта):  Сынақтан өткізу, нүкте температурасын калибрлеу және операторлардың дайындығы.

Жоспарланбаған тоқтап қалулар болмады.

Нәтижелер мен пайдalar (іске қосылғаннан кейін 12 айдан кейін)

*Сығылған ауаның тазартылуы қосымша 20 м³/мин сығылған ауа өндіруді талап етеді. Майсыз винтті компрессорлар үшін типтік меншікті қуат — 6 кВт/м³/мин → 120 кВт үздіксіз компрессорлық қуат үнемделді.

Сандық бағаланатын пайдalar

• Энергияны сақтау:  Сығылған ауаның тазартылуын болдырмау арқылы компрессорлық қуаттың шамамен 120 кВт үнемделді. Қыздырғыш пен желдеткіштің қуатын азайту да қосымша үнемге әкелді. Жылдық электр энергиясын үнемдеу көлемі: ≈¥520,000 (¥0,70/кВт·сағ негізінде, 24/7/365).
• Өндіріс сенімділігі:  Қысылу нүктесі әлдеқашан -40°C-тан аспаған. Құрғатқыш бөлмедегі ылғалдылықты реттеу тұрақтырақ болды, және ылғалдылыққа байланысты бояу ақаулары туралы хабарламалар болмаған.
• Ластанудың жоғалуы:  Темірбетонды башқалар мен трубалар темір тозаңының пайда болу қаупін жойды. Төменгі ағыстағы сүзгілерде темір оксидінің ластануы байқалмайды – бұл аккумулятордың тазалығы үшін өте маңызды.
• Техникалық қызмет көрсетуді азайту:  Жоғары циклды тазарту клапандарын пайдаланбау керек (ескі құрғатқыштарда клапандар әр 1–2 сағат сайын циклданған). Сорғыштың тазарту құрғатқыштары башқадағы екі негізгі клапанға ғана сүйенеді, олар 6–8 сағат сайын циклданады. Сорбенттің тозуы шамамен тоқтады.
• Резервтілік пен масштабтау мүмкіндігі:  Төрт құрылғы (3+1) болғандықтан, CATL кез келген құрғатқыштың техникалық қызметін жасаған кезде өндірісті тоқтатпайды. Қосымша қуат қоры болашақта жолдарды кеңейтуге де мүмкіндік береді.
• Табыстылық қайтарымы (ROI):  Жалпы орнатылған құны ≈ ¥2,400,000. Жылдық үнем (энергия + техникалық қызмет) ≈ ¥520 000 + ¥170 000 = ¥690 000. Төлем мерзімі ≈ 3,5 жыл cATL бұл дизайнды басқа зауыттар үшін стандарттаған.

Қызметкер шағындығы

«Біздің ескі қыздырылатын тазарту кептіргіштеріміз қысымды ауаның 8%-ын шығындаған және -40°C температураны сенімді түрде ұстай алмаған. Жаңа шойын болаттан жасалған желдеткішті тазарту кептіргіштерімізге сенімді түрде ылғалдың қанықу нүктесін қамтамасыз ету, тазарту кезіндегі ауа шығынының болмауы және шойын болаттың шіріген қоспаларының болмауы сияқты артықшылықтар береді. Бір ғана энергия үнемдеу осы жаңартудың тиімділігін дәлелдейді.»
— CATL Гигафабрикасының Үлкен Қызмет көрсету Менеджері