Гигафабрика за батерии – ажурирање од сушење со загревање и продувка кон сушилници со продувка со вентилатор од нерѓослив челик

Опис за Мета:  Како CATL ги замени четирите енергетски интензивни сушилници со загреано продувување со четири сушилници со продувување со нерѓослива челична пумпа со капацитет од 85 m³/мин, постигнувајќи точка на роса од -40°C, нулта загуба на компресиран воздух при продувувањето и намалување на потрошувачката на енергија за 40%.

Слика: 85 Nm³/мин Нерѓослив челичен десикантен сушилник за ваздух со пумпа и без продувување с

Позадинa на Клиентот

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)  , најголемиот производител на батерии за електромобили во светот, работи високо-производителна гигафабрика за производство на литиум-јон клетки. Компресираниот ваздушен систем на фабриката има вкупен капацитет од 340 m³/мин (20.400 m³/ч)  , што го поддржува:

• Сушилници за премазување на електроди (точка на роса ≤ -40°C е задолжителна)
• Пневматски високоскоростни монтажни линии
• Чиста соба – продувка и инструментален ваздух

Производството на батерии строго избегнува рефрижерантни сушилки поради ризикот од пренесување на течна вода од неисправни одводни цевки за кондензат. Фабриката првично инсталирала четири загревани продувни (микро-топлински) адсорпциони сушилки , секоја со капацитет од 85 м³/мин – чест избор пред технологијата за продувка со високо-ефикасен вентилатор да стане економски оправдана.

Болни точки

Постојачкиот загреваните продувни сушилки  (исто така познати како микро-топлински или надворешно загревани адсорпциони сушилки) предизвикале неколку оперативни и финансиски проблеми:

• Значителни губитоци на продувен воздух:  Загреваните продувни сушилки сè уште потрошуват 5–8% од номиналниот проток  за регенерација – дури и со електрични грејачи. За четири единици со проток од 85 м³/мин кои работат паралелно (вкупен проток ~300–340 м³/мин), ова значело ~20 м³/мин сув компресиран воздух постојано испуштан  во атмосферата.
• Висока потрошувачка на електрична енергија:  Секој сушилник барал електрични грејачи (обично 15–25 kW) во фазата на регенерација, што дополнително зголемувало сметката за енергија.
• Нестабилност на точката на роса при врвно оптоварување:  Летниот период, со високи температури и влажност на влезниот воздух, предизвикал предизвици за ефикасноста на регенерацијата. Точката на роса понекогаш се искачила над -35°C , што предизвикало загриженост при мониторингот на сувиот простор.
• Истровување на вентилите и одржување:  Честотата на циклусот (обично 60–120 минути) предизвикала износување на пневматичните вентили секои 12–18 месеци. Притисочните осцилации предизвикале атриција на сувачот, што генерирало prašina која запушувала филтрите низводно.
• Ризик од конструкција од челик со висок содржини на јаглерод:  Оригиналните сушилници имале кули и цевки од челик со висок содржини на јаглерод. Со текот на времето, се формирале внатрешни честички рѓа, што претставувало ризик од контаминација на средината во сувиот простор – несогласно со захтевите за производството на батерии.

Слика: 85 Nm³/мин Нерѓослив челичен десикантен сушилник за ваздух со пумпа и без продувување

CATL имал потреба од сушење без испуштање на гас, ултра-пouздабелно решение  со нестанок на влажни делови од нерѓосувачки челик  за елиминирање на ризиците од корозија и можност за проширување за идни производствени линии.

Зошто не топлинска компресија (HOC)?

Доколку сушилниците со висока температура на издувните гасови (HOC) нудат нулта продувка и нулто електрично загревање, тие бараат температурата на издувот од компресорот пред нив да биде постојано над 120°C. Постоечките безмаслени винт-компресори на CATL, иако се модерни, работат со променлива товарност и понекогаш имаат издувна температура под 100°C при ниско баранje. HOC-системот би побарал дополнителен влез на топлина или контрола преку заобиколен тек, што ќе додаде комплексност. Клиентот го предпочита докажан дизајн на сушилница со продувка со помош на вентилатор  кој работи независно од варијациите во товарноста на компресорот.

Нашето решение

Предложивме замена на четирите постојни сушилници со загревана продувка со четири нови сушилници со адсорпција и продувка со помош на вентилатор, изработени од нерѓосувачки челик  – секој со капацитет 85 м³/мин (5100 м³/ч)  , конфигурирани паралелно (три во работа, еден резервен). Системот користи загреан околен воздух за регенерација  без губиток на стиснат воздух при продувката.

Клучна опрема

• Сушилници:  Четири BlowerDry-HRB-850GRD  адсорпциони сушилници, секој со капацитет од 85 м³/мин. Сите компоненти што влезуваат во контакт со воздухот (кули, цевки, вентили) се нерѓосив челик 304  – што елиминира рѓа и осигурува чистота на фармацевтски/батеријски ниво.
• Метод на регенерација:  Високоефикасен вентилатор црпи околен воздух, го провлекува низ електричен загревач (за да се подигне температурата на 150–200°C ) и го испушта во кулата што не е во употреба. Воздухот наситен со влага се испушта надвор. Не се користи компресиран воздух од инсталационата мрежа на фабриката  – нула губитоци при продувка. Ладењето се врши со неподгряна околна воздушна струја преку истиот вентилатор.
• Систем за контрола:  Главен ПЛК (Siemens S7-1500) координира четирите сушилници, балансира времето на работа и автоматски превклучува резервниот уред кога работечкиот сушилник ќе достигне својот интервал за одржување. Онлајн мониторинг на точката на роса (≤ -40°C) и далечински аларми интегрирани во DCS-системот на CATL.
• Филтрација:  Претфильтри (1 µm) отстрануваат рѓа од цевките; постфильтри (0,01 µm) заробуваат ситни честички од сушачот. Не се потребни филтри за масло (бидејќи компресорите се безмаслени и сместени пред сушилниците).

Спецификации за изведба

Слика: Дијаграм на поврзување на системот за воздушна компресија

Достава и инсталација

Проектот бил извршен во рамките на планираната триседмична пауза:

• Дизајн и фабрички испитувања (5 недели):  Инженерско одобрение, сертификати за нерѓослив челик и фабрички испитувања на сите четири сушилници.
• Достава (2 недели по фабричките испитувања):  Доставено до гигафабриката.
• Инсталација (3 недели):  

• • Отстранети четири стари сушилници со загреано продувување.
  • Инсталирани нови сушилници со вентилатори од нерѓослив челик на компактни подлоги.
  • Преуредени цевкови глави за конфигурација од 3 работни + 1 резервна единица.
  • Ажурирана електрична напојувања за вентилатори и грејачи.
  • Поврзано со DCS.

• Пускање во експлоатација (1 недела):  Тестирање на течности, калибрација на точката на роса и обука за оператори.

Не се појави непланирано стоење.

Резултати и предности (12 месеци по пускањето во експлоатација)

*Губитокот при продувка бара дополнително производство на компресиран воздух од 20 м³/мин. Типичната специфична моќност за маслени компресори со винт без масло изнесува 6 kW по м³/мин → спасено 120 kW постојана моќност на компресор.

Количествено изразени предности

• Штедење на енергија:  Елиминирањето на губитокот при продувка спасило ~120 kW моќност на компресор. Намалувањето на моќноста на загревачот и вентилаторот додатно придонело. Вкупно годишно спестување на електрична енергија: ≈¥520,000 (врз основа на ¥0,70/кВтч, 24/7/365).
• Повереност во производството:  Точката на роса никогаш не надминувала -40°C. Контролата на влажноста во сувиот простор станала постабилна, а не биле пријавени дефекти во премазот поврзани со влага.
• Елиминација на контаминација:  Цевковите и кулите од нерѓослива челик елиминирале ризикот од честички на рѓа. Филтрите низводно сега не покажуваат контаминација со оксид на железо – што е критично за чистотата на батериите.
• Намалување на одржувањето:  Повеќе нема високоциклусни вентили за продувка (старите сушилници имале вентили кои се активирале секој 1–2 часа). Сушилниците со продувка преку вентилатори користат само два главни вентила по кула со циклуси од 6–8 часа. Пробивот на сушителното средство практично престанал.
• Резервност и скалирање:  Со четири единици (3+1), CATL може да извршува одржување на кој било сушилник без прекинување на производството. Резервната капацитет исто така овозможува идни проширувања на линијата.
• Поврат на инвестицијата:  Вкупна инсталирана цена ≈ ¥2,400,000годишни штедувања (енергија + одржување) ≈ ¥520.000 + ¥170.000 = ¥690.000. Рок на вратување на инвестицијата ≈ 3,5 години cATL го стандардизирал овој дизајн за други фабрики.

Тестимонијал од клиент

„Старите наши сушилници со загревање и продувување губеле 8 % од нашата компресирана воздух и не можеле постојано да одржуваат температура од -40°C. Новите сушилници со продувување изработени од нерѓосувачки челик ни обезбедуваат стабилна точка на роса, нулта загуба на воздух за продувување и нема контаминација со рѓа. Само штедувањето на енергија беше доволно да се оправда надградбата.“
— Сениор менаџер за кориснички услуги, CATL Гигафабрика