Gigafabrică de baterii – Actualizare de la uscătoare cu purjare încălzită la uscătoare cu purjare prin suflantă din oțel inoxidabil

Meta Descriere:  Cum a înlocuit CATL patru uscătoare cu purjare încălzită, consumatoare de energie, cu patru uscătoare cu purjare prin suflantă din oțel inoxidabil de 85 m³/min, obținând un punct de rouă de -40°C, pierdere zero de aer comprimat în timpul purjării și o reducere a consumului de energie cu 40%.

Figură: 85 Nm³/min Uscător cu adsorbant pentru aer comprimat, cu suflantă din oțel inoxidabil, fără purjare s

Informații despre client

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)  , cel mai mare producător mondial de baterii pentru vehicule electrice (EV), operează o fabrică gigant cu productivitate ridicată, care produce celule Li-ion. Sistemul de aer comprimat al uzinei are o capacitate totală de 340 m³/min (20.400 m³/h)  , susținând:

• Camere de uscare pentru acoperirea electrozilor (punct de rouă ≤ -40°C obligatoriu)
• Pneumatica liniei de asamblare de înaltă viteză
• Purjarea camerei curate și aerul pentru instrumente

Fabricarea bateriilor evită în mod strict uscătoarele refrigerate din cauza riscului de antrenare a apei lichide datorită defecțiunilor în sistemul de scurgere a condensului. Instalația instalase inițial patru uscătoare cu regenerare prin purjare încălzită (cu micro-încălzire) de tip adsorpție , fiecare având o capacitate nominală de 85 m³/min – o alegere frecventă înainte ca tehnologia de purjare cu ventilator de înaltă eficiență să devină rentabilă.

Puncte Dureroase

Existentă uscătoarele cu regenerare prin purjare încălzită  (cunoscute, de asemenea, sub denumirile de uscătoare cu micro-încălzire sau uscătoare cu adsorbție încălzite extern) au generat mai multe probleme operaționale și financiare:

• Pierderi semnificative de aer de purjare:  Uscătoarele cu regenerare prin purjare încălzită consumă totuși 5–8% din debitul nominal  pentru regenerare – chiar și în prezența încălzitorilor electrici. Pentru patru unități de 85 m³/min care funcționează în paralel (debit total ~300–340 m³/min), aceasta însemna ~20 m³/min de aer comprimat uscat evacuat constant  în atmosferă.
• Consum electric ridicat:  Fiecare uscător necesita încălzitoare electrice (de obicei 15–25 kW) în timpul fazei de regenerare, ceea ce adaugă la factura energetică.
• Instabilitate a punctului de rouă în regim de sarcină maximă:  În perioada estivală, temperaturile ridicate ale aerului de intrare și umiditatea ridicată au afectat eficiența regenerării. Punctul de rouă a crescut uneori peste -35°C , generând preocupări în cadrul monitorizării camerei uscate.
• Uzură și întreținere ale robinetelor:  Frecvența ciclului (de obicei 60–120 minute) a provocat uzura robinetelor pneumatice la fiecare 12–18 luni. Atritarea materialului desicant cauzată de variațiile frecvente de presiune a generat praf, care a înfundat filtrele din aval.
• Risc legat de construcția din oțel carbon:  Uscătoarele originale aveau turnuri și conducte din oțel carbon. În timp, s-au format particule interne de rugină, ceea ce a reprezentat un risc de contaminare a mediului din camera uscată – inacceptabil pentru producția de baterii.

Figură: 85 Nm³/min Uscător cu adsorbant pentru aer comprimat, cu suflantă din oțel inoxidabil, fără purjare

CATL avea nevoie de o soluție de uscare fără purjare, extrem de fiabilă  cu piese umede din oțel inoxidabil  pentru a elimina riscurile de coroziune și capacitatea de a se scala pentru liniile viitoare de producție.

De ce nu uscătorul cu căldură de compresie (HOC)?

Deși uscătoarele HOC oferă uscare fără purjare și fără încălzire electrică, acestea necesită ca temperatura la descărcarea compresorului amontean să fie constant peste 120 °C. Compresoarele moderne fără ulei de tip surub existente la CATL funcționează la sarcini variabile și uneori descarcă la temperaturi sub 100 °C în perioadele de cerere scăzută. Un uscător HOC ar necesita o sursă suplimentară de căldură sau un sistem de comandă cu derivare, ceea ce ar adăuga complexitate. Clientul a preferat un design probat de uscător cu purjare prin suflantă  care funcționează independent de variațiile sarcinii compresorului.

Soluția noastră

Am propus înlocuirea celor patru uscătoare existente cu purjare încălzită cu patru noi uscătoare adsorpționale cu purjare prin suflantă, din oțel inoxidabil  – fiecare cu o capacitate nominală 85 m³/min (5100 m³/h)  , configurați în paralel (trei în funcționare, unul de rezervă). Sistemul folosește aer ambient încălzit pentru regenerare  fără pierdere de aer comprimat în timpul purjării.

Echipament esențial

• Uscătoare:  Patru BlowerDry-HRB-850GRD  usucătoare prin adsorbție, fiecare cu o capacitate de 85 m³/min. Toate componentele aflate în contact cu aerul (turnuri, conducte, supape) sunt oțel inoxidabil 304  – eliminând formarea de rugină și asigurând o curățenie de calitate farmaceutică/baterii.
• Metoda de regenerare:  Un ventilator de înaltă eficiență aspiră aerul ambient, îl face să treacă printr-un încălzitor electric (ridicând temperatura până la 150–200°C ) și evacuează turnul offline. Aerul încărcat cu umiditate este evacuat. Nu se utilizează aer comprimat din rețeaua de uzină  – pierdere zero de aer de purjare. Răcirea se face cu aer ambient neîncălzit, prin același ventilator.
• Sistem de control:  Un PLC master (Siemens S7-1500) coordonează cele patru uscătoare, echilibrând timpul de funcționare și comutând automat unitatea de rezervă atunci când un uscător în funcțiune ajunge la intervalul său de întreținere. Monitorizare online a punctului de rouă (≤ -40 °C) și alarme la distanță integrate în sistemul DCS al CATL.
• Filtrare:  Filtre premergătoare (1 µm) elimină depozitele de pe conducte; filtre postmergătoare (0,01 µm) capturează particulele fine de desiccant. Nu sunt necesare filtre de ulei (compresoarele amonte sunt fără ulei).

Specificații de performanță

Figură: Diagrama de conectare a sistemului de compresie a aerului

Livrare și Montare

Proiectul a fost executat în cadrul unei opriri planificate de 3 săptămâni:

• Proiectare și testare la fabrică (FAT) (5 săptămâni):  Aprobare inginerescă, certificate de calitate pentru materialul din oțel inoxidabil și testare la fabrică (FAT) a tuturor celor patru uscătoare cu purjare încălzită.
• Livrare (2 săptămâni după testarea la fabrică – FAT):  Livrare la gigafabrică.
• Instalare (3 săptămâni):  

• • Demontarea celor patru uscătoare vechi cu purjare încălzită.
  • Instalarea noilor uscătoare cu suflantă din oțel inoxidabil, montate pe cadre compacte.
  • Reconfigurarea colectoarelor de conducte pentru o configurație de 3 unități în funcționare + 1 unitate de rezervă.
  • Modernizarea alimentării electrice pentru suflante și încălzitoare.
  • Conectat la DCS.

• Punere în funcțiune (1 săptămână):  Teste de etanșeitate, calibrare a punctului de rouă și instruirea operatorilor.

Nu s-au produs opriri neplanificate.

Rezultate și beneficii (12 luni după punerea în funcțiune)

*Pierderea prin spălare necesită o producție suplimentară de aer comprimat de 20 m³/min. Puterea specifică tipică pentru compresoarele cu surub fără ulei este de 6 kW pe m³/min → 120 kW putere continuă de compresie economisită.

Beneficii cuantificabile

• Economii de energie:  Eliminarea pierderii prin spălare a economisit ~120 kW putere de compresie. Reducerea consumului de energie pentru încălzitor și ventilator a adus, de asemenea, o contribuție suplimentară. Economia totală anuală de energie electrică: ≈¥520,000 (pe baza tarifului de 0,70 ¥/kWh, 24/7/365).
• Fiabilitatea producției:  Punctul de rouă nu a depășit niciodată -40 °C. Controlul umidității în camera uscată a devenit mai stabil, iar nu s-au raportat defecțiuni ale stratului de acoperire legate de umiditate.
• Eliminarea contaminării:  Turnurile și conductele din oțel inoxidabil au eliminat riscul particulelor de rugină. Filtrele situate în aval nu mai prezintă nicio contaminare cu oxid de fier – un aspect esențial pentru curățenia bateriilor.
• Reducerea întreținerii:  Nu mai sunt necesare supape de purjare cu cicluri frecvente (vechile uscătoare aveau supape care ciclau la fiecare 1–2 ore). Uscătoarele cu suflantă pentru purjare folosesc doar două supape principale pe turn, cu cicluri de 6–8 ore. Uzurarea desicantului s-a oprit practic.
• Redundanță și scalabilitate:  Cu patru unități (3 + 1), CATL poate efectua întreținerea oricărui uscător fără a întrerupe producția. Capacitatea suplimentară permite, de asemenea, extinderea viitoare a liniilor de producție.
• ROI:  Costul total instalat ≈ ¥2,400,000. Economii anuale (energie + întreținere) ≈ ¥520.000 + ¥170.000 = ¥690.000. Perioada de recuperare a investiției ≈ 3,5 ani . CATL a standardizat această soluție pentru celelalte sale uzine.

Testimonial client

„Vechile noastre uscătoare cu purjare încălzite consumau 8% din aerul comprimat și nu puteau menține în mod fiabil o temperatură de rouă de -40°C. Noile uscătoare cu purjare cu ventilator, din oțel inoxidabil, ne oferă un punct de rouă extrem de stabil, zero pierdere prin purjare și nicio contaminare cu rugină. Doar economiile de energie au justificat înlocuirea.”
— Manager Senior Utilități, Gigafabrica CATL