PSA ossigenoutilizzato nella produzione del vetro è normalmente specificato dalla concentrazione di ossigeno, dal flusso, dalla pressione di uscita, dal contenuto di umidità e dai limiti di contaminanti piuttosto che dalla sola purezza. Nella combustione in forni per vetro arricchiti di ossigeno, viene comunemente considerata una concentrazione di ossigeno intorno al 90-95%, ma il valore richiesto dipende dalla disposizione del bruciatore, dal combustibile, dalla temperatura del forno, dalla velocità di iniezione dell'ossigeno e dal fatto che l'ossigeno sia miscelato con l'aria di combustione o fornito come ossidante principale. Le specifiche di approvvigionamento dovrebbero pertanto collegare la purezza dell'ossigeno alle effettive condizioni operative del forno invece di selezionare la concentrazione più alta disponibile.
Perché la produzione del vetro utilizza ossigeno PSA?
Un forno per vetro brucia combustibile all'interno di una camera di combustione per trasferire calore al lotto di vetro e al vetro fuso. Quando viene alimentata l'aria di combustione, l'azoto entra nel forno insieme all'ossigeno perché l'aria atmosferica contiene una grande frazione di azoto. Questo azoto non partecipa alla combustione ma viene riscaldato all'interno del forno ed esce attraverso il sistema di scarico.
A PSA ossigenoIl generatore separa l'ossigeno dall'aria compressa utilizzando letti adsorbenti a setacci molecolari. Durante la fase di adsorbimento il setaccio molecolare trattiene preferenzialmente l'azoto mentre il gas arricchito di ossigeno passa verso l'uscita del prodotto. Il generatore quindi cambia letto e rigenera l'adsorbente saturo riducendo la pressione. Il flusso di ossigeno risultante può essere iniettato nei bruciatori o miscelato con l'aria di combustione prima di entrare nel forno.
L'obiettivo pratico quindi non è semplicemente quello di produrre ossigeno ad una concentrazione specifica. Il sistema deve fornire un flusso di ossigeno controllato al forno mantenendo la pressione e la composizione del gas richieste dal bruciatore.
Quale purezza dell'ossigeno viene normalmente considerata per i forni per vetro?
Per la combustione arricchita di ossigeno,PSA ossigenoviene comunemente fornito nell'intervallo approssimativo di90–95% O₂, a seconda della configurazione PSA e dell'applicazione del forno. Questa gamma non deve essere trattata come uno standard universale per l'industria del vetro perché diversi modelli di forni utilizzano diverse composizioni di ossidante.
Ad esempio, un forno che utilizza ossigeno solo per arricchire l'aria di combustione può accettare una soluzione diversaPSA ossigenoconcentrazione da un forno a ossicombustibile in cui l'ossigeno costituisce l'ossidante primario. La stessa purezza del prodotto PSA può anche produrre condizioni di combustione diverse quando la portata di ossigeno e il flusso di carburante cambiano.
| Parametro PSA dell'ossigeno | Considerazione ingegneristica |
|---|---|
| Concentrazione di ossigeno | Definisce la frazione O₂ che entra nel sistema di combustione |
| Flusso di ossigeno | Determina la quantità di ossigeno che può essere fornita ai bruciatori |
| Pressione di uscita | Deve corrispondere ai requisiti della tubazione dell'ossigeno, delle valvole di controllo e dell'ingresso del bruciatore |
| Umidità | Influisce sulla qualità del gas prodotto e sulle condizioni delle apparecchiature a valle |
| Contaminazione dell'olio | Deve essere controllato dal compressore e dalla progettazione del filtraggio |
| Contaminazione di particelle | Richiede un'adeguata filtrazione in ingresso e a valle |
| Variazione del carico | Determina la capacità del generatore e i requisiti di buffer |
| Monitoraggio dell'ossigeno | Rileva le deviazioni di concentrazione durante il funzionamento |
Per gli appalti, le specifiche richieste dovrebbero pertanto indicare entrambiconcentrazione di ossigeno e capacità di erogazione di ossigeno. Un valore di purezza senza requisiti di flusso non definisce la fornitura di ossigeno utilizzabile.
In che modo la purezza dell'ossigeno modifica la combustione del forno?
La concentrazione di ossigeno modifica la quantità di azoto che entra nella zona di combustione. Quando l'ossigeno PSA sostituisce parte dell'aria di combustione, l'ossidante contiene più ossigeno e meno azoto dell'aria normale.
Il bruciatore del forno riceve quindi una diversa composizione di gas con lo stesso ingresso di combustibile. Ciò può modificare la temperatura della fiamma, il volume della fiamma, la quantità di gas di scarico e le condizioni di trasferimento del calore. L'effetto reale dipende dalla geometria del bruciatore, dal tipo di combustibile, dalla posizione di iniezione dell'ossigeno e dalla temperatura di funzionamento del forno.
Ad esempio, se l'ossigeno PSA viene iniettato a monte di un bruciatore aria-combustibile, l'ossigeno si miscela con l'aria di combustione prima di raggiungere la zona della fiamma. Se l'ossigeno viene introdotto attraverso una lancia per ossigeno dedicata o un bruciatore a ossigeno, la velocità del gas, il modello di miscelazione e la geometria della fiamma sono determinati dai passaggi separati dell'ossigeno e del combustibile.
Questa distinzione è importante perchéL'ossigeno al 90% fornito tramite una configurazione di bruciatore non produce le stesse condizioni del forno dell'ossigeno al 90% fornito tramite un'altra configurazione.
Quali impurità devono essere controllate nell'ossigeno PSA?
L'ossigeno PSA viene generato dall'aria atmosferica, quindi il sistema di trattamento dell'aria di alimentazione influisce direttamente sulle condizioni del prodotto dell'ossigeno. L'unità PSA normalmente riceve aria compressa dopo la filtrazione, il raffreddamento e la rimozione dell'umidità.
L'azoto è il componente principale rimosso dal setaccio molecolare. L'azoto e l'argon residui rimangono nel flusso del prodotto e riducono la concentrazione di ossigeno misurata.
Il livello residuo richiesto dipende dalla concentrazione di ossigeno target e dal processo di combustione. L'analizzatore di ossigeno dovrebbe monitorare continuamente la concentrazione del prodotto anziché fare affidamento solo sulle misurazioni di messa in servizio.
L'aria compressa contiene umidità. Se l'acqua raggiunge i letti di adsorbimento in quantità eccessive, può occupare i siti di adsorbimento e interferire con la separazione dell'azoto.
La sezione di trattamento dell'aria comprende quindi normalmente un postrefrigeratore, un sistema di rimozione della condensa, filtri ed un'apposita fase di essiccazione. L'esatto requisito del punto di rugiada dipende dall'adsorbente PSA e dal design dell'apparecchiatura.
L'olio proveniente da un compressore lubrificato può entrare nella linea dell'aria compressa se la separazione e il filtraggio non sono adeguati. La contaminazione dell'olio può influenzare il setaccio molecolare e l'attrezzatura per l'ossigeno a valle.
Insieme al sistema PSA è quindi necessario specificare il tipo di compressore, i filtri a coalescenza, la filtrazione a carboni attivi e l'intervallo di manutenzione.
La polvere e le particelle del mezzo filtrante possono entrare nelle valvole e nei recipienti di adsorbimento se la filtrazione in ingresso non viene mantenuta. Il monitoraggio della pressione differenziale tra i filtri può essere utilizzato per identificare il carico del filtro prima che limiti l'alimentazione dell'aria.
Quali sono i componenti principali di un sistema di ossigeno PSA per la produzione del vetro?
Un sistema di ossigeno PSA non è un unico recipiente di separazione. È costituito da diversi componenti che controllano il trattamento dell'aria di alimentazione, l'adsorbimento, la rigenerazione, lo stoccaggio dell'ossigeno e l'erogazione del prodotto.
Il compressore fornisce aria atmosferica al sistema PSA alla pressione richiesta dal ciclo di adsorbimento. La capacità del compressore deve coprire la richiesta di aria di alimentazione PSA alla pressione operativa richiesta.
Filtri, raffreddatori, separatori di condensa ed essiccatori rimuovono olio, acqua liquida e particelle prima che l'aria compressa entri nei recipienti di adsorbimento.
I recipienti di adsorbimento contengono materiale a setaccio molecolare che assorbe preferibilmente l'azoto dall'aria compressa. Il gas arricchito di ossigeno passa attraverso il letto verso il lato del prodotto.
Le valvole automatiche alternano le fasi di adsorbimento e di rigenerazione tra i serbatoi. La fasatura della valvola determina il ciclo PSA e pertanto influisce sul recupero dell'ossigeno e sulla concentrazione del prodotto.
Il serbatoio tampone immagazzina l'ossigeno prodotto e riduce le fluttuazioni di pressione e flusso a breve termine tra il generatore PSA e il forno.
Un analizzatore di ossigeno misura la concentrazione del gas prodotto. Il sistema di controllo può generare un allarme o modificare le condizioni operative quando la concentrazione di ossigeno non rientra nell'intervallo specificato.
Regolatori, valvole di controllo, trasmettitori di pressione e flussometri controllano l'erogazione di ossigeno dal generatore al sistema di distribuzione del forno.
Come si collega l'alimentatore di ossigeno PSA a un forno per vetro?
Il percorso di fornitura di ossigeno normalmente segue una sequenza simile a:
Aria atmosferica → compressore → filtrazione ed essiccazione → letti di adsorbimento PSA → buffer di ossigeno → analizzatore di ossigeno → regolazione della pressione → controllo del flusso → bruciatore/sistema di iniezione di ossigeno → forno per vetro
Ciascuna sezione svolge una diversa funzione ingegneristica.
Il compressore stabilisce la pressione dell'aria di alimentazione. Il pretrattamento rimuove i contaminanti. I letti PSA separano l'azoto dall'ossigeno. Il serbatoio tampone stabilizza le variazioni della domanda a breve termine. L'analizzatore verifica la concentrazione di ossigeno. I controlli di pressione e flusso forniscono quindi il gas al forno nella condizione operativa richiesta.
La tubazione dell'ossigeno dovrebbe inoltre essere progettata in base alla portata effettiva e alla caduta di pressione. Il diametro del tubo, le dimensioni della valvola, i raccordi e la capacità del regolatore non devono essere selezionati solo in base alla connessione di uscita del PSA.
In che modo i produttori di vetro dovrebbero determinare la capacità di ossigeno PSA richiesta?
La capacità deve essere calcolata in base alla domanda di ossigeno normale e di picco del forno.
Un calcolo pratico dovrebbe considerare:
numero di bruciatori × domanda di ossigeno per bruciatore × carico operativo × fattore di domanda di picco
Il calcolo dovrebbe tenere conto anche dei cambiamenti di produzione. Un forno può funzionare con una richiesta di ossigeno durante la normale fusione e richiedere un flusso diverso durante l'avvio, le variazioni della velocità di produzione, la regolazione del bruciatore o l'operazione di arricchimento di ossigeno.
Se il generatore PSA viene dimensionato solo in base al consumo medio, la concentrazione di ossigeno del prodotto o la pressione in uscita potrebbero diminuire quando il forno raggiunge il picco di richiesta.
Un serbatoio tampone può ridurre le fluttuazioni di breve durata, ma non può compensare indefinitamente un generatore PSA sottodimensionato. La capacità del generatore deve quindi corrispondere al fabbisogno continuo di ossigeno, mentre il volume di stoccaggio deve gestire variazioni a breve termine.
Cosa dovrebbero controllare gli acquirenti prima di ordinare un generatore di ossigeno PSA per il vetro?
Una specifica tecnica di appalto dovrebbe includere le seguenti informazioni:
| Articolo di approvvigionamento | Informazioni da confermare |
|---|---|
| Tipo di forno | Configurazione rigenerativa, recuperativa, ossitaglio o altra configurazione |
| Tasso di produzione del vetro | Produzione normale e di punta |
| Purezza dell'ossigeno | Concentrazione e tolleranza di O₂ richieste |
| Capacità di ossigeno | Nm³/h normale e massimo |
| Pressione dell'ossigeno | Requisiti di uscita del generatore e di ingresso del forno |
| Carburante | Gas naturale, GPL, petrolio o altro combustibile |
| Configurazione del bruciatore | Disposizione aria-carburante, arricchita di ossigeno, ossigeno-carburante o mista |
| Iniezione di ossigeno | Ossidante principale, linea di arricchimento, lancia o porta del bruciatore |
| Qualità dell'aria di alimentazione | Limiti di olio, acqua, particelle e punto di rugiada |
| Volume del buffer | Necessario per assorbire le variazioni della domanda a breve termine |
| Monitoraggio | Concentrazione, pressione, flusso e allarmi di ossigeno |
| Condizioni di installazione | Temperatura ambiente, ventilazione, superficie disponibile e collegamenti alle utenze |
| Manutenzione | Sostituzione del filtro, ispezione della valvola, calibrazione dell'analizzatore e servizio dell'adsorbente |
L'operatore del forno dovrebbe fornire queste condizioni prima che il generatore di ossigeno PSA venga dimensionato. Altrimenti, il fornitore può selezionare l'attrezzatura solo in base alla purezza nominale dell'ossigeno e al flusso stimato, che potrebbero non rappresentare il carico effettivo del forno.
Perché scegliere NEWTEK per la produzione di generatori di ossigeno PSA?
NEWTEKsviluppa e fornisce apparecchiature per la generazione di gas in loco, tra cuiGeneratori di ossigeno PSA, Generatori di azoto PSA, Impianti modulari di ossigeno. Questa gamma di prodotti consente di selezionare la configurazione di generazione del gas in base alla capacità richiesta, allo spazio di installazione, alla pressione del gas e alle condizioni operative.
NEWTEKIl processo di progetto copre la ricerca tecnologica, la progettazione tecnica, la fabbricazione del dispositivo, i test di installazione e il servizio post-vendita. Durante la configurazione dell'apparecchiatura, insieme alla progettazione del sistema PSA è possibile considerare la capacità di ossigeno, la purezza, la pressione di scarico, la temperatura del sito, l'umidità e le condizioni elettriche. La gamma pubblicata del generatore di ossigeno è 1–300 Nm³/h, con purezza dell'ossigeno indicata al 93%±3%, pressione dell'ossigeno regolabile di 0,01–0,5 MPa e un punto di rugiada dell'ossigeno compreso tra -40 e -75 gradi.
Per la produzione e la consegna, NEWTEK combina le apparecchiature di adsorbimento PSA con il trattamento dell'aria, la commutazione automatica delle valvole, il monitoraggio dell'ossigeno, il controllo della pressione e le funzioni di comunicazione del sistema. Sono disponibili opzioni di comunicazione Modbus, Profibus Fieldbus ed Ethernet per collegare le apparecchiature di generazione del gas ai sistemi di monitoraggio e controllo dell'impianto.
