PSA oxygèneutilisé dans la fabrication du verre est normalement spécifié par la concentration en oxygène, le débit, la pression de sortie, la teneur en humidité et les limites de contaminants plutôt que par la seule pureté. Dans la combustion d'un four à verre enrichi en oxygène, une concentration en oxygène d'environ 90 à 95 % est généralement considérée, mais la valeur requise dépend de la disposition du brûleur, du combustible, de la température du four, du taux d'injection d'oxygène et du fait que l'oxygène soit mélangé à l'air de combustion ou fourni comme oxydant principal. Les spécifications d'approvisionnement devraient donc relier la pureté de l'oxygène aux conditions réelles de fonctionnement du four au lieu de sélectionner la concentration disponible la plus élevée.
Pourquoi la fabrication du verre utilise-t-elle de l’oxygène PSA ?
Un four à verre brûle du combustible à l’intérieur d’une chambre de combustion pour transférer la chaleur au lot de verre et au verre fondu. Lorsque l'air de combustion est fourni, l'azote pénètre dans le four avec l'oxygène car l'air atmosphérique contient une fraction importante d'azote. Cet azote ne participe pas à la combustion mais est chauffé à l'intérieur du four et sort par le système d'échappement.
A PSA oxygèneLe générateur sépare l'oxygène de l'air comprimé à l'aide de lits adsorbants à tamis moléculaire. Lors de l'étape d'adsorption, le tamis moléculaire retient préférentiellement l'azote tandis que le gaz enrichi en oxygène passe vers la sortie du produit. Le générateur change ensuite de lit et régénère l'adsorbant saturé en réduisant la pression. Le flux d'oxygène résultant peut être injecté dans des brûleurs ou mélangé à l'air de combustion avant d'entrer dans le four.
L’objectif pratique n’est donc pas simplement de produire de l’oxygène à une concentration spécifiée. Le système doit fournir un débit d'oxygène contrôlé au four tout en maintenant la pression et la composition du gaz requises par le brûleur.
Quelle pureté de l’oxygène est normalement prise en compte pour les fours à verre ?
Pour une combustion enrichie en oxygène,PSA oxygèneest généralement fourni dans la plage approximative de90–95% O₂, en fonction de la configuration du PSA et de l'application du four. Cette gamme ne doit pas être considérée comme une norme universelle pour l’industrie du verre, car différentes conceptions de fours utilisent différentes compositions d’oxydants.
Par exemple, un four utilisant de l'oxygène uniquement pour enrichir l'air de combustion peut accepter unPSA oxygèneconcentration provenant d'un four oxy-combustible dans lequel l'oxygène constitue le comburant primaire. La même pureté du produit PSA peut également produire des conditions de combustion différentes lorsque le débit d'oxygène et le débit de carburant sont modifiés.
| Paramètre d'oxygène PSA | Considération technique |
|---|---|
| Concentration d'oxygène | Définit la fraction O₂ entrant dans le système de combustion |
| Flux d'oxygène | Détermine la quantité d'oxygène qui peut être fournie aux brûleurs |
| Pression de sortie | Doit correspondre aux exigences en matière de tuyauterie d'oxygène, de vannes de régulation et d'entrée du brûleur |
| Humidité | Affecte la qualité du gaz produit et les conditions des équipements en aval |
| Contamination par l'huile | Doit être contrôlé par la conception du compresseur et de la filtration |
| Contamination par des particules | Nécessite une filtration appropriée en entrée et en aval |
| Variation de charge | Détermine la capacité du générateur et les besoins en tampon |
| Surveillance de l'oxygène | Détecte les écarts de concentration pendant le fonctionnement |
Pour la passation des marchés, les spécifications requises doivent donc indiquer à la foisconcentration en oxygène et capacité de distribution d'oxygène. Un chiffre de pureté sans exigence de débit ne définit pas l’apport d’oxygène utilisable.
Comment la pureté de l’oxygène modifie-t-elle la combustion du four ?
La concentration en oxygène modifie la quantité d'azote entrant dans la zone de combustion. Lorsque l'oxygène PSA remplace une partie de l'air de combustion, le comburant contient plus d'oxygène et moins d'azote que l'air ordinaire.
Le brûleur du four reçoit alors une composition de gaz différente avec le même apport de combustible. Cela peut modifier la température de la flamme, le volume de la flamme, la quantité de gaz d'échappement et les conditions de transfert de chaleur. L'effet réel dépend de la géométrie du brûleur, du type de combustible, de la position d'injection d'oxygène et de la température de fonctionnement du four.
Par exemple, si de l'oxygène PSA est injecté en amont d'un brûleur air-carburant, l'oxygène se mélange à l'air de combustion avant d'atteindre la zone de flamme. Si l'oxygène est introduit via une lance à oxygène dédiée ou un brûleur à oxygène, la vitesse du gaz, le modèle de mélange et la géométrie de la flamme sont déterminés par les passages séparés d'oxygène et de carburant.
Cette distinction est importante car90 % d'oxygène fourni via une configuration de brûleur ne produit pas les mêmes conditions de four que 90 % d'oxygène fourni via une autre configuration.
Quelles impuretés doivent être contrôlées dans l’oxygène PSA ?
L'oxygène PSA est généré à partir de l'air atmosphérique, de sorte que le système de traitement de l'air d'alimentation affecte directement l'état de l'oxygène produit. L'unité PSA reçoit normalement de l'air comprimé après filtration, refroidissement et élimination de l'humidité.
L'azote est le principal composant éliminé par le tamis moléculaire. L'azote et l'argon résiduels restent dans le flux de produit et réduisent la concentration en oxygène mesurée.
Le niveau résiduel requis dépend de la concentration cible en oxygène et du processus de combustion. L'analyseur d'oxygène doit surveiller en permanence la concentration du produit plutôt que de se fier uniquement aux mesures de mise en service.
L'air comprimé contient de l'humidité. Si l’eau atteint les lits d’adsorption en quantités excessives, elle peut occuper des sites d’adsorption et interférer avec la séparation de l’azote.
La section de traitement de l'air comprend donc normalement un refroidisseur final, l'élimination des condensats, des filtres et une étape de séchage appropriée. L'exigence exacte en matière de point de rosée dépend de la conception de l'adsorbant PSA et de l'équipement.
L'huile provenant d'un compresseur lubrifié peut pénétrer dans la conduite d'air comprimé si la séparation et la filtration sont inadéquates. La contamination par l'huile peut affecter le tamis moléculaire et l'équipement d'oxygène en aval.
Le type de compresseur, les filtres coalescents, la filtration au charbon actif et l'intervalle de maintenance doivent donc être spécifiés avec le système PSA.
La poussière et les particules de médias filtrants peuvent pénétrer dans les vannes et les récipients d'adsorption si la filtration d'entrée n'est pas maintenue. La surveillance de la pression différentielle à travers les filtres peut être utilisée pour identifier la charge du filtre avant qu'elle ne restreint l'alimentation en air.
Quels sont les principaux composants d’un système à oxygène PSA pour la production de verre ?
Un système d’oxygène PSA n’est pas un simple récipient de séparation. Il se compose de plusieurs composants qui contrôlent le traitement de l’air d’alimentation, l’adsorption, la régénération, le stockage de l’oxygène et la distribution du produit.
Le compresseur fournit de l'air atmosphérique au système PSA à la pression requise par le cycle d'adsorption. La capacité du compresseur doit couvrir la demande en air d’alimentation du PSA à la pression de fonctionnement requise.
Les filtres, refroidisseurs, séparateurs de condensats et sécheurs éliminent l'huile, l'eau liquide et les particules avant que l'air comprimé ne pénètre dans les récipients d'adsorption.
Les récipients d'adsorption contiennent un matériau de tamis moléculaire qui adsorbe préférentiellement l'azote de l'air comprimé. Le gaz enrichi en oxygène traverse le lit vers le côté produit.
Des vannes automatiques alternent les étapes d'adsorption et de régénération entre les cuves. Le calage des soupapes détermine le cycle PSA et affecte donc la récupération de l'oxygène et la concentration du produit.
Le réservoir tampon stocke l'oxygène du produit et réduit les fluctuations de pression et de débit à court terme entre le générateur PSA et le four.
Un analyseur d'oxygène mesure la concentration du produit-gaz. Le système de contrôle peut générer une alarme ou modifier les conditions de fonctionnement lorsque la concentration d'oxygène tombe en dehors de la plage spécifiée.
Les régulateurs, les vannes de régulation, les transmetteurs de pression et les débitmètres contrôlent l'apport d'oxygène du générateur au système de distribution du four.
Comment l’alimentation en oxygène PSA se connecte-t-elle à un four à verre ?
La voie d’approvisionnement en oxygène suit normalement une séquence similaire à :
Air atmosphérique → compresseur → filtration et séchage → lits d'adsorption PSA → tampon d'oxygène → analyseur d'oxygène → régulation de pression → contrôle de débit → brûleur/système d'injection d'oxygène → four à verre
Chaque section remplit une fonction d'ingénierie différente.
Le compresseur établit la pression de l'air d'alimentation. Le prétraitement élimine les contaminants. Les lits PSA séparent l'azote de l'oxygène. Le réservoir tampon stabilise les changements de demande à court terme. L'analyseur vérifie la concentration en oxygène. Les contrôles de pression et de débit acheminent ensuite le gaz vers le four dans les conditions de fonctionnement requises.
Le pipeline d’oxygène doit également être conçu en fonction du débit et de la chute de pression réels. Le diamètre du tuyau, la taille de la vanne, les raccords et la capacité du régulateur ne doivent pas être sélectionnés uniquement en fonction du raccordement de sortie du PSA.
Comment les fabricants de verre devraient-ils déterminer la capacité en oxygène du PSA requise ?
La capacité doit être calculée à partir de la demande normale et maximale en oxygène du four.
Un calcul pratique doit prendre en compte :
nombre de brûleurs × demande en oxygène par brûleur × charge de fonctionnement × facteur de demande de pointe
Le calcul doit également tenir compte des changements de production. Un four peut fonctionner avec une demande en oxygène pendant une fusion normale et nécessiter un débit différent lors du démarrage, des changements de taux de production, du réglage du brûleur ou du fonctionnement d'enrichissement en oxygène.
Si le générateur PSA est dimensionné uniquement en fonction de la consommation moyenne, la concentration en oxygène du produit ou la pression de sortie peut chuter lorsque le four atteint la demande maximale.
Un réservoir tampon peut réduire les fluctuations de courte durée, mais il ne peut pas compenser indéfiniment un générateur PSA sous-dimensionné. La capacité du générateur doit donc correspondre aux besoins continus en oxygène, tandis que le volume de stockage doit gérer les changements à court terme.
Que doivent vérifier les acheteurs avant de commander un générateur d’oxygène PSA pour le verre ?
Une spécification technique de passation des marchés doit inclure les informations suivantes :
| Article d'approvisionnement | Informations à confirmer |
|---|---|
| Type de four | Configuration régénérative, récupérative, oxy-combustible ou autre |
| Taux de production de verre | Production normale et maximale |
| Pureté de l'oxygène | Concentration et tolérance requises en O₂ |
| Capacité en oxygène | Nm³/h normal et maximum |
| Pression d'oxygène | Exigences en matière de sortie du générateur et d’entrée du four |
| Carburant | Gaz naturel, GPL, fioul ou autre carburant |
| Configuration du brûleur | Arrangement air-carburant, enrichi en oxygène, oxygène-carburant ou mixte |
| Injection d'oxygène | Oxydant principal, conduite d'enrichissement, lance ou port de brûleur |
| Qualité de l'air d'alimentation | Limites d'huile, d'eau, de particules et de point de rosée |
| Volume tampon | Nécessaire pour absorber les changements de la demande à court terme |
| Surveillance | Concentration, pression, débit et alarmes d'oxygène |
| Conditions de pose | Température ambiante, ventilation, surface au sol disponible et connexions aux services publics |
| Entretien | Remplacement du filtre, inspection des vannes, étalonnage de l'analyseur et service d'adsorbant |
L'opérateur du four doit fournir ces conditions avant de dimensionner le générateur d'oxygène PSA. Dans le cas contraire, le fournisseur ne peut sélectionner l'équipement qu'en fonction d'une pureté nominale de l'oxygène et d'un débit estimé, qui peuvent ne pas représenter la charge réelle du four.
Pourquoi choisir NEWTEK pour la fabrication de générateurs d'oxygène PSA ?
NEWTEKdéveloppe et fournit des équipements de production de gaz sur site, notammentGénérateurs d'oxygène PSA, Générateurs d'azote PSA, Usines d'oxygène modulaires. Cette gamme de produits permet de sélectionner la configuration de génération de gaz en fonction de la capacité requise, de l'espace d'installation, de la pression du gaz et des conditions de fonctionnement.
NEWTEKLe processus du projet couvre la recherche technologique, la conception technique, la fabrication des appareils, les tests d'installation et le service après-vente. Lors de la configuration de l'équipement, la capacité en oxygène, la pureté, la pression de refoulement, la température du site, l'humidité et les conditions électriques peuvent être prises en compte avec la conception du système PSA. Sa plage publiée de générateur d'oxygène est de 1 à 300 Nm³/h, avec une pureté de l'oxygène répertoriée à 93 % ± 3 %, une pression d'oxygène réglable de 0,01 à 0,5 MPa et un point de rosée de l'oxygène de -40 degrés à -75 degrés de point de rosée atmosphérique.
Pour la fabrication et la livraison, NEWTEK combine un équipement d'adsorption PSA avec des fonctions de traitement de l'air, de commutation automatique des vannes, de surveillance de l'oxygène, de contrôle de la pression et de communication du système. Des options de communication Modbus, Profibus Fieldbus et Ethernet sont disponibles pour connecter l'équipement de production de gaz aux systèmes de surveillance et de contrôle de l'usine.
