（1）节能效果显著。立式径向吸附塔为圆柱体格栅结构，与轴向吸附塔相比，床层薄、阻力小、空气流动压降小，降低了动力设备的排气压力，动力设备选型时功率可以相应的降低，由计算和实践得出，使用径向吸附器可使VPSA制氧装置能耗降低10%～15%；

（2）结构上的优势。VPSA制氧装置采用径向吸附塔，气流方向有利于吸附和解析，因为吸附剂的吸附和解析与气流速度有直接关系，气流速度越慢越有利于吸附和解析。在吸附阶段，随着气流从外向里流动，氮气逐步被吸附，气量逐渐减少，径向吸附塔的流动截面也正是从外向里逐步减少的，这种结构增加吸附剂的综合利用效率，同时提高了床层的稳定性，并且气流的方向是与重力方向垂直的，有效的降低了对吸附剂的冲刷，增加了吸附剂的寿命；

（3）占地面积小。径向吸附塔由于采用了圆柱体床层结构，充分利用空间位置，因而占地面积小，仅为同等规模下轴向吸附塔的一半；

（4）规模适应性宽。径向吸附塔不受空气量的限制，随着制氧规模的不断增加，需要增大进气量及吸附剂的装填量，当设备直径受到运输或者制造限制时，可增加径向加吸附塔的高度来解决。

VPSA制氧由于其低成本、负荷调节方便、开停车简单等特性，在工业生产中广泛应用，比如近两年市场行情走强的钢铁行业中，为了增加高炉的富氧率，降低焦比，提高高炉产能，通常选择VPSA制氧机作为其补充氧源，实现降本增产的目的。

变压吸附制氧装置凭借诸多优点，已经广泛应用于有色金属冶炼（炼铜、炼锌、炼铅、炼金、炼镍、钛白粉等）、黑色金属冶炼（高炉富氧喷煤炼铁、电炉炼钢等）、富氧燃烧（工业锅炉、玻璃/玻纤炉窑、电解铝）、化工造气（合成氨、甲醇、乙二醇生产等）、医疗保健、污水处理、纸浆漂白、双氧水生产、臭氧发生、水产养殖、碳黑生产等各个领域。

VPSA制氧装置由动力系统、吸附系统、阀门系统、仪控系统、电控系统以及配套的公辅系统组成，分别介绍如下：

动力系统由罗茨鼓风机、罗茨真空泵、电机及空气过滤器、消音器、弹性接头等附属设施组成，动力系统的作用是为吸附剂提供吸附和解吸所需的正压和真空度；

吸附系统由填料、吸附塔以及与之配套的缓冲罐、换热器组成；

阀门系统由变压吸附专用的调节阀、开关阀和手阀组成，调节阀和开关阀均采用气动蝶阀，阀门的动作由PLC控制，通过阀门间的切换，实现动力设备与吸附塔之间以及吸附塔彼此之间的断开和连接；

仪控系统由控制系统和现场仪表组成，现场仪表由变送器、氧气分析仪、孔板流量计、振动传感器等组成；

电控系统由进线柜、PT柜、出线柜、软启柜、不间断电源等组成；

公辅系统为VPSA装置提供必要的循环水、软水、电以及仪表气，多由用户提供。

变压吸附为高炉提供富氧有两种方式：

第一种是机后富氧，即将VPSA制氧装置出口低压氧气通过氧压机加压至6公斤，将氧气输入高炉风机出口冷风管道内与空气混合进行富氧；

第二种是机前富氧，利用VPSA制氧装置出口低压氧气与鼓风机吸风口之间的压差，将氧气直接送入高炉风机再送入高炉的供氧方式。为了使氧气与空气充分混匀，机前富氧需在风机进口前端增加氧气分配器。

机前富氧的优势是：

一、 节能：机前富氧节约了氧气压缩所需的能源消耗，虽然目前业内对于机前富氧是否占用了风机的能力还有所争议，但机前富氧技术节能是肯定的，只是对于节能多少，各企业的数据显示略有差别。

二、 节约投资：机前富氧省去氧气压缩机，减少了一次性投资，同时，由于输送介质为低压氧气，制造和施工执行低压标准即可，降低了制造费用和施工成本。

三、 安全：机前富氧无需安装减压及防爆装置，提高了系统安全性。

VPSA制氧装置的特点是操作周期短，一般仅为几十秒、因此操作过程中风机排气压力变化频率很快，波动范围也较大。从变压吸附原理来看，要求鼓风机满足在排气压力频繁且大范围变化时气量的稳定性，这是稳定吸附塔内气流速度，保证吸附剂使用寿命和VPSA制氧装置性能的必要条件。

罗茨鼓风机系属容积回转鼓风机，靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程中从吸气口带走气体，当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时，因有较高压力的气体回流，这时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道。两转子互不接触，它们之间靠严密控制的间隙实现密封，故排出的气体无润滑油污染。其最大的特点是使用时当压力在允许范围内加以调节时流量之变动甚微，压力选择范围很宽，具有强制输气的特点。。结构简单、维修方便、使用寿命长、，适用于低压力场合的气体输送和加压，也可做真空泵。因此，罗茨风机适合于VPSA制氧装置使用，是VPSA制氧技术多年发展过程中得到的普遍共识。

VPSA制氧装置供应商通常会提供比较全面的资料，包括使用说明书、维护保养手册和故障处理手册等，由于VPSA装置的构成简单，动设备仅有鼓风机、真空泵，且上述动设备属于通用型设备，维护简单方便，因此，VPSA的维护保养一般由巡检（含故障处理）和易损件更换两部分工作构成，根据网上公开资料，示意如下（PPT）：

从示例中可以看出，VPSA制氧装置具有维护简单方便的特点，同时，VPSA制氧装置全部由PLC控制，自动化程度较高，理论上可以实现无人值守。

VPSA制氧装置的维护保养相对简单，出现故障也容易处理，但是，仍然建议使用客户定期按照要求更换阀门密封圈等易损件，经过协会了解，几乎所有提供现场制气业务的国内外公司，都要求对VPSA装置定期进行相关维护保养，无论是否磨损，都定期更换密封圈，统计数据显示，定期维护保养有利于VPSA装置长期运行成本的降低，延长装置的使用寿命。

变压吸附制氧工艺操作周期很短，一般不足1min即为一个工作周期，在一个周期内，每个吸附塔需完成吸附、均压降、解吸、冲洗、均压升等操作步骤，关键阀门在每个周期内开关一次，开关相当频繁。因此要求阀门开关速度很快，这样可以提高制氧装置的工作效率和有效利用率，

因此，VPSA制氧所采用的阀门必须具备以下几个特点：

第一，开关速度快；第二，密封性能好；第三，频繁、快速开关条件下使用寿命长，第四，无油操作。

目前国内VPSA普遍采用变压吸附专用双偏心气动蝶阀，执行机构和气动元件一般选择美卓、SMC等国外知名品牌以提高阀门可靠性，这种阀门具有如下特点：

（1）口径范围广：直径范围是DN100至DN900；

（2）开关速度快：为0.3至0.8 秒/次；

（3）密封结构：采用唇形密封结构，具有双向零泄漏，磨损后自修复特点；

（4）密封材质：选用增强PTFE材料，耐磨效果好；

（5）动力驱动：采用仪表气驱动，仪表气压力较低且干净无油，也比较容易获取；

（6）维修：阀门体积小，重量较轻，维修方便，维护费用较其他种类阀门低。

VPSA设备是一个成套的系统，如果工艺设计合理、配套设备选型得当，运行平稳则可以保证整个装置电耗最低。具体说来有如下几个因素：

1、吸附剂的性能是否高效。目前市面上最高效的吸附剂是PU-8锂基吸附剂。该吸附剂吨产氧量是行业内最高。在产同等氧气的情况下装填量更少，所以气体在穿过床层阻力就最少，最终表现在能耗上就能达到较低水平。

2、合理的工艺，吸附剂是一套装置最核心的部分，如果设计出最合理的工艺流程保证能将该吸附剂的最大效能发挥出来，这需要一个合理的工艺设计，包括了吸附温度、吸附压力、解析压力、吸附周期等等关键指标的设定。

3、最后动力设备的选型是否匹配。整套装置的用电主要是动力设备，动力设备选型过小则不能产出符合设计指标的氧气量，选型过大在产气量一定的情况下则单位电耗会偏高。另外配套设备是否运行顺畅。如果发生阀门漏气、仪控信号传输不畅等等情况就会影响到整个系统的运转。

综上所述，VPSA制氧设备的电耗取决于系统各个部件的协作运转。