4500 m3/h空分設備中預換熱器的改造及其節(jié)能情況

魏文建

（北方銅業(yè)股份有限公司侯馬冶煉廠，山西 侯馬 043000）

北方銅業(yè)股份有限公司侯馬冶煉廠空分車間KDON-4500/4500-Ⅱ型空分機組是開封空分設備廠20世紀90年代初生產(chǎn)的設備，1996年開始土建施工，1998年6月試車一次成功，該機組采用全低壓分子篩凈化、增壓膨脹工藝流程，風機選用的是Atlas公司生產(chǎn)的HL9-080-6型離心式壓縮機，產(chǎn)品氧外加壓后送往熔煉爐供煉銅使用，產(chǎn)品氮外加壓后送往陽極爐作為其還原劑的載體。

預冷系統(tǒng)設計有錯流形板翅式換熱器，從空壓機過來的壓縮空氣和從分餾塔出來再生分子篩的污氮氣在此換熱，由于和預換熱器連接的空氣和污氮氣管道在開、停機過程中溫差較大，因熱應力的作用使預換熱器多次發(fā)生內(nèi)漏，水分進入再生污氮氣管道，造成分子篩失效和扒塔處理，給生產(chǎn)經(jīng)營帶來嚴重損失，在幾次對預換熱器補漏、加固無效的情況下，于2001年10月被迫拆除，再生分子篩的電加熱器由2臺改為3臺。預換熱器拆除后，通過幾年的運行發(fā)現(xiàn)，機組電耗明顯加大，備件材料費用也提高了，而且分子篩的再生效果也不如以前。

1 空氣-污氮預換熱器的改造及投入使用情況

2007年5月，通過對原預換熱器的改造，重新上了一套換熱器，該套預換熱器采用目前先進的錯流間壁式螺旋翅片管結構，空氣走管內(nèi)，污氮氣走管外，由于管內(nèi)外都有螺旋翅片，增大了換熱面積，提高了換熱效果；考慮到銅材料延展性和換熱好的優(yōu)點，把原來的鋁材質改為銅材質；防止熱應力損壞換熱器，在空氣和污氮氣進出口增設了伸縮節(jié)。

該套空分裝置分子篩純化器為雙層床，在下層的空氣入口處先裝一定量的活性氧化鋁，其上加裝13X分子篩。壓縮空氣通過空冷塔先被常溫水冷卻，再被冷凍水冷卻到8～10℃后進分子篩純化器。將分子篩純化器切換程序分為5個階段，即充壓15min，平行1 min，卸壓7 min，加熱106 min，冷吹106 min，再加上閥門動作時間，一個純化器的運行周期為240 min。不加預換熱器時，9℃的污氮氣出冷箱后進入電加熱器，在此被加熱到185℃再生分子篩，然后再吹冷。

增設污氮預換熱器后，空壓機3級排出的熱空氣和污氮氣在預換熱器中進行換熱，污氮氣的溫度提高，進空冷塔的空氣溫度降低，節(jié)省能耗，工藝流程見圖1，預換熱器的效果見表1。

圖1 工藝流程圖

表1 預換熱器的技術參數(shù)

2 增設預換熱器后節(jié)省的能耗

2.1 每年節(jié)約電費

（1）由于進電加熱器的污氮氣溫度大大提高，電加熱器由原來3臺變?yōu)?臺運行，節(jié)省1臺加熱器，分子篩純化器成對切換交替使用，當一個工作運行（240 min）時，另一個再生，電加熱器1天工作10多個小時，1臺加熱器的功率是165 kW／h，1年按330天計算（除去檢修時間）：

一天的電耗是：165 kW/h×10=1650 kW

一天的電費是：1650 kW×0.47元/kWh=775.5元

一年的電費是：775.5×330=255915元

（2）工藝要求出空冷塔空氣的溫度為8～10℃，由于進空冷塔空氣的溫度大大降低，冷凍水的需求量也減少，冷凍機由原來6臺壓縮機變?yōu)?臺壓縮機工作，1臺壓縮機的功率是35 kW，3臺壓縮機一天的電耗是：

35 kW/h×3×24=2520 kW

一天的電費是：2520 kW×0.47元/kWh=1174.4元

一年的電費是：1174.4×330=387552元

兩項合計節(jié)約：255915+387552=643467元

2.2 每年備件材料節(jié)約

（1）電加熱器加熱管平均每年更換5根，每根452元，每年節(jié)約：452×5=2260 元

（2）1臺壓縮機平均每年更換一次進、排氣閥，1臺壓縮機有3副進、排氣閥，1個進、排氣閥均為307元，每年節(jié)約：307×6×3＝5526元

兩項合計節(jié)約：2260+5526=7786元

每年電耗和備件材料共節(jié)約：643467+7786=651253元

改造總投資：預換熱器和4個伸縮節(jié)的價格21萬元。

按10年分擔總投資，每年分擔投資成本2.1萬元。

改造項目每年總效益為：651253-21000=630253元

3 結束語

通過對預換熱器的改造和增加伸縮節(jié)，本廠4500m3／h空分設備幾年來運行比較穩(wěn)定，節(jié)能降耗效果明顯，不到半年就把成本收回。并且再生分子篩污氮氣的溫度從83℃加熱到185℃，比9℃加熱到185℃縮短了時間，提高了分子篩再生效果，延長了分子篩使用壽命。

增設預換熱器后盡管阻力增大一些，但Atlas空壓機是根據(jù)3級出口設定的壓力來控制進口導葉的開度，從而控制系統(tǒng)流量，阻力增大后，進下塔空氣的壓力和流量有所降低和減少，基本不影響產(chǎn)品的純度和產(chǎn)量。