特大型制氧機(jī)組節(jié)能技術(shù)優(yōu)化

陳恩軍，凌 晨，吳 冰，陳 勇

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山曹妃甸 063200）

特大型制氧機(jī)組節(jié)能技術(shù)優(yōu)化

陳恩軍，凌 晨，吳 冰，陳 勇

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山曹妃甸 063200）

為滿足用戶氮?dú)庑枨蟮耐瑫r(shí)優(yōu)化制氧機(jī)組氧氮比，提出將原來(lái)經(jīng)水冷塔用于冷卻水后放空的上塔純氮?dú)?，多提取一部分?jīng)進(jìn)氣氮壓機(jī)補(bǔ)給循環(huán)氮壓機(jī)加壓后作為氮?dú)猱a(chǎn)品送出。在不提高制氧機(jī)組整體負(fù)荷的前提下，提高氮?dú)猱a(chǎn)量4000 Nm3/h，增加液氮外銷(xiāo)量、降低氧氣放散率等節(jié)能增效的目的。

增產(chǎn)；節(jié)能；改進(jìn)

1 背 景

某鋼鐵公司是新建的長(zhǎng)流程鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，設(shè)計(jì)鋼產(chǎn)量為970萬(wàn)t/a。主流程初期設(shè)計(jì)用氣量為：氧氣150 000 Nm3/h，中壓氮?dú)?1 000 Nm3/h，低壓氮?dú)?04 000 Nm3/h。配套建設(shè)兩套75 000 Nm3/h制氧機(jī)組產(chǎn)氣量設(shè)計(jì)（100%負(fù)荷）：氧氣150 000 Nm3/h，中壓氮?dú)?1 000 Nm3/h，低壓氮?dú)?04 000 Nm3/h。靜態(tài)設(shè)計(jì)達(dá)到零放散，設(shè)計(jì)氧氣、氮?dú)猱a(chǎn)量比為1：1.03。

在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，由于各用戶的用量在設(shè)計(jì)和實(shí)際用量之間均出現(xiàn)不同程度的差距，實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中用戶用量氧氣、氮?dú)獗葹?：1.09，用戶用氣總用量實(shí)際值與設(shè)計(jì)值的對(duì)比、實(shí)際用量對(duì)應(yīng)制氧機(jī)組平均負(fù)荷見(jiàn)表1。

機(jī)組設(shè)計(jì)產(chǎn)出氧氮比與實(shí)際生產(chǎn)需求氧氮比之間的差距造成以下兩種情況：滿足用戶氧氣需求量且減少放散的制氧機(jī)組負(fù)荷下，裝置氮?dú)馑统瞿芰Σ荒軡M足用戶總需求量，不得不使液氮后備泵長(zhǎng)期在線運(yùn)行；如果為滿足氮?dú)庑枨髣t不得不提高制氧機(jī)組負(fù)荷，造成氧氣存在一定程度的放散。無(wú)論采取哪種方法滿足用戶需求都是不經(jīng)濟(jì)的。

表1 設(shè)計(jì)產(chǎn)量與實(shí)際用量對(duì)比表Table 1 Contrast of design production and the actual amount

2 流程簡(jiǎn)介

該公司兩套制氧機(jī)組采用立式徑向流分子篩前端凈化、多層浴式主冷、單塔無(wú)氫除氧技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)，采用全低壓、液氧內(nèi)壓縮及氮?dú)馀蛎浟鞒獭翁籽b置有常規(guī)變負(fù)荷和快速變負(fù)荷能力，常規(guī)變負(fù)荷是在裝置的75%～105%的工況運(yùn)行;快速變負(fù)荷在以上的任意操作點(diǎn)上能夠?qū)崿F(xiàn)±20 000 Nm3/h的氧氣產(chǎn)量變化操作。氮?dú)猱a(chǎn)品從循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)1級(jí)和4級(jí)送出。循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)共6級(jí)壓縮，其中2級(jí)出口抽出1.0 MPa低壓氮?dú)猱a(chǎn)品，4級(jí)出口抽出3.0 MPa中壓氮?dú)猱a(chǎn)品，6級(jí)出口的7.2 MPa高壓氮?dú)饨?jīng)高壓板式換熱器E3616回收冷量后進(jìn)入下塔，大部分氮?dú)舛际菑南滤槌?，其中?5 000 Nm3/h的氮?dú)鈴纳纤敳砍槌鼋?jīng)進(jìn)氣氮壓機(jī)補(bǔ)給循環(huán)氮壓機(jī)，見(jiàn)圖1。

圖1 氮?dú)庠霎a(chǎn)簡(jiǎn)要原理圖Fig.1 Nitrogen increase briefly schematic diagram

3 技術(shù)分析

為達(dá)到氮?dú)庠霎a(chǎn)的目的，考慮從上塔或下塔多抽取氮?dú)?，增加氮?dú)饪偖a(chǎn)量。如果從下塔多抽氮?dú)鈺?huì)造成以下兩種結(jié)果:

一是采用增加下塔頂部氮?dú)獬槿×康姆椒?。這將造成去主冷的純氮?dú)饬繙p少，導(dǎo)致下塔回流液的減少，回流比的變化將導(dǎo)致下塔精餾工況的波動(dòng)。因此采取這種方法多抽氮?dú)馐遣豢扇〉摹?/p>

二是采取下塔氮?dú)獬槿×坎蛔兊那闆r下，增加氮?dú)猱a(chǎn)品抽取量即增加循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)2級(jí)、4級(jí)出口的抽氣量。這將造成循環(huán)氮壓機(jī)5級(jí)入口氮?dú)饬繙p少，從而導(dǎo)致膨脹機(jī)入口氮?dú)饬繙p少，對(duì)于通過(guò)氮?dú)馀蛎浱峁├淞康目辗至鞒?，參與制冷循環(huán)的氮?dú)饬繙p少將造成進(jìn)入下塔的冷量降低，影響精餾。同時(shí)，這種操作有可能導(dǎo)致循環(huán)氮壓機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)域，因此這種多抽氮?dú)獾姆椒ㄒ彩遣豢扇〉摹?/p>

綜上所述，下塔多抽氮?dú)鈦?lái)增加氮?dú)猱a(chǎn)量的方法是不可取的。如果想增加裝置的氮?dú)猱a(chǎn)量只能在上塔氮?dú)馍蠈ふ彝黄瓶凇?/p>

上塔純氮?dú)獯蟛糠纸?jīng)由水冷塔給冷卻水降溫后放空，只提取了35 000 Nm3/h的量經(jīng)氮?dú)膺M(jìn)氣壓縮機(jī)加壓后補(bǔ)給循環(huán)氮壓機(jī)。而設(shè)計(jì)氮?dú)膺M(jìn)氣氮壓機(jī)最多可以加工39 000 Nm3/h的氮?dú)饬?，?shí)際生產(chǎn)操作中進(jìn)氣氮壓機(jī)存有調(diào)節(jié)余量，同時(shí)冷凍機(jī)工作負(fù)荷只有70%左右，以上設(shè)備運(yùn)行狀況為此次氮?dú)庠霎a(chǎn)提供了可能性。

4 改進(jìn)方案

將上塔經(jīng)水冷塔將水冷卻后放空的氮?dú)馓崛∫徊糠?，?jīng)氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)加壓后作為氮?dú)猱a(chǎn)品送出。這部分氮?dú)鉃樗渌峁┑睦淞客ㄟ^(guò)提高冷凍機(jī)負(fù)荷來(lái)提供。氮?dú)膺M(jìn)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)流量為35 000 Nm3/h。經(jīng)試驗(yàn)，氮?dú)膺M(jìn)壓縮機(jī)流量最大可增加4000 Nm3/h，這部分氮?dú)膺M(jìn)入循環(huán)氮壓機(jī)入口。通過(guò)循環(huán)氮壓機(jī)2、4級(jí)出口多取等量的中低壓氮?dú)猱a(chǎn)品保持參與制冷循環(huán)的氮?dú)饬坎蛔?，達(dá)到對(duì)主塔精餾無(wú)影響的前提下增加氮?dú)猱a(chǎn)量的目的。

5 改進(jìn)效果

技術(shù)改進(jìn)完成后，制氧機(jī)組產(chǎn)出的氧氮比可以在1:1.03和1:1.1之間調(diào)節(jié)。在不提高制氧機(jī)組負(fù)荷的前提下，滿足用戶氮?dú)庑枨?/p>

【】【】的同時(shí)達(dá)到了降低制氧機(jī)組負(fù)荷、減少氧氣放散、減少液氮后備泵啟用次數(shù)、減少液氮消耗量的目的。在氮?dú)庥昧看蟪鰸M足氧氣用量對(duì)應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的裝置氮?dú)猱a(chǎn)出量時(shí)，采取這種氮?dú)庠霎a(chǎn)的生產(chǎn)模式。經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的運(yùn)行該氮?dú)庠霎a(chǎn)模式運(yùn)行情況良好，作業(yè)率約20%，改造完成后氧氣放散率約降低3個(gè)百分點(diǎn)，每天約減少液氮消耗30 m3用于外銷(xiāo)。

綜上所述，該優(yōu)化制氧機(jī)組氧氮比的氮?dú)庠霎a(chǎn)改造是一項(xiàng)節(jié)能增效的技術(shù)改造，對(duì)于其他大型空分企業(yè)有一定的借鑒意義。

Energy-Saving Technology Optim ization of Large Oxygen Production Plants

CHEN Enjun，LING Chen，WU Bing，CHEN Yong
（Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.，Ltd.，Tangshan，063200，China）

Optimizing proportion of oxygen and nitrogen production in order to meet uses.Extracting high purity nitrogen from air separation upon column then sent into the nitrogen cycle nitrogen compressor pressurized to network.Improving nitrogen production 4000 Nm3/h without increasing the overall load of oxygen plants.Increase in sales of liquid nitrogen and reduce the oxygen emission rate.

increase production；energy saving；improvement

TQ116

A

1007-7804（2014）03-0024-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2014.03.007

陳恩軍（1984），男，工程師，2007年畢業(yè)于大連理工大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部，從事空分生產(chǎn)相關(guān)工作。

2014-02-18