变压吸附制氧效益核算

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1、变压吸附制氧在中小高炉中的应用及成本核算摘要：本文简要介绍了变压吸附制氧（VPSA制氧）的原理和特点，以及VPSA制氧技术在中小高炉富氧喷煤中的使用情况。本文例举了国内某两家钢铁企业高炉技术改造使用富氧喷煤后，高炉工况的数据指标对比，结果表明变压吸附制氧具有经济性好，灵活性大，安全性高的特点，是中小高炉富氧喷煤的理想选择。关键词：变压吸附制氧；VPSA；富氧喷煤；高炉前言20世纪70年代末的石油危机使得高炉喷油技术在世界范围内逐步停止，为了避免全焦炼铁，喷煤技术因此得到了快速的发展[1]。实践生产表明，当喷煤量大于l00kg/t时会使炉缸温度下降150~250℃以上。

2、为了实现高炉大喷煤，世界许多工业发达国家如德国、日本等对富氧喷煤技术进行了大量研究开发和推广工作[2]，目前国际先进水平的高炉喷煤比是180~200kg/t。在我国以鞍钢为首的大型钢厂早在1986年就已进行高炉富氧喷煤试验，但目前国内整体水平仍与世界先进水平存在一定的差距，《中国钢铁工业科学与技术发展指南2006~2020年》中提出了高炉喷煤指标：2006~2010年全国重点钢铁企业喷煤量≥160kg/t，2011~2020年全国重点钢铁企业喷煤量≥180kg/t。由于能源政策等因素，我国许多高炉在初期设计时并没有考虑富氧装置，大部分高炉用氧一般来自炼钢余氧，供气量不

3、稳定，且带来的效益不明显。随着焦炭价格的不断升高和国家节能减排政策的逐步实施，这些企业技术改造升级迫在眉睫。目前一次性投资少，运行、维护成本低、操作方便、灵活的的变压吸附制氧装置成为很多钢铁企业的首选。1.变压吸附制氧概述上世纪70年代初期，美国联合碳化物公司首次将变压吸附制氧技术工业化。70年代中期，真空变压吸附(VPSA)制氧工艺的提出，大大提升了装置的规模和经济性，为VPSA制氧技术大规模推广应用奠定了基础。1989年美国Praxair采用锂型分子筛的VPSA装置投入运行[3]，标志着变压吸附制氧进入新的发展时期。我国对变压吸附制氧技术的研究最早始于70年代，但

4、由于技术条件限制，直到1991年在重庆才实现首台150Nm3/hVPSA制氧装置工业化应用。北京大学化学与分子工程学院于1996年成功研制出锂型高效制氧分子筛PU-8。2000年，隶属于北京大学的北大先锋科技有限公司成功将PU-8批量生产，产品性能达到国际领先水平。2001年北大先锋采用以PU-8高效锂分子筛的VPSA制氧装置的中试取得成功，2001年实现工业化应用。。目前，北大先锋已建成投运一百多套变压吸附制氧装置，最大规模VPSA制氧装置已达到40700Nm3/h产品氧气，各项技术指标均达到了世界领先水平。1.1VPSA制氧原理VPSA制氧基本原理是根据分子筛能选

5、择性吸附空气中的氮、氧组分，使空气中的氮氧分离而获得氧气。当压缩空气经过分子筛床层时，空气中易吸附的氮气被分子筛吸附并留在床层内部，而不易吸附的氧气则在通过床层的过程中不断富集，在床层顶部形成浓度较高的氧气产品。当床层吸附达到饱和时，停止通入空气并对床层进行抽空，这时床层内部吸附的氮气便会解析出来，从而使分子筛再生，为下次吸附产氧做准备。通过交替使用2台或2台以上吸附床，便能够连续产氧。1.1VPSA制氧特点在中小装置（纯氧量小于20000Nm3/h规模上，VPSA制氧与传统深冷制氧相比就有具有以下优点[5]：1)在经济性上，VPSA制氧设备投资较小，操作费用低。2)

6、在工艺流程上，VPSA制氧工艺流程更简单，设备少且无太多精密设备，自动化程度高，对操作人员水平要求较低。3)在操作条件上，VPSA制氧操作温度为常温，操作压力为常压，装置启动和停止所需时间短(≤30分钟)，可间断运行也可连续运行，负荷调节范围更大。4)在运行维护上，VPSA制氧无碳氢化合物积累，无爆炸可能，主机精密度低，维护简单，对阀门密封性要求不苛刻，故障率低且容易及时处理。VPSA制氧的产品较为单一，但在用氧纯度不高的中小高炉上，VPSA制氧的优势较大。2.高炉富氧对冶炼的影响高炉富氧鼓风后，增加了接触煤粉的氧气浓度，有利于煤粉的燃烧，能提高炉缸温度，增加喷煤比，

7、其对冶炼过程的影响如下：1)提高高炉冶炼强度。随着高炉入口氧浓度增加，煤粉和焦炭的燃烧能力随之提高，从而提高高炉的冶炼强度。理论上鼓风含氧量提高1%，冶炼强度提高4.76%，实践生产中一般提高3%~5%[6]。2)有利于炉况顺行。高炉富氧后燃烧相同的碳，燃烧产物的体积下降，相当于高炉减风，炉内煤气上升阻力减少，对高炉工况顺行有利。3)降低高炉焦比。高炉富氧后综合焦比一般变化不大，但在增加喷煤量的同时就能促使焦比降低。4)提高高炉煤气热值。高炉富氧后减少了煤气中的氮气，煤气中有效的CO、H2比例相对增加，煤气热值提高。根据生产实践，高炉富氧后热风炉普遍