浅谈制氧站节能优化设计

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1、浅谈制氧站节能优化设计【摘要】钢铁企业在生产的过程屮需要消耗大量的氧气，而氧气的供给源于制氧站，木文结合工程实例对钢铁企业制氧站的设计进行优化，力求达到提高制氧功效，降低资源消耗的目的。【关键词】钢铁企业制氧站节能屮图分类号：C29文献标识码：A文章编号：钢铁企业作为国民经济中最大的用氧部门，其在生产过程中需要使用大量的氧气、氮气和氨气，如氧气炼钢、高炉富氧、转炉溅渣护炉用氮、钢包底吹用氮等。因此，大中型钢铁企业一般都配备有一定规模的制氧站,制氧站在制取氧气的同时可以生产氮气和氮气等工业气体。在制氧生产屮主要消耗的是电能，约占总能耗的80%；从总厂范围来说，制氧分厂是

2、钢铁企业用电大户，约占20%以上。制氧站从选址、规模的确定到设备和管道的配叠都需要进行优化设计，才能使工艺更先进，安全可靠性更高，能耗更低。一、制氧站的规模确定制氧站的规模需耍根据炼钢、炼铁等用户的使用量及使用制度，绘制出用气平衡表，根据平均用气量来确定制氧站的规模。以下是某丁程的氧氮氨平衡表。氧、氮、氮的用量平衡表通过上表可知，2X100万吨转炉冶炼、2X1280m3高炉富氧以及其它用户等共需氧气41000m3/h,纯度为99.6%；氮气40400m3/h,纯度为99.999%；氟气385m3/h,纯度为99.999%,为满足供应要求，需耍建立二套20000m3/h

3、空分装置。2、制氧分离工艺的选择冃前，空气分离制取氧、氮等产品的方式有三种：变压吸附、膜分离和深冷法。前两种是常温下空气分离，第三种是低温下空气分离。变压吸附与深冷法比较各有特点：首先，变压吸附流程简单，设备数量少，主要设备仅为鼓风机、吸附塔、贮气罐、真空泵和一些阀门；深冷空分装置流程较为复杂，主要设备包括空压机、预冷器、纯化器、换热器、膨胀机、空分塔、氧压机、氮压机等诸多设备。其次，变压吸附基建费用少，对厂房要求不高；深冷空分装置设备复朵，安装周期长，基建投资高。第三，变压吸附启动时间短，维修费用低；深冷空分装置操作较为复杂，启动时间长，维修费用多。笫四，变压吸附产

4、品单一，氧气纯度低（93%）,产量少（一般在5000m3/h以下），不能生产氮；深冷法可以同时生产出高纯度的氧（99.6%）、氮（99.999%）、氮（99.999%）,产量较高，而其液体产品的体积仅约为气体的八百分之一，所以产晶非常便于经济的储存和运输。膜分离技术与深冷法、变压吸附相比较，具有设备简单，启动时间短,投资少,由于不需要加压设备，故其简易程度超过了变压吸附;但也同样存在产量低，产品纯度低，氮气纯度仅为95%。钢铁企业一般选用的是深冷法。二、制氧站设计分析1、制氧原理及改进措施深冷分离工艺的基本原理是:空气经压缩、冷却和液化后，利用空气中氧、氮、氮沸点不同

5、，采用多次蒸发、多次冷凝的方法进行精憾分离得到产品氧、氮、Mo再按不同用途将产品加压、贮存和输送供给用户。钢铁企业制氧站主体设备如图1所示。图1钢铁企业制氧站主体设备示意图制氧站制取工业气体的能耗一般通过氧气的单位电耗来衡量。氧气单位电耗计算公式：式屮:N—吨氧耗电量，kWh/m3；R—气体常数；T—环境温度，K；r—空气标准状态下重度，取1.293kg/m3；P—加工空气压力（绝压）；U空一加工空气流量，m3/h；V氧一产品氧气流量，m3/h；AV—设备切换损失，m3/h；H等一空压机等温效率；n机一空压机机械效率。制氧站的单位产品电耗，与工作压力的自然对数成正比，

6、工作压力越低，单位电耗越小，因此尽可能地降低制氧设备的工作压力从而降低电耗。目前全低压流程的制氧装置已经被普遍应用。此外，提高氧提取率，也即降低V空/V氧，单位电耗N也随之减少。当采用规整填料、全精馆无氢制氮技术，氧提取率可提高到99.8%,氮提取率可达80.7%,JL制氟过程完全通过低温精憾來实现，使装置更安全可靠。当上塔采用填料塔后，能降低上塔阻力约0.02MPa,空压机轴功率可降低5%〜7%。当采用带氧气增压器的空分流程，充分利用冷凝器的位能（即液柱高度），使出冷箱的氧气压力达到0.17-0.28MPa,从而使压氧电耗可降低0.03kW/m3左右。我公司设计的某

7、工程一期2万制氧、二期2万制氧均采用液氧自增压的方式，获得5000'7000Nm3/h,压力为55kPa的低压氧气，直接输送至炼铁区域进行机前富氧，这样即可选用1・5万Nm3/h的氧压机，大量减少了压氧能耗，每套2万机组年节约电量约&0xl06kWho我公司设计的某工程1.6万Nn）3/h制氧采用了污氮气与增压空气进行换热的设计，节约了能耗。2、减少氧气放散率1）合理配置液体储槽和气体球罐。液化装置的配置与使用是减少放散率、保证供气稳定性、安全性和增加制氧设备投资效益的一个重要手段。液化装置包括液氧、液氮和液氮储存及汽化系统。液化装置较空分设备容易开