引言

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了許多行業(yè)的發(fā)展，空分分離技術(shù)也得到了發(fā)展與完善。隨著全世界范圍內(nèi)資源的日漸匱乏，在氧氣制備工作中消耗的能耗量成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的關(guān)鍵點(diǎn)。

本次研究分析某冶煉廠12000型空分設(shè)備，以此為例對(duì)空分設(shè)備在制備氧氣的工作過(guò)程中降低能耗的措施以及調(diào)整系統(tǒng)的構(gòu)思進(jìn)行闡述。

1.設(shè)備簡(jiǎn)介

該冶煉廠使用空分設(shè)備為KDONAr一12000/1000/384型，其工作步驟是通過(guò)空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生熱空氣，交由預(yù)換熱器進(jìn)行換熱，再轉(zhuǎn)移至空氣冷卻塔底端，進(jìn)而熱空氣會(huì)從下至上貫穿空氣冷卻塔，空氣冷卻塔內(nèi)部下上端裝有填料，從而實(shí)現(xiàn)熱空氣與冷凍水和冷凝水進(jìn)行逆流接觸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱交換，在冷卻空氣的同時(shí)實(shí)現(xiàn)洗滌空氣。在冷卻空氣的過(guò)程中需要最大程度上降低空氣溫度，減少空氣中游離水分的含量，從而達(dá)到使吸附器工作負(fù)荷下降的目的。自冷箱中存有污氮，污氮從自冷箱發(fā)出，進(jìn)入水冷卻塔底端，水冷卻塔的內(nèi)部設(shè)有填料和冷卻水，污氮進(jìn)入到水冷卻塔底端以后會(huì)自下而上與水冷卻塔內(nèi)部的冷卻水與填料實(shí)現(xiàn)逆流接觸，充分接觸后，水冷卻塔內(nèi)部的污氮溫度會(huì)增加，濕度會(huì)增加，隨后排放到大氣中，如此一來(lái)冷卻水就會(huì)進(jìn)一步降溫冷卻為冷凍水，進(jìn)入到空冷塔參與換熱，從而降低空氣溫度。空氣預(yù)冷系統(tǒng)中存有空氣，空氣預(yù)冷系統(tǒng)中的空氣在排出以后會(huì)流入空氣純化系統(tǒng)，空氣純化系統(tǒng)的主要工作原理是利用其內(nèi)部吸附劑的吸附作用將空氣中的H2O、CO2、以及一些碳?xì)浠衔锍ィ諝饧兓到y(tǒng)中的吸附劑位于吸附器當(dāng)中，吸附器是兩個(gè)獨(dú)立的雙床層結(jié)構(gòu)容器，其中一臺(tái)容器在運(yùn)行過(guò)程中，另外一臺(tái)容器會(huì)將來(lái)自冷箱的污氮在預(yù)熱器和加熱器的作用下實(shí)現(xiàn)加熱再生，用于切換備用，從而確保純化器的持續(xù)運(yùn)作。

2.節(jié)能措施

2.1預(yù)換熱器加設(shè)閥門(mén)

使用管殼式預(yù)換熱器，加設(shè)旁通管路同時(shí)加裝閥門(mén)，確保預(yù)換熱器在運(yùn)行過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)拆裝與檢修。預(yù)換熱器的位置設(shè)置在空壓機(jī)后方的空氣塔管道上，利用空壓機(jī)高溫排氣的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與純化系統(tǒng)中的再生污氮的換熱，最終實(shí)現(xiàn)電加熱器功耗的降低，使空冷塔底部的結(jié)垢程度得到緩解。在引用了預(yù)換熱器以后，電加熱器的平均功率相比從前下降約200KW。

2.2增加進(jìn)塔空氣量

可以通過(guò)將液氮回流下塔閥門(mén)V11的開(kāi)放度適當(dāng)增加來(lái)增加進(jìn)塔的空氣量，參照實(shí)際工作情況結(jié)合一定比例增加膨脹量，進(jìn)而使液體量增加。

2.3使上塔操作壓力下降

本次研究在裝置中加設(shè)了預(yù)換熱器，隨之在保障純化系統(tǒng)再生的條件下適當(dāng)提升了塔壓力，進(jìn)而空壓機(jī)排氣壓力也會(huì)隨著增加。盡管在使用預(yù)換熱器的條件下會(huì)降低電加熱器的功耗，但是空壓機(jī)的功耗卻存在一定程度上的提升，這種現(xiàn)象是不符合系統(tǒng)節(jié)能宗旨的。為了消除這種負(fù)面現(xiàn)象，需要在能夠保障純化分子篩可以再生的前提下逐漸降低上塔壓力，直至最低壓力，進(jìn)而有助于改善上塔精餾工況，與此同時(shí)液氧的蒸發(fā)溫度也會(huì)降低。如果主制冷的溫差可以維持在一個(gè)恒定的數(shù)值，此時(shí)可以考慮使下塔液氮的冷凝溫度降低，溫度降低隨即下塔的壓力也會(huì)降低，空壓機(jī)的排氣壓力也自然會(huì)隨之降低，因此空壓機(jī)所需要的實(shí)際能耗就會(huì)降低。使上塔壓力下降的好處之一就是是可以實(shí)現(xiàn)液態(tài)氧的蒸發(fā)，進(jìn)而使氧氣的產(chǎn)量增加。同理，使上塔壓力下降同樣存在好處，就是實(shí)現(xiàn)富氬區(qū)域的向上移動(dòng)，在其他條件不變的情況下，對(duì)于氬系統(tǒng)的穩(wěn)定、精餾都具有一定好處，進(jìn)而使制氬產(chǎn)量提高。

2.4將廢氬氣放空

為了進(jìn)一步提高氬氣的提取率，可以充分發(fā)揮精氬塔的優(yōu)勢(shì)將廢氬氣放空，如此一來(lái)被放出的氬氣就可以流回到空壓機(jī)的入口處，加入到精餾環(huán)節(jié)，進(jìn)而制造出全新的氬氣。

2.5仔細(xì)調(diào)整工藝參數(shù)

為了實(shí)現(xiàn)使盡可能多的膨脹空氣參與到蒸餾環(huán)節(jié)中來(lái)，可以對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)整，進(jìn)而使膨脹空氣進(jìn)入上塔的量得到控制，使位于膨脹空氣旁邊的污氮管道中的空氣量最大程度上得到減少。為了最大程度上實(shí)現(xiàn)高精度控制，在調(diào)整參數(shù)時(shí)可以引用aspen plus進(jìn)行模擬計(jì)算。

2.6減少冷量損失

如果可以使膨脹空氣量得到減小，那么對(duì)上塔精餾的擾動(dòng)現(xiàn)象就會(huì)減小。為了達(dá)到個(gè)目的，可以根據(jù)能量守恒定律通過(guò)降低冷量損失來(lái)實(shí)現(xiàn)。如此一來(lái)可以在很大程度上提高空分裝置在運(yùn)行過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性。減少冷量損失可以通過(guò)縮小主換熱器的熱端溫度差的途徑實(shí)現(xiàn)。

3.測(cè)試運(yùn)行結(jié)果，依照規(guī)定時(shí)間內(nèi)的記錄，取平均值

3.1記錄產(chǎn)量平均值

氧氣產(chǎn)量13109.13Nm3/h，計(jì)算出氧氣純度的算術(shù)平均值為99.75%，液氧產(chǎn)量280.58Nm3/h，液氮產(chǎn)量401.64Nm3/h。氬中氧為

1.59ppm，氬中氮為1.5ppm。

3.2記錄電能消耗平均值

參照電度表，取空壓機(jī)的計(jì)算功率為5615.29KW，由此計(jì)算出電加熱器的功率為225KW，同理得出冷卻水泵、冷凍水泵的功率分別為27.48KW、29.62KW，粗氬泵功率7.44KW，膨脹機(jī)油泵功率2.52KW。用于儀控的耗電量為10KW，最終得出總電耗為59117.57KW。

4.能耗的計(jì)算結(jié)果

為了進(jìn)一步合理控制能耗并在最大程度上實(shí)現(xiàn)空分設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中的有效運(yùn)作，需要參照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《JB / T 8693- 2015大中型空氣分離設(shè)備》、《KDONAr一12000/1000/384型空分裝置技術(shù)附件》，從而得出氧氣制氧的單耗=（冷卻水泵+空壓機(jī)+冷凍水泵+粗氬泵+膨脹機(jī)油泵十電耗為10KW的儀控+電加熱器平均值）/（氧氣產(chǎn)量測(cè)量值+3液態(tài)氧產(chǎn)量+3液態(tài)氬產(chǎn)量）。

代入實(shí)際數(shù)據(jù)，最終計(jì)算出本制氧裝置的制氧單耗為0.390KWh/m3，在設(shè)計(jì)階段本制氧裝置的制氧單耗為0.394KWh/m3，很明顯本制氧裝置的實(shí)際單耗已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論

我國(guó)的能源供需情況發(fā)生變化始于上世紀(jì)末，為了最大程度上緩解由于能源供應(yīng)緊張而造成的負(fù)面現(xiàn)象，我國(guó)將節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境作為一項(xiàng)基本國(guó)策。傳統(tǒng)的空分設(shè)備在使用過(guò)程中通常需要較大的電能消耗，為了響應(yīng)我國(guó)節(jié)能環(huán)保號(hào)召，同時(shí)降低空分設(shè)備能耗以節(jié)約生產(chǎn)成本，對(duì)相當(dāng)一部分空分設(shè)備使用提出了降低空分設(shè)備能耗的要求，實(shí)現(xiàn)空分設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)效益的最大化。空分設(shè)備主要是負(fù)責(zé)將空氣中混合的氣體進(jìn)行分離，生產(chǎn)出單質(zhì)氣體，包括氧氣制備、氮?dú)庵苽洹⑾∮袣怏w制備等等。本次研究中主要針對(duì)氧氣制備工作進(jìn)行研究，在制備氧氣的過(guò)程中需要制氧電能消耗、壓氧電能消耗，意在為空分設(shè)備用戶提供參考。

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