空分設(shè)備節(jié)能措施分析與應(yīng)用

1、天鐵空分系統(tǒng)降低能耗措施的探討天津天鐵冶金集團(tuán)動(dòng)力廠孫敏摘要：文章敘述了天鐵動(dòng)力空分系統(tǒng)降低能耗的措施探討。對(duì)應(yīng)用的相關(guān)工藝技術(shù)進(jìn)行了 分析，提出了優(yōu)化空分設(shè)備運(yùn)行的工藝方案。通過采取定期清洗空壓機(jī)系統(tǒng)、減少管網(wǎng)氧氣 壓力波動(dòng)等措施，提高了空分系統(tǒng)的運(yùn)行效率；降低了空分系統(tǒng)運(yùn)行電耗；保障了空分系統(tǒng) 更經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)行。關(guān)鍵詞降低 能耗 冷卻器 葉輪 管網(wǎng) 氧氣壓力 球罐 液化裝置 汽化裝置Study on Measures for Reducing Energy Consumption in Tiantie Space DivisionSystemSUN MinPower Piant，Tianj

2、in Tiantie Metallurgical Group Co., Ltd.Abstract: This paper elaborates the study on measures for reducing energy consumption in Tiantie space division system. The applied related processes are analyzed and the process program for optimizing the operation of space division equipment is put forward.

3、The air compressor system is purged regularly, and the oxygen pressure surge in pipe network are reduced, and other measures are taken to improve the operation efficiency of space division system, and reduce the energy consumption, and guarantee the more economical and effective operation.Key words:

4、 reducing, energy consumption, cooler, impeller, pipe network, oxygen pressure, spherical tank, liquefaction device, evaporation device1前言天津鐵廠動(dòng)力有6套空分設(shè)備，分別為6000 m3/h設(shè)備2套，15000 m3/h設(shè) 備2套，其中1套為內(nèi)壓縮流程，23500 m 3/h設(shè)備2套。每套設(shè)備都包含空壓機(jī)、 氧壓機(jī)、氮壓機(jī)這些大功率耗電設(shè)備，另外還有水泵、冷凍機(jī)、油泵、氬泵、液 體泵等小耗電設(shè)備。因?yàn)榭辗衷O(shè)備的原料是空氣，其主要消耗就是這些耗電設(shè)備 的電耗，

5、電能消耗占生產(chǎn)成本的75%80%，所以降低能耗的首要辦法就是降低電 耗。其次，在實(shí)際生產(chǎn)中由于煉鋼、煉鐵生產(chǎn)的非連續(xù)性和氧氣生產(chǎn)的連續(xù)性的 矛盾，造成管網(wǎng)氧氣壓力波動(dòng)大，壓力高時(shí)氧氣就必須放散，壓力低不能滿足煉 鋼生產(chǎn)需要時(shí)，就要啟動(dòng)氧汽化裝置。增加了氧氣的生產(chǎn)成本，造成了能源的浪 費(fèi)。因此，穩(wěn)定氧氣管網(wǎng)壓力，減少壓力波動(dòng)也是降低能耗的一種有效途徑。2降低空壓機(jī)系統(tǒng)電耗措施分析2.1存在問題空壓機(jī)為空分系統(tǒng)提供原料空氣，是整個(gè)空分系統(tǒng)最大的耗電設(shè)備。天鐵動(dòng) 力熱軋作業(yè)區(qū)2 X 23500Nm 3/h空分選用的是由Atlas Copco公司生產(chǎn)的GT098L3K1 型壓縮機(jī)。電機(jī)額定電壓為10K

6、V,額定電流786A,額定功率12000KW。自2007年 投產(chǎn)后，空壓機(jī)二、三級(jí)進(jìn)氣溫度越來越高，尤其是在夏季溫度高時(shí)進(jìn)氣溫度更 高，空壓機(jī)壓縮空氣量減少，壓縮后的空氣進(jìn)塔壓力降低，電耗反而增加，見表 1。表1夏季與冬季實(shí)際能耗對(duì)比-一季節(jié) _夏季冬季加工空氣量110000 m 3/h125000 m 3/h電流605A575A電壓10KV10KV電耗6050KW5750KW2.2原因分析空壓機(jī)為三級(jí)壓縮，在一、二級(jí)之間有一個(gè)水冷卻器，二、三級(jí)之間有一個(gè) 水冷卻器。壓縮空氣由一級(jí)壓縮端出來后先進(jìn)入水冷卻器，高溫的氣體在冷卻器 內(nèi)與低溫的水換熱后，溫度降低了再進(jìn)入二級(jí)壓縮，由二級(jí)壓縮完后的空氣

7、先進(jìn) 入冷卻器冷卻，溫度降低后再進(jìn)入三級(jí)壓縮，壓縮完后再送入空冷塔繼續(xù)后面的 工序。冷卻水中含有各種雜質(zhì)，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)了，冷卻器水側(cè)的管道會(huì)結(jié)垢?？諝?是含有水分的，當(dāng)高溫、高壓的氣體進(jìn)入冷卻器冷卻時(shí)會(huì)有大量的水分析出，并 經(jīng)過氣側(cè)排水管道排出，同時(shí)這些水分也會(huì)導(dǎo)致氣側(cè)的篩網(wǎng)生銹。所以冷卻器運(yùn) 行時(shí)間長(zhǎng)了之后換熱效果就變差了，特別是夏季氣溫高時(shí)，進(jìn)入冷卻器的冷卻水 溫就高，在28 C左后，冷卻器的換熱效果就更差了，導(dǎo)致壓縮機(jī)二、三級(jí)進(jìn)氣溫 度特別高，特別是三級(jí)溫度達(dá)到50 C以上，嚴(yán)重影響壓縮機(jī)的壓縮效率。由于夏 季氣壓低，壓縮機(jī)的進(jìn)氣壓力就低，冷卻器的冷卻效果又差，為了達(dá)到設(shè)定的排 氣壓力，壓

8、縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉自動(dòng)開大，電機(jī)的工作負(fù)荷加大，實(shí)際運(yùn)行電流變大， 電機(jī)的實(shí)際功率變大，即實(shí)際電耗增加?？諌簷C(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，空氣中的微小雜質(zhì)隨時(shí)間的累積會(huì)粘附在空壓機(jī) 葉輪上，對(duì)空壓機(jī)的軸承振動(dòng)造成影響，影響轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，增加空壓機(jī)的電耗。 當(dāng)空壓機(jī)的振動(dòng)太大時(shí)，空壓機(jī)會(huì)因振動(dòng)高自動(dòng)停機(jī)，振動(dòng)過大時(shí)甚至?xí)p壞空 壓機(jī)的葉輪、轉(zhuǎn)子?？諌簷C(jī)自停后空分系統(tǒng)后續(xù)工序立即就會(huì)停止，重新啟動(dòng)空 壓機(jī)等這些大耗電設(shè)備，短時(shí)間內(nèi)空分系統(tǒng)不能送出產(chǎn)品，只有電耗。若是設(shè)備 損壞，損失更大。2.3采取措施2.3.1清洗冷卻器為了降低空壓機(jī)電耗，首先是要保證空壓機(jī)組冷卻器的冷卻效果，防止和消 除中間冷卻器堵塞造成的換

9、熱不良。除了做好水的清潔及軟化工作，還要及時(shí)清 潔過濾器。在2013年7月份的例行檢修中，對(duì)5#、6#兩套KDONAY-23500型空 分系統(tǒng)AtlasCopco GT098 型空壓機(jī)冷卻器進(jìn)行了清洗、試漏。清洗完成后兩套空 壓機(jī)系統(tǒng)二、三級(jí)進(jìn)氣溫度都下降了。5#空壓機(jī)系統(tǒng)二級(jí)進(jìn)氣溫度由原來的42C 45 C降到33 C36 C、三級(jí)進(jìn)氣溫度由46 C51 C降到33 C37 C。6#空 壓機(jī)系統(tǒng)二級(jí)進(jìn)氣溫度由43 C46 C降到39 C41 C，三級(jí)進(jìn)氣溫度由44 C 49 C 降到 39 C 41 C。2.3.2控制循環(huán)水溫度冷卻器的冷卻水溫度直接影響冷卻效果，空壓機(jī)系統(tǒng)冷卻器進(jìn)水由水電廠

10、的 泵站供應(yīng)，換熱后的高溫水回到水電廠泵站涼水塔散熱后又進(jìn)入到冷卻器繼續(xù)換熱。冬季氣溫低循環(huán)水冷卻效果好，夏季氣溫高涼水塔散熱效果差，冷卻器進(jìn)水 溫度高，這就需要生產(chǎn)單位各部門間密切合作，通過調(diào)度系統(tǒng)及時(shí)聯(lián)系水電泵站 采取相應(yīng)措施，例如增開排風(fēng)散等，降低冷卻器進(jìn)水溫度。2.3.3更換冷卻器當(dāng)冷卻器冷卻器工作時(shí)間長(zhǎng)了，清洗后冷卻效果仍然不好的，就要考慮更換 冷卻器。2014年3月，熱軋作業(yè)區(qū)6#空壓機(jī)系統(tǒng)更換了三級(jí)冷卻器，更換后三級(jí) 進(jìn)氣溫度由原來的46 C左右降低到25 C。2.3.4 AtlasCopco GT098 空壓機(jī)葉輪與管道沖洗通過水沖洗系統(tǒng)可以清除葉輪上粘附的雜質(zhì)，減少空壓機(jī)軸承

11、的振動(dòng)，降低 空壓機(jī)工作電耗，減少空壓機(jī)因振動(dòng)造成的停機(jī)頻率，降低空壓機(jī)葉輪、軸等的 損壞率?？諌簷C(jī)葉輪沖洗必須注意以下事項(xiàng)：(1) AtlasCopco GT098空壓機(jī)葉輪沖洗系統(tǒng)必須在空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)才能 夠進(jìn)行操作。(2 )空壓機(jī)葉輪水沖洗系統(tǒng)操作時(shí)要保持空壓機(jī)進(jìn)氣量不能小于 107000Nm 3/h。(3 )空壓機(jī)葉輪水沖洗系統(tǒng)工作時(shí)要調(diào)節(jié)水壓控制閥，保證清水泵后壓力 為 12bar 。(4 )空壓機(jī)葉輪沖洗順序要由后向前進(jìn)行，例如：5#空壓機(jī)要先沖洗3級(jí)然 后2級(jí)，最后沖洗1級(jí)。3.減少氧氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)3.1氧氣壓力波動(dòng)原因分析氧氣放散造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的，增加了氧氣的生產(chǎn)成本，

12、但它與鋼鐵企 業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)(例如轉(zhuǎn)爐頂吹，間隙用氧等)和一些具體情況(例如主體生產(chǎn)設(shè) 備的組成，空分設(shè)備的配置情況及氣體、液體儲(chǔ)罐配置情況)等都有關(guān)，熱軋作 業(yè)區(qū)產(chǎn)品氧氣輸出配置見圖1。氧球罐氧球罐圖1氧氣輸出配置圖氧氣主供煉鋼、煉鐵。煉鐵屬于富氧冶煉，耗氧量比較平穩(wěn)，波動(dòng)少；煉鋼耗氧量波動(dòng)很大，煉一爐鋼大約需要40min，其中吹氧大約1620min，此時(shí)耗氧 急速增長(zhǎng)到3萬多m3/h，而空分設(shè)備是連續(xù)均勻生產(chǎn)的，所以煉鋼節(jié)奏快時(shí)，氧 氣壓力很快變低，節(jié)奏慢時(shí)，則氧氣壓力升高，當(dāng)管網(wǎng)壓力高到設(shè)定值時(shí)，氧壓 機(jī)壓縮完的氧氣就會(huì)放散。在煉鋼非正常生產(chǎn)狀態(tài)下，耗氧波動(dòng)幅度更大，放散 量更高。3.2存

13、在問題動(dòng)力廠6套空分設(shè)備中1#、2#、3#、4#空分主要向老區(qū)的煉鋼、煉鐵輸送氧 氣、氮?dú)獾龋?#、6#空分主要向新區(qū)的熱軋輸送氧氣、氮?dú)獾取Ｔ趯?shí)際生產(chǎn)中因 為煉鋼、煉鐵不同的工序，不同的時(shí)間段分別需要用不同的氣體，造成管網(wǎng)氧氣、 氮?dú)獾鹊膲毫Σ▌?dòng)大。當(dāng)氧氣壓力高于管網(wǎng)壓力設(shè)定值時(shí)，氧壓機(jī)就自動(dòng)放散了。 以下是摘錄2013年7月21號(hào)到7月22號(hào)6#空分氧壓機(jī)放空閥開度，見表2。表2 6#空分氧透放空閥開度時(shí)間7月21號(hào)1:352:413:183:524:056:137:578:4112:5013:5018:4319:57V23304開度0%73%0%73%0%73%0%71%0%60%0%3

14、8%時(shí)間7月22號(hào)2:062:578:028:5211:4112:1316:0616:3718:3419:2621:2022:36V23304開度0%59%0%45%0%68%0%62%0%62%0%64%在煉鋼用氧高峰期，氧氣壓力降到1.4Mpa以下，不能滿足用戶要求時(shí)就要 啟動(dòng)氧氣汽化裝置。以下表3是2013年6月15號(hào)到6月19號(hào)5天時(shí)間內(nèi)，氧氣 汽化裝置開、停時(shí)間記錄表如下：表3氧氣汽化裝置開停時(shí)間摘錄時(shí)間6.15號(hào)23:006.16號(hào)5:436.16號(hào)9:006.16號(hào)15:006.17號(hào)17:006.18號(hào)6:006.18號(hào)21:006.19 號(hào)6: 00氧汽化裝置啟動(dòng)停車啟動(dòng)停車

15、啟動(dòng)停車啟動(dòng)停車綜合表2、表3可知，因?yàn)楣芫W(wǎng)氧氣壓力波動(dòng)頻繁，導(dǎo)致氧壓機(jī)放散、汽化 裝置的開停都特別頻繁。這一方面導(dǎo)致了能源的無效浪費(fèi)，另一方面啟動(dòng)汽化裝 置也導(dǎo)致了電耗的增加，加大了氧氣的生產(chǎn)成本。3.3減少氧氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)的措施3.3.1提高設(shè)備完好率，均衡煉鋼。大力降低煉鋼設(shè)備故障率，盡量做到計(jì)劃煉鋼，均衡用氧，各大高爐，轉(zhuǎn)爐 之間盡量錯(cuò)開高峰用氧期，建立完善的信息通訊制度，對(duì)各單位用氧情況能及時(shí)、 提前掌握，這為調(diào)整氧氣壓力，降低氧氣放散率，從源頭上采取了措施。這需通 過各廠調(diào)度之間、調(diào)度與班組之間及時(shí)、密切配合，最大化提高氧氣的利用率， 降級(jí)氧氣生產(chǎn)成本。3.3.2設(shè)立液化裝置為減少

16、氧氣無效放散，所以5#、6#空分特配備YPON-2000/2400 型氧、氮液 化裝置一套，液化富余的氧、氮?dú)怏w。液化富余氧氣時(shí)需要氮?dú)庾鳛槔鋮s液體， 液化膨脹機(jī)進(jìn)口氮?dú)鈮毫Φ蜁r(shí)，液化裝置工作效率就低。煉鋼設(shè)備用氮量大，氮 氣管網(wǎng)壓力通常都不高，當(dāng)?shù)獨(dú)夤芫W(wǎng)壓力低時(shí)，氧氣的液化量就減少。這時(shí)氧氣 若大量富余時(shí)，液化裝置不能將富余的氧氣全部轉(zhuǎn)化為液體。所以配備液化裝置 雖然大大減少了氧氣的放散率，減少管網(wǎng)氧氣壓力的波動(dòng)，但是不能杜絕產(chǎn)品氧 氣的放散。3.3.3增加氣體球罐煉鋼的間隙用氧與空分設(shè)備的均衡（連續(xù)）供氧的矛盾是絕對(duì)的，其數(shù)量差 值是大的。以一爐鋼150t，噸鋼耗氧60m3計(jì)算：150t

17、X 60m 3/t=9000m 3而這用氧量是在煉鋼1620min內(nèi)完成的，此期間用氧量按小時(shí)計(jì)算為：9000 : 20 X 60=27000m 3而此期間兩套空分（5#、6#）實(shí)際產(chǎn)氧量為：2 X 23500 X（ 20 : 60 ） =15000m 3兩者差值為：27000m 3 15000m 3=12000m 3，這個(gè)差值由氣體壓力儲(chǔ)罐來補(bǔ)充。因此，在煉鋼企業(yè)供氧系統(tǒng)中需要配置一 定數(shù)量的氣體壓力儲(chǔ)罐。熱軋作業(yè)區(qū)原有氧氣球罐一個(gè)，后因管網(wǎng)氧氣壓力波動(dòng) 大，放散率高，又新建了一個(gè)1000 m3的氧氣存儲(chǔ)球罐。大大減少了氧氣放散次 數(shù)，提高能源利用率。3.3.4機(jī)前放散由于煉鋼生產(chǎn)的不連續(xù)性

18、與空分的連續(xù)生產(chǎn)有不可調(diào)和的矛盾，當(dāng)然還有煉鋼 生產(chǎn)時(shí)不可避免的故障問題，停車問題，所以氧氣總會(huì)放散，加強(qiáng)生產(chǎn)單位的協(xié) 作溝通，遇到類似情況盡量采用氧壓機(jī)機(jī)前的低壓放散，這樣至少可以省掉氧壓 機(jī)做無用功，氧壓機(jī)的電耗減少，則降低了空分系統(tǒng)整體運(yùn)行電耗。3.3.5完善供網(wǎng)系統(tǒng)為了充分利用現(xiàn)有空分裝置，及時(shí)向用戶提供充足的氧氣，老區(qū)與新區(qū)各設(shè) 有調(diào)壓站系統(tǒng)，在老區(qū)空分系統(tǒng)和新區(qū)空分系統(tǒng)之間增加了一條聯(lián)網(wǎng)管道，通過 調(diào)壓站將各套空分產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)合供氣。根據(jù)煉鋼，、煉鐵具體工作情況，由調(diào)度 統(tǒng)一指揮，各套設(shè)備合理調(diào)配運(yùn)行，保證以最小的投入最大限度滿足煉鋼、煉鐵 生產(chǎn)需求。3.3.6設(shè)立汽化裝置在煉鋼用氧高峰期，氧氣壓力經(jīng)常降到1.2MPa、1.3MPa，影響煉鋼的生產(chǎn)， 熱軋作業(yè)區(qū)配備了氧氣汽化系統(tǒng)，有2臺(tái)