大型空分設備經濟運行方案的研究

大型空分設備經濟運行方案的研究

隨著粉煤灰生產的迅速發(fā)展，大型露天開采設備的運行變得越來越重要。濟南鮑德氣體有限公司在40000m3/h空分設備投產后,已經具備135000m3/h產品氧氣的生產規(guī)模,氣體生產在一定程度上大于需求。雖然調整了生產供應方案,使供需盡可能平衡,但當后續(xù)生產系統(tǒng)不穩(wěn)定或調整生產計劃時,仍然會造成產品氧氣供應過剩,放散率增大。為此公司在氧氣富余時,針對減負荷生產、同時運行兩臺膨脹機以增加液氧產量和停運空分設備3種方案的合理選擇,以及空分設備停運的合理時間展開了經濟性分析,并應用分析結果指導生產,取得了顯著的效果?，F(xiàn)以1套20000m3/h空分設備為例,進行了運行方案的研究。1基礎數(shù)據分析1.12電機電加熱器電價(1)空壓機組電耗:8500kW·h(電機功率9500kW);(2)氮水預冷系統(tǒng)電耗:70+40=110kW·h(電機功率90+55=145kW);(3)電加熱器電耗:400kW·h(電加熱器功率624×3=1872kW);(4)峰時(08∶00—11∶00,18∶00—23∶00)電價為0.85元/(kW·h);平時(07∶00—08∶00,11∶00—18∶00)電價為0.55元/(kW·h);谷時(23∶00—07∶00)電價為0.25元/(kW·h)。1.2產品類別液氧:600元/t;氧氣:0.55元/m3;液氮:600元/t;氮氣:0.2元/m3;液氬:1500元/t。2降低空氣量,減少氮氣產量減負荷操作:減少氧氣、氮氣產量,減小氬氣產量,關小空壓機入口導葉,降低空氣量,調整液氮節(jié)流閥和下塔液氮回流閥開度,以保持工況穩(wěn)定;同時為了防止氮塞工況發(fā)生,一般減小膨脹量,減小氬餾分抽取量,保持工況穩(wěn)定,使液氧或液氮產量保持不變。將空分設備氧氣產量從20600m3/h減少到18000m3/h,負荷變化率12.6%,此時空壓機組空氣量從102300m3/h減少到91300m3/h,負荷變化率10.8%;氮氣產量從18000m3/h減少到16000m3/h,負荷變化率11%;氬氣產量從720m3/h減少到620m3/h,負荷變化率13.9%。2.1效率計算2.1.1空分設備的電費降低(1)峰時8500×0.108×0.85=780元;(2)通常8500×0.108×0.55=505元;(3)食物停止時8500×0.108×0.25=230元。2.1.2空氣量行為總耗增加率f0空分設備氧氣產量為20600m3/h時,氧氣提取率:20600102300×0.209=96.35％20600102300×0.209=96.35％?？辗衷O備氧氣產量從20600m3/h減少到18000m3/h時,按照氧氣產量20600m3/h時的氧氣提取率計算,需要空氣量為:180000.9635×0.209=89387m3/h180000.9635×0.209=89387m3/h。為了保證空分設備工況穩(wěn)定,減負荷操作時氬餾分氧含量控制一般偏高,所以實際需要空氣量為91300m3/h,即氧氣產量從20600m3/h減少到18000m3/h時,氧氣生產單耗增加率為:91300-8938789387=0.021491300?8938789387=0.0214。由于氧氣減少的同時,電加熱器、水泵電機耗電不變,造成氧氣生產成本增加,為:54518000-54520600=0.003854518000?54520600=0.0038kW·h/m3。由于負荷減小,每小時氧氣生產成本增加量:(1)峰時為18000×0.42×0.0214×0.85+18000×0.0038×0.85=195.7元;(2)平時為18000×0.42×0.0214×0.55+18000×0.0038×0.55=126.6元;(3)谷時為18000×0.42×0.0214×0.25+18000×0.0038×0.25=57.5元。2.1.3空分設備節(jié)能計算氬氣生產量減少,導致氬氣產值下降:100×1.41×1500800=264元?？梢?空分設備減負荷生產,在峰時和平時,節(jié)電效果明顯,每小時可分別減少綜合效益損失320元和114元;在谷時無節(jié)電效益,而且減少外銷收入。2.2空分設備在用電峰時變負荷生產空分設備生產組織策略應是根據當時氬氣價格進行市場和綜合效益比較的決策。當氬氣價格上升到2500元/t時,空分設備在用電峰時變負荷生產仍有較大節(jié)電效益。生產組織策略:(1)當氧氣富余時,在用電峰時應盡量采取減負荷生產;(2)當氧氣富余時,在用電平時是否采取減負荷生產,取決于成本與市場的權衡決策以及氬氣銷售價格;(3)當氧氣富余時,在用電谷時不應采取減負荷生產。3膨脹空氣旁通量同時運行兩臺膨脹機的操作是保持空氣量不變,開啟兩臺膨脹機。由于兩臺膨脹機同時運行,需要保持正常生產時,膨脹空氣旁通量增加到11000m3/h,所以即使空壓機的空氣總量仍然保持在102300m3/h,其性質和變負荷相同,氧氣生產成本增加率和變負荷相同。同時運行兩臺膨脹機,液氧產量增加15t/d,液氬產量減少100m3/h,氧氣產量為18000m3/h,氮氣產量16000m3/h,膨脹空氣旁通量11000m3/h。3.1效率計算(1)每小時使液體氧減少15×600×1.1424=428元;(2)好氧生物處理系統(tǒng)峰時為428-264-196=-30元;平時為428-264-127=37元;谷時為428-264-58=106元。當氧氣生產供應有富余,生產組織不采取減負荷生產策略,同時運行兩臺膨脹機以增加液氧產量,但效益分時而論:在用電峰時和平時,不能有效降低生產成本,增加綜合經濟效益;在用電谷時,在成本變化不大的情況下,可有效增加液氧資源。3.2膨脹機運行時間(1)當氧氣富余時,在用電峰時應盡量采取減負荷生產,不應同時運行兩臺膨脹機;(2)當氧氣富余時,若液氧緊張且價格較高,在用電谷時可以同時運行兩臺膨脹機,以增加液氧外銷資源。4空分設備開車,恢復氮氣、氮氣空分設備每次停車再啟動,氬氣恢復生產平均需要10小時;而從空分設備開車到恢復氧氣、氮氣生產,平均需要2小時。因此,臨時停車決策取決于減少消耗和減少收入達到盈虧平衡點的時間。4.1回用計算用電峰時、平時平均電價為0.7元/(kW·h),則最短停車時間盈虧平衡點有以下關系(設最短停車時間為X):(1)從停車到恢復氧氣、氮氣生產用電費用為:(8500+400+110)×0.7×2=12614元;(2)減少氬氣效益:720×1.41×1500×(10+X)800;(3)減少液氧效益:200×1.14×600×X800;(4)停車期間減少用電費用:(8500+400+110)×0.7×X。臨時停車盈虧平衡關系為:12614+720×1.41×1500×(10+X)800+200×1.14×600×X800=(8500+400+110)×0.7×X,則:X=7.5小時。當液氬價格為1500元/t時,在用電峰時和平時,空分設備允許臨時停車時間應不小于7.5小時。4.2經濟效益用電峰時、谷時平均電價為0.55元/(kW·h),則最短停車時間盈虧平衡點有以下關系(設最短停車時間為Y):(1)從停車到恢復氧氣、氮氣生產用電費用為:(8500+400+110)×0.55×2=9911元;(2)減少氬氣效益:720×1.41×1500×(10+Y)800;(3)減少液氧效益:200×1.14×600×Y800;(4)停車期間減少用電費用:(8500+400+110)×0.55×Y。臨時停車盈虧平衡關系為:9911+720×1.41×1500×(10+Y)800+200×1.14×600×Y800=(8500+400+110)×0.55×Y,則:Y=10小時。當液氬價格為1500元/t時,在用電峰時和谷時,空分設備允許臨時停車時間應不小于10小時。4.3臨時停車盈虧平衡關系表2用電平時和谷時平均電價為0.4元/(kW·h),則最短停車時間盈虧平衡點有以下關系(設最短停車時間為Z):(1)從停車到恢復氧氣、氮氣生產用電費用為:(8500+400+110)×0.4×2=7208元;(2)減少氬氣效益:720×1.41×1500×(10+Ζ)800;(3)減少液氧效益:200×1.14×600×Ζ800;(4)停車期間減少用電費用:(8500+400+110)×0.4×Z;臨時停車盈虧平衡關系為:7208+720×1.41×1500×(10+Ζ)800+200×1.14×600×Ζ800=(8500+400+110)×0.4×Z,則:Z=17.1小時。當液氬價格為1500元/t時,在用電平時和谷時,空分設備允許臨時停車時間應不小于16小時。4.4空分設備臨時停車的作用(1)當氧氣大量富余時,在用電峰時和平時,若允許凈停車時間大于8小時,空分設備可以臨時停車。(2)當氧氣大量富余時,在用電峰時和谷時,若允許凈停車時間大于10小時,空分設備可以臨時停車。(3)當氧氣大量富余時,在用電平時和谷時,若允許凈停車時間大于16小時,空分設備可以臨時停車。(4)當氧氣大量富余時,若允許凈停車時間大于16小時,空分設備隨時可以臨時停車。5用電谷對于小液氧運當氧氣富余時,在用電峰時應盡量采取減負荷生產,不應同時開啟兩臺膨脹機運行;在用電平時不應同時開啟兩臺膨脹機運