大型空分設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的研究

大型空分設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的研究

隨著粉煤灰生產(chǎn)的迅速發(fā)展，大型露天開采設(shè)備的運(yùn)行變得越來越重要。濟(jì)南鮑德氣體有限公司在40000m3/h空分設(shè)備投產(chǎn)后,已經(jīng)具備135000m3/h產(chǎn)品氧氣的生產(chǎn)規(guī)模,氣體生產(chǎn)在一定程度上大于需求。雖然調(diào)整了生產(chǎn)供應(yīng)方案,使供需盡可能平衡,但當(dāng)后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)不穩(wěn)定或調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃時,仍然會造成產(chǎn)品氧氣供應(yīng)過剩,放散率增大。為此公司在氧氣富余時,針對減負(fù)荷生產(chǎn)、同時運(yùn)行兩臺膨脹機(jī)以增加液氧產(chǎn)量和停運(yùn)空分設(shè)備3種方案的合理選擇,以及空分設(shè)備停運(yùn)的合理時間展開了經(jīng)濟(jì)性分析,并應(yīng)用分析結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn),取得了顯著的效果。現(xiàn)以1套20000m3/h空分設(shè)備為例,進(jìn)行了運(yùn)行方案的研究。1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析1.12電機(jī)電加熱器電價(1)空壓機(jī)組電耗:8500kW·h(電機(jī)功率9500kW);(2)氮水預(yù)冷系統(tǒng)電耗:70+40=110kW·h(電機(jī)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(chǎn)品類別液氧:600元/t;氧氣:0.55元/m3;液氮:600元/t;氮?dú)?0.2元/m3;液氬:1500元/t。2降低空氣量,減少氮?dú)猱a(chǎn)量減負(fù)荷操作:減少氧氣、氮?dú)猱a(chǎn)量,減小氬氣產(chǎn)量,關(guān)小空壓機(jī)入口導(dǎo)葉,降低空氣量,調(diào)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(chǎn)量保持不變。將空分設(shè)備氧氣產(chǎn)量從20600m3/h減少到18000m3/h,負(fù)荷變化率12.6%,此時空壓機(jī)組空氣量從102300m3/h減少到91300m3/h,負(fù)荷變化率10.8%;氮?dú)猱a(chǎn)量從18000m3/h減少到16000m3/h,負(fù)荷變化率11%;氬氣產(chǎn)量從720m3/h減少到620m3/h,負(fù)荷變化率13.9%。2.1效率計(jì)算2.1.1空分設(shè)備的電費(fèi)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(shè)備氧氣產(chǎn)量為20600m3/h時,氧氣提取率:20600102300×0.209=96.35％20600102300×0.209=96.35％?？辗衷O(shè)備氧氣產(chǎn)量從20600m3/h減少到18000m3/h時,按照氧氣產(chǎn)量20600m3/h時的氧氣提取率計(jì)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(shè)備工況穩(wěn)定,減負(fù)荷操作時氬餾分氧含量控制一般偏高,所以實(shí)際需要空氣量為91300m3/h,即氧氣產(chǎn)量從20600m3/h減少到18000m3/h時,氧氣生產(chǎn)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(jī)耗電不變,造成氧氣生產(chǎn)成本增加,為:54518000-54520600=0.003854518000?54520600=0.0038kW·h/m3。由于負(fù)荷減小,每小時氧氣生產(chǎn)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(shè)備節(jié)能計(jì)算氬氣生產(chǎn)量減少,導(dǎo)致氬氣產(chǎn)值下降:100×1.41×1500800=264元?？梢?空分設(shè)備減負(fù)荷生產(chǎn),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(shè)備在用電峰時變負(fù)荷生產(chǎn)空分設(shè)備生產(chǎn)組織策略應(yīng)是根據(jù)當(dāng)時氬氣價格進(jìn)行市場和綜合效益比較的決策。當(dāng)氬氣價格上升到2500元/t時,空分設(shè)備在用電峰時變負(fù)荷生產(chǎn)仍有較大節(jié)電效益。生產(chǎn)組織策略:(1)當(dāng)氧氣富余時,在用電峰時應(yīng)盡量采取減負(fù)荷生產(chǎn);(2)當(dāng)氧氣富余時,在用電平時是否采取減負(fù)荷生產(chǎn),取決于成本與市場的權(quán)衡決策以及氬氣銷售價格;(3)當(dāng)氧氣富余時,在用電谷時不應(yīng)采取減負(fù)荷生產(chǎn)。3膨脹空氣旁通量同時運(yùn)行兩臺膨脹機(jī)的操作是保持空氣量不變,開啟兩臺膨脹機(jī)。由于兩臺膨脹機(jī)同時運(yùn)行,需要保持正常生產(chǎn)時,膨脹空氣旁通量增加到11000m3/h,所以即使空壓機(jī)的空氣總量仍然保持在102300m3/h,其性質(zhì)和變負(fù)荷相同,氧氣生產(chǎn)成本增加率和變負(fù)荷相同。同時運(yùn)行兩臺膨脹機(jī),液氧產(chǎn)量增加15t/d,液氬產(chǎn)量減少100m3/h,氧氣產(chǎn)量為18000m3/h,氮?dú)猱a(chǎn)量16000m3/h,膨脹空氣旁通量11000m3/h。3.1效率計(jì)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(dāng)氧氣生產(chǎn)供應(yīng)有富余,生產(chǎn)組織不采取減負(fù)荷生產(chǎn)策略,同時運(yùn)行兩臺膨脹機(jī)以增加液氧產(chǎn)量,但效益分時而論:在用電峰時和平時,不能有效降低生產(chǎn)成本,增加綜合經(jīng)濟(jì)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(jī)運(yùn)行時間(1)當(dāng)氧氣富余時,在用電峰時應(yīng)盡量采取減負(fù)荷生產(chǎn),不應(yīng)同時運(yùn)行兩臺膨脹機(jī);(2)當(dāng)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(yùn)行兩臺膨脹機(jī),以增加液氧外銷資源。4空分設(shè)備開車,恢復(fù)氮?dú)?、氮?dú)饪辗衷O(shè)備每次停車再啟動,氬氣恢復(fù)生產(chǎn)平均需要10小時;而從空分設(shè)備開車到恢復(fù)氧氣、氮?dú)馍a(chǎn),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(dá)到盈虧平衡點(diǎn)的時間。4.1回用計(jì)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(diǎn)有以下關(guān)系(設(shè)最短停車時間為X):(1)從停車到恢復(fù)氧氣、氮?dú)馍a(chǎn)用電費(fèi)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(fèi)用:(8500+400+110)×0.7×X。臨時停車盈虧平衡關(guān)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(dāng)液氬價格為1500元/t時,在用電峰時和平時,空分設(shè)備允許臨時停車時間應(yīng)不小于7.5小時。4.2經(jīng)濟(jì)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(diǎn)有以下關(guān)系(設(shè)最短停車時間為Y):(1)從停車到恢復(fù)氧氣、氮?dú)馍a(chǎn)用電費(fèi)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(fèi)用:(8500+400+110)×0.55×Y。臨時停車盈虧平衡關(guān)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(dāng)液氬價格為1500元/t時,在用電峰時和谷時,空分設(shè)備允許臨時停車時間應(yīng)不小于10小時。4.3臨時停車盈虧平衡關(guān)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(diǎn)有以下關(guān)系(設(shè)最短停車時間為Z):(1)從停車到恢復(fù)氧氣、氮?dú)馍a(chǎn)用電費(fèi)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(fèi)用:(8500+400+110)×0.4×Z;臨時停車盈虧平衡關(guān)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(dāng)液氬價格為1500元/t時,在用電平時和谷時,空分設(shè)備允許臨時停車時間應(yīng)不小于16小時。4.4空分設(shè)備臨時停車的作用(1)當(dāng)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(shè)備可以臨時停車。(2)當(dāng)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(shè)備可以臨時停車。(3)當(dāng)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(shè)備可以臨時停車。(4)當(dāng)氧氣大量富余時,若允許凈停車時間大于16小時,空分設(shè)備隨時可以臨時停車。5用電谷對于小液氧運(yùn)當(dāng)氧氣富余時,在用電峰時應(yīng)盡量采取減負(fù)荷生產(chǎn),不應(yīng)同時開啟兩臺膨脹機(jī)運(yùn)行;在用電平時不應(yīng)同時開啟兩臺膨脹機(jī)運(yùn)