特大型制氧机组节能技术优化

陈恩军，凌 晨，吴 冰，陈 勇

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山曹妃甸 063200）

特大型制氧机组节能技术优化

陈恩军，凌 晨，吴 冰，陈 勇

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山曹妃甸 063200）

为满足用户氮气需求的同时优化制氧机组氧氮比，提出将原来经水冷塔用于冷却水后放空的上塔纯氮气，多提取一部分经进气氮压机补给循环氮压机加压后作为氮气产品送出。在不提高制氧机组整体负荷的前提下，提高氮气产量4000 Nm3/h，增加液氮外销量、降低氧气放散率等节能增效的目的。

增产；节能；改进

1 背 景

某钢铁公司是新建的长流程钢铁联合企业，设计钢产量为970万t/a。主流程初期设计用气量为：氧气150 000 Nm3/h，中压氮气51 000 Nm3/h，低压氮气104 000 Nm3/h。配套建设两套75 000 Nm3/h制氧机组产气量设计（100%负荷）：氧气150 000 Nm3/h，中压氮气51 000 Nm3/h，低压氮气104 000 Nm3/h。静态设计达到零放散，设计氧气、氮气产量比为1：1.03。

在实际的生产运行过程中，由于各用户的用量在设计和实际用量之间均出现不同程度的差距，实际生产实践中用户用量氧气、氮气比为1：1.09，用户用气总用量实际值与设计值的对比、实际用量对应制氧机组平均负荷见表1。

机组设计产出氧氮比与实际生产需求氧氮比之间的差距造成以下两种情况：满足用户氧气需求量且减少放散的制氧机组负荷下，装置氮气送出能力不能满足用户总需求量，不得不使液氮后备泵长期在线运行；如果为满足氮气需求则不得不提高制氧机组负荷，造成氧气存在一定程度的放散。无论采取哪种方法满足用户需求都是不经济的。

表1 设计产量与实际用量对比表Table 1 Contrast of design production and the actual amount

2 流程简介

该公司两套制氧机组采用立式径向流分子筛前端净化、多层浴式主冷、单塔无氢除氧技术等先进的技术，采用全低压、液氧内压缩及氮气膨胀流程。单套装置有常规变负荷和快速变负荷能力，常规变负荷是在装置的75%～105%的工况运行;快速变负荷在以上的任意操作点上能够实现±20 000 Nm3/h的氧气产量变化操作。氮气产品从循环氮气压缩机1级和4级送出。循环氮气压缩机共6级压缩，其中2级出口抽出1.0 MPa低压氮气产品，4级出口抽出3.0 MPa中压氮气产品，6级出口的7.2 MPa高压氮气经高压板式换热器E3616回收冷量后进入下塔，大部分氮气都是从下塔抽出，其中有35 000 Nm3/h的氮气从上塔顶部抽出经进气氮压机补给循环氮压机，见图1。

图1 氮气增产简要原理图Fig.1 Nitrogen increase briefly schematic diagram

3 技术分析

为达到氮气增产的目的，考虑从上塔或下塔多抽取氮气，增加氮气总产量。如果从下塔多抽氮气会造成以下两种结果:

一是采用增加下塔顶部氮气抽取量的方法。这将造成去主冷的纯氮气量减少，导致下塔回流液的减少，回流比的变化将导致下塔精馏工况的波动。因此采取这种方法多抽氮气是不可取的。

二是采取下塔氮气抽取量不变的情况下，增加氮气产品抽取量即增加循环氮气压缩机2级、4级出口的抽气量。这将造成循环氮压机5级入口氮气量减少，从而导致膨胀机入口氮气量减少，对于通过氮气膨胀提供冷量的空分流程，参与制冷循环的氮气量减少将造成进入下塔的冷量降低，影响精馏。同时，这种操作有可能导致循环氮压机进入喘振区域，因此这种多抽氮气的方法也是不可取的。

综上所述，下塔多抽氮气来增加氮气产量的方法是不可取的。如果想增加装置的氮气产量只能在上塔氮气上寻找突破口。

上塔纯氮气大部分经由水冷塔给冷却水降温后放空，只提取了35 000 Nm3/h的量经氮气进气压缩机加压后补给循环氮压机。而设计氮气进气氮压机最多可以加工39 000 Nm3/h的氮气量，实际生产操作中进气氮压机存有调节余量，同时冷冻机工作负荷只有70%左右，以上设备运行状况为此次氮气增产提供了可能性。

4 改进方案

将上塔经水冷塔将水冷却后放空的氮气提取一部分，经氮气循环压缩机加压后作为氮气产品送出。这部分氮气为水冷塔提供的冷量通过提高冷冻机负荷来提供。氮气进压缩机的设计流量为35 000 Nm3/h。经试验，氮气进压缩机流量最大可增加4000 Nm3/h，这部分氮气进入循环氮压机入口。通过循环氮压机2、4级出口多取等量的中低压氮气产品保持参与制冷循环的氮气量不变，达到对主塔精馏无影响的前提下增加氮气产量的目的。

5 改进效果

技术改进完成后，制氧机组产出的氧氮比可以在1:1.03和1:1.1之间调节。在不提高制氧机组负荷的前提下，满足用户氮气需求

【】【】的同时达到了降低制氧机组负荷、减少氧气放散、减少液氮后备泵启用次数、减少液氮消耗量的目的。在氮气用量大超出满足氧气用量对应机组负荷的装置氮气产出量时，采取这种氮气增产的生产模式。经过这段时间的运行该氮气增产模式运行情况良好，作业率约20%，改造完成后氧气放散率约降低3个百分点，每天约减少液氮消耗30 m3用于外销。

综上所述，该优化制氧机组氧氮比的氮气增产改造是一项节能增效的技术改造，对于其他大型空分企业有一定的借鉴意义。

Energy-Saving Technology Optim ization of Large Oxygen Production Plants

CHEN Enjun，LING Chen，WU Bing，CHEN Yong
（Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.，Ltd.，Tangshan，063200，China）

Optimizing proportion of oxygen and nitrogen production in order to meet uses.Extracting high purity nitrogen from air separation upon column then sent into the nitrogen cycle nitrogen compressor pressurized to network.Improving nitrogen production 4000 Nm3/h without increasing the overall load of oxygen plants.Increase in sales of liquid nitrogen and reduce the oxygen emission rate.

increase production；energy saving；improvement

TQ116

A

1007-7804（2014）03-0024-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2014.03.007

陈恩军（1984），男，工程师，2007年毕业于大连理工大学过程装备与控制工程专业，现就职于首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部，从事空分生产相关工作。

2014-02-18