关于空分设备制氧能耗考核总结

关于空分设备制氧能耗考核总结

张宇

中冶南方工程技术有限公司

【摘要】介绍降低空分设备制氧能耗的一系列相关措施。

【关键词】空分设备；能耗；优化操作

0.引言

科学技术的发展带动了许多行业的发展，空分分离技术也得到了发展与完善。随着全世界范围内资源的日渐匮乏，在氧气制备工作中消耗的能耗量成为业内人士关注的关键点。

本次研究分析某冶炼厂12000型空分设备，以此为例对空分设备在制备氧气的工作过程中降低能耗的措施以及调整系统的构思进行阐述。

1.设备简介

该冶炼厂使用空分设备为KDONAr一12000/1000/384型，其工作步骤是通过空气压缩机产生热空气，交由预换热器进行换热，再转移至空气冷却塔底端，进而热空气会从下至上贯穿空气冷却塔，空气冷却塔内部下上端装有填料，从而实现热空气与冷冻水和冷凝水进行逆流接触，进而实现热交换，在冷却空气的同时实现洗涤空气。在冷却空气的过程中需要最大程度上降低空气温度，减少空气中游离水分的含量，从而达到使吸附器工作负荷下降的目的。自冷箱中存有污氮，污氮从自冷箱发出，进入水冷却塔底端，水冷却塔的内部设有填料和冷却水，污氮进入到水冷却塔底端以后会自下而上与水冷却塔内部的冷却水与填料实现逆流接触，充分接触后，水冷却塔内部的污氮温度会增加，湿度会增加，随后排放到大气中，如此一来冷却水就会进一步降温冷却为冷冻水，进入到空冷塔参与换热，从而降低空气温度。空气预冷系统中存有空气，空气预冷系统中的空气在排出以后会流入空气纯化系统，空气纯化系统的主要工作原理是利用其内部吸附剂的吸附作用将空气中的H₂O、CO₂、以及一些碳氢化合物除去，空气纯化系统中的吸附剂位于吸附器当中，吸附器是两个独立的双床层结构容器，其中一台容器在运行过程中，另外一台容器会将来自冷箱的污氮在预热器和加热器的作用下实现加热再生，用于切换备用，从而确保纯化器的持续运作。

2.节能措施

2.1预换热器加设阀门

使用管壳式预换热器，加设旁通管路同时加装阀门，确保预换热器在运行过程中可以实现拆装与检修。预换热器的位置设置在空压机后方的空气塔管道上，利用空压机高温排气的特点实现与纯化系统中的再生污氮的换热，最终实现电加热器功耗的降低，使空冷塔底部的结垢程度得到缓解。在引用了预换热器以后，电加热器的平均功率相比从前下降约200KW。

2.2增加进塔空气量

可以通过将液氮回流下塔阀门V11的开放度适当增加来增加进塔的空气量，参照实际工作情况结合一定比例增加膨胀量，进而使液体量增加。

2.3使上塔操作压力下降

本次研究在装置中加设了预换热器，随之在保障纯化系统再生的条件下适当提升了塔压力，进而空压机排气压力也会随着增加。尽管在使用预换热器的条件下会降低电加热器的功耗，但是空压机的功耗却存在一定程度上的提升，这种现象是不符合系统节能宗旨的。为了消除这种负面现象，需要在能够保障纯化分子筛可以再生的前提下逐渐降低上塔压力，直至最低压力，进而有助于改善上塔精馏工况，与此同时液氧的蒸发温度也会降低。如果主制冷的温差可以维持在一个恒定的数值，此时可以考虑使下塔液氮的冷凝温度降低，温度降低随即下塔的压力也会降低，空压机的排气压力也自然会随之降低，因此空压机所需要的实际能耗就会降低。使上塔压力下降的好处之一就是是可以实现液态氧的蒸发，进而使氧气的产量增加。同理，使上塔压力下降同样存在好处，就是实现富氩区域的向上移动，在其他条件不变的情况下，对于氩系统的稳定、精馏都具有一定好处，进而使制氩产量提高。

2.4将废氩气放空

为了进一步提高氩气的提取率，可以充分发挥精氩塔的优势将废氩气放空，如此一来被放出的氩气就可以流回到空压机的入口处，加入到精馏环节，进而制造出全新的氩气。

2.5仔细调整工艺参数

为了实现使尽可能多的膨胀空气参与到蒸馏环节中来，可以对工艺参数进行仔细的调整，进而使膨胀空气进入上塔的量得到控制，使位于膨胀空气旁边的污氮管道中的空气量最大程度上得到减少。为了最大程度上实现高精度控制，在调整参数时可以引用aspen plus进行模拟计算。

2.6减少冷量损失

如果可以使膨胀空气量得到减小，那么对上塔精馏的扰动现象就会减小。为了达到个目的，可以根据能量守恒定律通过降低冷量损失来实现。如此一来可以在很大程度上提高空分装置在运行过程中的经济性。减少冷量损失可以通过缩小主换热器的热端温度差的途径实现。

3.测试运行结果，依照规定时间内的记录，取平均值

3.1记录产量平均值

氧气产量13109.13Nm³/h，计算出氧气纯度的算术平均值为99.75%，液氧产量280.58Nm³/h，液氮产量401.64Nm³/h。氩中氧为

1.59ppm，氩中氮为1.5ppm。

3.2记录电能消耗平均值

参照电度表，取空压机的计算功率为5615.29KW，由此计算出电加热器的功率为225KW，同理得出冷却水泵、冷冻水泵的功率分别为27.48KW、29.62KW，粗氩泵功率7.44KW，膨胀机油泵功率2.52KW。用于仪控的耗电量为10KW，最终得出总电耗为59117.57KW。

4.能耗的计算结果

为了进一步合理控制能耗并在最大程度上实现空分设备在实际生产当中的有效运作，需要参照国家相关标准《JB / T 8693- 2015大中型空气分离设备》、《KDONAr一12000/1000/384型空分装置技术附件》，从而得出氧气制氧的单耗=（冷却水泵+空压机+冷冻水泵+粗氩泵+膨胀机油泵十电耗为10KW的仪控+电加热器平均值）/（氧气产量测量值+3液态氧产量+3液态氩产量）。

代入实际数据，最终计算出本制氧装置的制氧单耗为0.390KWh/m³，在设计阶段本制氧装置的制氧单耗为0.394KWh/m³，很明显本制氧装置的实际单耗已经达到了设计标准。

结论

我国的能源供需情况发生变化始于上世纪末，为了最大程度上缓解由于能源供应紧张而造成的负面现象，我国将节约资源、保护环境作为一项基本国策。传统的空分设备在使用过程中通常需要较大的电能消耗，为了响应我国节能环保号召，同时降低空分设备能耗以节约生产成本，对相当一部分空分设备使用提出了降低空分设备能耗的要求，实现空分设备生产作业效益的最大化。空分设备主要是负责将空气中混合的气体进行分离，生产出单质气体，包括氧气制备、氮气制备、稀有气体制备等等。本次研究中主要针对氧气制备工作进行研究，在制备氧气的过程中需要制氧电能消耗、压氧电能消耗，意在为空分设备用户提供参考。

参考文献

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