KDON21000型3#空分優(yōu)化升級(jí)改造實(shí)踐及應(yīng)用

孫 山，蔣文濤

（酒鋼集團(tuán)宏興股份公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

隨著鋼鐵業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)的不斷提升和各種特殊鋼材的研發(fā)應(yīng)用，在煉鋼及軋制環(huán)節(jié)中氮?dú)庾鳛榧儍魵怏w和保護(hù)氣體使用越來(lái)越廣泛。

此外國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)，廠區(qū)內(nèi)為控制高爐和加熱爐等煙氣排放、煤倉(cāng)揚(yáng)塵等，都安裝了除塵設(shè)施，這些設(shè)備設(shè)施的反吹氣源都需要使用氮?dú)狻?/p>

酒鋼集團(tuán)宏興股份公司從2015年開始氮?dú)庑枨罅恐鸩皆黾?，尤其?016年氮?dú)饩o缺矛盾突出，只能通過(guò)限制煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏解決氮?dú)獠蛔?，但是增加了冶煉成本。并且制氧單套空分產(chǎn)出的氧氣、氮?dú)庠O(shè)計(jì)產(chǎn)量是固定的，變化幅度只有5%～10%左右，因此在氮?dú)馊笨谳^大時(shí)，不得不采用多開空分滿足用戶氮?dú)庑枨?，但同時(shí)帶來(lái)的負(fù)面結(jié)果是造成氧氣大量放散，空分運(yùn)行成本大幅增加。

1 項(xiàng)目背景

酒鋼公司現(xiàn)有4套KDON21000型空分設(shè)備以及1套KDON6000/13000型設(shè)備。2016年，結(jié)合公司生產(chǎn)需要，空分按照“三大”運(yùn)行方式進(jìn)行生產(chǎn)保供，在該運(yùn)行方式下氮?dú)饴杂腥笨?，基本滿足主線生產(chǎn)需求。但結(jié)合公司各單位的建設(shè)項(xiàng)目需要，還將新增氮?dú)饧s11500 m3/h，將造成“三大”運(yùn)行方式無(wú)法滿足主線需求，還需增開到“三大一小”才能滿足主線生產(chǎn)需要，勢(shì)必大幅度增加空分運(yùn)行成本。氮?dú)馄胶馊绫?所示。

表1 氮?dú)夤┯闷胶獗?/p>

在“三大”的運(yùn)行方式下，氧氣富裕量8000 m3/h，造成在滿足氮?dú)庑枨蟮那闆r下，氧氣放散率在13.79%以上，導(dǎo)致氧氣大量放散不利于節(jié)能減排。氧氣平衡如表2所示。

因此，有必要對(duì)現(xiàn)有空分設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，增加氮?dú)猱a(chǎn)量，從而優(yōu)化空分運(yùn)行方式，降低運(yùn)行成本，減少氧氣放散。

2 技術(shù)原理

KDON21000型3#空分配套的精餾塔采用多層塔板構(gòu)造，現(xiàn)有塔板數(shù)根據(jù)氧、氮產(chǎn)品的數(shù)量和純度，以及設(shè)定的液空、液氮的純度，上下塔工作壓力確定的。因此對(duì)現(xiàn)有精餾塔的壓力、流量、純度、塔板數(shù)通過(guò)理論核算，在滿足最小精餾比的前提下，對(duì)上塔精餾段進(jìn)行改造，增加塔板數(shù)量，提升塔高，來(lái)挖掘精餾潛力。通過(guò)改造可以使氮?dú)猱a(chǎn)量在原有設(shè)計(jì)產(chǎn)量的基礎(chǔ)上再增加21000 m3/h，純度維持不變。

3 改造方案

（1）對(duì)KDON21000型3#空分塔內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化改造，將空分塔從45 m處往上的輔塔進(jìn)行替換（原塔高59 m），直徑從原來(lái)的1.6 m改為2.95 m，高度增加3 m；替換后主塔部分的冷箱需增加一層的高度，將冷箱內(nèi)粗氬液化器氮?dú)獬隹诠堋⒓儦謇淠鞯獨(dú)獬隹诠軓纳纤鄣獨(dú)獬隹诠軘嚅_，上塔氮?dú)獬隹诠?、上塔污氮?dú)獬隹诠茉跇?biāo)高約44 m處從上塔斷開，然后接至替換后的上塔氮?dú)獬隹诩拔鄣隹凇?/p>

表2 氧氣供用平衡表

（2）從21000制氧3#空分敷設(shè)DN800管道800 m送至6000制氧，對(duì)6000制氧1臺(tái)中壓氮壓機(jī)、3臺(tái)低壓氮壓機(jī)進(jìn)氣管道進(jìn)行連接，確保21000制氧三套空分全部運(yùn)行時(shí)新增的氮?dú)饪梢酝ㄟ^(guò)6000制氧4臺(tái)氮壓機(jī)壓縮外供用戶，如圖1。

圖1 管道改造方案

（3）在21000制氧3#空分增加2臺(tái)335萬(wàn)kJ/h的冷水機(jī)組。作為污氮量減少后，降低水冷塔溫度的冷源。

4 實(shí)施效果及效益

項(xiàng)目實(shí)施后，KDON21000型3#空分氮?dú)猱a(chǎn)量由21000 m3/h增至42000 m3/h；空分運(yùn)行方式由“三大一小”優(yōu)化為“二大一小”?？辗帧叭笠恍　边\(yùn)行期間日耗電量155萬(wàn)kW·h，3#優(yōu)化改造后“兩大一小”運(yùn)行時(shí)需增開一臺(tái)氮壓機(jī)及新增冷凍機(jī)，日耗電量139萬(wàn)kW·h，日節(jié)電16萬(wàn)kW·h，年可節(jié)約能源使用費(fèi)、維修費(fèi)和備件材料費(fèi)共計(jì)1557.6萬(wàn)元，氧氣放散率指標(biāo)由28%降至4%以內(nèi)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

5 項(xiàng)目主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

創(chuàng)新點(diǎn)一：KDON21000型3#空分通過(guò)精餾理論計(jì)算，挖掘精餾塔潛力，在運(yùn)行11年設(shè)備上成功改造，氮?dú)猱a(chǎn)量增加至42000 m3/h。

創(chuàng)新點(diǎn)二：KDON21000型3#空分優(yōu)化升級(jí)改造上報(bào)專有技術(shù)。

創(chuàng)新點(diǎn)三：本次改造中利用了6000制氧閑置設(shè)備，將KDON21000型3#空分增加了一根氮?dú)夤艿肋B接至6000制氧，使6000制氧4臺(tái)氮壓機(jī)都可以利用起來(lái)，氮壓機(jī)運(yùn)行方式更加機(jī)動(dòng)靈活，提高了設(shè)備開動(dòng)率，減少了設(shè)備投資。

6 總結(jié)

該項(xiàng)目實(shí)施后對(duì)空分的運(yùn)行方式不再受制于氮?dú)獾挠绊?，調(diào)整運(yùn)行方式更加靈活，起到了節(jié)電、節(jié)能的作用。

此外通過(guò)改造后氧氣放散率指標(biāo)得到有效控制，大幅度降低了氧氣放散量，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

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