大型鋼鐵企業(yè)制氧系統(tǒng)降氧氣放散技術(shù)應(yīng)用

范　軍

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山　063210)

隨著鋼鐵行業(yè)發(fā)展，設(shè)備的大型化已成必然趨勢，然而設(shè)備大型化卻帶來了鋼鐵企業(yè)內(nèi)的大型制氧系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)與大型轉(zhuǎn)爐間斷使用的供需矛盾、制氧機組大型化使氧、氮生產(chǎn)比例難以調(diào)整等問題，最終造成了氧氣放散率高。因此如何解決設(shè)備大型化帶來的氧氣放散高問題，是技術(shù)人員亟待解決的問題，也體現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)制氧系統(tǒng)技術(shù)水平。

1　氧氣放散率高的原因分析

目前造成氧氣放散率高的具體原因有兩方面。

1.1　大型轉(zhuǎn)爐與大型制氧系統(tǒng)的供需矛盾

大型制氧機組與大型轉(zhuǎn)爐之間的供需矛盾主要體現(xiàn)在：制氧系統(tǒng)連續(xù)性生產(chǎn)和大型轉(zhuǎn)爐間斷性使用之間存在突出矛盾，而京唐公司煉鋼工序建設(shè)有五座300 t大型轉(zhuǎn)爐，單爐用氧量較大，造成多爐同時冶煉時，氧氣用量大幅增加，而當(dāng)冶煉過程停止時，氧氣用量又急劇減少，使煉鋼轉(zhuǎn)爐氧氣用量具有波動大、波動頻繁的特點，這要求制氧機組能夠及時、頻繁精細調(diào)整，但大型制氧機組送出系統(tǒng)只適應(yīng)于穩(wěn)定調(diào)整，反應(yīng)遲緩、不能精細調(diào)整，造成了送出量調(diào)整的滯后，最終致使氧氣放散高。

1.2　大型制氧機組氧、氮生產(chǎn)比例難以調(diào)整

隨著公司生產(chǎn)線調(diào)整，氮氣用戶越來越多，造成了氧、氮產(chǎn)用比例不平衡的問題，而制氧機組的大型化又帶來了氧、氮生產(chǎn)比例難以調(diào)整的問題。氧氣、氮氣設(shè)計用量與實際用量對比見表1。

原設(shè)計氧氣、氮氣需求比例為1:1.03，而由于氮氣用量的增加，目前實際生產(chǎn)中氧氣、氮氣用量比例為1:1.19，嚴重超出原設(shè)計。在滿足公司氮氣需求的情況下，氧氣產(chǎn)量必定高于公司需求，造成氧氣大量放散。

表1　氧氣、氮氣設(shè)計用量與實際用量對比表Table 1　Oxygen nitrogen dosage of design and the actual usage comparison table

2　降氧氣放散技術(shù)應(yīng)用

2.1　氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化

原設(shè)計的制氧機組氧氣送出系統(tǒng)，由于調(diào)節(jié)閥口徑比較大，無法靈活地跟隨管網(wǎng)壓力變化，進行細微調(diào)節(jié)，故造成了氧氣送出始終無法滿足煉鋼用氣的頻繁波動的要求。閥門開度較大時，當(dāng)用戶用量突然增加，會導(dǎo)致氧氣流量增加，造成板式換熱器壓力波動較大，進而導(dǎo)致氮壓機及膨脹機流量波動較大，嚴重時甚至影響制氧機組工況穩(wěn)定運行；反之，閥門開度較小時，當(dāng)用戶用量突然減少，會導(dǎo)致氧氣流量減少，同樣存在影響空分工況穩(wěn)定運行。

為了實現(xiàn)氧氣送出系統(tǒng)能夠跟隨管網(wǎng)壓力的變化，精細而頻繁調(diào)整送出量，故對氧氣送出系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造。具體方案是：在原有DN400大口徑送出閥門管路基礎(chǔ)上，增加一路DN150帶有自動調(diào)節(jié)閥氧氣送出旁路，用于提高氧氣送出系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度及精度。氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化改造原理如圖1所示。

圖1　氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化改造原理圖Fig.1　Optimization and transformation diagram of oxygen delivery system

氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化改造后優(yōu)點是：DN400大口徑調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)量較大，適用于系統(tǒng)進行較大流量調(diào)節(jié)，DN150小口徑調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)量小，適用于系統(tǒng)微調(diào)或者進行頻繁流量調(diào)節(jié)，二者互相配合可進行大流量、頻繁、快速、精細調(diào)節(jié)，對于大型轉(zhuǎn)爐的氧氣用量大、波動頻繁特點具有較強的針對性和適應(yīng)性。

2.2　氮氣增產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化氧、氮產(chǎn)量比例

針對大型制氧機組難以調(diào)整氧、氮生產(chǎn)比例問題，利用制氧機組的空分塔大范圍調(diào)整能力和氮壓機的彈性調(diào)節(jié)能力，開發(fā)了氮氣增產(chǎn)技術(shù)，提高了氮氣產(chǎn)量。

氮氣增產(chǎn)技術(shù)原理如圖2所示，將原來抽自上塔送入氮冷塔用于冷卻循環(huán)水而排放的純氮氣加以提取利用，抽取其中一部分純氮氣分流導(dǎo)入氮氣進氣壓縮機C1361，經(jīng)循環(huán)氮壓機C1461兩級加壓升壓到1.0 MPa，送公司低壓氮氣管網(wǎng)，或經(jīng)過四級加壓升壓到3.0 MPa，送公司中壓氮氣管網(wǎng)，來增加中、低壓氮氣產(chǎn)量，優(yōu)化氧氮產(chǎn)量比例。

經(jīng)過反復(fù)摸索，在實際生產(chǎn)中每套制氧機組最大可增加氮氣產(chǎn)量5 000 Nm3/h，極大地解決了氮氣生產(chǎn)不足問題，緩解了氧、氮產(chǎn)用比例不平衡矛盾，減少了因氧、氮產(chǎn)用比例不平衡不得不提高機組負荷而產(chǎn)生的氧氣放散。

圖2　氮氣增產(chǎn)原理圖Fig. 2　Schematic drawing of nitrogen production increase

3　效　果

通過以上兩項技術(shù)的實施，緩解了大型轉(zhuǎn)爐間斷使用與大型制氧機組連續(xù)生產(chǎn)的供需矛盾，緩解了公司氧、氮產(chǎn)用比例不平衡矛盾，在滿足公司生產(chǎn)用氣的前提下,減少了氧氣產(chǎn)量，降低了氧氣放散率。氧氣放散率自降放散技術(shù)實施以來逐年降低，2016年氧氣放散率為2.74%，歷年氧氣放散率趨勢如圖3所示。

圖3　2012～2016年氧氣放散率變化情況Fig. 3　Changes in oxygen release rate from 2012 to 2016

4　結(jié)束語

本文通過應(yīng)用氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化、氮氣增產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化氧、氮比例等技術(shù)，緩解了設(shè)備大型化帶來的大型制氧系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)與大型轉(zhuǎn)爐間斷使用的供需矛盾，解決了制氧機組大型化使氧、氮生產(chǎn)比例難以調(diào)整導(dǎo)致的氧、氮產(chǎn)用量比例不平衡的問題，降低了氧氣放散率，使公司氧氣放散率降至較低水平，值得推廣應(yīng)用。