制氧纯化系统污氮预热效果及节能分析.pdf

收稿日期:作者简介:孔庆国()工程师.制氧纯化系统污氮预热效果及节能分析孔庆国 范天骄 杜 蒙 宋玥儒 王等虎(中钢集团鞍山热能研究院有限公司 石河子大学经济管理学院 天津钢管制造有限公司)摘 要 根据某钢铁企业生产实际情况和工艺要求 回收 万/制氧机组压缩空气余热用于预热分子筛纯化过程加热用污氮 降低电加热器电耗 同时压缩空气温度降低 可减少空气预冷系统中冷水机组电耗 达到节能降耗减排增效的目的关键词 纯化系统 污氮预热 余热回收 节能文献标识码:文章编号:()(.)/.我国钢铁行业生产过程中伴生的余热资源约 亿 亿 各企业余热回收率参差不齐 平均回收利用率仅 左右 经过长期努力 部分高品位余热已逐步被利用 但大量较低品位的余热经常以烟气、低温水或中低温固态废弃物等形式废弃掉为了提高低品质余热资源利用率 降低企业综合能源消费量 拟对空分系统中压缩过程产生的余热进行回收利用 预热再生污氮 以降低电加热器电耗 同时使压缩空气温度降低 可减少预冷系统中冷水机组电耗 达到节能降耗减排增效的目的 某企业制氧系统现状某钢铁企业制氧厂现有 万/制氧机 另有与外部单位协议用氧气来源 万/制氧机 以 万/制氧机系统为例 拟通过增设换热装置回收利用压缩空气余热预热污氮 万/制氧机技术参数见表 制氧纯化系统中污氮由电加热器从 加热至 通过分子筛用于分子筛再生 前道工序空压机系统所产压缩空气 的热量无任何回收利用 直接进入预冷系统降温 现利用该部分压缩空气热量预热污氮 降低加热电耗 冶 金 能 源 表 万/制氧机技术参数参数数值备注制氧机规格/()万进电加热器前污氮温度/进电加热器前污氮流量/()万电加热器加热后污氮温度/电加热器功率/约 两用一备压缩空气流量/()万压缩空气温度/分子筛交替周期/分子筛加热时间/冷水机组冷却后压缩空气终点温度/冷水机组功率/污氮管道直径/压缩空气管道直径/余热回收换热器选型分析利用换热器回收压缩空气余热预热再生污氮 常规选择为管壳式换热器 但综合考虑企业现场环境、占地面积、污氮压降、投资等多因素条件 拟采用分离式热管换热器 选型分析如下 采用空气污氮管壳式换热器方案一:换热器直接安装在 压缩空气管道上换热器尺寸:氮气侧压力降:此方案污氮走壳程 换热过程中污氮产生压降使得污氮进口压力达不到 不满足工艺要求方案二:从 空气管道上引出 支管安装换热器换热器尺寸:压力降(不含管道压降):压缩空气侧压力降为 氮气侧压力降为 需单独新建压缩空气出气支管和回气管道 因换热后压缩空气压力由 降至约 (含管道损失)若要返回主管道 需在回气管道处新增压缩机 或直接将支管回气引至空冷塔入口处 则空冷塔入口需新增一条进气管道压缩空气压力 其管道属于压力管道 需安装安全阀门 且按照 压力管道安全技术监察规程 进行监检换热器尺寸大 总重 需新建地基等基础支撑现场制氧设备布置紧凑 可实施改造的面积有限 此方案占地面积大、投资成本高、操作工艺复杂 并非优选 采用空气水污氮分离式换热器方案三:采用分离式换热器 热量通过中间介质水在压缩空气、污氮两侧传递换热器型式:压缩空气侧为管壳式换热器 污氮侧为重力型热管换热器换热器尺寸:压缩空气侧为 污氮侧为 压力降(不含管道压力):压缩空气侧压力降 氮气侧压力降 体积小 可考虑利用现有基础设施进行布置固定热管换热器及所属水路均不属于特种设备 无需监检水通过热管将热量传递给污氮 污氮和水不直接接触 热管内低温工质工作压力小于污氮压力 污氮中含氧量极低()可避免污氮中渗漏进水或低温工质的安全隐患此方案占地面积小 换热过程压降损失小污氮与水不直接接触 避免了安全隐患 污氮侧热管换热器以旁路方式工作 如果机组运行时发生故障或停机 不会影响原有生产工艺 拟采取该方案 纯化系统污氮预热方案设计 工艺流程设计采用分离式换热器 热量通过中间介质水在压缩空气、污氮两侧传递 将压缩空气水换热器布置在进入预冷系统空冷塔前的压缩空气管道上 将水污氮热管换热器布置在纯化系统污氮加热管路的旁路上 污氮预热工艺流程如图 所示()压缩空气放热过程压缩空气系统:空压机出口 压缩空气流经原管道上的气水换热器 温度降至 再流向预冷系统冶 金 能 源 图 污氮预热工艺流程 软化水系统:管道内 循环软化水经循环水泵进入压缩空气侧气水换热器 与 压缩空气进行换热 循环软化水温度升高至 作为污氮侧热管换热器的热源流体()污氮吸热过程软化水系统:的循环软化水在循环水泵作用下流经污氮侧热管换热器与污氮换热温度降至 在循环水泵作用下回到压缩空气侧气水换热器进口作为冷源流体污氮系统:污氮流经旁路上的热管换热器与 循环软化水换热 温度升高至 再返回至原工艺管路继续进入电加热器加热 工艺流程参数按照冷热源流体温度参数、换热器工艺计算 主要工艺设计参数如表、表 所示表 压缩空气水系统设计参数项目数值压缩空气流量/()万压缩空气入口温度/压缩空气出口温度/气侧阻力损失/软化水流量/()软化水入口温度/软化水出口温度/水侧阻力损失/换热器功率/表 水污氮系统设计参数项目数值污氮流量/()万污氮入口温度/污氮出口温度/污氮侧阻力损失/(设备 管道 )软化水流量/()软化水入口温度/软化水出口温度/水侧阻力损失/换热器功率/节能及经济分析 节约的电能()污氮侧热管换热器功率为 万/制氧机分子筛转换周期为 在一个周期内 分子筛加热时间为 则制氧纯化系统日节电量 /年节电量为 万()余热利用后压缩空气温度从 降至 压缩空气降温后冷水机组节能率为 冷水机组功率为 则冷水机组年节电量 /万 共计节约电能 万 增加的电能()项目新增循环水泵 年耗电量 万()项目新增循环保温泵 年耗电量 万 共计新增年耗电量 万 总体节能及经济效益项目建成投产后 年节电 万 按照电费 元/计算 年收益 万元可降低制氧工序电耗 降低氧气生产成本 减少外购电量 间接减少 排放 结语()采用分离式换热器 热量通过中间介质水在压缩空气、污氮两侧传递 此方案占地面积小 压缩空气、污氮换热后压力损失小 投资小 可避免污氮中渗漏进水或低温工质的安全隐患 冶 金 能 源 ()纯化系统污氮预热技术可以充分利用压缩空气余热 降低电加热器电耗 同时降低压缩空气进入预冷系统温度 降低冷水机组电耗节能和经济效益十分显著参考文献 蔡九菊 孙文强 中国钢铁工业的系统节能和科学用能.钢铁 ():周继程 张春霞 郦秀萍 等 基于能级分析的钢厂余热资源回收利用方式的合理性.钢铁 ():蒋滨繁 夏德宏 陈映君 基于中国能流解析的钢铁工业终端节能重要性和潜力研究.冶金能源 ():刘宝山 贾凤泳 刘常鹏 等 浅谈钢铁企业能源构成及节能措施.冶金能源 ():赵紫薇 孔福林 童莉葛 等 基于“”目标的中国钢铁行业二氧化碳减排路径与潜力分析.钢铁 ():王芹 王晓燕 刘铁铮 等 用于低温余热回收系统热管换热器传热性能的数值模拟.现代化工 ():赵 艳编辑(上接第 页)结语为回收干熄焦一次除尘器焦粉余热 同时改善一次除尘器焦粉冷却套管冷却水水质 提出一种干熄焦热力给水系统的优化方案 优化后的工艺具有如下特点:()可以有效提高焦粉水冷套管冷却水的水质 有效缓解水冷套管内壁结垢及堵塞的问题()可有效利用一次除尘器焦粉中的热量将原本由循环冷却水带走并放散到空气中的热量回收到干熄焦热力给水系统中 可有效提高干熄焦余热利用效率 每年节省 的除氧用加热蒸汽()具有投资少、改造简单的优点 在维持干熄焦系统工艺流程不变的前提下 仅通过增加少量阀门及管道便可以实现参考文献 徐列 大型干熄焦技术创新与新型焦炉开发.马鞍山:全国冶金焦化节能减排关键技术研讨会:杜再旺.干熄焦技术的节能减排及环分析.冶金与材料 ():.袁本雄 邵胜平 左夏青 等.干熄焦烧损率的实时计算.冶金能源 ():.陈时选 杜梅芳 赵梦然 等 干熄焦余热回收与转化系统的效率分析.钢铁 ():张宇晨 孙业新.焦炉上升管荒煤气显热回收技术探讨.冶金能源 ():.郭毅.新时期焦化厂干熄焦技术节能减排探究.山西化工 ():.朱振环 穆允生 安冉 干熄焦一次除尘排灰系统技术改造.唐山:冀苏鲁皖赣五省金属(冶金)学会第十六届焦化学术年会:冯承 尹华 干熄焦一、二次除尘器气力输灰系统的设计计算及工艺控制流程的优化.燃料与化工 ():毛旸 徐列 康健 等 一种干熄焦系统.中国 李东虎 高艳君 鲁伟 干熄焦一次除尘器工艺改进与实施.燃料与化工 ():吴延锐 黄长胜 张旭 等 大型干熄焦水冷套管的应用研究.工艺与设备 ():赵 艳编辑冶 金 能 源