高炉大规模富氧喷煤技术改造首选膜分离制氧.doc

高炉大规模富氧喷煤技术改造首选膜分离制氧富氧喷煤技术因其可有效的提高产量、降低成本被广泛的应用于炼钢、炼铁行业，中国宝钢每吨铁喷煤220 公斤，世界最先进的富氧喷煤技术甚至可达每吨铁喷煤250 公斤，一般的，小高炉的富氧实践中可实现1吨铁喷煤150 公斤，每富化1%的氧气可多喷煤15 公斤，吨铁成本可降低2030 元，同时，因氧浓度提高1%还可提高高炉煤气中的CO 浓度1%，高炉富氧喷煤的煤气热值可提高20%30%；结合富氧喷煤的应用过程特点，尤其以膜分离制氧方法为宜，原因如下：1） 膜分离过程制取的氧气是热态的富氧气体，而变压吸附制取的氧气则是常温冷态的富氧气体，热态的富氧气体有利于高炉喷煤；通常，高炉正常生产合理的理论燃烧温度应保持在220050范围内，由于每喷吹10kg无烟煤会使理论燃烧温度下降1520，10kg烟煤会使理论燃烧温度下降2025。喷煤量大于100kg/t会使理论燃烧温度下降150250以上，更高的喷煤比会使理论燃烧温度下降幅度更大。为使理论燃烧温度保持在220050合理范围内，就需要采取保持理论燃烧温度的技术措施，传统办法有提高热风温度、进行富氧鼓风、进行脱湿鼓风，这也是富氧喷煤的节能机理。为了达到更高的喷煤比，显然，热态的富氧、预热的富氧可以取得更好的喷煤效果，一般的，均将富氧、煤粉进行预热，使其温度从4070预热到150200，因煤粉、助燃风的初始温度大幅度提高，可大大节省部分煤粉在炉内所耗热量，有利于减轻喷煤对热风的冷却效应，加速煤粉燃烧过程，提高煤粉燃烧率，使煤粉在有限时间、有限空间内燃烧率大幅度提高，从而取得降低成本、提高产量的效益；2） 膜分离过程制取的氧气是热态的富氧气体，而变压吸附制取的氧气则是常温冷态的富氧气体，热态的富氧气体不仅有利于高炉喷煤，而且因为膜分离富氧制取的氧气是热态的富氧，有效的回收了动力设备的压缩能，因此，其制氧能量消耗远低于变压吸附方法，可大幅节约运行成本：膜分离技术制氧时：鼓风机提供约2KPa的低压空气作为原料空气进入膜分离器，所作的压缩功很少，主要以真空泵做功抽取富氧，达到2倍的分离压力比以获得纯度约27%的富氧空气，也因为真空泵抽取富氧时2倍的压缩比所压缩的是富氧，因此，所做的压缩功变成了富氧的温升（约100），因此，回收了这部分压缩能源，制氧电力消耗低的多；变压吸附技术制氧时：鼓风机提供约39KPa的低压空气作为原料空气进入变压吸附系统的分子筛床层，因分子筛对吸附温度有严格的要求，超过35将大幅降低分子筛的吸附容量，进而降低产氧量，因此，鼓风机压缩的空气（约75）应先经水冷换热器冷却至常温（约25）后进入床层，也因此，鼓风机的压缩能不仅不能回收，反而要消耗大量的冷却水去冷却压缩气体形成的热能；当经过冷却的原料空气进入分子筛床层后，因吸附床层的分子筛吸附氮气而输出为富氧，装置出口为常温的富氧气体，当分子筛吸附饱和后，以真空泵做功抽取床层中的富氮气体并向大气排放从而使床层内分子筛彻底解吸，恢复吸附性能，也因此，该真空泵尽管抽至约-60KPa所做的功无法回收因压缩产生的压缩能；以供氧纯度23%，供氧量126000m3/hr为例，如下表反映出两种技术的能源消耗：序比较项目采用膜分离工艺采用变压吸附工艺备注1客户富氧空气量需求，m3/h126000126000客户富氧纯度需求23%23%2制氧装置流量需求，m3/h42694.2 3740.8 制氧装置氧气纯度27%90%制氧装置折成100%氧气的供氧量，m3/h11527.4 3366.7 100%纯氧量制氧装置出口富氧温度，100.0 25.0 需要配入的空气量，m3/h83305.8 122259.2 空气氧含量20.95%20.95%混合后富氧气流量，m3/h126000126000混合后富氧气纯度23%23%3制氧装置鼓风机升压，Kpa1.52.539.2制氧装置鼓风机流量，m3/h341554 46760 制氧装置鼓风机最低装机轴功率，KW398.5 623.5 制氧装置真空泵升压，Kpa5060制氧装置真空泵抽速，m3/h85388 65463 制氧装置真空泵最低装机轴功率，KW1494.3 1036.5 制氧装置最低总装机轴功率，KW1892.8 1660.0 制氧装置名义单耗，KW/m3氧气0.044 0.444 27%/90%纯度消耗制氧装置折成100%氧气单耗，KW/m30.164 0.493 100%纯氧量4混合前制氧装置制取的富氧带入热量,KJ14790247.7 1035424.7 富氧空气的定容比热容0.718KJ/kg.k常温25下富氧具有的焓值,KJ11817532.7 1035424.7 常温富氧焓值富氧因温升带入焓值，KJ2972714.9 0.0 混合前富氧带入的焓值即显热折算成KWH825.8 0.0 1W.S=1J，1KWH=1000*3600J因此，两种制氧方法实际功率消耗,KW1067.0 1660.0 折算成126000m3/h的23%的富氧单耗,KW/m323%纯度富氧0.008 0.013 年可节约电力能源，万KWH/年474.4 0.0 按年运行8000小时计折算成电力成本可节省的运行成本，万元/年284.6 0.0 电费按0.6元/KWH计算以供氧纯度25%，供氧量126000m3/hr为例，如下表反映出两种技术的能源消耗：序比较项目采用膜分离工艺采用变压吸附工艺备注1客户富氧空气量需求，m3/h126000126000客户富氧纯度需求25%25%2制氧装置流量需求，m3/h84347.1 7390.3 制氧装置氧气纯度27%90%制氧装置折成100%氧气的供氧量，m3/h22773.7 6651.3 100%纯氧量制氧装置出口富氧温度，100.0 25.0 需要配入的空气量，m3/h41652.9 118609.7 空气氧含量20.95%20.95%混合后富氧气流量，m3/h126000126000混合后富氧气纯度25%25%3制氧装置鼓风机升压，Kpa1.52.539.2制氧装置鼓风机流量，m3/h674777 92379 制氧装置鼓风机最低装机轴功率，KW787.2 1231.7 制氧装置真空泵升压，Kpa5060制氧装置真空泵抽速，m3/h168694 129330 制氧装置真空泵最低装机轴功率，KW2952.1 2047.7 制氧装置最低总装机轴功率，KW3739.4 3279.4 制氧装置名义单耗，KW/m3氧气0.044 0.444 27%/90%纯度消耗制氧装置折成100%氧气单耗，KW/m30.164 0.493 100%纯氧量4混合前制氧装置制取的富氧带入热量,KJ29219757.6 2045595.1 富氧空气的定容比热容0.718KJ/kg.k常温25下富氧具有的焓值,KJ23346833.0 2045595.1 常温富氧焓值富氧因温升带入焓值，KJ5872924.6 0.0 混合前富氧带入的焓值即显热折算成KWH1631.4 0.0 1W.S=1J，1KWH=1000*3600J因此，两种制氧方法实际功率消耗,KW2108.0 3279.4 折算成126000m3/h的23%的富氧单耗,KW/m30.017 0.026 年可节约电力能源，万KWH/年937.1 0.0 按年运行8000小时计折算成电力成本可节省的运行成本，万元/年562.3 0.0 电费按0.6元/KWH计算3） 辅助能源、冷却水消耗低：以供氧纯度23%，供氧量126000m3/hr为例，因为膜分离所需要配入的空气量为83305.8 m3/h，少于变压吸附所需配入的空气量122259.2 m3/h，因此，所需的这部分配入空气的能源消耗也较变压吸附低；此外，变压吸附因为需要将鼓风机升压后的气体冷却至常温，因此，要消耗大量的冷却水去冷却气体，还有，为提高真空泵的真空度，通常还需要消耗软化水加入真空泵去提高真空度，而膜分离设备则无需消耗这些冷却水，更无需消耗软化水；4） 可靠性高：膜分离过程是静态分离，设备极其简单、故障率低，可靠性非常高；而变压吸附制氧过程是动态分离，无论双塔还是多塔，需要很多阀门进行切换，可靠性与膜分离相比要差的多；5） 安全，即开即用，产氧迅速：膜分离设备与变压吸附制氧过程均是纯物理过程制氧，无相变等，安全性好，两种设备的启停都可实现即开即用，尤其膜分离设备，泵开即开，泵停即停，无需复杂的控制手段，开机5分钟即可达到供氧纯度，变压吸附过程则需大约40分钟的周期才能产生符合要求的氧气；6） 设备供货周期短：膜分离设备为模块化拼装设备，设备供货周期短，无需复杂设计，以供氧纯度23%，供氧量126000m3/hr为例，一般交货周期为23个月，而变压吸附则至少需要4个月的交付周期；7） 占地小、可模块化扩产：膜分离设备为模块化拼装设备，可跟随客户安装场地任意摆放，无需特定的安装位置要求，占地面积较变压吸附小的多的多，并且，可随意增加模块扩展产量，而无需担心变更原系统；综上述，采用膜分离系统进行高炉富氧喷煤是首选的技术方案