4500 m3/h空分設(shè)備中預(yù)換熱器的改造及其節(jié)能情況

魏文建

（北方銅業(yè)股份有限公司侯馬冶煉廠，山西 侯馬 043000）

北方銅業(yè)股份有限公司侯馬冶煉廠空分車間KDON-4500/4500-Ⅱ型空分機(jī)組是開封空分設(shè)備廠20世紀(jì)90年代初生產(chǎn)的設(shè)備，1996年開始土建施工，1998年6月試車一次成功，該機(jī)組采用全低壓分子篩凈化、增壓膨脹工藝流程，風(fēng)機(jī)選用的是Atlas公司生產(chǎn)的HL9-080-6型離心式壓縮機(jī)，產(chǎn)品氧外加壓后送往熔煉爐供煉銅使用，產(chǎn)品氮外加壓后送往陽極爐作為其還原劑的載體。

預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)有錯流形板翅式換熱器，從空壓機(jī)過來的壓縮空氣和從分餾塔出來再生分子篩的污氮?dú)庠诖藫Q熱，由于和預(yù)換熱器連接的空氣和污氮?dú)夤艿涝陂_、停機(jī)過程中溫差較大，因熱應(yīng)力的作用使預(yù)換熱器多次發(fā)生內(nèi)漏，水分進(jìn)入再生污氮?dú)夤艿溃斐煞肿雍Y失效和扒塔處理，給生產(chǎn)經(jīng)營帶來嚴(yán)重?fù)p失，在幾次對預(yù)換熱器補(bǔ)漏、加固無效的情況下，于2001年10月被迫拆除，再生分子篩的電加熱器由2臺改為3臺。預(yù)換熱器拆除后，通過幾年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，機(jī)組電耗明顯加大，備件材料費(fèi)用也提高了，而且分子篩的再生效果也不如以前。

1 空氣-污氮預(yù)換熱器的改造及投入使用情況

2007年5月，通過對原預(yù)換熱器的改造，重新上了一套換熱器，該套預(yù)換熱器采用目前先進(jìn)的錯流間壁式螺旋翅片管結(jié)構(gòu)，空氣走管內(nèi)，污氮?dú)庾吖芡猓捎诠軆?nèi)外都有螺旋翅片，增大了換熱面積，提高了換熱效果；考慮到銅材料延展性和換熱好的優(yōu)點(diǎn)，把原來的鋁材質(zhì)改為銅材質(zhì)；防止熱應(yīng)力損壞換熱器，在空氣和污氮?dú)膺M(jìn)出口增設(shè)了伸縮節(jié)。

該套空分裝置分子篩純化器為雙層床，在下層的空氣入口處先裝一定量的活性氧化鋁，其上加裝13X分子篩。壓縮空氣通過空冷塔先被常溫水冷卻，再被冷凍水冷卻到8～10℃后進(jìn)分子篩純化器。將分子篩純化器切換程序分為5個階段，即充壓15min，平行1 min，卸壓7 min，加熱106 min，冷吹106 min，再加上閥門動作時間，一個純化器的運(yùn)行周期為240 min。不加預(yù)換熱器時，9℃的污氮?dú)獬隼湎浜筮M(jìn)入電加熱器，在此被加熱到185℃再生分子篩，然后再吹冷。

增設(shè)污氮預(yù)換熱器后，空壓機(jī)3級排出的熱空氣和污氮?dú)庠陬A(yù)換熱器中進(jìn)行換熱，污氮?dú)獾臏囟忍岣撸M(jìn)空冷塔的空氣溫度降低，節(jié)省能耗，工藝流程見圖1，預(yù)換熱器的效果見表1。

圖1 工藝流程圖

表1 預(yù)換熱器的技術(shù)參數(shù)

2 增設(shè)預(yù)換熱器后節(jié)省的能耗

2.1 每年節(jié)約電費(fèi)

（1）由于進(jìn)電加熱器的污氮?dú)鉁囟却蟠筇岣撸娂訜崞饔稍瓉?臺變?yōu)?臺運(yùn)行，節(jié)省1臺加熱器，分子篩純化器成對切換交替使用，當(dāng)一個工作運(yùn)行（240 min）時，另一個再生，電加熱器1天工作10多個小時，1臺加熱器的功率是165 kW／h，1年按330天計(jì)算（除去檢修時間）：

一天的電耗是：165 kW/h×10=1650 kW

一天的電費(fèi)是：1650 kW×0.47元/kWh=775.5元

一年的電費(fèi)是：775.5×330=255915元

（2）工藝要求出空冷塔空氣的溫度為8～10℃，由于進(jìn)空冷塔空氣的溫度大大降低，冷凍水的需求量也減少，冷凍機(jī)由原來6臺壓縮機(jī)變?yōu)?臺壓縮機(jī)工作，1臺壓縮機(jī)的功率是35 kW，3臺壓縮機(jī)一天的電耗是：

35 kW/h×3×24=2520 kW

一天的電費(fèi)是：2520 kW×0.47元/kWh=1174.4元

一年的電費(fèi)是：1174.4×330=387552元

兩項(xiàng)合計(jì)節(jié)約：255915+387552=643467元

2.2 每年備件材料節(jié)約

（1）電加熱器加熱管平均每年更換5根，每根452元，每年節(jié)約：452×5=2260 元

（2）1臺壓縮機(jī)平均每年更換一次進(jìn)、排氣閥，1臺壓縮機(jī)有3副進(jìn)、排氣閥，1個進(jìn)、排氣閥均為307元，每年節(jié)約：307×6×3＝5526元

兩項(xiàng)合計(jì)節(jié)約：2260+5526=7786元

每年電耗和備件材料共節(jié)約：643467+7786=651253元

改造總投資：預(yù)換熱器和4個伸縮節(jié)的價格21萬元。

按10年分擔(dān)總投資，每年分擔(dān)投資成本2.1萬元。

改造項(xiàng)目每年總效益為：651253-21000=630253元

3 結(jié)束語

通過對預(yù)換熱器的改造和增加伸縮節(jié)，本廠4500m3／h空分設(shè)備幾年來運(yùn)行比較穩(wěn)定，節(jié)能降耗效果明顯，不到半年就把成本收回。并且再生分子篩污氮?dú)獾臏囟葟?3℃加熱到185℃，比9℃加熱到185℃縮短了時間，提高了分子篩再生效果，延長了分子篩使用壽命。

增設(shè)預(yù)換熱器后盡管阻力增大一些，但Atlas空壓機(jī)是根據(jù)3級出口設(shè)定的壓力來控制進(jìn)口導(dǎo)葉的開度，從而控制系統(tǒng)流量，阻力增大后，進(jìn)下塔空氣的壓力和流量有所降低和減少，基本不影響產(chǎn)品的純度和產(chǎn)量。