大型鋼鐵企業制氧系統降氧氣放散技術應用

范　軍

(首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山　063210)

隨著鋼鐵行業發展，設備的大型化已成必然趨勢，然而設備大型化卻帶來了鋼鐵企業內的大型制氧系統連續生產與大型轉爐間斷使用的供需矛盾、制氧機組大型化使氧、氮生產比例難以調整等問題，最終造成了氧氣放散率高。因此如何解決設備大型化帶來的氧氣放散高問題，是技術人員亟待解決的問題，也體現了鋼鐵企業制氧系統技術水平。

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　大型轉爐與大型制氧系統的供需矛盾

大型制氧機組與大型轉爐之間的供需矛盾主要體現在：制氧系統連續性生產和大型轉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有五座300 t大型轉爐，單爐用氧量較大，造成多爐同時冶煉時，氧氣用量大幅增加，而當冶煉過程停止時，氧氣用量又急劇減少，使煉鋼轉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、頻繁精細調整，但大型制氧機組送出系統只適應于穩定調整，反應遲緩、不能精細調整，造成了送出量調整的滯后，最終致使氧氣放散高。

1.2　大型制氧機組氧、氮生產比例難以調整

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

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

表1　氧氣、氮氣設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　降氧氣放散技術應用

2.1　氧氣送出系統優化

原設計的制氧機組氧氣送出系統，由于調節閥口徑比較大，無法靈活地跟隨管網壓力變化，進行細微調節，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，當用戶用量突然增加，會導致氧氣流量增加，造成板式換熱器壓力波動較大，進而導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定運行；反之，閥門開度較小時，當用戶用量突然減少，會導致氧氣流量減少，同樣存在影響空分工況穩定運行。

為了實現氧氣送出系統能夠跟隨管網壓力的變化，精細而頻繁調整送出量，故對氧氣送出系統進行了優化改造。具體方案是：在原有DN400大口徑送出閥門管路基礎上，增加一路DN150帶有自動調節閥氧氣送出旁路，用于提高氧氣送出系統的調節速度及精度。氧氣送出系統優化改造原理如圖1所示。

圖1　氧氣送出系統優化改造原理圖Fig.1　Optimization and transformation diagram of oxygen delivery system

氧氣送出系統優化改造后優點是：DN400大口徑調節閥調節量較大，適用于系統進行較大流量調節，DN150小口徑調節閥調節量小，適用于系統微調或者進行頻繁流量調節，二者互相配合可進行大流量、頻繁、快速、精細調節，對于大型轉爐的氧氣用量大、波動頻繁特點具有較強的針對性和適應性。

2.2　氮氣增產技術優化氧、氮產量比例

針對大型制氧機組難以調整氧、氮生產比例問題，利用制氧機組的空分塔大范圍調整能力和氮壓機的彈性調節能力，開發了氮氣增產技術，提高了氮氣產量。

氮氣增產技術原理如圖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入氮氣進氣壓縮機C1361，經循環氮壓機C1461兩級加壓升壓到1.0 MPa，送公司低壓氮氣管網，或經過四級加壓升壓到3.0 MPa，送公司中壓氮氣管網，來增加中、低壓氮氣產量，優化氧氮產量比例。

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

圖2　氮氣增產原理圖Fig. 2　Schematic drawing of nitrogen production increase

3　效　果

通過以上兩項技術的實施，緩解了大型轉爐間斷使用與大型制氧機組連續生產的供需矛盾，緩解了公司氧、氮產用比例不平衡矛盾，在滿足公司生產用氣的前提下,減少了氧氣產量，降低了氧氣放散率。氧氣放散率自降放散技術實施以來逐年降低，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　結束語

本文通過應用氧氣送出系統優化、氮氣增產技術優化氧、氮比例等技術，緩解了設備大型化帶來的大型制氧系統連續生產與大型轉爐間斷使用的供需矛盾，解決了制氧機組大型化使氧、氮生產比例難以調整導致的氧、氮產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，值得推廣應用。