大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產(chǎn)中的應(yīng)用

李 鵬

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025）

由于自然能源在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的逐漸短缺、生產(chǎn)成本的日益增高以及生態(tài)保護(hù)需求的提高，節(jié)省自然資源、降低生產(chǎn)成本以及消除或降低生態(tài)污染已經(jīng)成為如今我國絕大部分工業(yè)需要著重解決的關(guān)鍵問題[1]。而氧氣作為我們?nèi)粘９I(yè)生產(chǎn)的一種助燃?xì)怏w，在金屬冶煉、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域內(nèi)有著非常廣泛的使用，在絕大多數(shù)狀況下，這種應(yīng)用不單單是工業(yè)技術(shù)上需要，更是為了實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)上節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)效益上增產(chǎn)增效。最近幾十年一來，工業(yè)用氧的需要程度越來越大，大型變壓吸附氧氣分離設(shè)置在這幾十年中也獲得了令人驚訝的發(fā)展。最近幾年以來大型變壓吸附氧氣分離制氧裝置在有色金屬冶煉中也獲得了非常寬泛的使用。因為絕大多數(shù)的冶金生產(chǎn)對氧氣純度的需求程度并不高，而大型變壓吸附氧氣分離制氧裝置由于易于操作、手段靈活、節(jié)能減排的特點可以非常好地滿足冶金生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)需求[2]。有色冶金技藝中逐漸使用富氧替代空氣冶煉，能夠大幅度地提高爐溫，進(jìn)而增加熔煉效果，減少氮氣的攝入量，達(dá)到節(jié)能減排目的的同時也降低煙氣的排放量。所以，富氧在有色冶金領(lǐng)域的應(yīng)用能夠帶來非常大的社會效益和經(jīng)濟(jì)利益，且有利于生態(tài)保護(hù)。

1 大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產(chǎn)中的應(yīng)用

在有色金屬的冶煉環(huán)節(jié)之中，通過富氧來去代氧氣，是如今冶金行業(yè)內(nèi)部加強生產(chǎn)效益、降低能源消耗成本、減少生態(tài)環(huán)境的污染、強化冶金技術(shù)的技藝水平、提升社會效益河北經(jīng)濟(jì)效益的有力手段。在全世界范圍內(nèi)，改革老化冶煉工廠的傳統(tǒng)技藝水平、研發(fā)新興技藝水準(zhǔn)都廣泛使用富氧。大多數(shù)狀況下氧氣是根據(jù)深冷制造法獲取的，而傳統(tǒng)的深冷制造法中的制氧技術(shù)雖然擁有技藝熟練、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定的優(yōu)勢，但也存在投資成本比較高、運轉(zhuǎn)成本比較高以及易燃易爆等缺點。最近幾十年以來，變壓吸附制氧工藝的發(fā)展速度逐年增加，其在操作簡單、靈活多變的用氧場所中具有極高的優(yōu)勢，存在非常高的社會競爭力，因而在冶金產(chǎn)業(yè)內(nèi)被迅速推廣。

（1）高爐冶煉。高爐冶煉的生產(chǎn)環(huán)節(jié)過程中是離不開焦?fàn)t生產(chǎn)的參與，而焦炭生產(chǎn)環(huán)節(jié)明顯的內(nèi)部運行特征便是投資成本比較高、操作環(huán)節(jié)比較復(fù)雜、存在對焦?fàn)t生產(chǎn)燃料極高的依賴性，且對生態(tài)環(huán)境的污染程度也比較嚴(yán)重。在高爐冶煉的具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，我國如今用在工業(yè)生產(chǎn)的燃料經(jīng)費在生鐵成本總經(jīng)費中大約占到百分之二十五，為了大幅度降低焦炭使用量和成本，降低對環(huán)境的污染，提高高爐冶煉的生產(chǎn)率，國內(nèi)目前已經(jīng)開創(chuàng)了適宜我國經(jīng)濟(jì)和自然能源國情的高溫度、低富氧、大操作的技術(shù)執(zhí)行力。另一方面，高爐冶煉富氧百分之一就能夠大幅度增產(chǎn)百分之五，風(fēng)口原理燃燒溫度提高到三十五一四十五攝氏度的時候，允許添加的有色金屬含量加就會高達(dá)十二至二十千克/噸，進(jìn)而促使熔爐的發(fā)熱值大幅度提高了百分之四。為了維護(hù)高爐的正常運轉(zhuǎn)，其理論上要求的基本燃燒溫度必須大于二百攝氏度。高爐噴粉的含量需要達(dá)到20千克/噸，這也會推動理論基本燃燒溫度降低到二十?dāng)z氏度(無煙化)至三十?dāng)z氏度(煙氣)，因而當(dāng)有色金屬含量大于140千克/噸的時候就有必要進(jìn)行富氧鼓風(fēng)；大于150Kg的時候其富氧就會不可或缺了。換句話說，富氧的純度必須控制在大于百分之九十七的范圍最好。在工業(yè)應(yīng)用固有煉鋼余氧的時候，一旦有能力的時候就能夠為冶煉構(gòu)建一個專門化的變壓制氧機(jī)。特別是在我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制下焦炭生產(chǎn)成本常年居高不下的前提狀況，具備節(jié)能減排、低含量富氧的冶金技術(shù)就很有必要了。因而對于中小型高爐設(shè)備完全可以采取VPPA高壓條件下制氧，一臺或者幾臺設(shè)備進(jìn)行并聯(lián)。富氧壓力需要視氧地點的不一樣，采取的手段以及氧氣結(jié)構(gòu)也會隨之不一樣。

（2）熔爐富化。在有色金屬冶煉過程當(dāng)中，其熔爐對富氧的燃燒使用是和高爐富氧鼓風(fēng)機(jī)理論中空氣能夠大量產(chǎn)生極高的火焰溫度，這能夠大幅度的促使熔爐的熱容量提高到百分之二十至百分之四十左右，大大減低了燃料消耗量(外國應(yīng)用天然氣的時候能夠提高到百分之五十左右)，且不增加煙氣污染，從而大大延長了熔爐的生產(chǎn)壽命。富氧燃燒的優(yōu)點就是可以提高環(huán)境保護(hù)程度，由于燃燒時間內(nèi)中產(chǎn)生的氮氧化合物(NOx)需要持續(xù)向大氣排放煙火氣體，從而造成大氣污染。利用富氧取代空氣可以取消燃燒環(huán)節(jié)內(nèi)的大部分氮氣，所以氮氧化物(Nox)的大氣排放量也得到了降低。

（3）吸附器及其氣流分布器。吸附器及其氣流分布器，用于變壓吸附制氧裝置的關(guān)鍵吸附器，更是制氧設(shè)備的中心設(shè)備。為了大幅度降低空氣阻力，消除氣體對吸附劑產(chǎn)生的不利影響，就必須嚴(yán)格控制吸附器中空氣塔的主要流動速度。所以，相對而言，吸附器一般情況下會具備比較大的直徑用以降低其流動速度。雖然吸附器加大直徑可以有效確保比較低的流動速度，但想要實現(xiàn)氣流分布均勻就比較麻煩了。可是在這個過程中，變壓吸附制氧儀器的吸附器就需要實現(xiàn)氣流分布均勻才可以有效利用吸附劑；而一旦氣流分布不均，就勢必會導(dǎo)致局部流動速度過大,對儀器長期使用壽命產(chǎn)生消極影響，大大降低氧氣的純度。

2 大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產(chǎn)中的應(yīng)用結(jié)果

大型變壓吸附氧氣分離法采取的是鼓風(fēng)爐進(jìn)行熔煉，其中聯(lián)吹爐更是國內(nèi)中小型有色金屬冶煉行業(yè)中被廣泛應(yīng)用的新型工藝。由于聯(lián)吹爐的爐齡普遍情況下應(yīng)該是八十天左右，且兩臺爐子必須定期定時進(jìn)行更替檢修，所以鼓風(fēng)爐進(jìn)行高溫作業(yè)的時候就必須隨著聯(lián)吹爐的工作周期進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)其中一臺聯(lián)吹爐進(jìn)行作業(yè)的時候，其制氧設(shè)備僅僅需要開關(guān)組合就可以滿足冶金生產(chǎn)中的用氧需求。試營業(yè)期間，熔煉制酸體系內(nèi)部因為儀器或手續(xù)發(fā)生故障的時候，其制氧裝置就能夠隨時開關(guān)，且做到即時停、送氧，大大方便了冶金生產(chǎn)的運行。為保證本文提出的大型變壓吸附氧氣分離法的有效性，進(jìn)行實驗論證。為保證實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性，采用傳統(tǒng)深冷法制氧作為實驗論證對比，具體對比見下表。

表1 深冷法制氧與變壓吸附氧氣分離法的區(qū)別

3 結(jié)語

本文對大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，依托大型變壓吸附氧氣分離法的結(jié)合機(jī)制，對冶金生產(chǎn)進(jìn)行一定程度的調(diào)整，實現(xiàn)本文設(shè)計。實驗論證表明，本文設(shè)計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。