关于变压吸附制氧在电炉炼钢中的应用分析

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1、2 0 0 6 年5 月成都变压吸附技术交流会 1 4 3 关于变压吸附制氧 在电炉炼钢中的应用分析 贾冰 鄂洲汴京空气分离设备有限公司，4 3 6 0 0 0 1 变压吸附制氧简介 变压吸附制氧以其启动快、能耗低、操作简单、负荷运转调整范围大及维修简单等特 点，已经广泛应用于有色金属冶炼( 炼铜、炼铅、炼金等) 、黑色金属冶炼( 高炉富氧喷煤 炼铁、电炉炼钢等) 、化工造气、医疗领域和污水处理( 富氧爆气) 等，并且这几年的发展、 普及率及使用情况已呈与低温深冷法分庭抗礼的趋势。 变压吸附制氧的广泛推广及应用已经引起钢铁界的关注。特别是在今天国家对钢铁企 业下决心宏观调控的大气候下，企业要生

2、存要发展，节约能耗、降低成本，又成了企业不 得不认真思考的问题。而变压吸附制氧在节省总体投资、减少占地面积、节约能耗、降低 成本上有它独特的优势。八十年代以来，随着变压吸附制富氧技术的成熟，在无须高纯氧 气的场合，特别是在高炉富氧喷煤炼铁和电炉炼钢上，变压吸附法已成为世界上获取低成 本氧气的主要方法，它正在表现出强烈的竞争力。 目前，变压吸附制氧国内的设计和制造能力已经达到1 5 0 0 0 N n l 3 h O 。，已经成功运行的 最大装置是8 0 0 0 N m a h O 。，能耗是0 3 5 K w h m 30 2 ，运行平稳可靠。并可变工况调节运行，如 产量( 大型装置) 可做半

3、量运行、纯度可在6 5 - - 9 3 之间调整，并且产量半量运行时能耗 基本不增加。 2 变压吸附制氧与低温深冷法制氧的比较 关于变压吸附制氧的原理本文不做进一步阐述，有关专家和制造商的理论更有权威性， 本文只对变压吸附制氧在电炉炼钢中的应用和投资者对变压吸附制氧的认识情况做一些分 析。 首先对变压吸附制氧与低温深冷法制氧这两种常用的制氧方法做一比较。 、 对电炉炼钢企业来说，电力是能耗的一大指标，在今天，电力的矛盾尤其突显出来。 氧气可以加快熔炼速度，所以用氧量越大，炼钢速度也越快，产钢量就越大，各项经济指 标就越合理。氧气用量大了，氧气的成本又成了炼钢成本的一个不容忽视的因素。传统的 低

4、温深冷制氧方法，优点是纯度高、有液体副产品，并且装置可以做的很大，但是能耗高、 变压吸附技术交流会2 0 0 6 年5 月成都 启动慢、操作难、维修复杂、土建和设备总体投资高、运行成本高，并且装置越小能耗越 高，这已经是共识。而变压吸附虽然产品单一，纯度没有低温制氧机高，也没有液体副产品， 但是能耗低、启动快、操作简单、维修方便、土建和设备总体投资较低、运行成本也低， 而且不管装置大小能耗基本上是一致的，用户做对比和经济核算也很方便。 本公司就6 0 0 0N m 3 h0 2 和3 6 0 0N m 3 h0 。两档常用规格的制氧装置，对低温深冷法和 变压吸附的氧气成本做一个简单的经济分析：

5、 2 16 0 0 0N m 3 h0 。空分制氧装置，低温深冷法制氧电耗为0 5 2K w h m 30 。，启动时间 3 6 h ；变压吸附制氧电耗为0 3 5K w h m 30 。，启动时间0 5 h ；年开工率按8 5 0 0 h 计算，我 们可以直接计算出用变压吸附每年比低温深冷法节电：( 0 5 2 - 0 3 5 ) 6 0 0 0 8 5 0 0 = 8 6 7 0 0 0 0 ( K w h ) ，电价按0 5 6 元K W H 计算，每年节约8 6 7 0 0 0 0 0 5 6 = 4 8 5 5 2 0 0 元，即约四百八十 六万元。这是每年运行节约的电费，如果加上水

6、耗、装置启动和停车费用、氧气放散损耗、 维修费用、备品备件、人工工资及贷款利率等方面的节约，每年变压吸附制氧运行成本要 比低温深冷法运行成本节约资金五百八十万元以上。请注意，我们电耗的计算是同等规格 装置折合成1 0 0 纯度氧的电耗，如果低温深冷法9 9 6 的纯度折合成1 0 0 纯度氧的话，能 耗又要在0 5 2K 1 l h m 30 。基础上增加4 。由此可见两种制氧方法能耗差异。 2 23 6 0 0N m 3 h0 。一挡的空分装置比照以上的计算方法，低温深冷法的电耗为0 5 5 K 1 j | h m 30 2 ，变压吸附每年比低温深冷法节电：( 0 5 5 - 0 3 5 )

7、 3 6 0 0 8 5 0 0 = 6 1 2 0 0 0 0 ( K w h ) ， 折合人民币三百四十三万元，加上以上计算的各种费用节约，每年变压吸附制氧运行成本 要比低温深冷法运行成本节约资金四百二十万元以上。 变压吸附在设备开停机和机组检修方面也比低温法制氧机有优势。变压吸附开机只需 要0 5 h ，检修也能在很短的时间完成，一般情况也不需要花费整天的时间。而低温制氧机 开机和停机( 加温吹除) 都要3 6 h ；机器故障和分馏塔故障检修也要花费很长的时间，特别 是大扒砂和装砂更要花费大量的人力物力，这是每台低温制氧机都会碰到的最令人头疼的 事情。而变压吸附则没有这些烦恼。 对于两种

8、装置的稳定性问题，长期使用低温制氧机的单位总认为低温制氧机稳定性好， 而变压吸附装置则阀门经常卡住，影响生产连续性。客观上讲，现在的低温制氧机阀门、 仪表和机械设备也同样有故障率，并且一旦有故障要花费不少时间和精力来修复。而 变压吸附的阀门卡住往往是仪表气源的洁净程度影响到阀门执行机构中电磁阀的动作。解 决仪表气源的洁净问题也就解决了电磁阀的堵塞现象，现在采用的新型程控阀门质量应该 没有问题的。即便电磁阀的堵塞卡住现象出现，清理时间也就十几分钟。 2 0 0 6 年5 月成都变压吸附技术交流会 1 4 5 变压吸附在装置运行中产量和纯度的操作弹性方面也比低温制氧机灵活得多。这在文 章开头已经有

9、过说明。 投资变压吸附可以减少不少储存设备，占地面积和土建基础投资就少一些。因此总体 投资变压吸附法也比低温深冷法节省一些。 有投资方认识到了变压吸附的优势，但又提出专用分子筛价格偏高，l t 就要十几万， 虽然l O 年一更换，但更换费用也很大，相比低温深冷法未必划算。我们简单比较一下。6 0 0 0 N m 3 h 0 2 空分制氧装置，变压吸附运行一年节省5 8 0 万，运行十年就节省5 8 0 0 万，更换一 次专用分子筛花费1 0 0 0 万，还节省下4 8 0 0 万；低温制氧机按现在普遍采用的4 小时切换 流程平均4 年更换一次分子筛，运行1 0 年更换分子筛费用约3 8 万，但

10、是低温机运行l O 年 要多花费5 8 0 0 万运行费用，再加上更换分子筛费用3 8 万，变压吸附制氧还是比低温制氧 机划算。 根据联碳公司前几年提供的评价材料证明，5 0 0 0N m 3 h 0 2 以下制氧机，低温法制氧机 除了有可生产副产品液体的优势外相对变压吸附已经没有优势。而根据现在国内陆续投产 的儿套大型变压吸附制氧装置使用资料显示，1 0 0 0 0N m 3 h O 。以下制氧机组，低温制氧机相 对变压吸附也已经没有优势。但在装置大型化上低温法制氧机的优势还是比较明显的，国 内已经能做到5 2 0 0 0N m 3 h ，国外也已经能做到7 8 0 0 0N m 3 h 。

11、变压吸附因为受罗茨鼓风机 和罗茨真空泵容量的影响，也因为受高性能大口径切换蝶阀制造困难和大型装置运转工艺 开发研究滞后等原因，目前还做不到这样大的装置。 3 关于变压吸附制氧在电炉炼钢中的应用 3 1 关于变压吸附制氧在电炉炼钢中的应用 变压吸附制氧在电炉炼钢方面已经有许多成功的经验和实例。 日本约6 0 , - - 一7 0 的电炉炼钢企业在用变压吸附制氧法炼钢。 在中国用变压吸附制氧法电炉炼钢已经非常普及，如前面提到的西林钢铁公司阿城钢 厂用变压吸附制氧法电炉炼钢就非常成功。 我们分析一下电炉炼钢的特点：电炉炼钢本身是在用废钢为主原料来炼钢，电炉炼钢 主要是靠电弧来熔化废钢，氧气只是在电炉

12、冶炼过程中助熔和停电吹氧脱碳过程中产生化 学热，来提高冶炼温度，因为主要是靠电弧熔化，氧气只是辅助，因此对氧气纯度要求就 不高( 实际上电炉炼钢不用氧气也能炼钢) 。转炉炼钢则不同，主要材料是高炉铁水，高炉 铁水进入转炉后必须吹入高纯度的氧气充分燃烧除去铁水的中S i 、S 、P 、等杂质，才能 还原成钢水。由此可见在转炉炼钢中氧气的作用非常大，所以对氧气纯度要求相对较高。 变压吸附技术交流会2 0 0 5 年5 月成都 有资料显示，转炉炼钢要有9 9 2 纯度( 合格品) 的氧气( 一般深冷制氧机把氧气纯度都做 到了优质品级9 9 6 ) 。但是没有任何资料显示电炉炼钢必须要有9 9 2 纯

13、度的氧气。本公 司常年从事制氧机方面的制造供应和安装调试工作，与全国多家钢铁设计院都有密切的工 作联系，对于这个问题，本公司的有关技术和销售人员曾先后咨询过包钢院、南钢院和北 钢院的有关专家，得到的答案都是变压吸附可以进行电炉炼钢( 包括炼特钢) 。同相关的理 论资料一样，也没有哪位专家说必须用9 9 2 纯度的氧气才能电炉炼钢。实际上多家在用变 压吸附制氧炼钢的厂家，现场使用的氧气纯度都是9 2 或9 3 。 有投资者提出：“变压吸附制氧纯度较低，能不能炼特钢? ” 实际上我们的一些变压吸附供货商也因为对炼钢工艺的生疏而存在这样的问题，我们 做一下简单探讨。 电炉炼特钢和炼普钢前面的过程都是

14、一样的，都是在电炉中靠电弧融化废钢，吹氧助 融和断电吹氧脱碳，吹氧的过程是在电炉中完成。精炼这道工序不需要吹氧。在精炼炉里 加入其他配料，以改变钢的成分，获取需要的钢种。如要生产某种型号的特种钢，只需要 在精炼炉里加入这种钢的合金成分也就可以冶炼出这种特种钢了。电炉炼特钢简单讲就是 这个过程。所以电炉炼特钢与炼普钢本质上对氧气的要求是一样的。这就是电炉炼钢的优 点，它可以冶炼出多种合金钢来，而转炉则不能。这就是电炉炼钢与转炉炼钢几十年来一 直并存的原因。变压吸附生产出的氧气含量在9 3 以上，有4 的氩气和1 , - - - , 3 的氮气， 氩气对炼钢是没有坏处的，而1 3 的氮气对某些品牌

15、的特种钢会造成含氮量超标，引起 钢质发脆。这个问题，国家对耐低温冲击用钢如船泊用钢和油井管的含氮量有明确规定需 7 0 p p m ，对常温状态使用的合金钢如：弹簧钢、轴承钢、无缝钢管等都没有明确的规定( 对 普通钢更没有规定) 。而我们的电炉炼钢厂大多数是不炼耐低温冲击用钢的。因此变压吸附 制氧在炼钢领域应该是有广阔市场的。 3 2 关于变压吸附制氯炼钢的氧气用及氧枪消耗的探讨 我们再讨论一下投资者关心的用变压吸附制氧炼钢氧气用量和氧枪消耗的问题。 实际上，只要保持氧气量供应充足，保持氧枪输出压力稳定不波动，对炼钢速度和氧 枪消耗都没有与使用深冷法制氧明显的不同。这是本公司调研了多家电炉炼钢

16、厂获得到的 反溃资料。只是纯度低了一些，单位用氧量比深冷法要稍微大一些。担心用氧量大了氧枪 损耗会增加，只需把氧枪头冷却水结构相应改动，增大氧抢头局部冷却水流速带走增加的 热量即可满足与深冷法供氧同样的炼钢速度对氧抢头损耗的要求。氧枪喷嘴结构不需要更 改，因为喷嘴流量本身就有富裕。氧枪头内冷却水通道结构的更改对于配套厂应该不复杂。 2 0 0 6 年5 月成都变压吸附技术交流会 1 4 7 这个增大的气量，也是9 3 纯度的氧折合到1 0 0 纯度的氧而需要多加的量，即与深冷法近 乎等同规格装置须增加的量，而多加的气量因为属于氧枪喷嘴调节的范围也不会使吹氧速 度降低，进而满足与深冷法同样的炼钢速度要求。以6 0 0 0 N m 3 h 0 2 空分为例，深冷法纯度是 9 9 6 ，产量是6 0 0 0 N m 3 h O 。，变压吸附纯度是9 3 ，气量就要做到6 5 0 0 N m 3 h 0 。，折合成9 9