大型钢铁企业制氧系统降氧气放散技术应用

范　军

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山　063210)

随着钢铁行业发展，设备的大型化已成必然趋势，然而设备大型化却带来了钢铁企业内的大型制氧系统连续生产与大型转炉间断使用的供需矛盾、制氧机组大型化使氧、氮生产比例难以调整等问题，最终造成了氧气放散率高。因此如何解决设备大型化带来的氧气放散高问题，是技术人员亟待解决的问题，也体现了钢铁企业制氧系统技术水平。

1　氧气放散率高的原因分析

目前造成氧气放散率高的具体原因有两方面。

1.1　大型转炉与大型制氧系统的供需矛盾

大型制氧机组与大型转炉之间的供需矛盾主要体现在：制氧系统连续性生产和大型转炉间断性使用之间存在突出矛盾，而京唐公司炼钢工序建设有五座300 t大型转炉，单炉用氧量较大，造成多炉同时冶炼时，氧气用量大幅增加，而当冶炼过程停止时，氧气用量又急剧减少，使炼钢转炉氧气用量具有波动大、波动频繁的特点，这要求制氧机组能够及时、频繁精细调整，但大型制氧机组送出系统只适应于稳定调整，反应迟缓、不能精细调整，造成了送出量调整的滞后，最终致使氧气放散高。

1.2　大型制氧机组氧、氮生产比例难以调整

随着公司生产线调整，氮气用户越来越多，造成了氧、氮产用比例不平衡的问题，而制氧机组的大型化又带来了氧、氮生产比例难以调整的问题。氧气、氮气设计用量与实际用量对比见表1。

原设计氧气、氮气需求比例为1:1.03，而由于氮气用量的增加，目前实际生产中氧气、氮气用量比例为1:1.19，严重超出原设计。在满足公司氮气需求的情况下，氧气产量必定高于公司需求，造成氧气大量放散。

表1　氧气、氮气设计用量与实际用量对比表Table 1　Oxygen nitrogen dosage of design and the actual usage comparison table

2　降氧气放散技术应用

2.1　氧气送出系统优化

原设计的制氧机组氧气送出系统，由于调节阀口径比较大，无法灵活地跟随管网压力变化，进行细微调节，故造成了氧气送出始终无法满足炼钢用气的频繁波动的要求。阀门开度较大时，当用户用量突然增加，会导致氧气流量增加，造成板式换热器压力波动较大，进而导致氮压机及膨胀机流量波动较大，严重时甚至影响制氧机组工况稳定运行；反之，阀门开度较小时，当用户用量突然减少，会导致氧气流量减少，同样存在影响空分工况稳定运行。

为了实现氧气送出系统能够跟随管网压力的变化，精细而频繁调整送出量，故对氧气送出系统进行了优化改造。具体方案是：在原有DN400大口径送出阀门管路基础上，增加一路DN150带有自动调节阀氧气送出旁路，用于提高氧气送出系统的调节速度及精度。氧气送出系统优化改造原理如图1所示。

图1　氧气送出系统优化改造原理图Fig.1　Optimization and transformation diagram of oxygen delivery system

氧气送出系统优化改造后优点是：DN400大口径调节阀调节量较大，适用于系统进行较大流量调节，DN150小口径调节阀调节量小，适用于系统微调或者进行频繁流量调节，二者互相配合可进行大流量、频繁、快速、精细调节，对于大型转炉的氧气用量大、波动频繁特点具有较强的针对性和适应性。

2.2　氮气增产技术优化氧、氮产量比例

针对大型制氧机组难以调整氧、氮生产比例问题，利用制氧机组的空分塔大范围调整能力和氮压机的弹性调节能力，开发了氮气增产技术，提高了氮气产量。

氮气增产技术原理如图2所示，将原来抽自上塔送入氮冷塔用于冷却循环水而排放的纯氮气加以提取利用，抽取其中一部分纯氮气分流导入氮气进气压缩机C1361，经循环氮压机C1461两级加压升压到1.0 MPa，送公司低压氮气管网，或经过四级加压升压到3.0 MPa，送公司中压氮气管网，来增加中、低压氮气产量，优化氧氮产量比例。

经过反复摸索，在实际生产中每套制氧机组最大可增加氮气产量5 000 Nm3/h，极大地解决了氮气生产不足问题，缓解了氧、氮产用比例不平衡矛盾，减少了因氧、氮产用比例不平衡不得不提高机组负荷而产生的氧气放散。

图2　氮气增产原理图Fig. 2　Schematic drawing of nitrogen production increase

3　效　果

通过以上两项技术的实施，缓解了大型转炉间断使用与大型制氧机组连续生产的供需矛盾，缓解了公司氧、氮产用比例不平衡矛盾，在满足公司生产用气的前提下,减少了氧气产量，降低了氧气放散率。氧气放散率自降放散技术实施以来逐年降低，2016年氧气放散率为2.74%，历年氧气放散率趋势如图3所示。

图3　2012～2016年氧气放散率变化情况Fig. 3　Changes in oxygen release rate from 2012 to 2016

4　结束语

本文通过应用氧气送出系统优化、氮气增产技术优化氧、氮比例等技术，缓解了设备大型化带来的大型制氧系统连续生产与大型转炉间断使用的供需矛盾，解决了制氧机组大型化使氧、氮生产比例难以调整导致的氧、氮产用量比例不平衡的问题，降低了氧气放散率，使公司氧气放散率降至较低水平，值得推广应用。