范　軍

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山　063210)

隨著鋼鐵行業(yè)發(fā)展，設(shè)備的大型化已成必然趨勢(shì)，然而設(shè)備大型化卻帶來(lái)了鋼鐵企業(yè)內(nèi)的大型制氧系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)與大型轉(zhuǎn)爐間斷使用的供需矛盾、制氧機(jī)組大型化使氧、氮生產(chǎn)比例難以調(diào)整等問(wèn)題，最終造成了氧氣放散率高。因此如何解決設(shè)備大型化帶來(lái)的氧氣放散高問(wèn)題，是技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題，也體現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)制氧系統(tǒng)技術(shù)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(zhuǎn)爐與大型制氧系統(tǒng)的供需矛盾

大型制氧機(jī)組與大型轉(zhuǎn)爐之間的供需矛盾主要體現(xiàn)在：制氧系統(tǒng)連續(xù)性生產(chǎn)和大型轉(zhuǎn)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(shè)有五座300 t大型轉(zhuǎn)爐，單爐用氧量較大，造成多爐同時(shí)冶煉時(shí)，氧氣用量大幅增加，而當(dāng)冶煉過(guò)程停止時(shí)，氧氣用量又急劇減少，使煉鋼轉(zhuǎn)爐氧氣用量具有波動(dòng)大、波動(dòng)頻繁的特點(diǎn)，這要求制氧機(jī)組能夠及時(shí)、頻繁精細(xì)調(diào)整，但大型制氧機(jī)組送出系統(tǒng)只適應(yīng)于穩(wěn)定調(diào)整，反應(yīng)遲緩、不能精細(xì)調(diào)整，造成了送出量調(diào)整的滯后，最終致使氧氣放散高。

1.2　大型制氧機(jī)組氧、氮生產(chǎn)比例難以調(diào)整

隨著公司生產(chǎn)線調(diào)整，氮?dú)庥脩粼絹?lái)越多，造成了氧、氮產(chǎn)用比例不平衡的問(wèn)題，而制氧機(jī)組的大型化又帶來(lái)了氧、氮生產(chǎn)比例難以調(diào)整的問(wèn)題。氧氣、氮?dú)庠O(shè)計(jì)用量與實(shí)際用量對(duì)比見(jiàn)表1。

原設(shè)計(jì)氧氣、氮?dú)庑枨蟊壤秊?:1.03，而由于氮?dú)庥昧康脑黾?，目前?shí)際生產(chǎn)中氧氣、氮?dú)庥昧勘壤秊?:1.19，嚴(yán)重超出原設(shè)計(jì)。在滿足公司氮?dú)庑枨蟮那闆r下，氧氣產(chǎn)量必定高于公司需求，造成氧氣大量放散。

表1　氧氣、氮?dú)庠O(shè)計(jì)用量與實(shí)際用量對(duì)比表Table 1　Oxygen nitrogen dosage of design and the actual usage comparison table

2　降氧氣放散技術(shù)應(yīng)用

2.1　氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化

原設(shè)計(jì)的制氧機(jī)組氧氣送出系統(tǒng)，由于調(diào)節(jié)閥口徑比較大，無(wú)法靈活地跟隨管網(wǎng)壓力變化，進(jìn)行細(xì)微調(diào)節(jié)，故造成了氧氣送出始終無(wú)法滿足煉鋼用氣的頻繁波動(dòng)的要求。閥門(mén)開(kāi)度較大時(shí)，當(dāng)用戶用量突然增加，會(huì)導(dǎo)致氧氣流量增加，造成板式換熱器壓力波動(dòng)較大，進(jìn)而導(dǎo)致氮壓機(jī)及膨脹機(jī)流量波動(dòng)較大，嚴(yán)重時(shí)甚至影響制氧機(jī)組工況穩(wěn)定運(yùn)行；反之，閥門(mén)開(kāi)度較小時(shí)，當(dāng)用戶用量突然減少，會(huì)導(dǎo)致氧氣流量減少，同樣存在影響空分工況穩(wěn)定運(yùn)行。

為了實(shí)現(xiàn)氧氣送出系統(tǒng)能夠跟隨管網(wǎng)壓力的變化，精細(xì)而頻繁調(diào)整送出量，故對(duì)氧氣送出系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。具體方案是：在原有DN400大口徑送出閥門(mén)管路基礎(chǔ)上，增加一路DN150帶有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥氧氣送出旁路，用于提高氧氣送出系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度及精度。氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化改造原理如圖1所示。

圖1　氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化改造原理圖Fig.1　Optimization and transformation diagram of oxygen delivery system

氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化改造后優(yōu)點(diǎn)是：DN400大口徑調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)量較大，適用于系統(tǒng)進(jìn)行較大流量調(diào)節(jié)，DN150小口徑調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)量小，適用于系統(tǒng)微調(diào)或者進(jìn)行頻繁流量調(diào)節(jié)，二者互相配合可進(jìn)行大流量、頻繁、快速、精細(xì)調(diào)節(jié)，對(duì)于大型轉(zhuǎn)爐的氧氣用量大、波動(dòng)頻繁特點(diǎn)具有較強(qiáng)的針對(duì)性和適應(yīng)性。

2.2　氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)優(yōu)化氧、氮產(chǎn)量比例

針對(duì)大型制氧機(jī)組難以調(diào)整氧、氮生產(chǎn)比例問(wèn)題，利用制氧機(jī)組的空分塔大范圍調(diào)整能力和氮壓機(jī)的彈性調(diào)節(jié)能力，開(kāi)發(fā)了氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)，提高了氮?dú)猱a(chǎn)量。

氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)原理如圖2所示，將原來(lái)抽自上塔送入氮冷塔用于冷卻循環(huán)水而排放的純氮?dú)饧右蕴崛±茫槿∑渲幸徊糠旨兊獨(dú)夥至鲗?dǎo)入氮?dú)膺M(jìn)氣壓縮機(jī)C1361，經(jīng)循環(huán)氮壓機(jī)C1461兩級(jí)加壓升壓到1.0 MPa，送公司低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)，或經(jīng)過(guò)四級(jí)加壓升壓到3.0 MPa，送公司中壓氮?dú)夤芫W(wǎng)，來(lái)增加中、低壓氮?dú)猱a(chǎn)量，優(yōu)化氧氮產(chǎn)量比例。

經(jīng)過(guò)反復(fù)摸索，在實(shí)際生產(chǎn)中每套制氧機(jī)組最大可增加氮?dú)猱a(chǎn)量5 000 Nm3/h，極大地解決了氮?dú)馍a(chǎn)不足問(wèn)題，緩解了氧、氮產(chǎn)用比例不平衡矛盾，減少了因氧、氮產(chǎn)用比例不平衡不得不提高機(jī)組負(fù)荷而產(chǎn)生的氧氣放散。

圖2　氮?dú)庠霎a(chǎn)原理圖Fig. 2　Schematic drawing of nitrogen production increase

3　效　果

通過(guò)以上兩項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施，緩解了大型轉(zhuǎn)爐間斷使用與大型制氧機(jī)組連續(xù)生產(chǎn)的供需矛盾，緩解了公司氧、氮產(chǎn)用比例不平衡矛盾，在滿足公司生產(chǎn)用氣的前提下,減少了氧氣產(chǎn)量，降低了氧氣放散率。氧氣放散率自降放散技術(shù)實(shí)施以來(lái)逐年降低，2016年氧氣放散率為2.74%，歷年氧氣放散率趨勢(shì)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(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)應(yīng)用氧氣送出系統(tǒng)優(yōu)化、氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)優(yōu)化氧、氮比例等技術(shù)，緩解了設(shè)備大型化帶來(lái)的大型制氧系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)與大型轉(zhuǎn)爐間斷使用的供需矛盾，解決了制氧機(jī)組大型化使氧、氮生產(chǎn)比例難以調(diào)整導(dǎo)致的氧、氮產(chǎn)用量比例不平衡的問(wèn)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(yīng)用。