一種空氣分離氧氣快速變負(fù)荷的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煉鋼供氧設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種空氣分離氧氣快速變負(fù)荷的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化工生產(chǎn)的多樣化及精細(xì)化，對(duì)供氧要求更加多變嚴(yán)格，以便降低用氧成本。特別是在煉鋼企業(yè)中，由于煉鋼的間斷用氧與空分連續(xù)供氧的矛盾更為突出，如何減少氧氣放散量，保持供需平衡，達(dá)到空分裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題備受關(guān)注。這促使空分裝置制造廠商開發(fā)“變負(fù)荷型”空分裝置。目前變負(fù)荷型的方式有兩種，一種是液氧與液氮周期性倒灌方式的自動(dòng)變負(fù)荷，也可以稱為內(nèi)部可變氧氣產(chǎn)量的空分裝置(VAROX);比如:已公開專利“一種氧氣變工況生產(chǎn)裝置”(申請(qǐng)?zhí)?3234184.9)，利用制氧機(jī)生產(chǎn)負(fù)荷彈性，用液氮、氣氧存精餾塔內(nèi)互換冷量，在不增加能耗的情況下，實(shí)現(xiàn)液氧與氣氧，液氮與氣氮之間的互換，可使制氧機(jī)的氧氣產(chǎn)量在設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)上調(diào)節(jié)量達(dá)到10%-15%。另一種是跟蹤調(diào)節(jié)，根據(jù)管網(wǎng)的壓力，增減氧氣產(chǎn)量，使用自動(dòng)變負(fù)荷軟件(ALC)自動(dòng)調(diào)節(jié)，這種變負(fù)荷加工空氣量是要隨之變化的。第一種變負(fù)荷空分裝置(VAROX)雖然速率較快，每分鐘可達(dá)5~6%，但是這種變負(fù)荷需要足夠大的液氧和液氮貯槽，還需要增加一套制冷系統(tǒng)來滿足變負(fù)荷的需要，或增大膨脹機(jī)的制冷能力來滿足變負(fù)荷的需要，同時(shí)操作也相對(duì)麻煩。第二種自動(dòng)變負(fù)荷(ALC)要通過操作人員對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量的設(shè)定值改變，執(zhí)行軟件ALC，將計(jì)算出與變工況相關(guān)的一一對(duì)應(yīng)的工藝控制參數(shù)的各個(gè)設(shè)定值，然后將一組設(shè)定值輸入DCS系統(tǒng)，替代參數(shù)原來的設(shè)定點(diǎn)，此新的設(shè)定點(diǎn)會(huì)把受控參數(shù)的實(shí)際值，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)逐漸調(diào)節(jié)到設(shè)定的范圍內(nèi)。由于空分裝置的運(yùn)行特性所決定，變負(fù)荷的速度不能過快，雖然隨著空分裝置制造水平的提高，變負(fù)荷速率已經(jīng)有大幅度的提高，但實(shí)踐證明也只有0.2~0.25%/min。因此實(shí)施一次變負(fù)荷(80~110%)的全過程約需耗時(shí)150min左右。這在滿足生產(chǎn)工藝應(yīng)急需求有很大差距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述存在的不足，流程簡(jiǎn)單，操作方便，氧氣變負(fù)荷速度可根據(jù)外需情況隨意及時(shí)調(diào)控，對(duì)原空分裝置制氧工況影響很小，且設(shè)備投入成本低。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)快速變負(fù)荷的目的，本發(fā)明提供了一種空氣分離氧氣快速變負(fù)荷的裝置，其包括如下部件:過濾器1、壓縮機(jī)2、常溫水泵3、空冷塔4、分子篩吸附器5、加熱器6、低溫水泵7、水冷塔8、增壓膨脹機(jī)9、換熱器10、主換熱器11、下塔12、主冷凝蒸發(fā)器14、過冷器15、上塔16、冷箱17 ;該裝置還包括液氧裸罐13和液氧水浴汽化器，液氧裸罐放置于冷箱17內(nèi)，液氧水浴汽化器放置在水冷塔的底部，液氧罐頂部與上塔底部氧氣管道相連，使得液氧裸罐中汽化的氧氣隨氧氣取出管道送出，液氧裸罐的底部出口引出冷箱分為兩路，一路為液氧輸出或輸入的接口 ；另一路去往設(shè)在水冷塔的底部的液氧水浴氣化器，液氧在此氣化為氣相送往全低壓空分裝置的氧氣取出閥后的管道上。
[0005]進(jìn)一步地，空氣經(jīng)過濾器過濾后，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，通過空冷塔壓縮空氣被冷卻水噴淋冷卻，壓縮空氣出空冷塔后進(jìn)入到一個(gè)分子篩吸附器用于清除空氣的水分及二氧化碳，潔凈的空氣一路經(jīng)主換熱器后再進(jìn)入到下塔進(jìn)行空氣的精餾；另一路空氣進(jìn)入到增壓膨脹機(jī)，經(jīng)換熱器冷卻到常溫再進(jìn)入到主換熱器換熱，從主換熱器中部抽出進(jìn)入到增壓膨脹機(jī)膨脹后進(jìn)入到上塔參與上塔的精餾；
下塔底部的液空從底部取出，經(jīng)過冷器過冷后液空經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流進(jìn)入到上塔中部參與上塔的精餾；下塔頂部的氮?dú)膺M(jìn)入到主冷凝蒸發(fā)器被冷凝為液氮，液氮一路作為下塔的回流液；另一路經(jīng)過冷器過冷后經(jīng)節(jié)流閥送入上塔頂部作為上塔的回流液；
上塔頂部的氮?dú)馊〕鼋?jīng)過冷器、主換熱器換熱；上塔上部取出污氮?dú)饨?jīng)過冷器、主換熱器換熱至常溫后分為兩路:一路經(jīng)加熱器再到分子篩吸附器，當(dāng)分子篩吸附器加熱后，污氮?dú)饨?jīng)加熱器；另一路污氮?dú)饨?jīng)閥門調(diào)節(jié)進(jìn)入到水冷塔的底部與水冷塔頂部噴淋的水換熱后排入大氣中；上塔底部的氧氣取出經(jīng)主換熱器換熱至常溫經(jīng)閥門控制排出裝置外經(jīng)壓縮到合適壓力后供用戶使用；當(dāng)主冷凝蒸發(fā)器內(nèi)液氧液位高時(shí)，將Vl閥打開，液氧存入液氧裸罐中。
[0006]進(jìn)一步地，當(dāng)由于外送氧氣增量過大，使得水冷塔出水口溫度接近0°C時(shí)，要加大低溫水泵的流量，視空冷塔出口空氣溫度調(diào)整常溫水泵的流量。
[0007]本發(fā)明還提供了一種空氣分離氧氣快速變負(fù)荷的方法，其包括以下步驟:
步驟(I)空氣經(jīng)過濾器過濾后，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，通過空冷塔4壓縮空氣被冷卻水噴淋冷卻，壓縮空氣出空冷塔4后進(jìn)入到一個(gè)分子篩吸附器5用于清除空氣的水分及二氧化碳，潔凈的空氣一路經(jīng)主換熱器11后再進(jìn)入到下塔12進(jìn)行空氣的精餾；另一路空氣進(jìn)入到增壓膨脹機(jī)9，經(jīng)換熱器10冷卻到常溫再進(jìn)入到主換熱器11換熱，從主換熱器11中部抽出進(jìn)入到增壓膨脹機(jī)9膨脹后進(jìn)入到上塔16參與上塔的精餾；
步驟(2)下塔12底部的液空從底部取出，經(jīng)過冷器15過冷后液空經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流進(jìn)入到上塔16中部參與上塔的精餾；下塔12頂部的氮?dú)膺M(jìn)入到主冷凝蒸發(fā)器14被冷凝為液氮，液氮一路作為下塔12的回流液；另一路經(jīng)過冷器15過冷后經(jīng)節(jié)流閥送入上塔16頂部作為上塔的回流液；
步驟(3)上塔16頂部的氮?dú)馊〕鼋?jīng)過冷器15、主換熱器11換熱；上塔上部取出污氮?dú)饨?jīng)過冷器15、主換熱器11換熱至常溫后分為兩路:一路經(jīng)加熱器6再到分子篩吸附器，當(dāng)分子篩吸附器加熱后，污氮?dú)饨?jīng)加熱器6 ;另一路污氮?dú)饨?jīng)閥門調(diào)節(jié)進(jìn)入到水冷塔8的底部與水冷塔頂部噴淋的水換熱后排入大氣中；上塔底部的氧氣取出經(jīng)主換熱器換熱至常溫經(jīng)閥門控制排出裝置外經(jīng)壓縮到合適壓力后供用戶使用；當(dāng)主冷凝蒸發(fā)器內(nèi)液氧液位高時(shí)，將Vl閥打開，液氧存入液氧裸罐13中；
步驟(4)當(dāng)外需氧氣量增大超出正?？辗盅b置所產(chǎn)氧氣量的調(diào)節(jié)范圍時(shí)，即可投用變負(fù)荷增氧操作，即全部打開V4閥，視外需氧氣增大多少控制開啟V2閥的開度。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟(I)中，視外供氧氣變化情況預(yù)先調(diào)整去增壓膨脹機(jī)9增壓端的空氣量，以便上塔有足夠冷量富集于主冷凝蒸發(fā)器中；進(jìn)而可以將富余液氧提前儲(chǔ)存液氧裸罐13中。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟(4)中，若液氧裸罐13液位不足時(shí)，可將液氧通過閥V3、V2控制反送至液氧裸罐中。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟(4)中，當(dāng)由于外送氧氣增量過大，使得水冷塔出水口溫度接近0°c時(shí)，要加大低溫水泵7的流量，視空冷塔出口空氣溫度調(diào)整常溫水泵3的流量。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:氧氣外送負(fù)荷增量在O — 100%變動(dòng)時(shí)，對(duì)空分裝置生產(chǎn)工況幾乎沒有影響，大大降低了操作難度。將液氧裸罐放置于冷箱內(nèi)，液氧罐頂部與上塔底部氧氣管道相連，使得液氧裸罐中汽化的氧氣隨氧氣取出管道送出，既不存在氧氣產(chǎn)品損失，也不存在冷量損失；液氧水浴汽化器放置于冷水塔底部，液氧裸罐及液氧水浴汽化器與空分裝置組成一個(gè)有機(jī)整體，使得氧氣快速增負(fù)荷成為可能；液氧裸罐放置于冷箱內(nèi)與放置于冷箱外的液氧真空罐相比，可以大大減少設(shè)備投資，流程簡(jiǎn)單，減少占地面積；液氧裸罐放置于冷箱內(nèi)整個(gè)空分裝置(若流程布置得當(dāng))的冷量損失相對(duì)于放置于裝置外部的液氧真空罐加之空分裝置的冷損不會(huì)增大，液氧裸罐的傳導(dǎo)給珠光砂的冷量損失，抵消了塔器、管道的冷量損失。
[0012]本發(fā)明公開了一種空氣分離氧氣快速變負(fù)荷的裝置及方法。在外壓縮全低壓空分流程中，處于對(duì)生產(chǎn)工藝及設(shè)備安全的考慮，裝置均有一定的富余冷量，多以液氧排放到低溫真空液體罐中用于銷售或大氣中(當(dāng)液氧中有機(jī)物含量高過規(guī)定指標(biāo)時(shí))；本發(fā)明是將一個(gè)合適容積的液氧裸罐放置冷箱內(nèi)，主冷富余的液氧排入液氧裸罐中，液氧裸罐的頂部出口與上塔底部氧氣取出管道相連；液氧裸罐的底部出口引出冷箱分為兩路，一路為液氧輸出或輸入的接口 ；另一路去往設(shè)在水冷塔的底部的液氧水浴氣化器，液氧在此氣化為氣相送往全低壓空分裝置的氧氣取出閥后的管道上。本發(fā)明可在幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)氧氣外送增長(zhǎng)10%以上，而且對(duì)原裝置生產(chǎn)工況影響不大，相比傳統(tǒng)的氧氣外送變負(fù)荷操作，本發(fā)明充分挖掘了現(xiàn)有設(shè)備流程的潛力，設(shè)備投資小，操作簡(jiǎn)單，變負(fù)荷快速，運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
[0014]圖中標(biāo)記:1 一過濾器、2—壓縮機(jī)、3—常溫水泵、4一空冷塔、5—分子篩吸附器、6—加熱器、7—低溫水泵、8—水冷塔、9 一增壓膨脹機(jī)、10—換熱器、11 一主換熱器、12—下塔、13—液氧裸罐、14 一主冷凝蒸發(fā)器(主冷)、15—過冷器、16 —上塔、17 —冷箱。
[0015]圖1中相關(guān)物流編號(hào):K1 一出空冷塔空氣，K2 一分子篩凈化后空氣去主換熱器，K3 一分子篩凈化空氣去增壓膨脹機(jī)，K4 一膨脹空氣去上塔，K5 一出主換熱器空氣進(jìn)下塔，K6 一下塔液空去過冷液化器，K7 —出過冷液化器液空去上塔，Dl —下塔頂部氮?dú)?，D2 —出主冷凝蒸發(fā)器液氮回下塔，D3 一出過冷器后液氮去上塔，D4 一出上塔頂部氮?dú)?，D5 一出主換熱器氮?dú)?，LI 一出上塔上部污氮?dú)?，L2 一出主換熱器污氮?dú)饫浯捣肿雍Y，L3 一出主換熱器污氮?dú)馊シ肿雍Y加熱器，L4 一出主換熱器污氮?dú)馊ニ渌?，L5 一加溫或冷吹污氮?dú)獬龇肿雍Y放大氣，Yl 一主冷液氧去液氧裸罐，Y2液氧裸罐蒸發(fā)氧氣去上塔氧氣取出管道，Y3 -上塔底部氧氣取出，Y4 一氧氣出主換熱器，Y5 一液氧裸罐底部液氧排出，Y6 一出水浴蒸發(fā)器氧氣。
【具體實(shí)施方式