專利名稱：：一種利用煤氣柜技術(shù)降壓節(jié)能的空分氧氣輸送系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于空分裝置節(jié)能降耗
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別提供了一種利用煤氣柜技術(shù)降壓節(jié)能的空分氧氣輸送系統(tǒng)及方法。技術(shù)背景氧氣猶如鋼鐵企業(yè)的血液，在煉鋼煉鐵等生產(chǎn)中都起著極其重要的作用。大型低溫空分裝置一般都連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)運行，在用氣量波動的情況下，通常采用提高氧氣生產(chǎn)量和提高氧氣儲存壓力的方法提高制氧系統(tǒng)的抗風(fēng)險能力和調(diào)峰能力。氧氣產(chǎn)量的提高和氧氣供需的瞬時不平衡使得氧氣放散率高，造成能源的浪費。為了平衡氧氣供需的不均衡并減少放散，必須提高氧氣的儲存壓力進(jìn)行緩沖，使氧氣管網(wǎng)的儲存和輸送壓力大大高于用戶要求的壓力，氧氣壓送能耗增加。氧氣產(chǎn)需量的不平衡造成了氧氣輸送管網(wǎng)壓力的升高波動。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國大部分的鋼鐵企業(yè)的氧氣管網(wǎng)壓力在1.7MPa到2.9MPa之間波動。有關(guān)資料顯示，對于冶金生產(chǎn)的空分系統(tǒng)的氧氣終壓一般要求在1.5MPa左右。氧壓機(jī)的壓縮能耗與壓力有直接的關(guān)系，在空分裝置氧氣壓力范圍內(nèi)，壓縮出口壓力每提高0.01MPa，壓縮機(jī)能耗增加約7%8%。所以，降低輸送管網(wǎng)壓力是氧氣輸送系統(tǒng)節(jié)能的最好方法之一。穩(wěn)定氧氣管網(wǎng)壓力、降低壓縮能耗的出發(fā)點是平衡產(chǎn)氧和用氧之間的不平衡。針對目前這種高放散率和高壓縮能耗的情況，鋼鐵企業(yè)實施了各種可能的措施調(diào)節(jié)產(chǎn)氧量和用氧量，降低氧氣的壓縮能耗和放散率。在生產(chǎn)方面，調(diào)節(jié)空分裝置的產(chǎn)量；在輸送方面，增加氣體儲存能力(儲氣裝置和液化裝置)；在使用方面，合理組織生產(chǎn)、均衡使用氧氣。然而，這些措施在一定程度上降低了放散率，但不能從根本上同時解決高放散率和高管網(wǎng)壓力問題。降低氧氣的放散率，氧氣的發(fā)生能耗減小，但管網(wǎng)壓力升高，壓送能耗上升。反之，為降低管網(wǎng)壓力，減小壓送能耗，放散率又勢必增大，這是一對無法解決的矛盾。目前，氧氣的儲存有兩種形式氣體儲存和液體儲存。由于液體儲存的能耗比較大，一般只用于特殊情況下蒸發(fā)液體補充氧氣管網(wǎng)的氧氣。氣體儲存分為高壓氣體儲存和低壓氣體儲存。常規(guī)的低壓儲存的儲氣袋和氣柜容積比較小，不能滿足大型空分系統(tǒng)的調(diào)峰要求，所以在大型空分流程中一般采用高壓儲氣罐。煤氣柜作為工業(yè)與民用儲備氣體、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的重要設(shè)備，適用于大規(guī)模地儲存低壓氣體，相關(guān)技術(shù)已非常成熟。根據(jù)密封方式的不同，煤氣柜主要可分為濕式煤氣柜和干式煤氣柜。根據(jù)活塞與柜體間密封形式的不同，干式煤氣柜可分為稀油密封型、潤滑脂橡膠圈密封型和橡膠薄膜密封型，具體如表l。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用煤氣柜技術(shù)降壓節(jié)能的空分氧氣輸送系統(tǒng)及方法。在傳統(tǒng)空分裝置和氧氣壓縮機(jī)之間增加煤氣柜，以實現(xiàn)氧氣的低壓儲存。用于空分裝置氧氣輸送過程降低管網(wǎng)壓力和放散率的節(jié)能新系統(tǒng)及其使用方法。采用此系統(tǒng)可以低壓儲存氧氣，緩沖氧氣生產(chǎn)和使用之間的矛盾，降低氣體放散率，并可以根據(jù)氧氣用戶的需求量壓縮到所需壓力，從而最大限度地降低氣體輸送壓力。本發(fā)明的系統(tǒng)包括空分裝置l、煤氣柜12、氧壓機(jī)5、球罐6和增壓機(jī)16。在氧壓機(jī)5前設(shè)置煤氣柜12，氣體進(jìn)入煤氣柜前設(shè)置增壓機(jī)16，保證煤氣柜的最低使用壓力；在空分裝置1后的單向閥4和氧壓機(jī)5之間設(shè)置繞過煤氣柜的通路，利用闊門17關(guān)閉此通路，保證煤氣柜檢修時的運行。空分裝置1的出口管道通過單向閥4通入煤氣柜12，并在單向閥4前安裝流量傳感器2控制的放空閥3。管道進(jìn)煤氣柜12前安裝閥門13和增壓機(jī)16，出煤氣柜12后安裝閥門14。此后氧氣管道經(jīng)過壓力控制闊15進(jìn)入氧壓機(jī)5，然后通入球罐6。此后管道經(jīng)過閥門9和閥門11送往用戶。閥門7、8、9、11、13、14、17與管道間的連接采用傳統(tǒng)的法蘭或螺紋連接，煤氣柜12與管道的連接采用法蘭連接，增壓機(jī)16與管道的連接釆用法蘭連接。所有閥門為氧氣閥門。系統(tǒng)的特點在于(l)氧壓機(jī)前設(shè)置煤氣柜；(2)氣體進(jìn)入煤氣柜前設(shè)置增壓機(jī)，保證煤氣柜的最低使用壓力；(3)在空分裝置1和氧壓機(jī)5之間設(shè)置通路(繞過煤氣柜)，利用闊門17關(guān)閉此通路，保證煤氣柜檢修時的運行。系統(tǒng)的運行方式如下空分裝置1生產(chǎn)的氧氣經(jīng)過煤氣柜12儲存緩沖，壓縮后進(jìn)入氧氣管道。當(dāng)用氣量大于產(chǎn)氣量時，管網(wǎng)壓力降低，壓力信號從壓力傳感器IO傳送到壓力控制閥15處，使得壓力控制閥15的開度增加，進(jìn)入壓縮系統(tǒng)的氧氣量增加，管網(wǎng)的壓力提高。當(dāng)用氣量小于產(chǎn)氣量時，管網(wǎng)壓力升高，壓力信號從壓力傳感器10傳送到壓力控制閥15處，使得壓力控制閥15的開度減小，進(jìn)入壓縮系統(tǒng)的氧氣量減小，管網(wǎng)的壓力降低。制氧機(jī)出口壓力滿足煤氣柜壓力要求時增加機(jī)16關(guān)閉，壓力不能滿足煤氣柜壓力要求時開啟增加機(jī)16。閥門17正常情況下關(guān)閉，在煤氣柜檢修時開啟。本發(fā)明系統(tǒng)的運行方法如下當(dāng)用戶用氧量小于氧氣系統(tǒng)的產(chǎn)氧量時，減少氧壓機(jī)的壓送量，多出的氧氣儲存在煤氣柜中；當(dāng)系統(tǒng)用戶用氧量大于產(chǎn)氧量時，增加壓縮機(jī)的壓送量，不足的氧氣由煤氣柜中儲存的氧氣補充。煤氣柜保證了充足的氧氣應(yīng)對用戶用量波動，且可以通過調(diào)節(jié)氧壓機(jī)的壓縮量來滿足用戶的用氧量。在此新系統(tǒng)中，壓力僅需維持在用戶所需壓力，而不需要考慮通過管網(wǎng)系統(tǒng)壓力變化來調(diào)峰。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l列出了各種煤氣柜的特點和儲存氧氣時的缺點。如果釆用濕式煤氣柜，氧氣中水分的增加會對煉鐵和煉鋼造成一定的影響。煉鐵需要富氧3%~4%左右，這就要求97%左右的空氣和3%左右的氧氣混合。氧氣經(jīng)過濕式煤氣柜儲存后含濕量增加，使得高爐鼓風(fēng)中含濕量增加。鼓風(fēng)中的水分增加會對高爐的風(fēng)量、產(chǎn)量和溫度產(chǎn)生一定的影響。常溫常壓并且在氧氣完全飽和的情況下，氧氣引起的高爐鼓風(fēng)含濕量增加約0.57g/m3。濕度的增加對高爐煉鐵造成一定的影響，但影響較小。濕度增加0.578/!113相當(dāng)于增加風(fēng)量0.17%，如焦比不變可增產(chǎn)0.17%，同時，需提高風(fēng)溫5'C，以補償水分的分解熱。由此可見增加濕式煤氣柜后，高爐鼓風(fēng)中氧氣帶入的水分對工藝影響甚微。氧氣中的水分對煉鋼過程也有一定的影響，進(jìn)而對產(chǎn)鋼的性能產(chǎn)生一定的影響。鋼中的氫主要來自水汽、燃?xì)庵械娜紵a(chǎn)物(水)等，但冶煉中影響最大的是石灰中的水分。氧氣在完全飽和情況下，煉鋼用氧氣中水分增加19g/m3，相對產(chǎn)鋼約合1.045kg/t鋼坯。相對于石灰(5070kg/t鋼坯，一般在空氣中存放812h)中的水分而言，氧氣帶入的水分很少，對煉鋼不能造成有效的影響。如果采用稀油密封干式煤氣柜，流入柜內(nèi)壁的稀油具有一定的易燃危險性。稀油密封一般采用礦物油，其閃點大于18(TC。如果采用橡膠薄膜密封型干式煤氣柜，橡膠與氧氣直接接觸，容易氧化。煤氣柜的橡膠薄膜的內(nèi)側(cè)一般采用丁氰橡膠，在強氧化性介質(zhì)中性能較差，不適宜應(yīng)用。若換成耐氧化、耐磨的橡膠，如氟橡膠等，橡膠薄膜密封型干式煤氣柜可以應(yīng)用于儲存氧氣。如果采用潤滑脂橡膠圈密封型，則需要綜合考慮潤滑脂和橡膠圈易氧化的缺點，易選用耐氧化的非皂基潤滑脂和氟橡膠密封圈。制氧機(jī)冷箱出口氧氣壓力約為520kPa，一般情況下可以滿足上述幾種煤氣柜的壓力需求，不需要增壓?？紤]特殊情況及煤氣柜儲壓較高的情況，可在空分裝置與煤氣柜之間增加增壓機(jī)。系統(tǒng)所需的煤氣柜的容積需根據(jù)產(chǎn)、用系統(tǒng)的運行狀況確定。管網(wǎng)壓力波動情況(包括壓力波動的范圍、波動頻率、波動趨勢)、現(xiàn)有氧氣儲存系統(tǒng)容量、氧氣用戶用氧的波動情況、管網(wǎng)狀況等對所需煤氣柜的容積有決定性的影響。本發(fā)明從低壓輸氣節(jié)能降耗的角度出發(fā)，利用現(xiàn)有的成熟的煤氣柜技術(shù)，達(dá)到低壓儲氣、降低放散率的目的。此方法可通用于任何氣體的變用量系統(tǒng)中，以及需要穩(wěn)定壓力的氣體系統(tǒng)中。在本發(fā)明中，煤氣柜充當(dāng)儲氣、調(diào)峰作用，起到穩(wěn)定和降低管網(wǎng)壓力、降低氧氣的輸送能耗并大幅降低氧氣放散率的作用。此發(fā)明應(yīng)用在鋼鐵企業(yè)氧氣廠上，節(jié)電率可達(dá)13.7%~19.3%。圖l為本發(fā)明氧氣壓送系統(tǒng)圖。其中，空分裝置l、流量傳感器2、放空控制閥3、單向閥4、氧氣壓縮機(jī)5、球罐6、閥門7、8、9、11、13、14、17，壓力傳感器10，煤氣柜12、壓力控制閥15、增壓機(jī)16。單向闊4常開，流通方向為從空分裝置到用戶，僅在空分裝置停機(jī)時關(guān)閉。閥門17常閉，僅在煤氣柜檢修期間開啟。單向壓力控制閥15流通方向為從煤氣柜到用戶。附圖2為傳統(tǒng)氧氣壓送系統(tǒng)圖。與傳統(tǒng)氧氣壓送系統(tǒng)相比，本發(fā)明在氧氣壓縮機(jī)前增加了12到17的部件，即氧氣低壓儲存裝置。具體實施方式下面結(jié)合附圖l對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述，但本發(fā)明并不局限于此闡述?？辗盅b置1生產(chǎn)的氧氣經(jīng)過煤氣柜12儲存緩沖，壓縮后進(jìn)入氧氣管道。當(dāng)用氣量大于產(chǎn)氣量時，管網(wǎng)壓力降低，壓力信號從壓力傳感器10傳送到壓力控制閥15處，使得壓力控制閥15的開度增加，進(jìn)入壓縮系統(tǒng)的氧氣量增加，管網(wǎng)的壓力提高。當(dāng)用氣量小于產(chǎn)氣量時，管網(wǎng)壓力升高，壓力信號從壓力傳感器10傳送到壓力控制閥15處，使得壓力控制閥15的開度減小，進(jìn)入壓縮系統(tǒng)的氧氣量減小，管網(wǎng)的壓力降低。制氧機(jī)出口壓力滿足煤氣柜壓力要求時增加機(jī)16關(guān)閉，壓力不能滿足煤氣柜壓力要求時開啟增加機(jī)16。閥門17正常情況下關(guān)閉，在煤氣柜檢修時開啟。氧氣在系統(tǒng)中的流動氣路如下氧氣出空分裝置l.后，通過單向閥4、閥門13流入增壓機(jī)16，然后通入煤氣柜12內(nèi)(煤氣柜檢修期間氧氣通過單向閥4流經(jīng)閥門17，直接進(jìn)入壓力控制閥15)。需要放空的氧氣在單向閥4前進(jìn)入引出的管道，通過流量傳感器2控制的放空閥3放空。儲存在煤氣柜中的氧氣被穩(wěn)定在特定的工作壓力，然后通過閥門14進(jìn)入壓力控制閥:15,通入氧壓機(jī)5進(jìn)行加壓。加壓后的氧氣通過閥門7進(jìn)入球罐6并通過閥門8流出球罐，之后通過閥門9閥門11通往各個用戶。實施案例l我國某大型鋼鐵公司的空分裝置的氧氣總產(chǎn)量為230000Nm3/11，統(tǒng)計正常生產(chǎn)的28天的壓力數(shù)據(jù)可知，最大壓力2.56MPa，最小壓力1.73MPa，平均壓力2.16MPa。根據(jù)壓力波動情況、管道情況、球罐容積等情況，計算得到需要7萬i^的煤氣柜來調(diào)節(jié)氧氣用戶的用量波動，實現(xiàn)穩(wěn)定管網(wǎng)壓力、降低氧氣放散的目的?？紤]煤氣柜存在最小操作容積的問題以及特殊情況(如氧氣用戶增加等)，取干式柜容積利用系數(shù)為0.9，煤氣體積校正系數(shù)為1.263，本氧氣系統(tǒng)選定10萬1113的煤氣柜作為儲氣裝置。增加煤氣柜后，系統(tǒng)壓力可以降低到系統(tǒng)要求的最小壓力。以1.5MPa為目標(biāo)壓力，節(jié)能率為13.7%，一年內(nèi)降壓節(jié)約的電量約為4.1乂107度。若電費按0.5元/度計算，每年的節(jié)約電費約為2050萬元。10萬1113的稀油干式煤氣柜造價按1500萬計算，成本回收期為0.73年。實施案例2我國某中型鋼鐵公司空分裝置的氧氣總產(chǎn)量為63000Nm3/11，統(tǒng)計正常生產(chǎn)的15天的壓力數(shù)據(jù)可知，最大壓力3.06MPa，最小壓力1.75MPa，平均壓力2.57MPa。根據(jù)壓力波動情況、管道情況、球罐容積等情況，計算得到需要3萬n^的煤氣柜來調(diào)節(jié)氧氣用戶的用量波動，實現(xiàn)穩(wěn)定管網(wǎng)壓力、降低氧氣放散的目的?？紤]煤氣柜存在最小操作容積的問題以及特殊情況(如氧氣用戶增加等)，取干式柜容積利用系數(shù)為0.9，煤氣體積校正系數(shù)為1.263，本氧氣系統(tǒng)選定5萬1113的煤氣柜作為儲氣裝置。增加煤氣柜后，系統(tǒng)壓力可以降低到系統(tǒng)要求的最小壓力。以1.5MPa為目標(biāo)壓力，節(jié)能率為19.3%，一年內(nèi)壓力降低節(jié)約的電量約為1.8乂107度。若電費按0.5元/度計算，每年的節(jié)約電費約為925萬元。5萬1113的稀油干式煤氣柜造價按1000萬計算，成本回收期為U年。權(quán)利要求1、一種利用煤氣柜技術(shù)降壓節(jié)能的空分氧氣輸送系統(tǒng)，其特征在于，包括空分裝置(1)、煤氣柜(12)、氧壓機(jī)(5)、球罐(6)、增壓機(jī)(16)；在氧壓機(jī)(5)前設(shè)置煤氣柜(12)，氣體進(jìn)入煤氣柜前設(shè)置增壓機(jī)(16)，保證煤氣柜的最低使用壓力；在空分裝置(1)后的單向閥(4)和氧壓機(jī)(5)之間設(shè)置繞過煤氣柜的通路，利用第七閥門(17)關(guān)閉此通路，保證煤氣柜檢修時的運行；空分裝置(1)的出口管道通過單向閥(4)通入煤氣柜(12)，并在單向閥(4)前安裝流量傳感器(2)控制的放空閥(3)；煤氣柜(12)前安裝第五閥門(13)和增壓機(jī)(16)，煤氣柜(12)后安裝第六閥門(14)；第六閥門(14)后氧氣管道經(jīng)過壓力控制閥(15)進(jìn)入氧氣壓縮機(jī)(5)，然后通入球罐(6)；此后管道經(jīng)過第三閥門(9)和閥門(11)送往用戶。2、按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一閥門(7)、第二閥門(8)、第三閥門(9)、第四閥門(11)、第五閥門(13)、第六閥門(14)、第七閥門(17)與管道間的連接均采用法蘭或螺紋，煤氣柜(12)與管道的連接采用法蘭連接，增壓機(jī)(16)與管道的連接采用法蘭連接;所有閥門均為氧氣閥門。3、一種采用權(quán)利要求所述系統(tǒng)進(jìn)行氧氣輸送的方法，其特征在于，空分裝置(1)生產(chǎn)的氧氣經(jīng)過煤氣柜(12)儲存緩沖，壓縮后進(jìn)入氧氣管道；當(dāng)用氣量大于產(chǎn)氣量時，管網(wǎng)壓力降低，壓力信號從壓力傳感器(10)傳送到壓力控制閥(15)處，使得壓力控制閥(15)的開度增加，進(jìn)入壓縮系統(tǒng)的氧氣量增加，管網(wǎng)的壓力提高；當(dāng)用氣量小于產(chǎn)氣量時，管網(wǎng)壓力升高，壓力信號從壓力傳感器(10)傳送到壓力控制閥(15)處，使得壓力控制閥(15)的開度減小，進(jìn)入壓縮系統(tǒng)的氧氣量減小，管網(wǎng)的壓力降低；制氧機(jī)出口壓力滿足煤氣柜壓力要求時增加機(jī)(16)關(guān)閉，壓力不能滿足煤氣柜壓力要求時開啟增加機(jī)(16);閥門(17)正常情況下關(guān)閉，在煤氣柜檢修時開啟。全文摘要一種利用煤氣柜技術(shù)降壓節(jié)能的空分氧氣輸送系統(tǒng)及方法，屬于空分領(lǐng)域節(jié)能降耗新工藝的
技術(shù)領(lǐng)域：
。包括空分裝置(1)、煤氣柜(12)、氧壓機(jī)(5)、球罐(6)、增壓機(jī)(16)；在氧壓機(jī)(5)前設(shè)置煤氣柜(12)，氣體進(jìn)入煤氣柜前設(shè)置增壓機(jī)(16)，保證煤氣柜的最低使用壓力；在空分裝置(1)后的單向閥(4)和氧壓機(jī)(5)之間設(shè)置繞過煤氣柜的通路，利用閥門關(guān)閉此通路，保證煤氣柜檢修時的運行。在本發(fā)明中，煤氣柜充當(dāng)儲氣、調(diào)峰作用，起到穩(wěn)定和降低管網(wǎng)壓力、降低氧氣的輸送能耗并大幅降低氧氣放散率的作用。此發(fā)明應(yīng)用在鋼鐵企業(yè)氧氣廠上，節(jié)電率可達(dá)13.7％～19.3％。文檔編號F17D1/04GK101158443SQ20071017608公開日2008年4月9日申請日期2007年10月19日優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日發(fā)明者劉桂芹,孫淑鳳,岳獻(xiàn)芳,立王,童莉葛申請人:北京科技大學(xué)