试论深冷法空分设备节能技术

试论深冷法空分设备节能技术

王志玉  

石横特钢集团有限公司  271612

摘要：文章分析升深冷法空分设备高耗能原因，可知，深冷法空分设备效能损失主要集中在各项系统中，如制冷系统、纯化系统、热交换系统以及制冷系统等方面，但造成操作不规范的原因有许多，本文重点从工艺、系统操作、系统控制几个方面，有效应用节能技术，提升节能利用率，实现冷法空分设备节能目标。

关键词：节能技术；深冷法；空分设备

引言：随着空分设备趋向于大型化， 其能耗在工厂整套装置中占比较高。以我国钢铁企业为例，空分生产电耗在整个企业电耗中的占比是1/7，而对空分设备能耗水平产生影响的因素较多，其中包含技术、管理、经济以及环境等。所以，为了提升深冷法空分设备节能技术应用的有效性，探究空分设备节能举措尤为重要。

一、空分设备能耗原因分析

首先，空压机能耗，其中包含空分设备启动时间长、空压机级间冷却器冷却效果差。（1）空分设备在启动后需要冷却与积液，所谓冷却就是将设备的内部温度从常温冷却到-183C，而这一过程通常需要12～18小时。积液就是使制冷液氧积累到一定高度，从而保证液体产品的产量。由于冷却与积液的时间较长，从而加大了空压机的电耗。（2）空压机级间冷却器的冷却效果直接决定了空压机排气量的大小[[1]]。因此，冷却器如因结垢、堵塞等原因造成冷却效果变差空压机能耗也会增加。其次，其他能耗。（1）分子筛电加热炉能耗。若空气进入分子筛后，由于温度偏高会造成分子筛吸附器吸附的不彻底，吸附能力严重下降，因此需要通过提高分子筛再生温度来解决，而这种方法增加了电加热炉的用电耗能 （电加热炉的用电量一般占空分设备用电量的5%），大大增加了运行成本。（2）预冷系统空气出空冷塔温度过高。空压机排气温度、循环供水温度提高以及冷冻水在低温下药物结晶等情况容易造成空冷塔、水冷塔换热效果差，空气出空冷塔的温度高，分子筛的吸附负荷增加，也会导致更高的五能+招热器温度的升高，使得换热器的负荷增加，设备成本相应增加；反之，降低空气出空冷塔温度，则需要预冷系统提供更多的冷量，在进入水冷塔的污氮气或者氮气总量已确定的条件下，额外制冷量要由冷冻机所提供，降低温度就会增加对冷冻机的能耗要求。所以，孔冷塔出口空气温度是平衡投资、能耗的关键点，需将温度控制在10-14°[[2]]。

二、深冷法空分设备节能技术应用

（一）工艺节能

如今使用的深冷法制氧流程中的空分设备，其内压缩流程能耗比外压缩能耗低。但是从内压缩流程角度来说，其会有不同的组织形式，在具体选择过程中需结合实际情况，基于关键的能耗指标对技术方案进行综合性分析，优选经济、社会效益最大化的工艺节能技术[[3]]。

（二）系统操作设备节能

不管是工艺流程的变革还是改变操作条件，都要对空分设备进行改进和优化，而改进空分设备的方法主要有以下4种：第一，流体输送机械节能。首先，提高其自身的效率，这一 点有赖于材料、加工、装配等整体水平的提高。从另一方面讲，就要从流体机械的选型、运行方面着手。流体输送机械首要作用就是输送工艺介质或辅助物料，其次要克服因工质通过设备、管道所产生的沿程阻力和局部阻力。因此，尽量减少阻力损失是最直接有效的节能方法。因此，在工程设计中要考虑的问题就要包括工艺设备的合理布局、工艺管道的科学配置。其次，就原动机来讲，目前空分设备中流体输送机械原动机配套大多为电动机，根据国内资料显示，电动机所耗电能占整个工业用电的 60%～70%。由此可见，电动机的节电技术就显现出其重要的经济地位。在空分最终用户现场条件允许的情况下， 汽轮机作为原动机也是不错的选择。第三， 现状是流体机械制造厂家设计是按充分满足额定性能进行设计、制造， 空分配套厂家在选用时间考虑管路阻力等又留有设计余量， 这样就采用了大容量设备，通过关小调节阀来调节流量，造成不必要的损失。最后，在运行方面，可以考虑更为节能的转速调节代替阀门调节，只是转速调节采用的可控硅变频装置价格相对昂贵。第二，吸附设备。当前使用的空分设备大多应用了分子筛净化空气流程，在确保符合吸附工艺条件且投资允许的状况下，优选节能高效的吸附剂，尽量将气相工质通过吸附剂的阻力损失减小。同时，还要优选最佳的再生热源。第三，换热设备。对于空分设备中换热设备的节能，得益于传热机理的研究以及换热器产业化的发展，相关介绍较多，主要从传热原理上分析，工艺实现的具体要求下，开发新型换热器结构或部件形式、材料等，使整个换热器发挥最大的效能。第四，精馏塔在空分设备中占有重要的地位，是产品得到的场所。目前，随着高效填料的研究开发， 板式塔改为填料塔已成为精馏节能的主要方法。总之，操作设备的节能主要从设备的结构、材质、内构件等问题着手考虑，基本上每一种新型的单元设备的改进及工业化实施，均带来了整个行业革命性的进展[[4]]。

（三）系统控制节能

系统节能指的是基于空分系统合理用能的视角，对生产期间和能量转换、利用以及回收等相关的系统所开展的节能工作。但是单一的操作设备节能只能从局部改良设备个体的性能，无法提升空分设备的整体性能，所以，在系统节能过程中需要尽可能将操作设备中的阻力损失、换热器的对数平均温差减少，防止不同状态下混合，以此来降低原料消耗。同时，系统控制节能的关键点在于节能操作控制，在此过程中可引入计量仪表，根据用气标准，综合性分析生产现场的能量衡算与用能，不断优化节能操作方案

[[5]]。

三、结语

综上所述，探究深冷法空分设备节能技术应用极具现实价值和意义。深冷法空分设备流程极具多样性，且制氧工艺错综复杂，会对空分设备节能产生较大影响。若是我国各个企业都能够积极响应国家倡导的绿色环保、节能减排号召，加强系统、工艺控制节能，促进技术革新，对现有的空分设备进行改造和优化，深层次挖掘生产工艺过程中的节能潜力，尽可能将设备运行过程中的能源消耗大幅度降低，必然会推动行业变革，还能促进企业获得良好的经济和社会效益。

参考文献：

[1]李美玲,张建松,彭喜奎等.铜冶炼配套深冷法富氧空分工艺对比分析[J].中国有色冶金,2017,46(03):26-29.

[2]司标.深冷法空分设备节能技术[J].河南科技,2007,15(11):36-40.

[3]张鹏程.对空分设备性能考核中气体纯度要求的商榷[J].低温与特气,2000,9(02):7-10.

[4]沈光林.膜法／深冷法联合空分的理论研究[J].膜科学与技术,1996,4(02):16-20.

[5]Dupont P,毛捷.林德公司利用深冷法分离空气的概况[J].深冷技术,1985,49(02):40-45.