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(yùn)行，在用氣量波動(dòng)的情況下，通常采用提高氧氣生產(chǎn)量和提高氧氣儲(chǔ)存壓力的方法提高制氧系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力和調(diào)峰能力。氧氣產(chǎn)量的提高和氧氣供需的瞬時(shí)不平衡使得氧氣放散率高，造成能源的浪費(fèi)。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(chǔ)存壓力進(jìn)行緩沖，使氧氣管網(wǎng)的儲(chǔ)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(dòng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(dòng)。有關(guān)資料顯示，對(duì)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(diǎn)是平衡產(chǎn)氧和用氧之間的不平衡。針對(duì)目前這種高放散率和高壓縮能耗的情況，鋼鐵企業(yè)實(shí)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(chǔ)存能力(儲(chǔ)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(shí)解決高放散率和高管網(wǎng)壓力問(wèn)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(shì)必增大，這是一對(duì)無(wú)法解決的矛盾。目前，氧氣的儲(chǔ)存有兩種形式氣體儲(chǔ)存和液體儲(chǔ)存。由于液體儲(chǔ)存的能耗比較大，一般只用于特殊情況下蒸發(fā)液體補(bǔ)充氧氣管網(wǎng)的氧氣。氣體儲(chǔ)存分為高壓氣體儲(chǔ)存和低壓氣體儲(chǔ)存。常規(guī)的低壓儲(chǔ)存的儲(chǔ)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(chǔ)氣罐。煤氣柜作為工業(yè)與民用儲(chǔ)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(chǔ)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(rùn)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(shí)現(xiàn)氧氣的低壓儲(chǔ)存。用于空分裝置氧氣輸送過(guò)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(chǔ)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(guò)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(shí)的運(yùn)行。空分裝置1的出口管道通過(guò)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(guò)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(guò)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(diǎn)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(guò)煤氣柜)，利用闊門17關(guān)閉此通路，保證煤氣柜檢修時(shí)的運(yùn)行。系統(tǒng)的運(yùn)行方式如下空分裝置1生產(chǎn)的氧氣經(jīng)過(guò)煤氣柜12儲(chǔ)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(shí)，管網(wǎng)壓力降低，壓力信號(hào)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(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力信號(hào)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(shí)增加機(jī)16關(guān)閉，壓力不能滿足煤氣柜壓力要求時(shí)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(shí)開啟。本發(fā)明系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)，減少氧壓機(jī)的壓送量，多出的氧氣儲(chǔ)存在煤氣柜中；當(dāng)系統(tǒng)用戶用氧量大于產(chǎn)氧量時(shí)，增加壓縮機(jī)的壓送量，不足的氧氣由煤氣柜中儲(chǔ)存的氧氣補(bǔ)充。煤氣柜保證了充足的氧氣應(yīng)對(duì)用戶用量波動(dòng)，且可以通過(guò)調(diào)節(jié)氧壓機(jī)的壓縮量來(lái)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(guò)管網(wǎng)系統(tǒng)壓力變化來(lái)調(diào)峰。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l列出了各種煤氣柜的特點(diǎn)和儲(chǔ)存氧氣時(shí)的缺點(diǎn)。如果釆用濕式煤氣柜，氧氣中水分的增加會(huì)對(duì)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(guò)濕式煤氣柜儲(chǔ)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(huì)對(duì)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(duì)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(shí)，需提高風(fēng)溫5'C，以補(bǔ)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(duì)工藝影響甚微。氧氣中的水分對(duì)煉鋼過(guò)程也有一定的影響，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)鋼的性能產(chǎn)生一定的影響。鋼中的氫主要來(lái)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(duì)產(chǎn)鋼約合1.045kg/t鋼坯。相對(duì)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(duì)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(xiǎn)性。稀油密封一般采用礦物油，其閃點(diǎn)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(qiáng)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(chǔ)存氧氣。如果采用潤(rùn)滑脂橡膠圈密封型，則需要綜合考慮潤(rùn)滑脂和橡膠圈易氧化的缺點(diǎn)，易選用耐氧化的非皂基潤(rùn)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(chǔ)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(yùn)行狀況確定。管網(wǎng)壓力波動(dòng)情況(包括壓力波動(dòng)的范圍、波動(dòng)頻率、波動(dòng)趨勢(shì))、現(xiàn)有氧氣儲(chǔ)存系統(tǒng)容量、氧氣用戶用氧的波動(dòng)情況、管網(wǎng)狀況等對(duì)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(chǔ)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(chǔ)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?yàn)閺目辗盅b置到用戶，僅在空分裝置停機(jī)時(shí)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?yàn)閺拿簹夤竦接脩?。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(chǔ)存裝置。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖l對(duì)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(guò)煤氣柜12儲(chǔ)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(shí)，管網(wǎng)壓力降低，壓力信號(hào)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(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力信號(hào)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(shí)增加機(jī)16關(guān)閉，壓力不能滿足煤氣柜壓力要求時(shí)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(shí)開啟。氧氣在系統(tǒng)中的流動(dòng)氣路如下氧氣出空分裝置l.后，通過(guò)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(guò)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(guò)流量傳感器2控制的放空閥3放空。儲(chǔ)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(guò)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(guò)閥門7進(jìn)入球罐6并通過(guò)閥門8流出球罐，之后通過(guò)閥門9閥門11通往各個(gè)用戶。實(shí)施案例l我國(guó)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(jì)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(dòng)情況、管道情況、球罐容積等情況，計(jì)算得到需要7萬(wàn)i^的煤氣柜來(lái)調(diào)節(jié)氧氣用戶的用量波動(dòng)，實(shí)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(wèn)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(wàn)1113的煤氣柜作為儲(chǔ)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(fèi)按0.5元/度計(jì)算，每年的節(jié)約電費(fèi)約為2050萬(wàn)元。10萬(wàn)1113的稀油干式煤氣柜造價(jià)按1500萬(wàn)計(jì)算，成本回收期為0.73年。實(shí)施案例2我國(guó)某中型鋼鐵公司空分裝置的氧氣總產(chǎn)量為63000Nm3/11，統(tǒng)計(jì)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(dòng)情況、管道情況、球罐容積等情況，計(jì)算得到需要3萬(wàn)n^的煤氣柜來(lái)調(diào)節(jié)氧氣用戶的用量波動(dòng)，實(shí)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(wèn)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(wàn)1113的煤氣柜作為儲(chǔ)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(fèi)按0.5元/度計(jì)算，每年的節(jié)約電費(fèi)約為925萬(wàn)元。5萬(wàn)1113的稀油干式煤氣柜造價(jià)按1000萬(wàn)計(jì)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(guò)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(shí)的運(yùn)行；空分裝置(1)的出口管道通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)煤氣柜(12)儲(chǔ)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(shí)，管網(wǎng)壓力降低，壓力信號(hào)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(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力信號(hào)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(shí)增加機(jī)(16)關(guān)閉，壓力不能滿足煤氣柜壓力要求時(shí)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(shí)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(guò)煤氣柜的通路，利用閥門關(guān)閉此通路，保證煤氣柜檢修時(shí)的運(yùn)行。在本發(fā)明中，煤氣柜充當(dāng)儲(chǔ)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(hào)F17D1/04GK101158443SQ20071017608公開日2008年4月9日申請(qǐng)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(qǐng)人:北京科技大學(xué)