寧健民，蔡樹梅，王成

(新疆八一鋼鐵股份有限公司能源中心）

1 問題的提出

制氧系統(tǒng)分子篩吸附器是保證制氧機(jī)安全、持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)施之一。分子篩吸附器工作狀況主要是由再生系統(tǒng)決定，其中蒸汽加熱器是再生系統(tǒng)的主要設(shè)備。

八鋼能源系統(tǒng)南區(qū)3＃、4＃制氧機(jī)是歐冶爐的配套設(shè)備，3#4萬m3制氧機(jī)于2017年投產(chǎn)，其再生系統(tǒng)暴露出兩方面的問題：（1）達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，污氮?dú)獬黾訜崞鳒囟鹊?，造成分子篩電加熱器串聯(lián)同時(shí)運(yùn)行，電加熱器的運(yùn)行不僅造成能耗增加，更為嚴(yán)重的是造成污氮?dú)夤苈纷枇Υ螅纤毫Ω?，氬系統(tǒng)氬氣產(chǎn)量僅能達(dá)到設(shè)計(jì)能力的60%；（2）分子篩再生加熱過程產(chǎn)生的凝結(jié)水溫度高，無法按原設(shè)計(jì)要求正常回收，現(xiàn)場排放既浪費(fèi)能源又污染了周邊環(huán)境，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

3#4萬m3制氧機(jī)存在的問題，影響到整個(gè)生產(chǎn)產(chǎn)線的順行。通過查找及分析討論，對3#4萬制氧機(jī)分子篩再生加熱系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了改造。

2 3#4萬m3制氧機(jī)分子篩再生加熱系統(tǒng)

3#4萬m3制氧機(jī)分子篩再生加熱系統(tǒng)由蒸汽加熱器、電加熱器及冷凝水外送閥組等組成。正常加熱流程為污氮?dú)庠谡羝訜崞髦形照羝臒崃?，提高溫度后進(jìn)入分子篩吸附器，高溫再生吸附劑，帶走雜質(zhì)，吸附劑恢復(fù)使用。電加熱器主要作用是需要特殊加溫時(shí)，配合蒸汽加熱器提高部分污氮?dú)獾臏囟取?#4萬m3制氧機(jī)分子篩再生加熱系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 3#4萬m3制氧機(jī)分子篩再生加熱系統(tǒng)流程

3 再生加熱器蒸汽汽源改造

3.1 汽源問題分析

分子篩再生加熱汽源原設(shè)計(jì)兩路蒸汽：一路為發(fā)電汽輪機(jī)極間抽汽，為主供汽源；一路為系統(tǒng)低壓蒸汽管網(wǎng)供氣，為備用汽源。

2017年歐冶爐試生產(chǎn)階段發(fā)電汽輪機(jī)長期低負(fù)荷，無法極間抽汽。只能采用備用汽源---低壓蒸汽管網(wǎng)供汽。低壓蒸汽管網(wǎng)用戶較多，蒸汽壓力波動(dòng)大、壓力較低、冷凝水多，無法滿足分子篩再生加熱的要求，現(xiàn)場采取串聯(lián)電爐運(yùn)行提高再生溫度，但由于受電加熱器及管路通流量制約，造成主工藝參數(shù)偏離設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.2 汽源改造

鍋爐出口蒸汽9.8MPa經(jīng)降溫減壓至1.0MPa后進(jìn)入分汽缸，外供低壓蒸汽外網(wǎng)。分汽缸蒸汽壓力隨低壓蒸汽外網(wǎng)波動(dòng)且壓力＜0.6MPa。通過控制雙減后進(jìn)分汽缸蒸汽閥門，可保證雙減至分汽缸之間管道壓力保持在0.7～0.9MPa，直接供制氧分子篩蒸汽加熱器可以滿足了設(shè)計(jì)要求。為避免分子篩蒸汽加熱器間斷用汽壓力波動(dòng)及冷凝水集聚問題，在分子篩加熱器處增加兩個(gè)自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥，保證了蒸汽使用和停用期間都有連續(xù)的供汽回路，分子篩純化器加熱汽源壓力穩(wěn)定，蒸汽冷凝水量減少。

圖2為分子篩再生加熱系統(tǒng)蒸汽供氣流程。使用雙減供氣時(shí)，通過控制雙減進(jìn)分汽缸總閥①，保證雙減管路壓力在～0.8MPa，全開分子篩雙減專供手動(dòng)閥門②，通過供二閥供分子篩加熱。加熱結(jié)束后通過壓力控制的自動(dòng)調(diào)節(jié)供一閥，將蒸汽返回送分汽缸進(jìn)入外供管網(wǎng)，保證在加熱及其它階段蒸汽壓力穩(wěn)定、品質(zhì)高。

圖2 分子篩再生加熱系統(tǒng)蒸汽供氣流程

改造后蒸汽壓力及溫度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，加熱效果較好。停運(yùn)電加熱器，污氮?dú)飧鶕?jù)設(shè)備需要調(diào)整?？辗盅b置上塔精餾狀況良好，氬系統(tǒng)氬氣產(chǎn)量達(dá)標(biāo)。

4 再生加熱器冷凝水回收改造

4.1 問題分析

經(jīng)分子篩蒸汽加熱器排放的冷凝水，壓力通過～0.55MPa、溫度～165℃并含有15%二次蒸汽。通過冷凝水專用回收管道進(jìn)入歐冶爐化水站用來提高工業(yè)新水水溫，生產(chǎn)除鹽水。歐冶爐化水站投運(yùn)后由于實(shí)際產(chǎn)水量小，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)能力，造成工業(yè)新水溫度過高，超過下道工序要求，無法使用?，F(xiàn)場采用少量冷凝水回收+外排方式運(yùn)行。2016年化水站采用集中污水站軟水直接生產(chǎn)除鹽水，對軟水加熱溫度要求更低，因化水站不能接收高熱量的冷凝水，歐冶爐爐化水站水池現(xiàn)場高溫水只能全部外排。

4.2 冷凝水回收系統(tǒng)改造

（1）冷卻水量的計(jì)算。分子篩蒸汽加熱器冷凝水需要先降溫，才能再回收。單套制氧機(jī)分子篩再生加熱器加熱所需蒸汽用量為3.5t/h。

依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)：將換熱后3.5t/h冷凝水降壓至0.15MPa，水溫降至40℃；冷源采用設(shè)備冷卻后的循環(huán)冷卻水回水，回水壓力為0.5MPa，水溫30℃；冷卻后循環(huán)水溫上升到35℃。

根據(jù)《飽和水與飽和水蒸氣的熱力性質(zhì)表》，分子篩蒸汽加熱器排放的壓力～0.55MPa、溫度～165℃冷凝水焓值為688kJ/kg，經(jīng)冷卻器冷卻后0.15MPa、40℃的冷凝水焓值168 kJ/kg，焓差520 kJ/kg。

根據(jù)《未飽和水與過熱水蒸氣的熱力性質(zhì)表》，冷源循環(huán)水0.5 MPa、30℃冷卻前焓值126 kJ/kg，冷卻后0.5 MPa、35℃焓值147kJ/kg。焓差21 kJ/kg。

計(jì)算所需冷卻水量：520/21×3500×1000 =198t/h。參考現(xiàn)場實(shí)際情況，推算換熱面積約為66m2。

（2）實(shí)施應(yīng)用。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)和現(xiàn)場的實(shí)際條件，利用現(xiàn)有設(shè)備能力，對立式蒸汽換熱器進(jìn)行改造。首先換熱器所需冷源采用制氧機(jī)組空氣冷卻塔空冷塔底部回水。空冷塔回水總量～550m3/h，水溫～30℃，該水源條件滿足換熱器計(jì)算所需冷卻水量和水溫。第二步確定蒸汽換熱器的取水、回水位置。取水量雖然會(huì)造成原裝置閥門開度減小，但不影響空冷塔底部自動(dòng)閥對空冷塔液位的自動(dòng)控制功能。

換熱后的循環(huán)水溫度上升～5℃與原裝置回水匯合，上升的溫度對整個(gè)循環(huán)水回水系統(tǒng)影響不大。分子篩蒸汽加熱器冷凝水通過蒸汽換熱器冷卻后，水溫降到～50℃，直接通過原管道回收到歐冶爐爐化水站回收。改造后冷凝水回收流程如圖3所示（圖3中新增部分）。

圖3 冷凝水回收改造流程圖

5 效果跟蹤與對比

改進(jìn)后，3#4萬m3制氧機(jī)分子篩再生加熱系統(tǒng)只投用蒸汽加熱器，蒸汽壓力和溫度滿足工藝要求。同時(shí)由于在非加熱階段蒸汽一直保持循環(huán)，減少管道冷卻水的外排量，加熱初期加熱氣體提溫時(shí)間縮短。電加熱器停運(yùn)后上塔壓力下降，利于上塔精餾，氬餾份中氮?dú)夂肯陆担瑲逑到y(tǒng)生產(chǎn)能力恢復(fù)。

分子篩再生加熱過程產(chǎn)生的凝結(jié)水按原設(shè)計(jì)正常回收入歐冶爐爐化水站。

分子篩再生系統(tǒng)改造前后相關(guān)參數(shù)與設(shè)計(jì)值對比見表1。

表1 分子篩再生系統(tǒng)改造前后對比

改造后分子篩再生系統(tǒng)蒸汽壓達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，汽氮?dú)饧訜岷鬁囟忍岣?0℃。停運(yùn)電加熱器。污氮?dú)饬髀纷枇p小，主塔壓力下降2～3kPa，主塔精餾能力改善，粗氬系統(tǒng)含氮量由改造前的6×106下降到3×106以下，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)；短期內(nèi)氬氣產(chǎn)量達(dá)到1350m3/h,會(huì)逐步達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

6 結(jié)語

3#4萬m3制氧機(jī)機(jī)組投產(chǎn)后，因生產(chǎn)條件發(fā)生變化，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)要求，影響到生產(chǎn)組織及產(chǎn)線順行。面對新問題需要工程技術(shù)人員針對性分析和調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)有工況條件及時(shí)進(jìn)行了改造，投運(yùn)后實(shí)現(xiàn)了機(jī)組、系統(tǒng)之間的順暢經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證了產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。