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變壓吸附制氧:解決電爐煉鋼的用氧痛點

2023年03月10日 14:35:41      來源:安慶永益機械有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:12

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變壓吸附制氧:解決電爐煉鋼的用氧痛點

2019-07-18
  01 行業(yè)形勢
  2016年7月底,央視曝光江蘇華達鋼鐵有限公司違法違規(guī)生產(chǎn)銷售“地條鋼”,此后,一場整治“地條鋼”的風(fēng)暴席卷全國。到2017年6月底,我國累計取締關(guān)停700余家“地條鋼”企業(yè),出清1.4億噸產(chǎn)能。
  隨著我國供給側(cè)改革和去產(chǎn)能的不斷深入,特別是地條鋼產(chǎn)能的快速退出,使我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)了扭虧為盈,廢鋼市場價格觸底反彈,廢鋼產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)暖向好的勢頭。從長遠考慮,擴大短流程、減少長流程,是多用廢鋼、節(jié)能環(huán)保的重要措施。加大電爐煉鋼的工業(yè)技術(shù)發(fā)展,是鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展的長遠目標。
  在此前提下,國內(nèi)電爐復(fù)產(chǎn)、新建項目日益增多,同時隨著技術(shù)的進步,越來越多的新技術(shù)新工藝在生產(chǎn)實踐中得到應(yīng)用,尤其是對氧氣的依賴度越來越高。電爐煉鋼過程中,氧氣的應(yīng)用無處不在:加氧油、氧燃噴嘴、二次燃燒、兌加鐵水等,氧氣的應(yīng)用可以提高產(chǎn)量,縮短加熱周期,維持較高的耐火溫度,減少燃料消耗,氧氣在電爐生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。經(jīng)濟性好、運行穩(wěn)定的變壓吸附制氧裝置是電爐企業(yè)的選擇。
  02 行業(yè)用氧現(xiàn)狀及痛點
  電爐企業(yè)傳統(tǒng)制氧方式主要選用深冷分離法,又稱低溫精餾法,1902年由林德教授發(fā)明,實質(zhì)就是氣體液化技術(shù)。通常采用機械方法,如用節(jié)流膨脹或絕熱膨脹等方法,把氣體壓縮、冷卻后,利用不同氣體沸點上的差異進行精餾,使不同氣體得到分離。
  該方法的特點是產(chǎn)品氣體純度高,但壓縮、冷卻的能耗很大,規(guī)模不同,制氧成本在0.25-0.7元/Nm3不等。同時,電爐生產(chǎn)對氧氣的需要是間斷式的,深冷制氧工況是連續(xù)不斷的,所以為了滿足生產(chǎn)需要,在生產(chǎn)過程中通常會有放散的情況發(fā)生,放散率一般在10%左右,高的可達20%以上。
  隨著近兩年電爐復(fù)產(chǎn)的熱潮,還有很多復(fù)產(chǎn)的電爐面臨無氧可用,而制氧裝置建設(shè)周期較長,企業(yè)只能通過采購液氧氣化來實現(xiàn)生產(chǎn)供氧。由于鋼鐵行情的持續(xù)火熱,現(xiàn)在市場上液氧價格在1200-3000元/噸不等,這樣企業(yè)的用氧成本在1.7-4.3元/Nm3不等,遠高于行業(yè)平均水平。
  還有一些企業(yè)受環(huán)保政策、地方供電限制等因素的影響,在生產(chǎn)中經(jīng)常面臨非計劃短期停車,生產(chǎn)不能持續(xù)進行的尷尬局面。而深冷分離制氧裝置,開停車比較繁瑣,順利的情況下,冷啟動仍需要2-3天左右。所以對面臨政策性停產(chǎn)的企業(yè),并不適用這種制氧方式。
  相比深冷分離制氧方式,變壓吸附制氧技術(shù)具有制氧成本低、開停車簡單、負荷調(diào)節(jié)方便的特點,更加契合電爐生產(chǎn)對氧氣的需要。
  03 變壓吸附制氧的特點
  變壓吸附制氧技術(shù)是利用變壓吸附專用分子篩與氮分子的四極矩之間的較強作用,使氮氣吸附在沸石吸附劑上,氧氣則吸附較少,從而使氧氮分離。該技術(shù)在20世紀50年代由普萊克斯發(fā)明,發(fā)展至今,在國內(nèi)變壓吸附企業(yè)北京北大先鋒的推動下,中國已經(jīng)成為變壓吸附制氧領(lǐng)域大的市場。
  變壓吸附制氧裝置主要由動力系統(tǒng)(鼓風(fēng)機、真空泵)、切換系統(tǒng)(同PLC控制)、吸附系統(tǒng)等組成。原料空氣經(jīng)吸入口過濾器除掉灰塵顆粒后,被羅茨鼓風(fēng)機增壓,而進入其中一只吸附器內(nèi)。吸附器內(nèi)裝填吸附劑,通過預(yù)處理,除掉空氣中的水分、二氧化碳及少量其他氣體組分,隨后氮氣被變壓吸附專用分子篩所吸附。而氧氣(包括氬氣)為非吸附組分,從吸附器頂部出口處作為產(chǎn)品氣,排至氧氣緩沖罐,產(chǎn)品氣純度在50%-93%之間,可以調(diào)節(jié)。
  當該吸附器吸附到一定程度,其中的吸附劑將達到飽和狀態(tài),此時通過切換閥,利用真空泵對之進行抽真空(與吸附方向相反)。已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其他氣體組分被抽出并排至大氣,吸附劑得到再生。上述工藝步驟由PLC和切換閥系統(tǒng)來實現(xiàn)自動控制。
  變壓吸附制氧裝置具有以下特點:
  1)能耗比較低,制氧成本在0.2元/Nm3左右。
  2)維護成本低,動力設(shè)備為羅茨鼓風(fēng)機和羅茨真空泵,其工作原理都為容積式,無油,極易維護。
  3)整套設(shè)備的自動化程度高,動力設(shè)備與制氧機是同步控制的,只需按一下啟動按鈕,整套設(shè)備即可正常運行,常規(guī)配置每班2人,可實現(xiàn)無人值守。
  4)負荷調(diào)節(jié)方便,裝置可以通過時序的調(diào)節(jié),很快實現(xiàn)50%-99%范圍內(nèi)的負荷調(diào)節(jié)。
  5)開停車方便,裝置通過吸附方式實現(xiàn)制氧,裝置開車后20min,可產(chǎn)出合格的氧氣產(chǎn)品。
  6)建設(shè)周期短,真空泵、鼓風(fēng)機都屬于常規(guī)設(shè)備,生產(chǎn)周期短,從投資建設(shè)到產(chǎn)出合格氧氣僅需6個月左右。
  04 變壓吸附在市場的應(yīng)用情況
  國內(nèi)電爐企業(yè)已經(jīng)開始將廠內(nèi)的深冷分離制氧裝置或液氧儲罐替換為變壓吸附裝置。浙江萬泰特鋼有限公司、遵義長嶺特殊鋼有限公司、瀘州益鑫鋼鐵有限公司、池州市貴池區(qū)貴航金屬制品有限公司等一些電爐煉鋼企業(yè),在近幾年均進行了制氧裝置的替換,用變壓吸附制氧裝置替換原有的制氧方式。
  變壓吸附制氧裝置可以生產(chǎn)純度高達93%的氧氣,有電爐企業(yè)擔(dān)心變壓吸附制氧的純度較低,不能煉特鋼。事實上,電爐煉特鋼和煉普鋼前端的過程都是相同的,在電爐中加入配料,改變鋼的成分,吹氧助燃和斷電吹氧脫碳,從而得到需要的鋼種,而在精煉工序中,無需吹氧。所以,電爐煉特鋼與煉普鋼本質(zhì)上對氧氣的要求是一樣的。
  變壓吸附制得的氧氣中含有約3%的氮氣以及4%的氬氣,有電爐企業(yè)擔(dān)心其中的氮氣會影響特鋼驗收指標。事實上,我國對常溫狀態(tài)使用的合金鋼如彈簧鋼、軸承鋼等種類中的氮氣都沒有明確規(guī)定(對普鋼更沒有規(guī)定)。過多的氮氣會對耐低溫沖擊用鋼(我國對耐低溫沖擊用鋼比如船舶用鋼、油井管用鋼的含氮量有明確規(guī)定:≤70ppm)造成含氮量超標問題。而電爐煉鋼企業(yè)大多是不生產(chǎn)耐低溫沖擊用鋼的,因此,變壓吸附裝置應(yīng)用于電爐冶煉特鋼的前景廣闊。
  經(jīng)過充分的數(shù)據(jù)調(diào)研,國外也有豐富的電爐用氧實踐經(jīng)驗。美國普萊克斯公司對電爐煉鋼做過很長時間的調(diào)研,檢測結(jié)果證明:電弧爐使用變壓吸附制備的氧氣煉鋼不會引起鋼水中氮含量的增加。中國臺灣和日本約60%-70%的電爐煉鋼企業(yè)選擇變壓吸附制氧方式。目前,世界上已有近百座電爐采用了變壓吸附制備的氧氣進行煉鋼,長期的實踐也證明了變壓吸附制備的氧氣適合于電爐煉鋼的要求。
來源:《世界金屬導(dǎo)報》
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