一种无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统

摘要

本发明涉及一种无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，包括空分系统，空分系统包括分馏塔系统等，该供氧系统还包括用于将液态气体转化为气态气体的气化换热器，分馏塔系统中的液体空气罐通过管道连接到气体换热器的输入端，气体换热器的输出端输出所需的气化空气。首先空分分馏塔系统下塔中的液态空气经气化换热器形成气化空气，气化空气送入冶炼高炉供冶炼生产使用。该供富氧空气系统取代了原有冶炼高炉供富氧空气的鼓风机，消除了冶炼高炉鼓风机电能的消耗和高炉鼓风机的投资费用，降低了冶炼厂家生产成本，极大地节约了能源。该发明的实施将产生巨大的经济效益、环境效益和社会效益。

权利要求

1.一种无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，包括空分系统，空分系统包括分馏塔系统，其特征在于，所述供富氧空气系统还包括用于将液态气体转化为气态气体的气化换热器，所述分馏塔系统中的液体空气罐通过管道连接到所述气体换热器的输入端，所述气体换热器的输出端输出所需的空气。

2.根据权利要求1所述的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，其特征在于，所述供氧系统还包括一个混合气体调节器，所述气体换热器的输出端通过管道连接到所述混合气体调节器的一个输入端；所述分馏塔系统还包括一个氧气输出端口，所述氧气输出端口通过管道连接到所述混合气体调节器的另一个输入端，所述混合气体调节器的输出端输出所述所需的空气。

3.根据权利要求1所述的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，其特征在于，所述供氧系统还包括两个混合气体调节器：第一混合气体调节器和第二混合气体调节器，所述气体换热器的输出端通过管道连接到所述第一混合气体调节器的一个输入端，所述第一混合气体调节器的另一个输入端用于输入空气；所述第一混合气体调节器的一个输出端连接所述第二混合气体调节器的一个输入端，所述第二混合气体调节器的另一个输入端通过管道连接分馏塔系统中的氧气输出端口，所述第二混合气体调节器的输出端输出所述所需的空气。

4.根据权利要求1所述的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，其特征在于，所述供氧系统还包括一个液空泵，所述液体空气罐通过管道连接到所述液空泵的输入端，所述液空泵的输出端连接到所述气体换热器的输入端。

5.根据权利要求1所述的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，其特征在于，所述空分系统还包括预冷系统，所述气体换热器设置在所述预冷系统内。

6.根据权利要求3所述的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，其特征在于，所述第一混合气体调节器的另一个输出端通过管道连接到空分系统中的预冷系统的气体输入端。

7.根据权利要求6所述的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，其特征在于，所述供氧系统还包括空气缓冲装置，所述第一混合气体调节器的一个输出端连接到所述空气缓冲装置的输入端，所述空气缓冲装置的一个输出端通过管道连接到所述预冷系统的气体输入端，所述空气缓冲装置的另一个输出端连接所述第二混合气体调节器的一个输入端。

8.根据权利要求7所述的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，其特征在于，所述空分系统还包括依次连接的空气压缩系统、预冷系统和纯化系统，在空气压缩系统的输出端和预冷系统的输入端之间的连接管道上串设有涡流管制冷装置，该涡流管制冷装置有三个端口，分别为：压缩空气输入端口、排冷口和排热口，其中，所述空气缓冲装置的一个输出端和空气压缩系统的输出端连接所述压缩空气输入端口，所述排冷口连接预冷系统的输入端；所述排热口连接到纯化系统中。

9.根据权利要求3所述的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，其特征在于，所述第一混合气体调节器的另一个输入端连接有一个空气过滤器。

说明书

一种无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，属于冶炼、化工领域。

背景技术

[0002] 空分设备的技术背景：

[0003] 回顾了近五十年来我国大中型空分流程技术发展的历程，对七次空分流程优胜劣汰的变革作了评述，阐明了实现我国大中型空分流程再次变革的目标应是进一步提高单元设备部机技术水平、控制水平的节能和智能型的大型内压缩流程。

[0004] 每次大中型空分流程的变革，都是空分技术不断发展和科研成果相继被采用的必然结果；每次大中型空分流程的变革，都以其独具的技术闪光点将空分设备的技术水准推上了一个又一个新的台阶。以下对大中型空分流程技术的发展历程作一回顾，并就每个流程的优点和不足逐一评述，希望能了解过去，开拓未来，使大中型空分流程的发展迎来一个又一个技术的春天，在技术的百花丛中永葆鲜艳。

[0005] 第六代空分设备除采用规整填料塔和全精馏制氩这两项核心技术外，还采用了(不带冷冻机的)高效蒸发降温技术、双层床吸附技术及双层主冷等技术，这些技术分别被用于上塔、氩塔、水冷却塔、分子筛吸附器、冷凝蒸发器等设备上，取得了使成套空分设备获得大幅度增效减耗的整体效应。第六代空分设备达到国际20世纪90年代中期先进水平，显示了参与国际竞争的实力。

[0006] 目前主流的空分设备的产品有6500m3/h空分设备和20000m3/h空分设备。两种设备均主要由空气过滤压缩、高效空气预冷、分子筛双层床净化、增压膨胀制冷、换热、精馏及全精馏制氩等系统组成。

[0007] 随着大化肥、煤化工、石油化工、钢铁化工、冶炼等用气等大型工程项目的兴建和扩建，从降低投资、减少运行费用和方便管理等方面考虑，工程配套的空分设备也日益趋于大型化。目前常用的空分设备包括依次连接的空气压缩系统、预冷系统、纯化系统和分馏塔系统，其中分馏塔系统的作用是将气态空气压缩为液体空气，并通过分馏将液体空气分离为氧气和氮气。

[0008] 冶炼高炉设备技术背景：

[0009] 目前利用气体压缩机械(即风机)将大气加压后供给高炉冶炼所需空气的动力站设计。气体压缩机械(即风机)按排气压力进行分类，0.15MPa以下(表压，下同)称为通风机；0.15～0.2MPa称为鼓风机；0.2MPa以上称为压缩机。在中国钢铁工业中，用于高炉供风的气体压缩机械(即风机)，不论其排气压力高低，习惯上统称为高炉鼓风机。设计内容主要包括：供风流程和系统的确定、高炉鼓风机的选择、驱动大电机(汽轮燃气轮机)的选择、辅助设备的选择、脱湿装置的设计、富氧装置的设计以及高炉鼓风机站的布置等。

[0010] 中国20世纪70年代以前主要选用离心式高炉鼓风机。1969年攀枝花钢铁公司1200m。高炉首次采用了本国生产的汽轮机驱动的固定静叶轴流式高炉鼓风机。1985年宝山钢铁总厂4000m3高炉采用了同步电动机驱动的可调静叶轴流式高炉鼓风机。风量为8800m3/min，排气压力为0.49MPa，功率为48000kW，这是20世纪90年代以前中国最大的高炉鼓风机，也是第一座设有脱湿装置和富氧装置的高炉鼓风机站。

[0011] 富氧装置是往送入高炉的空气中加入氧气以提高其含氧量的设备。提高含氧量能提高高炉炉缸燃烧温度，减少炉缸煤气生成量并降低炉顶煤气温度，有利于提高高炉产量和降低焦比。提高含氧量的常用方法是在高炉范围内的送风管道中加入经过氧气压缩机加压的氧气。这种方法不会改变高炉鼓风机站的流程。另一种方法是在高炉鼓风机站安设富氧装置，在高炉鼓风机的吸入管道中加入低压氧气。选用这种方法的条件是氧气站与高炉鼓风机站距离较近，从氧气站空分塔送出的低压(约0.02MPa)氧气可直接送入高炉鼓风机的吸入管道，从而可以不安设氧气压缩机，达到节省投资和节约电力的目的。表1中的数据表示为中国高炉与高炉鼓风机的配套概况。

[0012] 表1

[0013]

[0014] 从以上空气分离设备或冶炼高炉设备的现有技术来看，人们都是从工艺角度出发如何提高效率而忽视了能耗最大的机械压缩机或机械鼓风机的电机。因此，下面举两个小例子可以看出。

[0015] 以10000m3/h空分设备为例子，其空压机电机功率5000KW电费消耗为：5000KW×24小时＝120000度/天、工业用电按0.8元/度、120000度/天×0.8元/度＝96000元/天、每年按350天运行，350天×96000元/天＝33600000元/年。

[0016] 以1200m3容积的高炉为例子，其鼓风机电机功率15000KW电费消耗为：15000KW×24小时＝360000度/天、工业用电按0.8元/度、360000度/天×0.8元/度＝288000元/天、每年按350天运行，350天×288000元/天＝100800000元。

[0017] 从以上现有技术状况和举例中可以看出，空分设备机械压缩机配套电机或汽轮机功率及高炉风机配套电机或汽轮机的功率能耗是非常大的，在工作时产生的噪音也会比较大，相应地，机械日常维护成本是比较高的。最重要的是，鼓风机所消耗的电能是非常大的，不但增大冶炼厂家额外的经济投入，而且对能源也造成了巨大的浪费。

发明内容

[0018] 本发明的目的是提供一种无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，用以解决使用鼓风机为高炉供氧带来的电能消耗巨大的问题。

[0019] 为实现上述目的，本发明的方案包括一种无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，包括空分系统，空分系统包括分馏塔系统，所述供富氧空气系统还包括用于将液态气体转化为气态气体的气化换热器，所述分馏塔系统中的液体空气罐通过管道连接到所述气体换热器的输入端，所述气体换热器的输出端输出所需的空气。

[0020] 所述供氧系统还包括一个混合气体调节器，所述气体换热器的输出端通过管道连接到所述混合气体调节器的一个输入端；所述分馏塔系统还包括一个氧气输出端口，所述氧气输出端口通过管道连接到所述混合气体调节器的另一个输入端，所述混合气体调节器的输出端输出所述所需的空气。

[0021] 所述供氧系统还包括两个混合气体调节器：第一混合气体调节器和第二混合气体调节器，所述气体换热器的输出端通过管道连接到所述第一混合气体调节器的一个输入端，所述第一混合气体调节器的另一个输入端用于输入空气；所述第一混合气体调节器的一个输出端连接所述第二混合气体调节器的一个输入端，所述第二混合气体调节器的另一个输入端通过管道连接分馏塔系统中的氧气输出端口，所述第二混合气体调节器的输出端输出所述所需的空气。

[0022] 所述供氧系统还包括一个液空泵，所述液体空气罐通过管道连接到所述液空泵的输入端，所述液空泵的输出端连接到所述气体换热器的输入端。

[0023] 所述空分系统还包括预冷系统，所述气体换热器设置在所述预冷系统内。

[0024] 所述第一混合气体调节器的另一个输出端通过管道连接到空分系统中的预冷系统的气体输入端。

[0025] 所述供氧系统还包括空气缓冲装置，所述第一混合气体调节器的一个输出端连接到所述空气缓冲装置的输入端，所述空气缓冲装置的一个输出端通过管道连接到所述预冷系统的气体输入端，所述空气缓冲装置的另一个输出端连接所述第二混合气体调节器的一个输入端。

[0026] 所述空分系统还包括依次连接的空气压缩系统、预冷系统和纯化系统，在空气压缩系统的输出端和预冷系统的输入端之间的连接管道上串设有涡流管制冷装置，该涡流管制冷装置有三个端口，分别为：压缩空气输入端口、排冷口和排热口，其中，所述空气缓冲装置的一个输出端和空气压缩系统的输出端连接所述压缩空气输入端口，所述排冷口连接预冷系统的输入端；所述排热口连接到纯化系统中。

[0027] 所述第一混合气体调节器的另一个输入端连接有一个空气过滤器。

[0028] 本发明提供的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统中，将空分系统中的液体空气转化为气体空气，在转化成气体空气后会产生很大的气压，通过该气压能够将空气顺利地输出利用，产生的气压及气量与冶炼高炉鼓风机在工作时产生的气压及气量相同，所以，该供富氧空气系统能够不设置冶炼高炉鼓风机，免除了冶炼高炉鼓风机所消耗的电能，不但降低了冶炼厂家额外的经济投入，而且也极大地节约了能源。而且，液态空气转换为气态空气产生的气压，能够满足所需的气压的要求。

附图说明

[0029] 图1是无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统实施例1的流程示意图；

[0030] 图2是涡流管制冷装置结构图；

[0031] 图3是一种无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统实施例2的流程示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

[0033] 实施例1

[0034] 如图1所示，该无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统包括混合气体调节器1、空气缓冲罐组、混合气体调节器2和空分设备。

[0035] 该空分设备包括空气压缩系统、预冷系统、纯化系统和分馏塔系统，输入给该空分装置的空气依次通过空气压缩系统、预冷系统、纯化系统和分馏塔系统的处理后分别输出氧气和氮气，实现空气的分离。该空分设备的具体结构以及具体工作过程属于现有技术，这里不做赘述。

[0036] 混合气体调节器1包括一个常规空气输入端和一个高压空气输入端，其中，常规空气输入端就是指一般的常压清洁空气输入端，该常压清洁空气输入端连接有一个空气过滤器，该供氧系统的输入空气经过该空气过滤器的过滤处理后输入到该常规输入端。分馏塔系统的下塔中用于存储液体空气的存储罐的输出端连接一个用于为液体空气加压的液空泵的输入端，其输出端能够输出压力更大的液体空气，该液空泵的输出端通过一个气化换热器连接到高压空气输入端；该气化换热器设置在空分设备内的预冷系统的内部，由于液体气化成气体后吸热，所以该气化换热器能够吸收预冷系统中的热量，进而降低预冷系统中的能量消耗，达到节能降耗的目的。

[0037] 混合气体调节器1的输出端连接到空气缓冲罐组的输入端，空气缓冲罐组的一个输出端连接到预冷系统的输入端，也即空气机械压缩系统的输出端，另一个输出端连接混合气体调节器2的一个输入端。空气经分馏塔系统中的氧气输出端口输出经过空气分离处理后的氧气，该氧气输出端口输入给混合气体调节器2的另一个输入端。该混合气体调节器2将空气和氧气进行混合，形成富氧空气，该混合气体调节器2的输出端输出的富氧空气供高炉冶炼时直接使用或者输出的富氧空气输入到富氧空气储气罐组中以备用。

[0038] 作为进一步的实施方式，本实施例中，在空气机械压缩系统的输出端与预冷系统输入端之间的连接管道上串设有一个涡流管制冷装置，如图2所示，其中，空气缓冲罐组的一个输出端和空气压缩系统的输出端连接用于输入压缩空气的压缩空气输入端口；用于排出冷气流的排冷口连接预冷系统的输入端，用于冷却空气；用于排出热气流的排热口连接到纯化系统中，做为加热分子筛的热源，该热源能够替代纯化系统中的电加热器，这样设置能够节省能源。

[0039] 分馏塔系统中的液态空气经液空泵加压2.0-30MPa后送入预冷系统中的气化换热器，液体空气吸热变为气体空气，吸收的热量为预冷系统中的热量，此时，由于热量被气化换热器所吸收，所以，预冷系统中的冷水机组、水泵等经过变频器智能控制均停止运行，达到节能降耗的目的。然后，气化空气进入混合调节器1，并与输入的20至25倍的清洁新鲜空气充分混合，通过“稀释”气化空气，实现下调气化空气的压力，并在混合调节器1出口处保持空分设备所需要0.45-0.65MPa的压力，并通过一系列辅助设备及仪表自动控制系统来实现气化空气与清洁新鲜空气按所需的比例进行充分混合，以供空分设备以及后续装置的用气需要；混合调节器1输出的混合气进入到缓冲罐组中，其中缓冲罐组中的一部分空气输入到空分系统，存入可调节恒压空分设备用气储气罐中，作为空分设备的一部分用气，此时空气压缩系统中的机械压缩机经过变频器智能控制处于停止不用电状态，节约电能；缓冲罐组中的混合气的另一大部分进入混合调节器2，在调节器2中，混合空气与加入的氧气按设定的比例充分混合，并在混合调节器2的出口处保持冶炼高炉所需要的0.35-0.45MPa压力以及所需的氧气含量，通过一系列辅助设备及仪表自动控制系统，混合调节器2输出的混合气存入可调节恒压富氧空气储气罐组群中，作为高炉富氧空气供给系统的体系装置。当空分设备中的分馏塔下塔中的液体空气的液面下降时，机械压缩机经过变频器智能控制处于开启状态，以增加空分设备的输入空气的含量及膨胀冷量，提高液面实现削峰填谷自动节电的功效，使整个系统处于自动动态平衡状态达到物料与能耗的最佳配制效果。

[0040] 上述在控制机械运转时，是通过变频器来控制的，这属于常规技术，而且，与本发明的发明点无关，所以在此不做详细的描述。而且，通过混合气体调节器的两个输入端输入的气体在调节器内部进行混合，然后进行输出，其中，混合气体调节器是通过辅助设备以及控制系统来实现两种气体按照所需的比例进行混合，这一部分属于气体混合器本身的功能，并不属于供氧系统结构方面的技术方案，在此也不做赘述。

[0041] 本发明提供的供富氧空气和空分节能节电的系统能够节约的电能是巨大的。因此，该系统的推广对世界化工、冶炼等用气企业和社会环境保护都会带来巨大的效果，为打造中国创造装备走向世界多做贡献而努力。

[0042] 上述实施例中，液空泵通过气化换热器输入给调节器，气化换热器设置在预冷系统中，作用是利用热量转换实现热量的利用，这只是一种优化的实施方式，作为其他的实施例，该气体换热器还可以设置在其他地方；或者不设置该液空泵，用液体的重力实现液体空气进入到气化换热器中。

[0043] 上述实施例中，设置在两个混合气体调节器之间的空气缓冲装置起到缓冲气体的作用，当然，该空气缓冲装置还可以不设置。

[0044] 实施例2

[0045] 本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例中的供氧系统只有一个混合气体调节器，如图3所示，气体换热器的输出端通过管道连接到混合气体调节器的一个输入端；分馏塔系统中的氧气输出端口通过管道连接到混合气体调节器的另一个输入端，该混合气体调节器的输出端输出所需的空气至高炉或者富氧空气储气罐组。该供氧系统没有“稀释”气化空气的作用，只能进行氧气含量的调节。

[0046] 还有就是，本发明提供的供氧系统并不局限于上述两个实施例，该供氧系统还可以不设置混合气体调节器，只要分馏塔系统中的液体空气罐通过管道连接到气体换热器的输入端即可，因为气化换热器的作用是将液态气体转化为气态气体，该气体换热器的输出端就可输出所需的具有一定压力的空气。

[0047] 另外，该供氧系统中的端口之间均是通过气体管道来连接的。

[0048] 以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。