[发明专利]一种空气分离氧气快速变负荷的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于炼钢供氧设备领域，特别涉及一种空气分离氧气快速变负荷的装置及方法。

背景技术

随着化工生产的多样化及精细化，对供氧要求更加多变严格，以便降低用氧成本。特别是在炼钢企业中，由于炼钢的间断用氧与空分连续供氧的矛盾更为突出，如何减少氧气放散量，保持供需平衡，达到空分装置经济运行的问题备受关注。这促使空分装置制造厂商开发“变负荷型”空分装置。目前变负荷型的方式有两种，一种是液氧与液氮周期性倒灌方式的自动变负荷，也可以称为内部可变氧气产量的空分装置（VAROX）;比如：已公开专利“一种氧气变工况生产装置”（申请号03234184.9）,利用制氧机生产负荷弹性,用液氮、气氧存精馏塔内互换冷量,在不增加能耗的情况下,实现液氧与气氧,液氮与气氮之间的互换,可使制氧机的氧气产量在设计的经济运行点上调节量达到10%-15%。另一种是跟踪调节，根据管网的压力，增减氧气产量，使用自动变负荷软件（ALC）自动调节，这种变负荷加工空气量是要随之变化的。第一种变负荷空分装置（VAROX）虽然速率较快，每分钟可达5~6%，但是这种变负荷需要足够大的液氧和液氮贮槽，还需要增加一套制冷系统来满足变负荷的需要，或增大膨胀机的制冷能力来满足变负荷的需要，同时操作也相对麻烦。第二种自动变负荷（ALC）要通过操作人员对产品产量的设定值改变，执行软件ALC，将计算出与变工况相关的一一对应的工艺控制参数的各个设定值，然后将一组设定值输入DCS系统，替代参数原来的设定点，此新的设定点会把受控参数的实际值，在规定的时间内逐渐调节到设定的范围内。由于空分装置的运行特性所决定，变负荷的速度不能过快，虽然随着空分装置制造水平的提高，变负荷速率已经有大幅度的提高，但实践证明也只有0.2~0.25%/min。因此实施一次变负荷（80~110%）的全过程约需耗时150min左右。这在满足生产工艺应急需求有很大差距。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的不足，流程简单，操作方便，氧气变负荷速度可根据外需情况随意及时调控，对原空分装置制氧工况影响很小，且设备投入成本低。

为了实现快速变负荷的目的，本发明提供了一种空气分离氧气快速变负 荷的装置，其包括如下部件：过滤器、压缩机、常温水泵、空冷塔、分子筛吸附 器、加热器、低温水泵、水冷塔、增压膨胀机、换热器、主换热器、下塔、主冷 凝蒸发器、过冷器、上塔、冷箱；该装置还包括液氧裸罐和液氧水浴汽化器，液 氧裸罐放置于冷箱内，液氧水浴汽化器放置在水冷塔的底部，液氧裸罐顶部与上 塔底部氧气管道相连，使得液氧裸罐中汽化的氧气随氧气取出管道送出，液氧裸 罐的底部出口引出冷箱分为两路，一路为液氧输出或输入的接口，另一路去往设 在水冷塔的底部的液氧水浴汽化器，液氧在此气化为气相送往全低压空分装置的 氧气取出阀后的管道上。

进一步地，空气经过滤器过滤后，进入压缩机压缩，通过空冷塔压缩空 气被冷却水喷淋冷却，压缩空气出空冷塔后进入到一个分子筛吸附器用于清除空 气的水分及二氧化碳，洁净的空气一路经主换热器后再进入到下塔进行空气的精 馏；另一路空气进入到增压膨胀机，经换热器冷却到常温再进入到主换热器换热， 从主换热器中部抽出进入到增压膨胀机膨胀后进入到上塔参与上塔的精馏；

下塔底部的液空从底部取出，经过冷器过冷后液空经节流阀节流进入到上塔中部 参与上塔的精馏；下塔顶部的氮气进入到主冷凝蒸发器被冷凝为液氮，液氮一路 作为下塔的回流液；另一路经过冷器过冷后经节流阀送入上塔顶部作为上塔的回 流液；

上塔顶部的氮气取出经过冷器、主换热器换热；上塔上部取出污氮气经过冷器、 主换热器换热至常温后分为两路：一路经加热器，去再生分子筛，当分子筛加热 至合适温度后，污氮气经加热器近路冷吹分子筛至常温；另一路污氮气经阀门调 节进入到水冷塔的底部与水冷塔顶部喷淋的水换热后排入大气中；上塔底部的氧 气取出经主换热器换热至常温经阀门控制排出装置外经压缩到合适压力后供用 户使用；当主冷凝蒸发器内液氧液位高时，将V1阀打开，液氧存入液氧裸罐中。

进一步地，当由于外送氧气增量过大，使得水冷塔出水口温度接近0℃时，要加大低温水泵的流量，视空冷塔出口空气温度调整常温水泵的流量。