空分设备的能耗水平,既体现空分设备本身技术和设计水平的先进程度,也取决于实际运行过程中的操作与维护。根据设备和生产环境的实际情况,探索适合的节能降耗方法与途径,以达到实现空分设备运行能耗最低的目的。
实际运行中情况
确保整套空分设备正常完好,既是正常安全运行的基础,也是降低能耗、提高效益的基础。一旦汽轮机发生部件故障,在空分设备运行过程中又不便维修处理,将导致汽轮机运行效率下降,蒸汽消耗量增大,能耗增加。
夏季环境温度升高,循环水量相应增加,能耗增加。
加工空气量增加,空压机出口压力高,则蒸汽消耗量增加,单位制氧能耗高。
在相同空气量的前提下,氧提取率越高,单位制氧能耗越低。
减少加工空气量,降低装置负荷,绝对能耗减少,但单位制氧能耗升高。
制氩系统投运,不仅可以生产液氩产品,提高装置经济效益,还可以改善主塔精馏工况,提高氧提取率,降低装置能耗。
空压机系统节能潜力
空压机能耗约占整套空分设备运行总能耗的85%,所以降低空压机功率消耗,是空分设备节能的关键。
被压缩气体相对分子质量的变化。若被压缩气体的相对分子质量变小,其他数值不变,压缩机的多变压头就会变大,压缩气体的质量流量降低,压缩气体所需功率亦同时改变。
入口压力的变化。吸入压力降低会导致压缩比增加和排气温度升高,并造成多变压头增大,增加所需功率。
入口温度的变化。入口温度增加除使出口温度增加外,还与多变压头成正比关系。此外,对空气而言,环境温度变化不仅影响气压,还影响其密度。比如,空气在1atm下,0℃时的密度为11293kg/m3,40℃的密度为11128kg/m3。而气压则随温度的升高而降低。因此,对压缩机而言,入口温度(即环境温度)的变化对其所需功率的影响较大。
压缩系数的变化。压缩系数直接与多变压头成正比。大型空分设备所配空压机是4级压缩、3次中间冷却的离心压缩机,其驱动方式是汽轮机做功驱动。压缩机中间冷却方式为循环冷却水换热,汽轮机做功方式为中压蒸汽全凝式。因此,要保证空压机的高效运行,除考虑上述因素外,还要注意换热器的冷却效果,优化循环水量与空气温度的关系;及时维护和更换入口空气过滤器滤芯,降低入口阻力;保持汽轮机高效率运行,在保证机组安全运行的前提下,维持汽轮机凝汽器较高的真空度。
分子筛纯化系统节能潜力
分子筛纯化系统采用高效分子筛,用污氮气作为再生气,将中压蒸汽降温减压后作为加热热源。分子筛纯化系统的能耗主要是分子筛加温再生时消耗的蒸汽和电能以及空气流经分子筛产生的压降(随着使用时间的增加或操作不当,压降会增大)。因此,分子筛纯化系统节能降耗的途径是:选用性能优良的分子筛,优化加温气量、加温温度与分子筛活性恢复之间的关系,确保设备和切换程序的正常运行。
建议
使用新型分子筛配合正确的填装方式可使原有4+4小时的再生时间提高到7+7小时，从而达到节能效果。
精馏塔系统节能潜力
精馏工况的影响
根据精馏原理,上塔压力的变化引起主冷内液氧与下塔侧氮气之间的温差变化:上塔压力高,则液氧的汽化温度亦高,这样在下塔压力不变的情况下,主冷内氧、氮之间的温差必然缩小,换热量减少,使下塔的回流液减少,必然引起下塔压力增高,氮气的冷凝温度亦提高,从而满足主冷换热对温差的要求。随着下塔压力的提高,空压机的机后压力必然增大,致使空压机轴功率增大,能耗增加。因此,在调节精馏工况时,要尽量降低上塔压力。压力降低后,不仅可以降低空压机出口压力(即系统压力),而且使上塔的精馏工况趋于优化,有利于氧与氩、氩与氮之间的分离。此外,在操作上应尽可能使氧、氮纯度达到双高,这样不仅可以提高氧提取率,使氧产量达到最大,而且可以提高整套空分设备的经济效益。
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减少设备冷量损失
空分设备的冷损主要表现在4个方面:复热不足损失(即主换热器热交换不完全)、保温不好导致的跑冷损失、液态产品取出的冷量损失和泄漏损失。根据能量守恒原理,在稳定工况下,空分设备的产冷量应该与总冷损平衡,而空分设备的产冷量在没有外加冷源的条件下,是由压缩空气的等焓节流效应与膨胀机的产冷量两部分组成的。因此,减少冷量损失,可以减少制冷量,从而提高空分设备运转的经济性。
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缩短启动时间,延长运行周期
空分设备的启动一般包括加温吹除、冷却、积液和调纯等步骤。在启动阶段,只有消耗,没有产出。因此,合理优化操作,缩短启动时间,就可降低能耗。对吐哈油田甲醇厂而言,早生产出合格氧气,可以缩短甲醇装置的启动时间,提高整体的经济性。此外,延长空分设备的运行周期,减少开、停车次数和加温吹除次数,也就减少了空分设备无效运转的时间,既节约了电能、蒸汽、循环水和润滑油等能源,又节省了人力,减轻了劳动强度,减少了设备的磨损,最终提高空分设备运行的经济性。
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为了更好实现空分设备节能降耗的目的,在比较了空分设备设计能耗和实际运行能耗的基础上,从空压机系统、分子筛纯化系统、精馏塔系统、设备启动时间和运行周期几方面,分析空分设备节能降耗的措施,以实现空分设备经济运行。
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