冶金生產中變壓吸附氧氣分離法的應用范文

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摘要：伴隨著自然能源儲存量的日益降低以及冶金生產成本的逐年上漲，變壓吸附法以其設置簡單、操作手平高、技術要求比較低、投資少等優點，得到廣泛發展。基于此，提出大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產中的應用，簡述了其應用實踐過程，主要包括高爐冶煉、熔爐富化、吸附器及其氣流分布器。對比發現，大型變壓吸附氧氣分離法相比于深冷法具有極高的可靠性和安全性，產氣成本低廉。

關鍵詞：變壓；吸附氧氣；分離法；冶金生產

由于自然能源在工業領域應用的逐漸短缺、生產成本的日益增高以及生態保護需求的提高，節省自然資源、降低生產成本以及消除或降低生態污染已經成為如今我國絕大部分工業需要著重解決的關鍵問題[1]。而氧氣作為我們日常工業生產的一種助燃氣體，在金屬冶煉、化學工業等領域內有著非常廣泛的使用，在絕大多數狀況下，這種應用不單單是工業技術上需要，更是為了實現工業生產上節能減排、經濟效益上增產增效。最近幾十年一來，工業用氧的需要程度越來越大，大型變壓吸附氧氣分離設置在這幾十年中也獲得了令人驚訝的發展。最近幾年以來大型變壓吸附氧氣分離制氧裝置在有色金屬冶煉中也獲得了非常寬泛的使用。因為絕大多數的冶金生產對氧氣純度的需求程度并不高，而大型變壓吸附氧氣分離制氧裝置由于易于操作、手段靈活、節能減排的特點可以非常好地滿足冶金生產的經濟和生產需求[2]。有色冶金技藝中逐漸使用富氧替代空氣冶煉，能夠大幅度地提高爐溫，進而增加熔煉效果，減少氮氣的攝入量，達到節能減排目的的同時也降低煙氣的排放量。所以，富氧在有色冶金領域的應用能夠帶來非常大的社會效益和經濟利益，且有利于生態保護。

1大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產中的應用

在有色金屬的冶煉環節之中，通過富氧來去代氧氣，是如今冶金行業內部加強生產效益、降低能源消耗成本、減少生態環境的污染、強化冶金技術的技藝水平、提升社會效益河北經濟效益的有力手段。在全世界范圍內，改革老化冶煉工廠的傳統技藝水平、研發新興技藝水準都廣泛使用富氧。大多數狀況下氧氣是根據深冷制造法獲取的，而傳統的深冷制造法中的制氧技術雖然擁有技藝熟練、運轉穩定的優勢，但也存在投資成本比較高、運轉成本比較高以及易燃易爆等缺點。最近幾十年以來，變壓吸附制氧工藝的發展速度逐年增加，其在操作簡單、靈活多變的用氧場所中具有極高的優勢，存在非常高的社會競爭力，因而在冶金產業內被迅速推廣。（1）高爐冶煉。高爐冶煉的生產環節過程中是離不開焦爐生產的參與，而焦炭生產環節明顯的內部運行特征便是投資成本比較高、操作環節比較復雜、存在對焦爐生產燃料極高的依賴性，且對生態環境的污染程度也比較嚴重。在高爐冶煉的具體生產環節中，我國如今用在工業生產的燃料經費在生鐵成本總經費中大約占到百分之二十五，為了大幅度降低焦炭使用量和成本，降低對環境的污染，提高高爐冶煉的生產率，國內目前已經開創了適宜我國經濟和自然能源國情的高溫度、低富氧、大操作的技術執行力。另一方面，高爐冶煉富氧百分之一就能夠大幅度增產百分之五，風口原理燃燒溫度提高到三十五一四十五攝氏度的時候，允許添加的有色金屬含量加就會高達十二至二十千克/噸，進而促使熔爐的發熱值大幅度提高了百分之四。為了維護高爐的正常運轉，其理論上要求的基本燃燒溫度必須大于二百攝氏度。高爐噴粉的含量需要達到20千克/噸，這也會推動理論基本燃燒溫度降低到二十攝氏度(無煙化)至三十攝氏度(煙氣)，因而當有色金屬含量大于140千克/噸的時候就有必要進行富氧鼓風；大于150Kg的時候其富氧就會不可或缺了。換句話說，富氧的純度必須控制在大于百分之九十七的范圍最好。在工業應用固有煉鋼余氧的時候，一旦有能力的時候就能夠為冶煉構建一個專門化的變壓制氧機。特別是在我國社會主義市場經濟體制下焦炭生產成本常年居高不下的前提狀況，具備節能減排、低含量富氧的冶金技術就很有必要了。因而對于中小型高爐設備完全可以采取VPPA高壓條件下制氧，一臺或者幾臺設備進行并聯。富氧壓力需要視氧地點的不一樣，采取的手段以及氧氣結構也會隨之不一樣。（2）熔爐富化。在有色金屬冶煉過程當中，其熔爐對富氧的燃燒使用是和高爐富氧鼓風機理論中空氣能夠大量產生極高的火焰溫度，這能夠大幅度的促使熔爐的熱容量提高到百分之二十至百分之四十左右，大大減低了燃料消耗量(外國應用天然氣的時候能夠提高到百分之五十左右)，且不增加煙氣污染，從而大大延長了熔爐的生產壽命。富氧燃燒的優點就是可以提高環境保護程度，由于燃燒時間內中產生的氮氧化合物(NOx)需要持續向大氣排放煙火氣體，從而造成大氣污染。利用富氧取代空氣可以取消燃燒環節內的大部分氮氣，所以氮氧化物(Nox)的大氣排放量也得到了降低。（3）吸附器及其氣流分布器。吸附器及其氣流分布器，用于變壓吸附制氧裝置的關鍵吸附器，更是制氧設備的中心設備。為了大幅度降低空氣阻力，消除氣體對吸附劑產生的不利影響，就必須嚴格控制吸附器中空氣塔的主要流動速度。所以，相對而言，吸附器一般情況下會具備比較大的直徑用以降低其流動速度。雖然吸附器加大直徑可以有效確保比較低的流動速度，但想要實現氣流分布均勻就比較麻煩了。可是在這個過程中，變壓吸附制氧儀器的吸附器就需要實現氣流分布均勻才可以有效利用吸附劑；而一旦氣流分布不均，就勢必會導致局部流動速度過大,對儀器長期使用壽命產生消極影響，大大降低氧氣的純度。

2大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產中的應用結果

大型變壓吸附氧氣分離法采取的是鼓風爐進行熔煉，其中聯吹爐更是國內中小型有色金屬冶煉行業中被廣泛應用的新型工藝。由于聯吹爐的爐齡普遍情況下應該是八十天左右，且兩臺爐子必須定期定時進行更替檢修，所以鼓風爐進行高溫作業的時候就必須隨著聯吹爐的工作周期進行調整。當其中一臺聯吹爐進行作業的時候，其制氧設備僅僅需要開關組合就可以滿足冶金生產中的用氧需求。試營業期間，熔煉制酸體系內部因為儀器或手續發生故障的時候，其制氧裝置就能夠隨時開關，且做到即時停、送氧，大大方便了冶金生產的運行。為保證本文提出的大型變壓吸附氧氣分離法的有效性，進行實驗論證。為保證實驗的嚴謹性，采用傳統深冷法制氧作為實驗論證對比，具體對比見下表。

3結語

本文對大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產中的應用進行分析，依托大型變壓吸附氧氣分離法的結合機制，對冶金生產進行一定程度的調整，實現本文設計。實驗論證表明，本文設計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為大型變壓吸附氧氣分離法在冶金生產中的應用提供理論依據。

參考文獻

[1]晏明軍冶金過程立式活套帶鋼張力的建模及仿真軟件[J].計算機仿真,2012,29(12):384-387.

[2]田津津,張玉文,王銳.變壓吸附系統氣流分布器結構的數值模擬計算及分析[J].低溫工程,2015,(4):45-48.

[3]王華金.大型變壓吸附制富氧裝置在工業中的應用及發展趨勢[A].變壓吸附設備技術交流會論文集,2016.4-10.

作者：李鵬 單位：甘肅工業職業技術學院