变压吸附制氧在高炉富氧中的应用

1、制氧在高炉炼铁中的应用及情景分析一、氧气在高炉中的应用情况高炉富氧鼓风具有提高产量、增加煤比、降低焦比的显著作用。1 富氧鼓风的增产作用众所周知，富氧鼓风的最直接和最显著的作用是提高高炉产量。在保持风量 不变和焦比不变的条件下，理论计算，富氧1%可增产4.76%。实际生产的增产幅度要低些。新版“高炉炼铁的手册”中介绍，在风中含氧2125%时，富氧1%， 增产3.3%,鼓风中含氧2530%时，富氧1%,增产3%。如下列举国内一些钢厂高 炉富氧相关情况。2007年武钢上半年4#高炉(2519m3)指标情况月份系数t/m 3.d焦比kg/t煤比kg/t风温C富氧率%12.25935915011401

2、.44622.39534816611401.49332.19934816311371.6242.26333417411402.02552.17331519611351.77562.07132318711030.813平均2.2733817311331.5342007年鞍钢7#高炉(2593.21m3)指标情况月份系数t/m 3.d焦比kg/t煤比kg/t风温C富氧率%12.15233014011641.1222.1533214811831.5541.9933115211561.7851.9534716111482.5762.1134415710952.9372.1635515311172.61

3、82.2534115811303.0192.0536214511393.1102.1734614911533.06112.0135514511652.75122.0234413711441.93平均2.09234315011492.402007年马钢二铁厂1#高炉(2500m3)指标情况月份系数t/m3.d焦比kg/t煤比kg/t风温C富氧率%22.45137013111752.0532.45436312711712.1242.31237511811442.0652.42736713411781.9862.4233615711712.3472.25335614811612.4382.36235

4、913411492.4592.2234415011612.33102.27535613211451.85112.30836213311542.15122.20235912011591.88平均2.2835913511612.152006.7-2007.4沙钢1#高炉(2618m3 )指标情况月份系数t/m3.d焦比kg/t煤比kg/t风温C富氧率%72.1245111410970.5292.2542012811570.99102.4441810811691.18112.3839812611501.25122.194587910720.7732.3740611411561.2342.224339

5、511092.25平均2.2842610911301.172006.10-2007.4南钢新厂2#高炉(2666m3)指标情况月份系数t/m3.d焦比kg/t煤比kg/t风温C富氧率%102.273801201147112.2336014111610.71122.1237912011380.9912.3535115311811.9322.4934316512002.3532.4834216612072.5142.4334916411762.39平均2.3435614711732007年唐钢二铁3#高炉(2611m3)指标情况月份系数t/m 3.d焦比kg/t煤比kg/t风温C富氧率%12.13

6、374123113032.22736913111460.3842.11336713511400.3652.1436413611340.3862.16736213811300.3872.13736713711290.3882.09636413511230.3892.0836414111270.38102.13337014011280.38112.0437812611180.37122.19136413711270.4平均2.133681341130当比较国内外高炉操作参数时，我们会发现，在富氧率上的差距是最大的。我国企业的富氧率3%，多数在02%。使用的氧气是炼钢剩余氧，供应不稳定， 时有时无。

7、而国外一些高炉的富氧率在 5%左右，甚至更高。如：瑞典 SSAB的 高炉富氧率为4.5%,芬兰Rautaruukki为56%,荷兰康力斯高炉的鼓风全氧为 30.3%,相当于富氧近10%。如以相差4个百分点为例，同等条件下，我国的高 炉利用系数要低12%以上。由于钢铁工业的快速发展，我国的高炉炼铁面临着巨 大的产量压力。一些行之有效的增产措施都已在生产中得到应用。虽说这些措施仍有进一步发挥作用的余地，但空间和效果均有限。如最有效的入炉品位已提高 到5960%，再提高12个百分点已相当困难。新建高炉是一个不得已而为之的 办法，不仅投资巨大、周期长，而且还会有日后生铁总量下降时，高炉设备闲置 的风险

8、。相比之下，只有富氧具有较大的提升空间，能够达到显著的增产效果， 同时可以减少大量新建高炉所带来的一系列问题。值得高兴的是，我国的一些企业已充分认识到富氧的增产作用，并在生产中 加以实施。宝钢3号高炉的利用系数已2.5t/m3d，其中最重要的措施是富氧率 达到4.5%以上。假如以高炉的富氧率增加5%,产量增加15%计算，全国年生铁 产量可增加3600万吨，相当于新建112座300m3高炉的产量(利用系数按3.0t/dm3 计算)。2.富氧鼓风对提高煤比、降低焦比的作用高炉炼铁流程离不开焦炉生产的焦炭， 焦炭生产流程的特点是投资高、 流程 复杂、污染严重等。 因此， 降低炼铁过程中的焦炭耗量不仅

9、能降低生铁的生产成 本，同时也有利于环境保护。高炉炼铁流程离不开焦炉生产的焦炭，焦炭生产流程的特点是投资高、流 程复杂、污染严重等。 因此， 降低炼铁过程中的焦炭耗量不仅能降低生铁的生产 成本，同时也有利于环境保护。目前我国的炼铁生产中，燃料费用在生铁成本中约占25%，为了减少焦炭耗量、降低生铁成本、提高高炉的生产率， 我国已开创了适合我国国情的高风温、 低富氧、 大喷煤的技术路线。 为维持高炉的正常生产， 要求理论燃烧温度要大于 2000Eo高炉喷煤粉10千克/t铁，会使理论燃烧温度降低20C （无烟煤）至30C（烟煤），因此在富氧率为0的情况下，喷煤比最大只能达到130千克/t铁，喷 煤比

10、大于130Kg时，富氧就不可缺少了。富氧是弥补喷煤后风口燃烧温度降低的有效措施。从维持风口燃烧温度不变的角度计算，富氧1%可提高煤比20kg/t左右。实际生产数据会因煤质和高炉条 件的不同而不同。但国内外均把富氧作为实现高煤比不可缺少的措施。英国斯肯索普实现213kg/t粒煤喷吹的富氧率为8.1%o德国蒂森、荷兰霍戈文、日本钢管、 神户、君津，以及我国的宝钢等实现200kg/t以上煤比的企业，富氧率在3.04.7%。 据不完全统计，2003年，我国超过150kg/t煤比的高炉平均富氧率为2.3%。富氧 对提高煤比的作用得到充分肯定。目前，全国平均的煤比在120kg/t左右。如果将鼓风富氧率增加

11、到 5%，煤 比能提高到180200kg/t的话，相应可降低焦比约6080kg/t,全国年可节约焦炭 15002000万吨。这不仅可显著降低炼铁的燃料成本，更可以从整体上缓解焦炭 供应的紧张状况，从而促进焦炭质量的改善。为了实现最大程度地降低高炉焦比，未来高炉的煤比应在200kg/t铁以上。为实现这一目标， 除了继续改进炉料结构和质量以及提高风温外， 大幅度提高富 氧率是必不可少的手段。从目前的状况推断，富氧率35%应是实现煤比200kg/t 铁以上的必备条件。高炉富氧鼓风具有提高产量、增加煤比、降低焦比的显著作用。但是长期以 来，处于对成本的考虑，供应条件的限制，以及认识上的偏差，高炉富氧一

12、直被 当作可有可无的操作手段使用。不仅富氧率很低，氧气来源也得不到保证。富氧 鼓风更多的是停留在概念上。在目前的条件下，尤其考虑到设备规模基本固定，其它改进条件也已接近极限的实际情况，富氧鼓风已成为提高高炉产量和提高煤比降低焦比是最有效、也是最有潜力的手段。二、富氧的来源及成本目前富氧鼓风所面临的最大问题应是氧气的供应。现在各厂的富氧基本来自炼钢的剩余氧气。每富氧1%相当于吨铁氧气12Nm3。当富氧5%左右时，吨铁 的氧耗相当于转炉吨钢氧耗的70%。一般厂现有的制氧能力显然无法满足高炉高 富氧鼓风的需要。解决的方法是针对高炉鼓风富氧需求，建设专门的制氧设施。目前，有多种 制氧方法，包括：高纯深

13、冷法，低纯深冷法，变压吸附法，膜渗透法，液体气化 法等。各方法在生产规模、氧气纯度、电耗、以及投资等方面各不相同。由于鼓 风富氧并不需要高纯度和高压。对于大型企业来说，可选择低纯深冷法以满足高 富氧率对总氧量的需要。对于中小企业，变压吸附法也可以作为一个较好的选择。 该方法近年来发展较快。其特点是具有工艺流程简单，能耗低，投资少等。国内已有企业专门为高炉富氧建立了变压吸附制氧装置，列表如下，取得良 好的应用效果。国内高炉富氧配套VPSA制氧装置情况表用户单位用氧规模（Nm3/h）氧气设备厂家投产时间江苏淮阴钢厂3070Nm3/hr90%Praxair1998广东韶关钢厂580Nm3/Hr，90

14、%Praxair1998邯钢钢铁厂5,000Nm3/Hr,90% （两套）Praxair2001梅山钢铁5,200Nm3/hrPraxair2003西林钢铁集团阿城钢铁 有限公司4000NM3/h VPSA-O2 纯度：93% O2华西化工2004年6月通化钢铁股份有限公司7500NM3/h VPSA-O2 纯度：80%华西化工2004年9月通化钢铁股份有限公司10000NM3/h （折合纯氧）纯度：80%华西化工将要建成五矿营口中板有限责任公司10000NM3/h （折合纯氧） 纯度：80% O2华西化工将要建成江苏淮阴钢厂3070Nm3/hr90%Praxair1998广东韶关钢厂580N

15、m3/Hr，90%Praxair1998邯钢钢铁厂5,000Nm3/Hr,90% （两套）Praxair2001梅山钢铁5,200Nm3/hrPraxair2003山东威海鑫山冶金有限公司ZO-2000/90北大先锋2005年7月投产鞍山宝得钢厂7500Nm3/h,纯度：90%北大先锋在建诚然，富氧鼓风，作为一种炼铁能源的输入，是使炼铁成本增加的因素，并 面临着供应来源等问题。但仍以增加 5%的富氧率计算，吨铁增加的氧气量约为 60m3。如氧气价格按0.5元/Nm3计算，贝U吨铁成本增加30元。如上所述，富氧的效益体现在增产和降低焦比上。以吨铁10%的利润率计算， 富氧5%所带来的增产效益为3

16、6元。如5%富氧降低焦比6080kg/t，则可获得效 益4050元左右。两项效益之和已是氧气成本的 1.5倍以上，另外，使用富氧提 高了高炉利用的利用系数，提高了钢铁厂的工业产值。当然，各厂还应当依据各 自的条件进行具体测算。但可以肯定的是，在目前的生铁和焦炭价格体系下，富 氧的成本能够得到有效的补偿，甚至会是一个赢利效果突出的手段。三、VPSA制氧及于高炉富氧的市场竞争情况。由于用于钢铁厂的高炉需求量比较大，往往在2000Nm3/h以上，随着国家关于400m3以下高炉淘汰制度的实施，高炉配套制氧设备一般都在 5000m3/h以 上，而国内现在能做此规模VPSA制所设备的只有我们与华西两家。另

17、外，同等 规模的VPSA制氧设备，国外进口设备价格远高于国产设备，同时随着VPSA制氧技术在国内日趋成熟，性能与国际先进水平非常接近，国内用户从外面进口 的设备的比例日趋减少，因而在国内高炉富氧领域，我们VPSA制氧设备的主要 竞争对手是华西。华西在钢铁行业的业绩目前多于我们， 且全部集中在东北地区。主要是因为 华西通过与通钢集团合资建厂采用卖气的方式率先在东北拿下了一套当时大规 模的VPSA制氧装置，尽管华西在通钢的这套装置运行效果比较差，但是凭此业 绩及其灵活的机制与手段、华西先后在通化、营口中板厂拿下了 2套10000纯氧 的VPSA制氧设备，在东北及钢铁行业稳固了其优势。幸运的是在20

18、08年1月份，我们在鞍山宝得钢厂能过与其竞争，拿下了一套6000纯氧的制氧装置，为我们在此行业的发展打下了良好的基础。通过近期与华西的交锋，以及客户交流，双方设备主要特点对比情况如下:比较项目北大先锋华西化工比较结果吸附剂PU-8,获得客户的普遍 认可HD 01自称是自产高 性能的Li分子筛华西用量多，吸附剂总 价高，北大先锋占优鼓风机罗茨鼓风机具有流量稳定特点，适合VPSA工艺离心风机运行稳定，噪音低，但 工况切换时有喘振现象各有所长真空泵湿式罗茨真空泵适合VPSA工况，节能，耗水量少水环式真空泵能耗高，耗水量高北在先锋占优阀门气动阀门关键阀门用进口液动三偏心阀门自产，但需要用液压系统各有所长脱硫槽无有北大先锋占优吸附塔结构扁平配备有知识产权的分布 器，气洗分布均匀，流速 低非扁平气流分布不均，流速咼，阻力大北大先锋占优安装、土建成本高低北大先锋占优从VPSA设备技术上讲，我们的设备占有明显的优势，工程经常拖延，相同规模的制氧设备从设备成本上分析， 他们成本应该比我们高，但他们报价比较灵 活，在没有我们参加竞争的情况下， 报价可能很高， 在有我们参与的情况下有时 采用低价赢得项目，