钢铁工业的氧气供应

2023-03-04

前言

氧气是钢铁企业重要的生产原料, 制氧电耗占生产总能耗一定的比例, 对于氧气资源的优化使用以及供应系统的优化配备, 与所产生的经济效益尤为重要。

一、氧气供求存在的问题

钢铁生产过程必须保证氧气的充足, 而氧气供应是此环节的核心部分, 本文将支持氧气及相关生产的决策支持系统称为钢铁企业供氧优化决策支持系统 (IEOODSS) 。

1. 氧气放散率高

部分钢铁企业的氧气放散率高至3%以上, 如此高的放散率导致氧气的浪费居高不下, 数字惊人。例如, 一个企业钢铁生产需氧量大约为60000m3/h, 如果按3%放散, 全年8000小时生产计算, 全年氧气放散量为:60000m3/h*3%*8000h。

=144万立方 (如果氧气按每立方0.4元计算, 全年因氧气放散, 损失57.6万元) 。

2. 氧气供求不均衡

氧气是炼钢、炼铁的核心, 钢铁生产的周期性很强, 用氧量的峰值与谷值极度不平衡, 差距很大。例如, 一个企业的年产值在650万t, 用氧峰值流量瞬间高达15万m3/h, 无法保证氧气的充足量, 导致吹炼末期供氧压力短缺, 从而不能正常进行炼钢生产。

3. 制氧综合能耗高

空分装置运行能耗高, 导致制氧总电耗偏高, 制氧运行成本增加。现在竞争越来越激烈, 要考虑氧气实际利用单耗能够直接反映单位制氧能耗的利用水平。[1]例如一个转炉容量是五十吨, 50分钟的冶炼, 吹氧18分钟, 消耗大约4100m3/时, 此期间的高峰作业时负荷可达9300m3/时, 余下的22分钟内用氧几乎完全停止;此外还会由于在一个车间工作的多个用户在用氧高峰时期重合使用也会引起。

二、供氧优化决策系统功能

钢铁供氧系统要求决策支持系统对以下管理方案进行定量支持。

1. 通过利用气氧、液氧的储存调节能力达到氧气放散量减少的目的

用量发生重大变化时, 钢铁企业高炉休风或转炉修炉, 随着氧气需求量将大幅度下降, 氧气供应也减少[2]。根据现场数据系统对目前制氧机的状况判断, 预测需求量, 结合经验, 通过模型计算, 选出最佳方案, 即提前减负荷运转各台制氧机, 改善氧气不足的方法为蒸发液氧或者降低储槽压力, 当高炉休风或转炉修炉时, 此时氧气充足, 储存量随之加大, 若想降低氧气的放散量就要依靠多生产液态产品和提高储槽压力来完成。

2. 对氧气生产提出指导性计划方案的前提是以系统最优化为目标

氧气放散率、电耗以及经济性目标等等是管理者所关心的一部分指标。通过制氧优化计算, 本着最高的经济效益、最低的能源耗损、放散量最小的原则, 得出几个方案, 结合实践经验, 选出最佳的决策系统满足将空分生产及其产品的输送、储存和用户系统分部分考虑的要求。[3]

3. 空分系统优化子系统

在钢铁企业中每吨钢的氧耗量的指标具体参数如下:

转炉吨钢耗氧50-60m3氧

电炉吨钢耗氧10-25m3氧

平炉吨钢耗氧20-40m3氧

轧钢吨钢耗氧3-6m3氧

钢材加工、废钢切割、加热等吨钢耗氧49-63m3氧

熔融还原炼铁吨铁耗氧550-650m3氧

根据相关的富氧炼铁、炼钢、轧钢等综合吨耗气量是:

氧耗量100-140m3/t

氧耗量80-120m3/t

氧耗量3-4m3/t

在钢铁企业中空分设备是非常重要的一个辅机, 空分设备的安全运转可以保证钢铁企业长期安全运转的关键所在。管理人员制定生产计划的依据是通过调查市场情况、外销售计划、实际的氧气供应量、当前生产特点, 调用空气产品生产组合经济性模型。

4. 炉修运行模式子系统

子系统在高炉休风或转炉炉修时能根据当时实际情况预测氧、氮、氩需求量。根据氧气放散率最低为目标, 制定出最好的实施方案。在对氧气进行减产同时, 会造成氮、氩的减产, [4]会影响其它用户, 尤其以氮气用户为主。考虑炉修用氧模型。

5. 炉修运行子系统

炉修运行模式系统通过人机接口完成对制氧现场机组运行状态、运行参数、高炉或转炉检修实况查询和输入, 由系统调入预测、减量功能模块, 完成决策, 最后选出合理运行方案。

氧气减量运行模块中以炉修用氧模型为核心, 根据单纯法模型完成生产方案。如进入减量模块高炉则就会休风。现产量高于需求量, 系统调用炉修用氧模型和单纯法算法对转炉是否需要同时进行减量调节。[5]低于需求量, 如没有减量的余地则保存数据进入停机模块。否则通过高炉吹扫后的减节, 依靠调用炉修用氧模型取得方案。在高炉吹扫后用量可保证供应的前提下, 则选择转炉检修时的供气方案。