钢铁与气体空分行业的依存关系发表时间:2021-07-02 15:38 钢铁工业与空分气体是相互依存、相互促进的关系。钢铁工业的增长带动了气体工业的发展,气体工业的发展又促进了钢铁工业,两者的关系类似一对作用力与反作用力而密不可分,钢铁工业新工艺的出现不时向工业气体提出新的数量、质量和工艺需求,气体工业在不断满足这些需求的过程中发展壮大了自己,同时又推动了钢铁工业的发展。回顾国内外钢铁工业与空分气体的发展史,可以清晰地看到这一点。认清这一点对于气体工业尤其重要,它可引导我们关注钢铁工业的发展动向,制定与修改气体工业的发展策略,研究与钢铁新工艺相结合的气体新工艺,抓住商机,占领市场。当钢铁工业进入低谷时则可及时调整营销方向,进行旧有空分设备改造和技术储备。 图为:某钢厂装置图 1 氧、氮、氩气体在钢铁工业中的应用 氧气。钢铁工业的炼铁与炼钢过程是氧气的大用户。
2 钢铁工业是空分气体发展的主动力,它造就了空分行业的黄金时期 按前述钢铁工业用氧情况,在高炉→转炉、连铸→轧钢的传统工艺中,吨钢氧耗约120Nm³,每年产百万吨钢规模需配空分装置能力为1.5万Nm³/h,高炉不富氧时可减至1.0万Nm³/h。当采用COREX炼铁工艺,后置电转炉、连铸、轧钢时,每百万吨钢所需的空分装置能力增至5万Nm³/h,是传统工艺的3~5倍。 回顾一下历史: 在氧气转炉出现以前用的是平炉炼钢,钢铁企业内氧气仅用于废钢切割和火焰清理,吨钢氧耗1.5Nm³,一个年产150万吨的钢铁企业有二台150Nm³/h小制氧机就足够了。氧气顶吹转炉取代平炉炼钢后,加上连铸比的扩大,吨钢氧耗增至55~65Nm³,即增加了40多倍,这时6000和10000Nm³/h制氧机开始在钢铁企业内出现;随着高炉富氧的普及,大型钢铁企业鞍钢、宝钢、武钢出现了30000和35000Nm³/h制氧机,当钢铁企业由百万吨级向千万吨级迈进时,60000Nm³/h等级空分相继在宝钢、武钢等钢厂投产。 为满足钢铁工业的需求,在单机能力不断扩大的同时,空分设备的流程和设备不断更新,能耗不断降低,工作压力从高压流程→高低压流程→全低压流程而不断降低。大型空分设备经历了铝带蓄冷器高低压流程→石头蓄冷器全低压流程→可逆板式流程→分子筛常温净化流程→分子筛常温净化增压膨胀流程→分子筛常温净化、填料上塔与全精馏制氩流程→分子筛常温净化内压缩流程这7个阶段的变化。由于流程和设备的不断进步,大型空分设备的单位制氧电耗已由0.6kwh/Nm³O2降至0.4kwh/Nm³O2以下,氧提取率由80%升至97~99%,氩提取率由24%提高到80~90%,大加温周期由一年增至三年以上。 在世界各国,钢铁工业都是空分行业的大用户,占总用量的60~70%。正是上世纪60~80年代钢铁工业的突飞猛进带动了空分行业的蓬勃发展。日本在引进氧气转炉后,十年内钢产量由一千万吨增至一亿吨,全国氧产量16年增加20倍。我国钢铁工业在走过一段弯路后,80年代步入正轨,1996年突破一亿吨。2005年达3.4亿吨,排名世界笫一,超过日本、美国和俄罗斯三国的总和,2010年预计可6.2亿吨,超过后面笫二到二十一位国家粗钢产量的总和。 2001-2010年,由于国民经济快速发展和全球制造业向中国转移,推动了我国钢铁工业的迅猛发展,平均年增产4600万吨粗钢,按每百万吨钢配套空分装置1.5万Nm³/h计算,单钢铁一项,年需新增空分装置能力即为69万Nm³/h。从而推动了气体行业的蓬勃发展,催来了中国空分的黄金时期。 在此期间,我国空分行业紧跟世界先进水平,提升了自己的竞争力,在软件和硬件设施上都为空分行业的腾飞做好了准备: * 2002年3月我国**套20000Nm³/h空分在济南钢厂投产 3 我国钢铁工业与气体工业的现状与发展 我国钢铁工业的现状与发展
为了实现可持续发展和走循环经济之路,还必须考虑社会可承受能力(污染物排放对环境的影响)和资源可供应能力,今后钢铁工业的发展将会是:
加速空分设备大型化的进程
开发研制与用户结合的空分新工艺、新设备
继续重视空分设备技术改造
大力拓展国际空分市场
进入气体供应市场,实行专业化生产和社会化供应
走联合重组之路
增强科技投入,开展产品应用研究
我国空分行业发展展望
空分流程的多样化也是大型空分设备的发展趋势之一,由于随着工业工艺发展,特别是煤化工领域中空分设备,用户对空分产品的纯度、压力、时长等规格,如:煤化工中各种工艺流程不同,对气体产品的需求品种就不一样,又因不同的气化炉的类型、规格,对气体产品要求又不一样,有高压氧、中压氧、高压氮、中压氮、低压氮、仪表空气、液氧、液氮等多种规格,而且用气量变化也很大,这就对空分设备流程设计、运行提出更高要求,将要求空分设备厂商,以工艺包模式,对各类流程实现整体开发。此外,开发IGCC等空分新应用领域的流程、大型空分稀有气体全提取流程、混合塔制取低纯度氧流程、超高纯氧、氮提取流程等也是大型空分的研究方向。 随着“互联网+”的发展,工业4.0体系日趋成熟,充分运用互联网远程监控,建立远程监控系统,实时收集大型空分设备运行数据,并进入大数据分析,进行自动故障诊断,为用户提出优化操作建议,及时发现问题,改进设计方案。 在一些用户企业中,尤其是钢铁企业中,存在着用氧不均衡的状况,而空分设备生产又是必须连续性运行的,因此就造成了钢厂用氧量减小时,大量的氧气被放空,造成能源的巨大浪费,特别是在随着空分的超大型化,空分设备的设计能力与供求量之间矛盾更为突出。同时,随着市场竞争日益加剧,企业对成本的控制越来越严,而降低氧气放散率成为了降低制氧成本的关键。空分设备的智能化,自动变负荷技术的推广应用成为大型空分设备发展的必然趋势。 空分设备设计、制造的精细化是大型空分设备的发展趋势,空分设备技术已发展到了一定的水平,进一步的提高与发展的空间有限,需要从细节做起,因此提高大型空分设备设计的精确化,制造的精细化程度,是大型空分设备发展关键。另外,大型、特大型空分设备在大型工业化中的重要性,牵一发而动全身,一个细节就会影响整套空分,乃至整个工程,也决定了对大型空分设备越来越高精制要求。 在大型、特大型空分设备国产化的同时带动相关机组、配套部机、配套元器件的国产化,如:开发低阻高效高压板式换热器,承压可达12.5MPa以上,强化翅片的换热效果和承压能力;开发高效节能的主冷凝蒸发器,在保证安全的情况下尽可能降低液位温差,保证能耗**;开发低温关键配套阀门,满足各种工况下开关及调节要求;开发透平膨胀机及全液体高压膨胀机,提高运转效率,适应各类流程;开发全系列高效产品压缩机,提高运转效率,适应各类流程。 通过与风机、泵阀等行业共同研发,形成国产空分设备的产业链,进一步提高大型、特大型空分设备的国产化率,其中:60000m³/h等级及以下成套空分设备的国产化率从现在的50~70%提高到85%以上,主要是配套空压机、增压机的效率与可靠性提高,实现真正的国产化;60000m³/h以上等级成套空分设备的国产化率从现在的40%提高到65%以上。 《中国制造2025》提出了通过“三步走”实现制造强国的战略目标:**步,到2025年迈入制造强国行列;第二步,到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平;第三步,到新中国成立一百年时,综合实力进入世界制造强国前列。应当看到,现阶段我国大型、特大型空分设备国产化制造水平已通过自身的努力实现迈入了制造强国的行列,因此今后十年中,应努力实现大型、特大型空分设备成套设计制造及关键配套机组达到世界先进水平,整体达到世界制造强国中等水平。 下一篇浅谈工业气体
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