无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，属于冶炼、 化工领域。
【背景技术】
[0002] 空分设备的技术背景：
[0003] 回顾了近五十年来我国大中型空分流程技术发展的历程，对七次空分流程优胜劣 汰的变革作了评述，阐明了实现我国大中型空分流程再次变革的目标应是进一步提高单元 设备部机技术水平、控制水平的节能和智能型的大型内压缩流程。
[0004] 每次大中型空分流程的变革，都是空分技术不断发展和科研成果相继被采用的必 然结果；每次大中型空分流程的变革，都以其独具的技术闪光点将空分设备的技术水准推 上了一个又一个新的台阶。以下对大中型空分流程技术的发展历程作一回顾，并就每个流 程的优点和不足逐一评述，希望能了解过去，开拓未来，使大中型空分流程的发展迎来一个 又一个技术的春天，在技术的百花丛中永葆鲜艳。
[0005] 第六代空分设备除采用规整填料塔和全精馏制氩这两项核心技术外，还采用了 (不带冷冻机的）高效蒸发降温技术、双层床吸附技术及双层主冷等技术，这些技术分别被 用于上塔、氩塔、水冷却塔、分子筛吸附器、冷凝蒸发器等设备上，取得了使成套空分设备获 得大幅度增效减耗的整体效应。第六代空分设备达到国际20世纪90年代中期先进水平， 显示了参与国际竞争的实力。
[0006] 目前主流的空分设备的产品有6500m3/h空分设备和20000m3/h空分设备。两种设 备均主要由空气过滤压缩、高效空气预冷、分子筛双层床净化、增压膨胀制冷、换热、精馏及 全精馏制氩等系统组成。
[0007] 随着大化肥、煤化工、石油化工、钢铁化工、冶炼等用气等大型工程项目的兴建和 扩建，从降低投资、减少运行费用和方便管理等方面考虑，工程配套的空分设备也日益趋于 大型化。目前常用的空分设备包括依次连接的空气压缩系统、预冷系统、纯化系统和分馏塔 系统，其中分馏塔系统的作用是将气态空气压缩为液体空气，并通过分馏将液体空气分离 为氧气和氮气。
[0008] 冶炼高炉设备技术背景：
[0009] 目前利用气体压缩机械（即风机）将大气加压后供给高炉冶炼所需空气的动力站 设计。气体压缩机械（即风机）按排气压力进行分类，〇.15MPa以下（表压，下同）称为通 风机；0. 15~0. 2MPa称为鼓风机；0. 2MPa以上称为压缩机。在中国钢铁工业中，用于高炉 供风的气体压缩机械（即风机），不论其排气压力高低，习惯上统称为高炉鼓风机。设计内 容主要包括：供风流程和系统的确定、高炉鼓风机的选择、驱动大电机（汽轮燃气轮机）的 选择、辅助设备的选择、脱湿装置的设计、富氧装置的设计以及高炉鼓风机站的布置等。
[0010] 中国20世纪70年代以前主要选用离心式高炉鼓风机。1969年攀枝花钢铁公司 1200m。高炉首次采用了本国生产的汽轮机驱动的固定静叶轴流式高炉鼓风机。1985年 宝山钢铁总厂4000m3高炉采用了同步电动机驱动的可调静叶轴流式高炉鼓风机。风量为 8800m3/min，排气压力为0. 49MPa，功率为48000kW，这是20世纪90年代以前中国最大的高 炉鼓风机，也是第一座设有脱湿装置和富氧装置的高炉鼓风机站。
[0011] 富氧装置是往送入高炉的空气中加入氧气以提高其含氧量的设备。提高含氧量能 提高高炉炉缸燃烧温度，减少炉缸煤气生成量并降低炉顶煤气温度，有利于提高高炉产量 和降低焦比。提高含氧量的常用方法是在高炉范围内的送风管道中加入经过氧气压缩机加 压的氧气。这种方法不会改变高炉鼓风机站的流程。另一种方法是在高炉鼓风机站安设富 氧装置，在高炉鼓风机的吸入管道中加入低压氧气。选用这种方法的条件是氧气站与高炉 鼓风机站距离较近，从氧气站空分塔送出的低压（约〇.〇2MPa)氧气可直接送入高炉鼓风机 的吸入管道，从而可以不安设氧气压缩机，达到节省投资和节约电力的目的。表1中的数据 表示为中国高炉与高炉鼓风机的配套概况。
[0012] 表 1
[0013]
[0014] 从以上空气分离设备或冶炼高炉设备的现有技术来看，人们都是从工艺角度出发 如何提高效率而忽视了能耗最大的机械压缩机或机械鼓风机的电机。因此，下面举两个小 例子可以看出。
[0015] 以10000m3/h空分设备为例子，其空压机电机功率5000KW电费消耗为： 5000KWX24小时=120000度/天、工业用电按0· 8元/度、120000度/天X0.8元/度= 96000元/天、每年按350天运行，350天X96000元/天=33600000元/年。
[0016] 以1200m3容积的高炉为例子，其鼓风机电机功率15000KW电费消耗为： 15000KWX24小时=360000度/天、工业用电按0· 8元/度、360000度/天X0.8元/度 =288000元/天、每年按350天运行，350天X 288000元/天=100800000元。
[0017] 从以上现有技术状况和举例中可以看出，空分设备机械压缩机配套电机或汽轮机 功率及高炉风机配套电机或汽轮机的功率能耗是非常大的，在工作时产生的噪音也会比较 大，相应地，机械日常维护成本是比较高的。最重要的是，鼓风机所消耗的电能是非常大的， 不但增大冶炼厂家额外的经济投入，而且对能源也造成了巨大的浪费。 【实用新型内容】
[0018] 本实用新型的目的是提供无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统，用 以解决使用鼓风机为高炉供氧带来的电能消耗巨大的问题。
[0019] 为实现上述目的，本实用新型的方案包括无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能 节电的系统，包括空分系统，空分系统包括分馏塔系统，所述供富氧空气系统还包括用于将 液态气体转化为气态气体的气化换热器，所述分馏塔系统中的液体空气罐通过管道连接到 所述气体换热器的输入端，所述气体换热器的输出端输出所需的空气。
[0020] 所述供富氧空气系统还包括一个混合气体调节器，所述气体换热器的输出端通过 管道连接到所述混合气体调节器的一个输入端；所述分馏塔系统还包括一个氧气输出端 口，所述氧气输出端口通过管道连接到所述混合气体调节器的另一个输入端，所述混合气 体调节器的输出端输出所述所需的空气。
[0021] 所述供富氧空气系统还包括两个混合气体调节器：第一混合气体调节器和第二混 合气体调节器，所述气体换热器的输出端通过管道连接到所述第一混合气体调节器的一个 输入端，所述第一混合气体调节器的另一个输入端用于输入空气；所述第一混合气体调节 器的一个输出端连接所述第二混合气体调节器的一个输入端，所述第二混合气体调节器的 另一个输入端通过管道连接分馏塔系统中的氧气输出端口，所述第二混合气体调节器的输 出端输出所述所需的空气。
[0022] 所述供富氧空气系统还包括一个液空栗，所述液体空气罐通过管道连接到所述液 空栗的输入端，所述液空栗的输出端连接到所述气体换热器的输入端。
[0023] 所述空分系统还包括预冷系统，所述气体换热器设置在所述预冷系统内。
[0024] 所述第一混合气体调节器的另一个输出端通过管道连接到空分系统中的预冷系 统的气体输入端。
[0025] 所述供富氧空气系统还包括空气缓冲装置，所述第一混合气体调节器的一个输出 端连接到所述空气缓冲装置的输入端，所述空气缓冲装置的一个输出端通过管道连接到所 述预冷系统的气体输入端，所述空气缓冲装置的另一个输出端连接所述第二混合气体调节 器的一个输入端。
[0026] 所述空分系统还包括依次连接的空气压缩系统、预冷系统和纯化系统，在空气压 缩系统的输出端和预冷系统的输入端之间的连接管道上串设有涡流管制冷装置，该涡流管 制冷装置有三个端口，分别为：压缩空气输入端口、排冷口和排热口，其中，所述空气缓冲装 置的一个输出端和空气压缩系统的输出端连接所述压缩空气输入端口，所述排冷口连接预 冷系统的输入端；所述排热口连接到纯化系统中。
[0027] 所述第一混合气体调节器的另一个输入端连接有一个空气过滤器。
[0028] 本实用新型提供的无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统中，将空 分系统中的液体空气转化为气体空气，在转化成气体空气后会产生很大的气压，通过该气 压能够将空气顺利地输出利用，产生的气压及气量与冶炼高炉鼓风机在工作时产生的气压 及气量相同，所以，该供富氧空气系统能够不设置冶炼高炉鼓风机，免除了冶炼高炉鼓风机 所消耗的电能，不但降低了冶炼厂家额外的经济投入，而且也极大地节约了能源。而且，液 态空气转换为气态空气产生的气压，能够满足所需的气压的要求。
【附图说明】
[0029] 图1是无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统实施例1的流程示意 图；
[0030] 图2是涡流管制冷装置结构图；
[0031] 图3是一种无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统实施例2的流程示 意图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
[0033] 实施例1
[0034] 如图1所示，该无风机冶炼高炉供富氧空气和空分节能节电的系统包括混合气体 调节器1、空气缓冲罐组、混合气体调节器2和空分设备。
[0035] 该空分设备包括空气压缩系统、预冷系统、纯化系统和分馏塔系统，输入给该空分 装置的空气依次通过空气压缩系统、预冷系统、纯化系统和分馏塔系统的处理后分别输出 氧气和氮气，实现空气的分离。该空分设备的具体结构以及具体工作过程属于现有技术，这 里不做赘述。
[0036] 混合气体调节器1包括一个常规空气输入端和一个高压空气输入端，其中，常规 空气输入端就是指一般的常压清洁空气输入端，该常压清洁空气输入端连接有一个空气过 滤器，该供氧系