大型空分设备经济运行方案的研究

大型空分设备经济运行方案的研究

随着粉煤灰生产的迅速发展，大型露天开采设备的运行变得越来越重要。济南鲍德气体有限公司在40000m3/h空分设备投产后,已经具备135000m3/h产品氧气的生产规模,气体生产在一定程度上大于需求。虽然调整了生产供应方案,使供需尽可能平衡,但当后续生产系统不稳定或调整生产计划时,仍然会造成产品氧气供应过剩,放散率增大。为此公司在氧气富余时,针对减负荷生产、同时运行两台膨胀机以增加液氧产量和停运空分设备3种方案的合理选择,以及空分设备停运的合理时间展开了经济性分析,并应用分析结果指导生产,取得了显著的效果。现以1套20000m3/h空分设备为例,进行了运行方案的研究。1基础数据分析1.12电机电加热器电价(1)空压机组电耗:8500kW·h(电机功率9500kW);(2)氮水预冷系统电耗:70+40=110kW·h(电机功率90+55=145kW);(3)电加热器电耗:400kW·h(电加热器功率624×3=1872kW);(4)峰时(08∶00—11∶00,18∶00—23∶00)电价为0.85元/(kW·h);平时(07∶00—08∶00,11∶00—18∶00)电价为0.55元/(kW·h);谷时(23∶00—07∶00)电价为0.25元/(kW·h)。1.2产品类别液氧:600元/t;氧气:0.55元/m3;液氮:600元/t;氮气:0.2元/m3;液氩:1500元/t。2降低空气量,减少氮气产量减负荷操作:减少氧气、氮气产量,减小氩气产量,关小空压机入口导叶,降低空气量,调整液氮节流阀和下塔液氮回流阀开度,以保持工况稳定;同时为了防止氮塞工况发生,一般减小膨胀量,减小氩馏分抽取量,保持工况稳定,使液氧或液氮产量保持不变。将空分设备氧气产量从20600m3/h减少到18000m3/h,负荷变化率12.6%,此时空压机组空气量从102300m3/h减少到91300m3/h,负荷变化率10.8%;氮气产量从18000m3/h减少到16000m3/h,负荷变化率11%;氩气产量从720m3/h减少到620m3/h,负荷变化率13.9%。2.1效率计算2.1.1空分设备的电费降低(1)峰时8500×0.108×0.85=780元;(2)通常8500×0.108×0.55=505元;(3)食物停止时8500×0.108×0.25=230元。2.1.2空气量行为总耗增加率f0空分设备氧气产量为20600m3/h时,氧气提取率:20600102300×0.209=96.35％20600102300×0.209=96.35％。空分设备氧气产量从20600m3/h减少到18000m3/h时,按照氧气产量20600m3/h时的氧气提取率计算,需要空气量为:180000.9635×0.209=89387m3/h180000.9635×0.209=89387m3/h。为了保证空分设备工况稳定,减负荷操作时氩馏分氧含量控制一般偏高,所以实际需要空气量为91300m3/h,即氧气产量从20600m3/h减少到18000m3/h时,氧气生产单耗增加率为:91300-8938789387=0.021491300−8938789387=0.0214。由于氧气减少的同时,电加热器、水泵电机耗电不变,造成氧气生产成本增加,为:54518000-54520600=0.003854518000−54520600=0.0038kW·h/m3。由于负荷减小,每小时氧气生产成本增加量:(1)峰时为18000×0.42×0.0214×0.85+18000×0.0038×0.85=195.7元;(2)平时为18000×0.42×0.0214×0.55+18000×0.0038×0.55=126.6元;(3)谷时为18000×0.42×0.0214×0.25+18000×0.0038×0.25=57.5元。2.1.3空分设备节能计算氩气生产量减少,导致氩气产值下降:100×1.41×1500800=264元。可见,空分设备减负荷生产,在峰时和平时,节电效果明显,每小时可分别减少综合效益损失320元和114元;在谷时无节电效益,而且减少外销收入。2.2空分设备在用电峰时变负荷生产空分设备生产组织策略应是根据当时氩气价格进行市场和综合效益比较的决策。当氩气价格上升到2500元/t时,空分设备在用电峰时变负荷生产仍有较大节电效益。生产组织策略:(1)当氧气富余时,在用电峰时应尽量采取减负荷生产;(2)当氧气富余时,在用电平时是否采取减负荷生产,取决于成本与市场的权衡决策以及氩气销售价格;(3)当氧气富余时,在用电谷时不应采取减负荷生产。3膨胀空气旁通量同时运行两台膨胀机的操作是保持空气量不变,开启两台膨胀机。由于两台膨胀机同时运行,需要保持正常生产时,膨胀空气旁通量增加到11000m3/h,所以即使空压机的空气总量仍然保持在102300m3/h,其性质和变负荷相同,氧气生产成本增加率和变负荷相同。同时运行两台膨胀机,液氧产量增加15t/d,液氩产量减少100m3/h,氧气产量为18000m3/h,氮气产量16000m3/h,膨胀空气旁通量11000m3/h。3.1效率计算(1)每小时使液体氧减少15×600×1.1424=428元;(2)好氧生物处理系统峰时为428-264-196=-30元;平时为428-264-127=37元;谷时为428-264-58=106元。当氧气生产供应有富余,生产组织不采取减负荷生产策略,同时运行两台膨胀机以增加液氧产量,但效益分时而论:在用电峰时和平时,不能有效降低生产成本,增加综合经济效益;在用电谷时,在成本变化不大的情况下,可有效增加液氧资源。3.2膨胀机运行时间(1)当氧气富余时,在用电峰时应尽量采取减负荷生产,不应同时运行两台膨胀机;(2)当氧气富余时,若液氧紧张且价格较高,在用电谷时可以同时运行两台膨胀机,以增加液氧外销资源。4空分设备开车,恢复氮气、氮气空分设备每次停车再启动,氩气恢复生产平均需要10小时;而从空分设备开车到恢复氧气、氮气生产,平均需要2小时。因此,临时停车决策取决于减少消耗和减少收入达到盈亏平衡点的时间。4.1回用计算用电峰时、平时平均电价为0.7元/(kW·h),则最短停车时间盈亏平衡点有以下关系(设最短停车时间为X):(1)从停车到恢复氧气、氮气生产用电费用为:(8500+400+110)×0.7×2=12614元;(2)减少氩气效益:720×1.41×1500×(10+X)800;(3)减少液氧效益:200×1.14×600×X800;(4)停车期间减少用电费用:(8500+400+110)×0.7×X。临时停车盈亏平衡关系为:12614+720×1.41×1500×(10+X)800+200×1.14×600×X800=(8500+400+110)×0.7×X,则:X=7.5小时。当液氩价格为1500元/t时,在用电峰时和平时,空分设备允许临时停车时间应不小于7.5小时。4.2经济效益用电峰时、谷时平均电价为0.55元/(kW·h),则最短停车时间盈亏平衡点有以下关系(设最短停车时间为Y):(1)从停车到恢复氧气、氮气生产用电费用为:(8500+400+110)×0.55×2=9911元;(2)减少氩气效益:720×1.41×1500×(10+Y)800;(3)减少液氧效益:200×1.14×600×Y800;(4)停车期间减少用电费用:(8500+400+110)×0.55×Y。临时停车盈亏平衡关系为:9911+720×1.41×1500×(10+Y)800+200×1.14×600×Y800=(8500+400+110)×0.55×Y,则:Y=10小时。当液氩价格为1500元/t时,在用电峰时和谷时,空分设备允许临时停车时间应不小于10小时。4.3临时停车盈亏平衡关系表2用电平时和谷时平均电价为0.4元/(kW·h),则最短停车时间盈亏平衡点有以下关系(设最短停车时间为Z):(1)从停车到恢复氧气、氮气生产用电费用为:(8500+400+110)×0.4×2=7208元;(2)减少氩气效益:720×1.41×1500×(10+Ζ)800;(3)减少液氧效益:200×1.14×600×Ζ800;(4)停车期间减少用电费用:(8500+400+110)×0.4×Z;临时停车盈亏平衡关系为:7208+720×1.41×1500×(10+Ζ)800+200×1.14×600×Ζ800=(8500+400+110)×0.4×Z,则:Z=17.1小时。当液氩价格为1500元/t时,在用电平时和谷时,空分设备允许临时停车时间应不小于16小时。4.4空分设备临时停车的作用(1)当氧气大量富余时,在用电峰时和平时,若允许净停车时间大于8小时,空分设备可以临时停车。(2)当氧气大量富余时,在用电峰时和谷时,若允许净停车时间大于10小时,空分设备可以临时停车。(3)当氧气大量富余时,在用电平时和谷时,若允许净停车时间大于16小时,空分设备可以临时停车。(4)当氧气大量富余时,若允许净停车时间大于16小时,空分设备随时可以临时停车。5用电谷对于小液氧运当氧气富余时,在用电峰时应尽量采取减负荷生产,不应同时开启两台膨胀机运行;在用电平时不应同时开启两台膨胀机运