行業(yè)形勢

 

        2016年7月底，央視曝光江蘇華達鋼鐵有限公司違法違規(guī)生產銷售“地條鋼”，此后，一場整治“地條鋼”的風暴席卷全國。到2017年6月底，我國累計取締關停700余家“地條鋼”企業(yè)，出清1.4億噸產能。

 

        隨著我國供給側改革和去產能的不斷深入，特別是地條鋼產能的快速退出，使我國鋼鐵工業(yè)實現了扭虧為盈，廢鋼市場價格觸底反彈，廢鋼產業(yè)呈現出轉暖向好的勢頭。從長遠考慮，擴大短流程、減少長流程，是多用廢鋼、節(jié)能環(huán)保的重要措施。加大電爐煉鋼的工業(yè)技術發(fā)展，是鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展的長遠目標。

 

        在此前提下，國內電爐復產、新建項目日益增多，同時隨著技術的進步，越來越多的新技術新工藝在生產實踐中得到應用，尤其是對氧氣的依賴度越來越高。電爐煉鋼過程中，氧氣的應用無處不在：加氧油、氧燃噴嘴、二次燃燒、兌加鐵水等，氧氣的應用可以提高產量，縮短加熱周期，維持較高的耐火溫度，減少燃料消耗，氧氣在電爐生產中發(fā)揮著重要的作用。經濟性好、運行穩(wěn)定的變壓吸附制氧裝置是電爐企業(yè)的第一選擇。

 

行業(yè)用氧現狀及痛點

 

        電爐企業(yè)傳統(tǒng)制氧方式主要選用深冷分離法，又稱低溫精餾法，1902年由林德教授發(fā)明，實質就是氣體液化技術。通常采用機械方法，如用節(jié)流膨脹或絕熱膨脹等方法，把氣體壓縮、冷卻后，利用不同氣體沸點上的差異進行精餾，使不同氣體得到分離。

 

        該方法的特點是產品氣體純度高，但壓縮、冷卻的能耗很大，規(guī)模不同，制氧成本在0.25-0.7元/Nm3不等。同時，電爐生產對氧氣的需要是間斷式的，深冷制氧工況是連續(xù)不斷的，所以為了滿足生產需要，在生產過程中通常會有放散的情況發(fā)生，放散率一般在10%左右，高的可達20%以上。

 

        隨著近兩年電爐復產的熱潮，還有很多復產的電爐面臨無氧可用，而制氧裝置建設周期較長，企業(yè)只能通過采購液氧氣化來實現生產供氧。由于鋼鐵行情的持續(xù)火熱，現在市場上液氧價格在1200-3000元/噸不等，這樣企業(yè)的用氧成本在1.7-4.3元/Nm3不等，遠高于行業(yè)平均水平。

 

        還有一些企業(yè)受環(huán)保政策、地方供電限制等因素的影響，在生產中經常面臨非計劃短期停車，生產不能持續(xù)進行的尷尬局面。而深冷分離制氧裝置，開停車比較繁瑣，順利的情況下，冷啟動仍需要2-3天左右。所以對面臨政策性停產的企業(yè)，并不適用這種制氧方式。

 

        相比深冷分離制氧方式，變壓吸附制氧技術具有制氧成本低、開停車簡單、負荷調節(jié)方便的特點，更加契合電爐生產對氧氣的需要。

 

變壓吸附制氧的特點

 

        變壓吸附制氧技術是利用變壓吸附專用分子篩與氮分子的四極矩之間的較強作用，使氮氣吸附在沸石吸附劑上，氧氣則吸附較少，從而使氧氮分離。該技術在20世紀50年代由普萊克斯發(fā)明，發(fā)展至今，在國內變壓吸附領軍企業(yè)北京北大先鋒的推動下，中國已經成為變壓吸附制氧領域全球最大的市場。

 

        變壓吸附制氧裝置主要由動力系統(tǒng)（鼓風機、真空泵）、切換系統(tǒng)（同PLC控制）、吸附系統(tǒng)等組成。原料空氣經吸入口過濾器除掉灰塵顆粒后，被羅茨鼓風機增壓，而進入其中一只吸附器內。吸附器內裝填吸附劑，通過預處理，除掉空氣中的水分、二氧化碳及少量其他氣體組分，隨后氮氣被變壓吸附專用分子篩所吸附。而氧氣（包括氬氣）為非吸附組分，從吸附器頂部出口處作為產品氣，排至氧氣緩沖罐，產品氣純度在50%-93%之間，可以調節(jié)。

 

        當該吸附器吸附到一定程度，其中的吸附劑將達到飽和狀態(tài)，此時通過切換閥，利用真空泵對之進行抽真空（與吸附方向相反）。已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其他氣體組分被抽出并排至大氣，吸附劑得到再生。上述工藝步驟由PLC和切換閥系統(tǒng)來實現自動控制。

 

變壓吸附制氧裝置具有以下特點：

 

1）能耗比較低，制氧成本在0.2元/Nm3左右。

 

2）維護成本低，動力設備為羅茨鼓風機和羅茨真空泵，其工作原理都為容積式，無油，極易維護。

 

3）整套設備的自動化程度高，動力設備與制氧機是同步控制的，只需按一下啟動按鈕，整套設備即可正常運行，常規(guī)配置每班2人，可實現無人值守。

 

4）負荷調節(jié)方便，裝置可以通過時序的調節(jié)，很快實現50%-100%范圍內的負荷調節(jié)。

 

5）開停車方便，裝置通過吸附方式實現制氧，裝置開車后20min，可產出合格的氧氣產品。

 

6）建設周期短，真空泵、鼓風機都屬于常規(guī)設備，生產周期短，從投資建設到產出合格氧氣僅需6個月左右。

 

變壓吸附在市場的應用情況

 

        國內電爐企業(yè)已經開始將廠內的深冷分離制氧裝置或液氧儲罐替換為變壓吸附裝置。浙江萬泰特鋼有限公司、遵義長嶺特殊鋼有限公司、瀘州益鑫鋼鐵有限公司、池州市貴池區(qū)貴航金屬制品有限公司等一些電爐煉鋼企業(yè)，在近幾年均進行了制氧裝置的替換，用變壓吸附制氧裝置替換原有的制氧方式。

 

        變壓吸附制氧裝置可以生產純度高達93%的氧氣，有電爐企業(yè)擔心變壓吸附制氧的純度較低，不能煉特鋼。事實上，電爐煉特鋼和煉普鋼前端的過程都是相同的，在電爐中加入配料，改變鋼的成分，吹氧助燃和斷電吹氧脫碳，從而得到需要的鋼種，而在精煉工序中，無需吹氧。所以，電爐煉特鋼與煉普鋼本質上對氧氣的要求是一樣的。

 

        變壓吸附制得的氧氣中含有約3%的氮氣以及4%的氬氣，有電爐企業(yè)擔心其中的氮氣會影響特鋼驗收指標。事實上，我國對常溫狀態(tài)使用的合金鋼如彈簧鋼、軸承鋼等種類中的氮氣都沒有明確規(guī)定（對普鋼更沒有規(guī)定）。過多的氮氣會對耐低溫沖擊用鋼（我國對耐低溫沖擊用鋼比如船舶用鋼、油井管用鋼的含氮量有明確規(guī)定：≤70ppm）造成含氮量超標問題。而電爐煉鋼企業(yè)大多是不生產耐低溫沖擊用鋼的，因此，變壓吸附裝置應用于電爐冶煉特鋼的前景廣闊。

 

        經過充分的數據調研，國外也有豐富的電爐用氧實踐經驗。美國普萊克斯公司對電爐煉鋼做過很長時間的調研，檢測結果證明：電弧爐使用變壓吸附制備的氧氣煉鋼不會引起鋼水中氮含量的增加。中國臺灣和日本約60%-70%的電爐煉鋼企業(yè)選擇變壓吸附制氧方式。目前，世界上已有近百座電爐采用了變壓吸附制備的氧氣進行煉鋼，長期的實踐也證明了變壓吸附制備的氧氣適合于電爐煉鋼的要求。