Энергосбережение в технологии производства продуктов разделения воздуха для металллургической промышленности

При этом для воздухоразделительных установок (ВРУ) характерно, что затраты энергии на привод компрессоров для сжатия воздуха и его продуктов разделения - составляют до 90% всех энергозатрат установки.

Чаще всего в составе ВРУ применяются мощные центробежные компрессоры. Для экономии энергии на привод которых сжатие газа производят в последовательно соединенных ступенях, осуществляя понижение температуры газа в охладителях, включенных в поток между ступенями [2].

Необходимо отметить, что недоохлаждение газа в промежуточных охладителях компрессоров на каждые 10 °С приводит к снижению производительности на 1-5%, а повышение температуры выходящего из охладителя компрессора газа на каждые 6-8 °С - к перерасходу электроэнергии на 1% [3]. В свою очередь недоохлаждение газа в промежуточных охладителях может достигать 20-40 °С.

Таким образом, возникает задача уменьшения недоохлаждения сжимаемого кислорода или азота между ступенями компрессора.

Основными причинами такого недоохлаждения являются:

• загрязнение теплообменной поверхности;
• ограничения, накладываемые поверхностным теплообменном, т.к. охлаждение сжимаемого газа на последние 10-20 °С приводит к значительному росту площади теплообменной поверхности, а следовательно – удорожанию промежуточного охладителя и росту его аэродинамического сопротивления.

Кроме поверхностного теплообмена, на практике применяется охлаждение впрыском охлаждающего теплоносителя (преимущественно воды) в поток газа [2]. Но применимо к ВРУ – впрыск воды в поток воздуха приведет к его увлажнению, а при впрыске в поток продуктов разделения воздуха – к ухудшению качества конечного продукта.

Однако, при производстве продуктов разделения воздуха существует возможность отбора охлаждающей среды с низкой температурой – жидких кислорода и азота, температура насыщения которых при н.у. –182,96 °С и –195,79 °С соответственно.

Впрыск жидких кислорода или азота в поток воздуха в дальнейшем приведет к повторным затратам, связанным с разделением и сжатием. В случае впрыска жидкого кислорода в кислород или азота в азот данные затраты будут пренебрежимо малы.

Поэтому, в работе предлагается, для уменьшения недоохлаждения сжимаемого газа между ступенями - в дополнение к выносному промежуточному охлаждению - осуществить впрыск жидкого кислорода или азота в поток охлаждаемого газа на входе в ступень сжатия.

В результате предложенного мероприятия жидкие продукты разделения воздуха заберут теплоту парообразования и нагреются от температуры насыщения до температуры кислорода или азота на входе в ступень сжатия, а сжатый кислород или азот охладится до требуемой температуры.

Для оценки энергосберегающего эффекта от впрыска жидкого кислорода или азота были проведены расчеты по определению выигрыша в удельной работе, затрачиваемой на получение одного килограмма сжатого газа вследствие уменьшения величины недоохлаждения.

Для проведения расчета была взята принципиальная схема двухступенчатого компрессора: газообразный кислород/азот после ВРУ поступает в первую ступень компрессора, сжимается, затем входит в промежуточный газоохладитель. Перед второй ступенью компрессора производится впрыск жидкого кислорода/азота в поток сжимаемого газа.