富氧空气（通用3篇）
富氧空气 篇1
1 概述
某石化公司有两套合成氨化肥装置 (简称为一化肥和二化肥) 。二化肥年产30万t合成氨装置采用美国布朗公司的专利技术。传统的二段转化炉加入空气量是按合成气中氢氮比为3来控制的, 布朗工艺是使用50%的过量空气, 空气中的氧参与反应, 过剩的氮作为废气排放。建设二化肥时未建设空分装置, 在一化肥进行扩能时, 新建了空分装置, 富裕了纯氧, 由于纯氧有裕量, 拟降低空气加入量。
2 工艺技术改造方案
2.1 改造的目的
改造的目的是利用空分装置的纯氧, 以降低空气压缩机的负荷, 减少排放废气中的氮气, 达到减少原料/燃料气消耗、节能和环保。
2.2 改造方案
改造方案是将空分装置来的纯氧减压后加入一段转化炉入口的工艺空气进料管线;空分装置来的纯氮减压后加入甲烷化炉出口冷凝器后的管线。
涉及的主要技术问题是:
1) 按补加纯氧的方案, 对改造部分进行物料平衡计算, 初步确定纯氧加入的适宜量;
2) 原有的空气压缩机是离心式的, 气量调节范围不能无限, 预计空气压缩机的运行负荷以及可能存在的问题。
2.3 纯氧加入量
1) 空气压缩机原设计额定工况下入口条件是:压力0.924Bar (A) , 温度31.8℃, 流量72910m3/h (59550Nm3/h) 。原设计的物料平衡计算中空气压缩机出口流量2511.50kgmol/h (56293Nm3/h) , 是空气压缩机额定流量的94.5%;
2) 改造对于相关的局部单元进行了物料平衡计算。对于空气压缩机额定操作工况, 当负荷降至原额定工况入口流量的81.30% (V) , 即入口流量为59275.2m3/h (48414.24Nm3/h) 时, 需补加的氧气量是1031Nm3/h。
纯氧加入一段转化炉入口空气管线内, 此时富氧空气中氧含量为22.40% (mol) , 在一段转化炉预热到510℃后, 进入二段转化炉。
2.4 补氮
由于减少了空气量, 合成气中的氮气量相应减少, 应补充适量的纯氮。氮气的补入点宜设在甲烷化水冷却器之后, 按改造方案的物料平衡计算, 氮气补入量为6000Nm3/h (267.69kgmol/h) 。
2.5 空气压缩机
2.5.1 原始预期性能
压缩机是燃气透平驱动的离心式, 型号是2MCL805和MCL456, 串联使用。
压缩机额定工况操作条件见表1。
注:额定工况下总轴功率10903k W.
2.5.2 不同工况的操作条件
从压缩机预期性能曲线查出的不同工况下主要操作条件见表2。
2.5.3 空气压缩机流量的分析
空气压缩机原设计的入口正常操作条件是压力0.924Bar (A) 、温度25.5℃, 此时入口流量是额定流量的98%。空压机能适应A、B、C、D、E多种入口操作条件的工况, 这些工况的入口压力相同, 入口温度不同, 以致流量不同, 其范围是额定流量的104.9%~82.3%。
改造要求在入口和出口操作条件不变的前提下, 通过降低空压机的转速减少操作负荷。从对空压机预期性能曲线的分析可以看到, 各种工况下的流量不可以无限制地降低, 因为降低到一定程度时即达到喘振点的流量, 离心压缩机将不能正常运行, 甚至造成生产事故。从性能曲线可见, 对于各设计工况, 喘振点的流量分别是各工况正常流量的70%~88%。
空压机各工况最小流量分别受各自喘振点的限制, 不能过低, 正常工况和工况A的流量宜在设计入口流量的80%以上, 工况C和D宜在90%以上, 工况E和B不宜再降低流量。
2.6 二段转化炉
富氧空气改造涉及二段炉的主要问题如下:
1) 进入二段转化炉的空气中氧的含量原设计是20.95% (mol) , 根据对空压机额定工况下加氧量的计算, 氧含量需增加到22.40% (mol) 。一段转化炉出口有两股物料, 一股为富氧工艺空气, 温度510℃, 另一股为一段炉出口气体, 温度695℃, 在富氧工艺空气和一段炉出口气体温度保持不变的情况下, 二段转化炉出口气体温度由原设计的869℃将提高到900.75℃。二段炉炉内的最高燃烧温度原设计为1347℃, 改造后炉内的操作温度较原设计稍有提高, 二段炉烧嘴以及催化剂都能适应这种温度的变化;
2) 二段转化炉温度稍有升高, 现运行的通用催化剂能适应上述温度变化后的工艺条件, 能安全运行 (催化剂操作温度450~1200℃) ;
3) 进入二段炉空气的氧含量虽然增大, 但根据目前增加的纯氧量, 进入二段炉富氧工艺空气总量降低, 空气分布器不受影响。
3 改造工艺流程
3.1 氧气系统
工艺空气压缩机是两级离心式压缩机, 由燃气透平驱动。取自大气的空气经入口过滤器进入空压机, 压缩后排出压力32.2Bar (A) , 温度244℃。
空分装置送来的纯氧气压力9.7MPa (G) , 温度40℃。纯氧减压到35Bar (G) , 加至空压机出口至一段转化炉入口的压缩空气管线内, 混合后进入一段转化炉。氧含量22.40% (mol) 的富氧空气在一段转化炉内预热, 升高至510℃后进入二段转化炉, 如图1所示。
3.2 氮气系统
空分装置来的纯氮气压力7.92MPa (G) , 温度40℃。纯氮减压到30Bar (G) , 加至甲烷化炉出口冷凝器后的管线内, 混合后进入合成器干燥器, 脱除气体中的氨、二氧化碳和水, 最后合成气送去合成工段, 如图2所示。
4 消耗指标
主要消耗指标 (改造方案物料平衡计算的一例) 见表3。
5 能耗分析
富氧空气改造的目的是节能。在此局部流程范围内, 能耗的变化主要是降低了空压机的电耗和天然气的能耗, 增加了纯氧气和补充氮气的能耗。
表4是基于空压机原设计额定工况入口流量的81.30% (V) 的流量计算出的能耗, 可以看出改造后的综合能耗较改造前降低了2440MJ/t。
注:1.计算用的氨生产量是37.5t/h.2.能量折算值取自GB/T 50441-2007《石油化工设计能耗计算标准》.
6 结论
1) 采用降低空气压缩机操作负荷和对工艺流程进行局部改造的方案, 从工艺流程角度上考虑是可行的;
2) 空气压缩机各工况最小流量分别受各自喘振点的限制, 正常工况和工况A的流量宜在设计入口流量的80%以上, 工况C和D宜在90%以上, 工况E和B不宜再降低流量;
3) 改造后综合能耗较改造前降低, 达到节能和环保的目标。
富氧空气 篇2
关键词：富氧空气,节煤剂,煤粉锅炉,应用
义马气化厂2010年开始在两台135T/h流化床锅炉使用节煤剂, 平均节煤率在4.1%左右, 取得明显的节煤效果。2013年上半年因系统生产负荷低, 流化床锅炉长时间处于停车检修、停用状态, 在三台130T/h煤粉锅炉中安全投加节煤剂并保证节煤效果成为企业节支降耗工作的重点。
气化厂技术人员与节煤剂厂家对节煤剂掺混到煤粉锅炉燃料煤和直接喷吹入炉膛两种投加方案进行了比较:节煤剂掺混到燃料煤中, 虽然能利用球磨机、煤粉分离器及一次风粉实现掺混均匀, 但节煤剂含有催化剂、助燃剂等成分, 在球磨机研磨过程中易出现着火、爆炸等事故, 不能采用流化床锅炉投加节煤剂时所采用的与燃料煤掺混投加的方式;节煤剂与压力空气混合喷吹, 则需要解决高浓度液体与空气均匀混合、高效投加的问题。经进一步讨论, 确定采用将节煤剂用水稀释、采用高压喷头雾化后与空气混合的方式直接喷吹入炉膛进行投加。
节煤剂在炉膛燃烧过程中需要消耗部分的氧气, 与节煤剂混吹的空气量如气量过大, 将对煤粉燃烧工况产生扰动;若气量过小, 节煤剂在炉膛二次风口之上的低氧区不完全燃烧, 会造成节煤效果差、节煤剂消耗量增加;依靠增加一、二次风量提高燃烧区的氧含量, 将使过量空气系数上升, 降低锅炉效率, 不利于锅炉的经济运行。经与厂家人员讨论, 决定借鉴气化厂硫回收装置富氧燃烧的经验, 由厂家提供设备制取富氧空气, 采用富氧空气混吹投加方式解决了节煤剂燃烧效率低的问题。应用富氧助燃可提高节煤剂燃烧温度, 加速节煤剂的分解转化、提高节能率;经计算, 三台粉煤锅炉同时投加节煤剂所需要的富氧空气 (28~31%O2) 总量为190~210m3/h, 仅占锅炉总风量的万分之七, 不会对燃烧工况产生明显的扰动。
最终确定的煤粉锅炉投加节煤剂流程为:节煤剂加入计量箱中, 用计量泵打入溶解槽中, 按设定比例配水、搅拌均匀, 再用泵加压送至距离煤粉锅炉节煤剂投加口约1.5米的高压喷头处进行雾化;使用风机将空气送至膜分离装置进行分离, 出膜分离装置的富氧空气 (28~31%O2) 再经风机增压、储罐缓冲后沿管道输送至高压喷头处与节煤剂混合, 一并进入煤粉炉炉膛燃烧。为保证投加安全, 除风机、加压泵设置压力联锁外, 在单台煤粉炉的富氧空气、节煤剂管道上增加了电磁阀, 送风机停运或电流低于5A时所对应的电池阀自动关闭, 停止节煤剂的投加。
节煤剂投加装置安装和配管等施工作业于2013年7月12日完成, 并于7月16日对1#、2#煤粉锅炉开始十天的空白试验 (3#锅炉未运行) 。试验前, 气化厂与节煤剂厂家共同对皮带秤、燃气表、煤粉仓料位等进行了测量。空白试验期间, 两台锅炉共产蒸汽47472吨, 消耗燃料煤7205吨、燃料气49.8664万Nm3、煤气79.2446万Nm3。按照每天的燃料煤消耗量和当日对应的燃料煤热值, 计算出燃料煤平均热值为3679.93Kcal/kg;按照每天锅炉消耗的煤气、燃料气及其当日的热值, 计算出煤气、燃料气平均热值分别为3617.03Kcal/Nm3、2425.90Kcal/Nm3。空白试验期间, 两台煤粉锅炉的吨蒸汽耗煤为92.054kgce/T蒸汽。
1#、2#煤粉锅炉7月27日至8月26日进行了节煤剂投加和数据采集。加剂试验期间, 两台锅炉共产蒸汽134991吨, 消耗燃料煤21881吨、燃料气94.8084万Nm3、煤气156.0430万Nm3。经对分析数据统计、计算, 燃料煤、煤气、燃料气平均热值分别为3354.52Kcal/kg、3567.35Kcal/Nm3、2421.26Kcal/Nm3。计算出加剂期间, 两台煤粉锅炉的吨蒸汽耗煤为85.998kgce/T蒸汽。
投加节煤剂后, 蒸汽单耗下降6.58%;扣除节煤剂成本后, 试验期间节约费用近22万元。与以前流化床锅炉投加节煤剂相比, 富氧空气的使用提升了节煤剂的分解转化率, 从而达到较好的节煤效果, 三台煤粉锅炉同时采用富氧空气混吹节煤剂将取得更明显的经济效益。
参考文献
[1].锅炉燃煤中添加节煤剂的节能试验, 崔俊青、任怀珍、李建凌, 《节能》2011年Z1期.
[2].燃煤过程中添加剂的作用机理研究, 白青子、白云起、黄桂芝, 《中国矿业》2004年07期.
富氧空气 篇3
经济发展到某个阶段, 人们就会自觉地对环境问题更加关注。这是一个必然的趋势, 尤其是在近些年, 雾霾困扰着我国, 在惹人生厌的同时, 也迫使每一个人都在反思, 我们的生存环境究竟该怎么办?未来, 我们应该如何来应对环境污染所带来的巨大挑战?
雾霾日益严重, 这与走向美好生活的社会发展背道而驰。雾霾的产生源于人类生活和工业对生态环境的污染, 解铃还须系铃人, 智慧的人类绝不会让浓浓的雾霾“锁”住手脚。而解锁的钥匙正是科技创新的智慧, 那些极具前瞻性的清洁空气的发明专利, 会在未来“大展身手”, 成为带动社会效益及经济效益的焦点。
雾霾中, 我们该怎么办?虽然赵冬青在创新发明的时候, 没有遭遇到如此严重的空气污染, 但他前瞻性的创新探索, 却对如今雾霾中生活人类的呼吸难题, 带来了极具启发意义的思考。
业界的专家评价认为, 具有创新智慧的赵冬青先生, 历经多年的探索创新推出的“制备富氧森林空气的方法” (专利号:2OO710130236.7) , 该创新产品铸造了健康绿色的新亮点, 为空气污染笼罩下的人类追寻绿色生活提供了可能, 尤其是其便捷高效的科技特色, 让其发明专利具有广阔的应用前景和巨大的社会效益。
一、雾霾中, 我们呼唤科技的创新
“世界上最远的距离, 是牵着你的手, 却看不见你的脸”……, 各类描述雾霾场景的段子近期在网上广为流传。
段子的流传, 是人们对雾霾体验的真实写照, 也反映出了目前空气糟糕的现状。在采写稿件的时候, 正值初冬。北京的雾霾, 俨然成为生活在这个城市每一个人日常的担心。希望每天上班的时候, 天空不会那么压抑, 用它本应该的敞亮带给我们一个好的心情。但严峻的现实面前, 我们渴求总会失望。烦恼中, 生活仍然得继续, 只是对雾霾的厌恶只增不减。既然雾霾已经避免不了, 就希望隔三差五刮点风吧。
清理雾霾, 总不能靠风吧!如果真是这样, 这是人类的悲哀。中国接下来将进入雾霾高发期。而环保部环评常聘专家库成员彭应登认为:“假如城市的污染治理没有得到根本改观, 城市化过程中不注意城市之间的相互影响, 不留下足够的通道, 不考虑污染物稀释扩散结构的话, 这种局面在中国至少还会持续10-20年。”
这么多年, 不可避免地要生活在糟糕的空气中, 未来, 人类将会受到哪些影响?现在看来, 仍不得而知。但有一点是肯定的, 雾霾会对人类呼吸系统有影响。前几天, 世界卫生组织发文称, 雾霾将会影响人类的生殖能力。具体会对生殖能力有无影响, 或者影响到什么程度, 虽然目前没有研究结论, 但不管如何, 人类必须用最高的要求来应对雾霾, 否则, 如果雾霾真的持续影响十几或二十几年, 那么指不定会对人类的健康产生哪些意想不到的后果。
警钟长鸣, 不容踟蹰。眼下, 我们最应该思考的是, 如何在不可避免的雾霾中, 能最大限度的降低污染对人类的影响。这虽然是一个无奈之举, 但科技的力量永远是人类生活的坚定保障。
其实, 赵冬青的创新成果“制备富氧森林空气的方法” (专利号:2OO710130236.7) 前几年就已经引起社会的关注。如今, 随着空气污染的加剧, 其成果更加受到专家们的重视。业界专家称, 赵冬青的该创新技术, 非常值得推广应用。
二、好成果只属于热爱生活的智者
“制备富氧森林空气的方法”发明者赵冬青, 其实是一个多才多艺的人, 他酷爱文学和诗词创作, 并著有《梅叶冬青诗选》和《心灵日记》两书。说起这项发明, 就如同他创作好诗词需要灵光一闪那样, 赵冬青的富氧森林空气制备方法同样是智慧的一次偶然迸发。
据介绍, 富氧森林空气制备法的灵感来自于赵冬青与其父的一次京郊之旅。当他们置身于森林中, 惬意地吸纳清新空气时, 赵冬青就由已及人地想到, 人类不应该仅限于在森林中才能享用到如此美好的空气, 而应该让纯净的气息遍布寰宇, 无时无刻不抵达人类的心灵。
但如何才能达成如此有意义的目标呢?于是, 自学成才、医学造诣深厚的赵冬青开始了他智慧创新的研发历程。诗歌创作, 需要对生命、对社会有独到的思考;研究医学, 需要对病理、对药物有精熟的专研和探索;同样, 进行科技发明, 必须也要有淳朴的心灵, 要有对社会、对人类感恩的思想, 要有奉献的精神。回报生活和社会, 是赵冬青坚定自己发明创作的最大动力。只有在这种动力中, 一个思想或决定, 才能一步一步变成现实。
从赵冬青的经历来看, 他有着深厚的科技发明的成长氛围, 在上个世纪90年代初期, 他就曾参加国防科工委攻关项目“大规模集成电路电子束曝光机亚微米工作台”研制, 提出创新的设计和制造方案, 经国家鉴定达到世界领先水平, 获得山东省科学技术进步二等奖。
有幸成为发明创造蓬勃发展年代中的一名科技工作者, 浓厚的科技创新氛围, 同样在刺激着聪慧的赵冬青。为此, 勤奋的赵冬青, 其创新的智慧一发不可收拾, 现有森林空气的罐装及人工制备技术等六项专利问世。
有心人才能让生活过得精彩充实。每一个成功的人, 必定是一个有心人, 尤其对于科技创新来说, 知识的储备和眼界的开阔当然是必须的, 但如果不是个有心人, 那么在科技发明上势必会一无建树。作为有心人的赵冬青, 在发明富氧森林空气制备方法时, 他的想法也很纯粹, 但却饱含了他人性最纯澈的一面——他只是简单地希望让生活在大城市的人们也可以像在宁静乡村一样, 呼吸到森林空气, 进而提高人们的工作效率及身心健康水平。
这种简单而充满爱心的念头, 成为了赵冬青发明冲动的源头。而有心的赵冬青也是有毅力的人, 最终将这种充满了巨大社会价值的发明念头, 逐渐变成现实。用赵冬青母亲的话说, 冬青这孩子从小就有爱心, 他的想法总是那么的单纯和可爱, 心地非常善良。
《梅叶冬青诗选》和《心灵日记》两书的诞生, 正是赵冬青对生活、对祖国的热爱的一种再现。而现在看来, 他的发明成果也浓缩了他的这种善良友善的心地。
三、好空气也需要好技术
空气是生命存在的必要条件, 而洁净大气是人类赖以生存的源泉。当下的雾霾天气, 绝对会危害人类健康。
动物呼吸、植物光合作用都离不开空气。有关调查表明:人不吃饭能活5个星期, 不喝水能活5天, 但如果没有空气, 却连5分钟都活不了。假如没有空气, 我们的地球将是一片荒芜, 毫无生机。人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量, 从而使环境的质量降低, 对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响。
环境污染具体包括:水污染、大气污染、噪声污染、放射性污染等。随着科技水平的提高和人民生活质量的改善, 环境污染也在加剧, 尤其是在发展中国家, 环境污染问题已成为世界各国共同研究的课题之一。
人类活动不可避免地会对空气产生影响, 所以, 好的空气需要好的技术去进行各方面的保障。而赵冬青先生创新发明的富氧森林空气制备方法, 就是这样的好技术。该创新成果是选择森林空气作为采集源, 在森林空气中勾兑适量的医用氧气, 含氧量不超过30%。本发明还公开了在富氧森林空气中加入芳香族植物气味的步骤和可加入芳香族植物气体的植物种类。
众所周知, 森林空气是大自然中的绿色空气, 亦是人类的生命之源。森林空气清新, 湿度宜人, 负氧离子多, 无污染, 人吸用后具有提神醒脑等保健治疗功效。
富氧森林空气可逐步取代医用氧气, 有效规避因长期用氧产生过分氧化、富氧依赖性和混入污染空气等问题, 并可切实解决易燃、易爆等安全问题, 杜绝后顾之忧。
由此可见, 绿色空气全面替代医用氧气乃大势所趋, 是人类自我生命和意识觉醒后的深度需求, 合乎时宜地开启了人类对生活空气需求的研发先河, 影响深远。
四、富氧森林空气法的优势
虽然, 改善空气质量成为了一个刻不容缓的现实, 但问题是, 目前我们所使用的空气净化方法并不理想。正因为如此, 富氧森林空气制备方法应运而生, 它的问世“功在当代, 利在千秋”, 将给人类的生命健康带来莫大福祉。
森林内空气新鲜、无污染、湿度宜人、负氧离子多, 吸用时使人感受空气特别清新, 神清气爽, 具有提神醒脑、保健和治疗作用。赵冬青发明的富氧森林空气制备方法, 开启了人类对生活空气需求的研发先例, 具有深远的社会价值和现实意义。
赵冬青先生的发明, 以常用罐装森林空气、便携式瓶装森林空气、植物芳香森林空气、森林空气吧、森林空气舱等形式面世。
该发明首先用发电车、卡车、气瓶、气泵等实现对森林空气的罐装, 主要分为三步, 过滤、压缩和装瓶。所选取的森林空气要求:含氧量不低于22%, 相对湿度20%~60%, 空气洁净度达国家一级标准, 空气清新度好。即通风条件下空气流速0.2~0.3m/s时, 负氧离子含量应≥5, 000个/m3。之后将采集到的森林空气加入适量医用氧气, 并可混入芳香族植物散发的气体, 制备出适合人类呼吸的富氧森林空气。
森林空气制备方法, 可以使城市居民享用森林空气, 提高人们的健康水平和工作效率。实为一个造福人类社会、成本低廉、经济效益巨大的专利项目。
项目可转化成常用罐装森林空气、便携式瓶装森林空气、植物芳香森林空气、森林氧吧、森林氧舱等形式。
很多专家都对该成果做出了肯定, 说该成果击破了同在一片蓝天下, 可以喝不同的水, 却不能吸不同空气的宿命。如同人类对矿泉水的普遍需求一样, 未来人类对森林空气的需求将非常的广泛。森林空气将大有可为, 转化成果将惠及社会。此外, 鉴于森林空气采集程序简单且物美价廉, 更是产品未来得以普及的先决条件。
五、非凡社会效益产业前景广阔
赵冬青先生的该创新产品, 凝结了发明者的智慧和心血, 也有着紧贴实际的应用优势, 其技术领先优势以及突破的革新性, 也使得该专利获欧洲“尤里卡奖”, 并被载入《世界优秀专利精选》。业界的评价是, 随着科技的不断进步, 随着人类对空气环境的日趋重视, 赵冬青先生的森林空气必将得到普遍推广和应用。
评价是带有预测性的, 但如今, 浓浓的雾霾将这种预见性真正变为了现实。一方面, 它提醒人们更加重视人类赖以生存的物质条件和客观环境, 更加爱惜地球资源, 爱护地球环境, 间接地为人类敲响了警钟;另一方面, 开阔了人们的视野, 在这种背景下, 紧贴社会发展脉搏的创新技术, 为人们免受雾霾侵害提供了一个方法。尤其是其创新思路, 更为解决雾霾侵害难题, 带来与众不同的启发。
森林空气采集技术已臻成熟, 可于早上8点到下午4点采气。一个生产单元 (最基本) 配备两辆卡车, 一辆用来拉发电机, 一辆拉电动压气泵。车上再装些大气瓶 (用氧气瓶即可) , 为装卸快也可用小型吊车。
根据估算, 一大瓶可以装20小瓶, 一小瓶可吸40分钟。一天吸两次, 每次4分钟。一小瓶可用5天。每小瓶纯利约20元, 则一大瓶可获利400元。若中型厂一天装1000大瓶以上, 一天利润为40万元, 年利润在1.2亿元以上。至于大型生产厂家, 利润不可限量。
经济上的效益只是其次, 更重要的是, 此项专利的背后蕴含的巨大的、难以估量的社会效益。