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深冷制氧技術(shù)在銅冶煉工程中的應(yīng)用

文檔作者：羅艷文檔來源：中國瑞林工程技術(shù)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月03日
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第 321卷期 有 色 冶 金 設(shè) 計(jì) 與 研 究 2010年
4 月
深冷制氧技術(shù)在銅冶煉工程中的應(yīng)用
羅艷
(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330002)
(摘要】闡述了深冷制氧技術(shù)原理、制氧流程及技術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)際，介紹了深冷制氧技術(shù)在某銅冶
煉廠的應(yīng)用．提出了深冷制氧機(jī)組安全運(yùn)行和噪聲防護(hù)的措施
[關(guān)鍵詞]深冷制氧；銅冶煉；安全運(yùn)行；噪聲防護(hù)
中圖分類號(hào)：TB61~ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-4345(2010)02--0014--03
Application of Deep Cooling Oxygen Making Technology in Copper Smelting Project
LU0 Yan
(China Nerin Engineering Co．，Ltd．，Nanchang，Jiangxi 330002，China)
Abstract In this paper，the author elaborated the principle，process and technical characteristics of deep cooling oxygen making，
introduced the application of deep cooling oxygen making technique in some copper smelting plants in combination with engineering
practice，and put forward some measures of safe operation and noise protection for deep cooling oxygen making machine sets．
Keywords deep cooling oxygen making；copper smelting；safe operation；noise protection
1 前言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛躍發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的迅速進(jìn)
步，工業(yè)上對(duì)氧氣的需求與日俱增，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)
大。冶金、化工、環(huán)保、機(jī)械等行業(yè)都需要大量的氧氣。
就冶金來言，無論是鋼鐵冶金或者是有色金屬、稀有
金屬、貴金屬的冶金，如果用富氧取代空氣供氧，冶金
爐或浸出槽的產(chǎn)量必將大幅度提高，能源消耗顯著降
低，冶煉或浸出的時(shí)間大大縮短，產(chǎn)品質(zhì)量提高，這將
使生產(chǎn)成本大幅度降低，還可以節(jié)約基建投資。目前
在工業(yè)上得到高純度的氧氣，廣泛采用了深冷方法來
制取氧氣閉。本文主要介紹深冷制氧技術(shù)在銅冶煉工程
中的應(yīng)用。
2 深冷制氧原理及特點(diǎn)
2．1 深冷制氧原理
深冷制氧是采用深度冷凍的方法把空氣液化，然
后再利用元素沸點(diǎn)的不同而分離成氧氮和其他氣體。
收稿日期：2009-11-02
作者簡(jiǎn)介：羅艷(1981-)，女，主要從事熱工專業(yè)設(shè)計(jì)工作。
空氣在一般隋況下溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的飽和溫度，屬
于過熱蒸汽。為了使它液化必須放出一定數(shù)量的熱
量，液化過程中放出的熱量包括由過熱蒸汽冷到干飽
和蒸汽需放出的熱量和由干飽和蒸汽冷凝至飽和液
體需放出的冷凝潛熱。它的冷凝溫度比周圍環(huán)境溫度
要低得多，因此必須用人工制冷的方法獲得低溫 。
2．2 深冷制氧簡(jiǎn)要工藝設(shè)備
深冷制氧技術(shù)的空分裝置為達(dá)到制冷目的，主要
由以下設(shè)備組成：原料空氣壓縮機(jī)——將空氣壓縮到
一定的壓力；熱交換器一蓄冷器或可逆式板翅換熱
器等將空氣冷卻到接近液化的溫度；節(jié)流閻——進(jìn)一
步降低空氣的溫度；膨脹機(jī)——靠對(duì)外做功制取冷
量，降低空氣溫度。
2．3 深冷制氧機(jī)組技術(shù)特點(diǎn)
f1制氧流程形式為常溫分子篩預(yù)凈化空氣，增壓
透平膨脹機(jī)制冷，帶壓產(chǎn)品氧氣采用液氧自增壓流程。
采用規(guī)整填料技術(shù)及全精餾制氬技術(shù)。
f21空冷系統(tǒng)充分利用污氮?dú)夂偷獨(dú)獾牟伙柡臀?
濕性，降低進(jìn)水溫度，減少冷凍機(jī)組，節(jié)省投資和運(yùn)行
第2期 深冷制氧技術(shù)在銅冶煉工程中的應(yīng)用 ．15．
費(fèi)用。空冷塔上段和水冷塔采用散堆填料，具有傳熱
傳質(zhì)效率高、操作彈性大、阻力損失小的優(yōu)點(diǎn)。
(3份子篩吸附器采用雙床層機(jī)構(gòu)，長周期設(shè)計(jì)(工
作時(shí)間4 h1，從而使得分子篩及閥門使用壽命延長，切
換損失減小，同時(shí)減小因切換引起的壓力波動(dòng)次數(shù)，
進(jìn)而保證主塔工況穩(wěn)定。
f41增壓透平膨脹機(jī)，回收能量，效率高。
面換熱器，真空釬接，工藝先進(jìn)，使用壽命長。
(6)j真料型上塔。上塔阻力減小，從而降低空壓機(jī)
出口壓力，降低能耗。填料塔操作彈f生大，有利于變負(fù)荷
工況的生產(chǎn) 況轉(zhuǎn)換時(shí)間短1。
3 深冷制氧技術(shù)在銅冶煉工程的應(yīng)用
某年產(chǎn)4O萬噸陰極銅工程(一期20萬噸)銅冶
煉采用閃速爐熔煉和閃速爐吹煉“雙閃速”工藝，根據(jù)
工藝生產(chǎn)條件，閃速吹煉、閃速熔煉爐和其他工藝設(shè)
備消耗氧氣量大，氧氣純度高，詳細(xì)參數(shù)見表I。
表1 各生產(chǎn)設(shè)備用氧氣消耗量(一期)
采用深冷制氧技術(shù)制取氧氣，以便能滿足工藝
生產(chǎn)要求。用氧量計(jì)算(折合成99．6％02)：平均氧消耗
量=26 025x1．015~100／99．6=26 521 Nm3／h
3．1 制氧機(jī)組的選擇
根據(jù)工藝用氧量計(jì)算，按計(jì)算最大用氧量選擇制
氧機(jī)組，同時(shí)考慮生產(chǎn)過程的波動(dòng)，一期選擇1套規(guī)
格為30 000 Nm 、純度為99．6％的制氧機(jī)組，主要產(chǎn)
品產(chǎn)量和參數(shù)見表2。
表2 一期制氧機(jī)組參數(shù)
3．2 深冷制氧機(jī)組工藝流程
原料空氣經(jīng)自潔式空氣過濾器除去灰塵及其它
機(jī)械雜質(zhì)，空氣經(jīng)過濾后在空氣透平壓縮機(jī)中壓縮至
0．62 MPa(A)~右。經(jīng)空氣冷卻塔預(yù)冷，冷卻水分上、下
段進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，下段為工程循環(huán)冷卻水，上段為經(jīng)水
冷塔冷卻后的冷凍水，空氣自下而上穿過空氣冷卻塔，
在冷卻的同時(shí)，又得到清洗?？諝饨?jīng)空氣冷卻塔冷卻
后，溫度降至 l 8℃，然后進(jìn)入切換使用的分子篩純化
器，空氣中的二氧化碳、部分碳水化合物及殘留的水蒸
氣被吸附。分子篩純化器為2臺(tái)切換使用，其中1臺(tái)
工作時(shí)，另1臺(tái)再生。純化器的工作時(shí)間為4 h，切換
周期約為8 h，定時(shí)自動(dòng)切換。
空氣經(jīng)凈化后，由于分子篩的吸附熱，溫度升至
～ 24℃，然后分二路：一路空氣直接進(jìn)入主換熱器，與
返流氣體f純氧、純氮、污氮等)換熱達(dá)到接近空氣液化
溫度(約一1 72．7 oC)進(jìn)人下塔。另一路空氣進(jìn)^增壓透平
膨脹機(jī)增壓端進(jìn)行增壓，增壓后進(jìn)入主換熱器。增壓
空氣在主換熱器內(nèi)被返流氣體冷卻至175 K時(shí)抽出，
進(jìn)人膨脹機(jī)膨脹制冷，膨脹后的空氣又分二路，一路經(jīng)
液氧自增壓器冷凝后進(jìn)入下塔，另一路直接進(jìn)入下塔。
在下塔，空氣被初步分離成氮、污液氮和富氧液
空，頂部氣氮在主冷凝蒸發(fā)器中被液化，同時(shí)主冷凝蒸
發(fā)器的低壓側(cè)液氧被氣化。部分液氮作為下塔回流液
回到下塔，另一部分液氮，經(jīng)液空液氮過冷器被純氮?dú)?
和污氮?dú)膺^冷并節(jié)流后部分送人上塔頂部作為上塔
回流液，部分進(jìn)入粗氬液化器和精氬冷凝器。污液氮
f含氧量為 20％0z)~過冷器過冷后，再經(jīng)節(jié)流送人上
塔上部作為上塔回流液。液空在液空液氮過冷器中過
冷后經(jīng)節(jié)流部分送人上塔中部作回流液，另一部分進(jìn)
入粗氬冷凝器。
液氧從主冷凝蒸發(fā)器底部引出，經(jīng)液氧自增壓
器，被空氣蒸發(fā)后經(jīng)主換熱器復(fù)熱后作為氣體產(chǎn)品出
冷箱，進(jìn)入氧氣管網(wǎng)送往用戶。深冷制氧工藝流程如
圖1。
圓咂 雛涸
◆ 圓咽咽◆ 回
圖1 深冷制氧工藝流程
3．3 深冷制氧站主要設(shè)備布置
制氧站主要由空氣壓縮區(qū)域、空氣預(yù)冷與純化區(qū)
域、空氣膨脹和增壓區(qū)域、空氣分餾塔、氣體加壓與儲(chǔ)
存區(qū)域、循環(huán)水區(qū)域及控制樓組成?？諝鈮嚎s區(qū)域包
括空氣過濾器和空氣壓縮機(jī)，空氣過濾器采用自潔式
高精度紙質(zhì)過濾器，空氣壓縮機(jī)采用進(jìn)口Atlas設(shè)備，
．16． 有 色 冶 金 設(shè) 計(jì) 與 研 究 31堂
設(shè)備采用露天布置，但由于空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音很大
f、．92 dB)，考慮到對(duì)周圍環(huán)境的影響，將空壓機(jī)設(shè)置在
隔音罩內(nèi)?？諝忸A(yù)冷與純化區(qū)域的主要設(shè)備有空冷
塔、水冷塔、水泵、純化器、蒸汽加熱器和消音塔等，全
部采用露天布置方式，其中對(duì)水泵電機(jī)采取簡(jiǎn)單的防
雨措施。空氣膨脹和增壓區(qū)域主要由膨脹增壓機(jī)、空
冷器和過濾器組成，采用半露天布置。氣體加壓與儲(chǔ)
存區(qū)域包括液氧貯槽、液氧泵、液氧汽化器、高壓氧氣
儲(chǔ)罐等設(shè)備，各設(shè)備均露天布置。
3．4 深冷制氧機(jī)組安全及噪聲防護(hù)措施
(1)制氧機(jī)組的安全措施。氧氣是一種助燃?xì)怏w，
遇到明火立即燃燒并有產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)，因此在制氧
站的設(shè)計(jì)中，安全措施必須予以重視，制氧站設(shè)計(jì)在
安全上可采取如下有效措施：①制氧站應(yīng)獨(dú)成系統(tǒng)，
并用圍墻與其它車間或工段隔開，圍墻與其它建筑物
之間的距離嚴(yán)格遵守有關(guān)防火規(guī)范的要求；②站內(nèi)各
生產(chǎn)車間建筑物之間的防火距離及建筑物的耐火等
級(jí)均符合設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定；③站內(nèi)設(shè)置完整的、
可靠的消防設(shè)施；④制訂嚴(yán)格的操作管理制度，防止
人為安全隱患的產(chǎn)生。
f2)制氧機(jī)組的噪聲防護(hù)措施。制氧機(jī)的噪聲主要
來自兩個(gè)方面，一方面是空氣壓縮機(jī)吸氣、排氣及運(yùn)
行過程中產(chǎn)生的噪聲，另一方面是氣體排放產(chǎn)生的噪
聲。針對(duì)噪聲污染，可以采取如下防護(hù)措施：①采用較
低吸氣速度，空氣過濾器的過流能力是額定出力的2
倍；②空氣壓縮機(jī)進(jìn)出口管道包扎吸音材料，空氣壓縮
機(jī)采用整體隔音設(shè)施；③氣體排放采用降噪效果較好
的消音塔，使噪音源盡可能遠(yuǎn)離操作地點(diǎn)。
4 小結(jié)
深冷制氧法具有安全性能好，自動(dòng)化程度高，規(guī)
模大，產(chǎn)氧氣純度高，還能制取高純度氮?dú)夂蜌鍤獾葍?yōu)
點(diǎn)。當(dāng)前在冶金工業(yè)中被廣泛采用，但是我國的深冷
制氧技術(shù)還有待進(jìn)一步提高，深冷制氧機(jī)組的安全使
用和維護(hù)也是當(dāng)前一個(gè)重要問題。
參考文獻(xiàn)
【1]劉漢釗，王華金，楊書春．變壓吸附制氧法和深冷法的比較 冶金動(dòng)
力，2003，f21：26-29．
【2J 制氧機(jī)原理與操作編寫組．制氧機(jī)原理與操作 北京：冶金工業(yè)出
版社，1988．
【3】王偉．KDON3600／3200型空分設(shè)備投產(chǎn)總結(jié)叨．深冷技術(shù)，2002，
f21：27—29．
[4]孫克錕．對(duì)克勞特空分流程的再認(rèn)識(shí)叨．深冷技術(shù)，2000，(3)：5_7．
(上接第7頁)
個(gè)室內(nèi)都設(shè)有人孔供安裝和檢修之用。
陶瓷膜過濾器一般使用2臺(tái)或2臺(tái)以上并聯(lián)運(yùn)
行，過濾水在外壓的作用下，經(jīng)陶瓷膜過濾管微孑L滲
透到過濾室，經(jīng)出液口排出，同時(shí)將雜質(zhì)截留下來并
沉積在沉渣室，積集一定量時(shí)經(jīng)排污排出，可通過定
時(shí)或設(shè)定壓差來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反沖洗。循環(huán)水經(jīng)陶瓷膜過
濾器后，水中顆粒值<7 m，水中含雜質(zhì)30 mg,'L。
4 投產(chǎn)遇到的問題及解決方案
(11水碎廠房地下配置，造成地坑內(nèi)潮濕。投產(chǎn)前
期，設(shè)備漏電現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此，地坑內(nèi)要嚴(yán)格做好
防滲水措施，并設(shè)置良好的通風(fēng)系統(tǒng)，電氣設(shè)備應(yīng)考
慮絕緣密封措施；f2)運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，溜槽下部的
?；?cè)壁沖屆4厲害，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮耐高溫耐磨的內(nèi)襯
材料；(3般產(chǎn)之初熱水池第一格下部物料沉積較多，現(xiàn)
場(chǎng)分析認(rèn)為用于反沖此處的管道偏小，反沖效果不好。
加大反沖洗管道的管徑后問題解決；f4 一格熱水池
返粒化塔的循環(huán)水管道管徑偏小，因循環(huán)水中含固體物
質(zhì)，需內(nèi)襯鑄石等材料，加大管徑，保證管路暢通；c5)原
設(shè)計(jì)熱水池為混凝土結(jié)構(gòu)，長期運(yùn)行中，由于熱水對(duì)混
凝土的沖刷，使水泥中鈣、鎂分解，對(duì)高冰鎳產(chǎn)品質(zhì)量
可能影響，因此熱水池本體的設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先選擇不銹鋼
結(jié)構(gòu)。
5 結(jié)語
吉恩鎳業(yè)INBA粒化和脫水工藝投產(chǎn)以來的生產(chǎn)
實(shí)踐證明，工程在設(shè)計(jì)、安裝、生產(chǎn)上是成功的，在生產(chǎn)
控制和操作管理方面也達(dá)到了預(yù)期的效果。局部需作
進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，希望此工程能為類似的建設(shè)項(xiàng)目積
累經(jīng)驗(yàn)，得以借鑒。

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