唐钢20000Nm~3/h制氧机变负荷生产工艺参数优化的研究

论文摘要

国际上最新空分装置多为变负荷型,而国内尚属空白。在国内制氧机变工况及生产组织优化控制的研究中均以实际摸索经验为主,而没有相应的理论支持。针对目前国内钢铁企业氧气连续生产与用户用氧不均衡的状况,本文以唐钢中厚板20000Nm3/h空分装置为原型,探讨了空分装置不同工况条件下精馏塔的各种工艺参数的优化计算方法并进行实践,在生产中取得显著成效。论文主要工作如下:1.介绍了唐钢中厚板20000Nm3/h空分装置及其工艺流程特点,分析了采用跟踪调节控制技术实现优化工艺参数变负荷生产的可行性。2.研究了O2-Ar-N2三元物性数学模型。采用Peng-Robinson状态方程及相应的物性参数计算O2-Ar-N2三元物系的性质具有较高的准确度,为工艺参数的优化建模和计算奠定了理论基础;3.建立了精馏塔数学模型,较准确地反映了空分精馏过程,能够适应不同工况条件下的精馏计算;4.通过求解精馏塔的数学模型,对空分装置各精馏塔及整个精馏系统进行模拟计算,并以此为基础优化变工况工艺参数,分别计算出氧气产量最大工况（110%）、氧气产量最小工况（90%）、氧气产量设计工况、液态氧气产量最大工况等四种条件下的工艺参数优化结果。对唐钢中厚板20000Nm3/h制氧机变工况工艺参数优化生产进行了实施,结果表明,精馏塔的数学模型和计算方法是可靠的,能够满足各种变工况条件下的精馏计算。通过本研究课题的实施极大地降低了氧气放散率,达到了节能减排的目的;同时降低了企业运行成本。此外,对于分析精馏过程、优化操作具有实用价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 制氧技术国内外研究及应用现状
• 1.2.1 低温法空气分离装置技术发展简况
• 1.2.2 现代空气分离装置新技术的发展趋势
• 1.2.3 空气分离装置流程计算方法
• 1.2.3.1 氧-氮-氩及其混合物的物性计算
• 1.2.3.2 空分精馏计算
• 1.2.3.3 空分流程计算
• 1.3 钢铁企业氧气使用现状及课题的意义
• 1.3.1 钢铁企业氧气使用现状及分析
• 1.3.2 唐钢目前存在的问题
• 1.3.3 课题的意义
• 1.3.4 本课题主要的工作
• 第二章 唐钢中厚板20000Nm3/h 空分装置流程介绍
• 2.1 流程简介
• 2.1.1 预冷及纯化
• 2.1.2 空气精馏
• 2.1.3 冷量的制取
• 2.1.4 氩的提取
• 2.2 控制系统简介
• 2.3 本章小节
• 第三章 氧—氮—氩三元物系物性计算数学模型
• 3.1 基本原理和基本定义
• 3.1.1 状态方程
• 3.1.2 临界常数
• 3.1.3 压缩因子
• 3.1.4 偏心因子
• 3.1.5 对比态原理和对比态定律
• 3.1.6 剩余性质
• 3.1.7 真实气体混合物与规则
• 3.1.8 逸度与逸度系数
• 3.1.9 气液相平衡计算
• 3.2 氧—氮—氩三元物系热力模型
• 3.3 物性计算结果检验
• 3.4 本章小节
• 第四章 精馏塔建模
• 4.1 基本方程
• 4.2 等焓节流计算
• 4.2.1 基本方程
• 4.2.2 计算方法及程序框图
• 4.3 精馏塔数学模型的建立及求解
• 4.3.1 模型塔
• 4.3.2 基本方程组
• 4.3.3 求解MESH 方程组
• 4.3.4 精馏塔下塔模型建立
• 4.4 本章小节
• 第五章 变工况调节工艺参数优化
• 5.1 引言
• 5.2 状态模型
• 5.2.1 空气净化量状态模型
• 5.2.2 制冷量平衡状态模型
• 5.2.3 膨胀机空气量状态模型
• 5.3 计算模型
• 5.3.1 精馏塔下塔物料平衡与热平衡
• 5.3.2 液空过冷器热平衡
• 5.3.3 液氮过冷器平衡
• 5.3.4 精馏塔上塔物料平衡与热平衡
• 5.4 计算结果
• 5.4.1 主塔最大氧气产量计算结果
• 5.4.2 主塔最小氧气产量计算结果
• 5.4.3 主塔液态氧气最大产量计算结果
• 5.4.4 主塔设计氧气产量计算结果
• 5.5 工艺参数优化实施案例
• 5.6 本章小节
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢