摘要：江苏省镔鑫钢铁集团有限公司（以下称为我司）能源动力厂制氧车间有二期20000空分1套，三期35000空分1套，四期60000空分1套。其中20000空分有JR-680型电加热器3台，35000空分有DR1152W-00型电加热器3台，60000空分有XS-YD1413-000型电加热器3台。现因生产需要只运行四期制氧和二期制氧，力求在能源生产与供应方面实现更高的效率、更低的成本和更环保的目标，为企业发展注入新的动能。我司对制氧车间60000空分有XS-YD1413-000型电加热器进行了蒸汽加热器辅助加热的技改项目，并取得了圆满成功，这不仅提高能源利用效率，更降低运行成本节。现就设备实际运行情况及改造过程进行论述。
关键词：空分 纯化器 电加热器 蒸汽加热器 成本
一、引言 能源动力厂积极响应镔钢集团的科技创新发展战略，更是为公司经济发展提供源源不断动力的核心枢纽。一直以来，能源动力厂肩负着重大的使命，不断探索创新，力求在能源生产与供应方面实现更高的效率、更低的成本和更环保的目标，为企业发展注入新的动能。 其中对制氧车间分子筛加热器蒸汽辅助项目的技改成功不仅提高能源利用效率，更降低运行成本。面对日益严峻的能源形势和环保压力，能源动力厂的技术团队迎难而上，深入调研、反复论证，最终确定了一套科学合理的技改方案。在技改过程中，他们充分发挥专业优势，精心组织施工，严格把控每一个环节，确保了技改工作的顺利进行。 1、项目背景概述 在空分行业中，电加热器一直是重要的设备之一。然而，随着行业的发展和对能源效率、成本控制的要求不断提高，传统的电加热器在某些方面逐渐显露出局限性。为了进一步优化空分设备的性能，提高能源利用效率，降低运行成本，开展电加热器进行蒸汽辅助加热技改项目具有重要的现实意义。 2、电加热器现状分析 当前，电加热器在空分系统中虽应用广泛，但其能耗大、热效率相对较低的缺点不容忽视。特别是在大规模、持续加热的应用场景中，电加热器往往导致电力成本居高不下，同时也增加了电网的负荷压力。此外，电加热过程中产生的电磁辐射和热量散失也对环境造成了一定影响。 3、蒸汽加热器优势阐述 蒸汽加热器作为一种清洁、高效的加热方式，具有显著的节能减排优势。首先，蒸汽作为热媒，其热效率远高于电能直接转换，能够有效降低能耗。其次，蒸汽加热器在加热过程中几乎不产生污染物，符合环保要求。再者，蒸汽加热系统可实现余热回收和循环利用，进一-步提高能源利用率。最后，蒸汽加热器的维护成本相对较低，且运行稳定可靠，有助于提升生产线的整体效率和稳定性。 二、技术改造方案 1、系统设计 在电加热器前串联一台蒸汽加热器，利用公司富产的0.5MPa蒸汽，对应的饱和温度158.8℃。先利用蒸汽将污氮气从出塔15℃左右加温到145℃左右，再经过电加热器从145℃加温到180℃左右去再生分子筛。蒸汽加热器后装一露点仪判断其是否串漏，配蒸汽阀、疏水阀、污氮气进出口阀、旁通阀等。如果蒸汽加热器内漏或需要检修，污氮气走旁通阀进电加热器，不会影响到正常生产。将蒸汽辅助加热系统与现有的电加热器系统进行整合。设计合理的蒸汽管道布局，确保蒸汽能够均匀地传递到电加热器的关键部位，实现辅助加热的功能。同时，配置相应的控制阀门和传感器，以便精确控制蒸汽的流量和温度。
2、设备选型
选择合适的蒸汽发生器和相关的辅助设备。蒸汽发生器的容量和性能应根据空分设备的实际需求进行选型，确保能够稳定地提供所需的蒸汽量和压力。同时，选用高质量的阀门、管道和传感器，以保证系统的可靠性和安全性。
3、控制系统升级
对电加热器的控制系统进行升级，使其能够与蒸汽辅助加热系统进行协同工作。通过先进的控制算法和传感器反馈，实现对电加热器和蒸汽辅助加热的精确控制，确保空分设备在不同工况下都能保持稳定的运行温度。蒸汽加热器改造，最终效果图，如下图画线部分：
注：
都有单独投切按钮，对应的电加热器组与蒸汽加热器配合使用，当前状态为改造前使用电加热器时状态；以第一组电加热器为例，投入蒸汽加热器效果如下：
蒸汽加热参数如下图：
其中的
指的是，纯化加热开始计时时间，在此时间内
<设定温度+1，原来的按钮状态也不会改变，除非加热了 2 分钟后，出蒸汽加热器温度还是小于设定温度+1 ，才会切换成纯电加热器，来加热；这个过程是自动的；
污氮再生气保护设置：
如下图，当【露点分析联锁投入】并且画线 1 处，1_AI1201.AV>-40℃时，蒸汽进口阀 V1225 关到 0
当【露点分析联锁切除】时，1_AI1201.AV>-40℃时，蒸汽进口阀 V1225 关到 5 ，微开，通气保持蒸汽加热器温度
如图，左边是 1#冷凝水泵控制；右边是 2#冷凝水泵控制，二者皆可手自动切换；手动停泵效果如下：
手动启动效果如下：
4、程序逻辑
蒸汽进口压力大于设定低值--可修改，且再生气出蒸汽加热器温度大于设定低值--可修改：
蒸汽进口压力大于设定高值--可修改，且再生气出蒸汽加热器温度大于设定高值--可修改
下装安全性：程序在冷吹阶段下装，不会影响纯化分子筛；且只修改关于电加热器相关的参数，并没有触及其它地方；
5、工作控制说明
5.1、模式一
蒸汽加热器不投用（不使用蒸汽加热器或蒸汽加热器检修时），蒸汽加热器前部蒸汽阀门关闭，电加热器按照原程序运行。
5.2、模式二
蒸汽加热器投入使用，污氮出口温度在DCS中与电加热器连锁，当检测污氮出口温度小于128度时，蒸汽加热器前部蒸汽阀门远程连锁关闭，电加热器按原程序工作；当检测污氮出口温度大于128度小于等于160度时，关闭电加热器内部四组固定组加热管，剩余一组固定组和调功组正常工作；当检测污氮出口温度大于等于160度时，关闭电加热器五组固定组，保留一组调功组正常工作在蒸汽加热器投用时，设置液位计高低位与水泵连锁，高位（600mm）水泵自动打开，低位（200mm）水泵自动关闭；设置露点与蒸汽进口阀连锁，当露点高于高于-50℃时报警，另设置当露点高于-40℃时关闭蒸汽进口阀，停用蒸汽加热器，打开旁通阀门，关闭蒸汽加热器进出口手动阀门，切换至原程序。
三、预期效益
1、能源效率提升：蒸汽辅助加热可以在一定程度上降低电加热器的负荷，从而减少电能的消耗。同时，蒸汽作为一种高效的能源介质，其热传递效率较高，可以提高整个加热系统的能源利用效率。
2、成本降低：通过减少电能消耗和提高能源利用效率，可以显著降低空分设备的运行成本。此外，蒸汽辅助加热系统的建设和维护成本相对较低，也有助于降低企业的总体成本。
3、设备可靠性提高：蒸汽辅助加热可以使电加热器在较低的温度下运行，减少了电加热器因高温而导致的损坏风险。同时，蒸汽辅助加热系统的稳定性较高，可以提高整个空分设备的可靠性和稳定性。
四、风险与挑战
1、技术复杂性：蒸汽辅助加热技改项目涉及到电气、机械、控制等多个领域的技术，具有一定的技术复杂性。在项目实施过程中，需要专业的技术团队进行设计、安装和调试，以确保系统的正常运行。
2、安全风险：蒸汽具有一定的危险性，如高温、高压等。在项目实施过程中，需要严格遵守相关的安全规范和标准，采取有效的安全措施，确保人员和设备的安全。
3、运行维护：蒸汽辅助加热系统需要定期进行维护和保养，以确保其性能和可靠性。需要建立完善的运行维护制度，配备专业的维护人员，及时处理系统运行中出现的问题。
4、施工安装
从前期的不断研讨、立项、招标到施工完成，历时7个月，为了施工安装不影响制氧空分设备的正常生产，充分利用5月份的停机检修机会对本项技改项目进行施工。
五、试行验收
1、试机准备：为了及早暴露设备及系统在运行方面的原因，尽快得到处理，提高机组投产后安全、经济、稳定的要求。在施工完成后提前全面检测蒸汽加热器使用性能，使之达到要求。包括检验阀门的启动、自动控制以及附属设备、系统控制性能，其中包括逻辑、连锁、定值参数等的合理性，必要时进行现场修改以满足设备的安全经济运行。
2、运行记录：从7月开始试运行到8月进行一个月的数据监测记录
3、效益计算：根据现场电加热器电流表统计数据可知：
增加蒸汽加热器前，两台电加热器共运行11组（每台五组固定组、其中一台运行一组调功组）；单台电加热器功率为1416KW，开二备一，每天电加热器工作9小时。
增加蒸汽加热器后，两台电加热器共运行4组（每台一组固定组、一组调功组）；根据实际的运行数据可计算出前后对应的实际效益：
3.1、按照节电1798kwh计算，电加热器每天工作9h：每年的节电费用为：1798*9*330*0.61=325.74万元（注：平均电价0.61元/kwh）
3.2、 按照蒸汽价格80元/t，每年用蒸汽费用为80*3*9*330=71.28万元，并回收高品质冷凝水即为蒸汽的量：3*9*330=8910t
每年的节省用能费用保守估计为：325.74-71.28=254.46万元（未包含冷凝水的回收）
六、结论与展望
制氧分子筛电加热器进行蒸汽辅助加热技改项目的成功具有显著的经济效益和社会效益。通过合理的设计和实施，可以提高空分设备的能源效率，降低运行成本，提高设备的可靠性和稳定性。本次技改项目的成功为后续的技改创新指明了方向，具有深远意义。
能源动力厂会始终牢记企业使命“坚持绿色、数字化发展，共创美好未来”，努力为实现我们的企业愿景“做强钢铁主业，构建产业生态，创造社会价值”，继续深挖潜能，不断技术创新为集团公司的可持续发展做出自己的贡献。
综上所述，将电加热器改造成蒸汽加热器辅助系统是一项具有显著节能减排效果和经济效益的改造项目。通过本项目的实施，不仅能够有效降低生产能耗和成本，提升生产效率和产品质量;还能够减少污染物排放，改善生产环境。展望未来，随着技术的不断进步和环保政策的日益严格，蒸汽加热系统将在更多领域得到广泛应用和推广。
