行業(yè)形勢(shì)背景

2016年7月底，央視曝光江蘇華達(dá)鋼鐵有限公司違法違規(guī)生產(chǎn)銷(xiāo)售“地條鋼”，此后，一場(chǎng)整治“地條鋼”的風(fēng)暴席卷全國(guó)。到2017年6月底，我國(guó)累計(jì)取締關(guān)停700余家“地條鋼”企業(yè)，出清1.4億噸產(chǎn)能。

隨著我國(guó)供給側(cè)改革和去產(chǎn)能的不斷深入，特別是地條鋼產(chǎn)能的快速退出，我國(guó)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)了扭虧為盈，廢鋼市場(chǎng)呈現(xiàn)價(jià)格觸底反彈，廢鋼產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)暖向好的勢(shì)頭。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，擴(kuò)大短流程減少長(zhǎng)流程，是多用廢鋼、節(jié)能環(huán)保的重要措施。加大電爐煉鋼的工業(yè)技術(shù)，是鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。

在此前提下，國(guó)內(nèi)電爐復(fù)產(chǎn)、新建項(xiàng)目日益增多，同時(shí)隨著技術(shù)的進(jìn)步越來(lái)越多的新技術(shù)新工藝在生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用，尤其是對(duì)氧氣的依賴度越來(lái)越高。電爐煉鋼過(guò)程中，氧氣的應(yīng)用無(wú)處不在：加氧油、氧燃噴嘴、二次燃燒、兌加鐵水等等，氧氣的應(yīng)用可以提高產(chǎn)量，縮短加熱周期，維持較高的耐火溫度，減少燃料消耗，氧氣在電爐生產(chǎn)中起著重要的作用。經(jīng)濟(jì)性好，運(yùn)行穩(wěn)定的變壓吸附制氧裝置是電爐企業(yè)的優(yōu)選。

行業(yè)用氧現(xiàn)狀及痛點(diǎn)

電爐企業(yè)傳統(tǒng)制氧方式主要選用深冷分離法，又稱低溫精餾法，1902年由林德教授發(fā)明，實(shí)質(zhì)就是氣體液化技術(shù)。通常采用機(jī)械方法，如用節(jié)流膨脹或絕熱膨脹等方法，把氣體壓縮、冷卻后，利用不同氣體沸點(diǎn)上的差異進(jìn)行精餾，使不同氣體得到分離。

該方法的特點(diǎn)是產(chǎn)品氣體純度高，但壓縮、冷卻的能耗很大，隨著規(guī)模不同，制氧成本在0.25-0.7元/Nm³不等。同時(shí)，電爐生產(chǎn)對(duì)氧氣的需要是間斷式的，深冷制氧工況是連續(xù)不斷的，所以為了滿足生產(chǎn)需要，在生產(chǎn)過(guò)程中通常會(huì)有放散的情況發(fā)生，放散率一般在10%左右，高的可達(dá)20%以上。

隨著近兩年電爐復(fù)產(chǎn)的熱潮，還有很多復(fù)產(chǎn)的電爐因?yàn)闊o(wú)氧可用，而制氧裝置建設(shè)周期較長(zhǎng)，企業(yè)只能通過(guò)采購(gòu)液氧氣化來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)供氧，由于鋼鐵行情的持續(xù)火熱，現(xiàn)在市場(chǎng)上液氧價(jià)格在1200-3000元/噸不等，這樣企業(yè)的用氧成本在1.7元-4.3元/Nm³不等，遠(yuǎn)高于行業(yè)平均水平。

還有一些企業(yè)受環(huán)保政策，地方供電限制等因素影響，在生產(chǎn)中經(jīng)常面臨非計(jì)劃短期停車(chē)，生產(chǎn)不能持續(xù)進(jìn)行的尷尬境地。而深冷分離制氧裝置，開(kāi)停車(chē)比較繁瑣，順利的情況下冷啟動(dòng)仍需要2-3天左右，在面臨政策性停產(chǎn)的企業(yè)，并不適用這種制氧方式。

相比深冷分離制氧方式，變壓吸附制氧技術(shù)具有制氧成本低、開(kāi)停車(chē)簡(jiǎn)單、負(fù)荷調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)，更加契合電爐生產(chǎn)對(duì)氧氣的需要。

變壓吸附制氧特點(diǎn)

變壓吸附制氧技術(shù)是利用變壓吸附分子篩與氮分子的四極矩之間的較強(qiáng)作用，使氮?dú)馕皆诜惺絼┥?，氧氣則吸附較少，從而使氧氮分離。該技術(shù)在上世紀(jì)50年代由普萊克斯發(fā)明，發(fā)展至今，在國(guó)內(nèi)變壓吸附企業(yè)北京北大先鋒的推動(dòng)下，中國(guó)已經(jīng)是變壓吸附制氧規(guī)模居首的市場(chǎng)。

變壓吸附制氧裝置主要由動(dòng)力系統(tǒng)（鼓風(fēng)機(jī)、真空泵、切換系統(tǒng)（同PLC控制）、吸附系統(tǒng)等組成。原料空氣經(jīng)吸入口過(guò)濾器除掉灰塵顆粒后，被羅茨鼓風(fēng)機(jī)增壓-而進(jìn)入其中一只吸附器內(nèi)。吸附器內(nèi)裝填吸附劑，通過(guò)預(yù)處理，除掉空氣中的水分、二氧化碳、及少量其它氣體組分，隨后氮?dú)獗蛔儔何椒肿雍Y所吸附。而氧氣(包括氬氣)為非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產(chǎn)品氣排至氧氣緩沖罐，產(chǎn)品氣純度在50%-93%之間可以調(diào)節(jié)。

當(dāng)該吸附器吸附到一定程度,其中的吸附劑將達(dá)到飽和狀態(tài),此時(shí)通過(guò)切換閥利用真空泵對(duì)之進(jìn)行抽真空(與吸附方向相反)。已吸附的水分、二氧化碳、氮?dú)饧吧倭科渌鼩怏w組分被抽出并排至大氣,吸附劑得到再生。上述工藝步驟由PLC和切換閥系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

變壓吸附制氧裝置有以下特點(diǎn)：

1、能耗比較低，制氧單耗在0.2元/Nm³左右。

2、維護(hù)成本低，動(dòng)設(shè)備為羅茨鼓風(fēng)機(jī)和羅茨真空泵，因其工作原理都為容積式，無(wú)油，極易維護(hù)。

3、整套設(shè)備的自動(dòng)化程度高，動(dòng)設(shè)備與制氧機(jī)是同步控制，只需按一下啟動(dòng)按鈕，整套設(shè)備即可正常運(yùn)行，常規(guī)配置每班2人，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

4、負(fù)荷調(diào)節(jié)方便，裝置可以通過(guò)時(shí)序調(diào)節(jié)，可以很快實(shí)現(xiàn)50%-95%范圍內(nèi)的負(fù)荷調(diào)節(jié)。

5、開(kāi)停車(chē)方便，裝置通過(guò)吸附方式實(shí)現(xiàn)制氧，裝置開(kāi)車(chē)后20分鐘可產(chǎn)出合格的產(chǎn)品氧氣。

6、建設(shè)周期短，真空泵鼓風(fēng)機(jī)都屬于常規(guī)設(shè)備，生產(chǎn)周期短，從投資建設(shè)到產(chǎn)出合格氧氣約6個(gè)月左右。

變壓吸附在市場(chǎng)的應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)電爐企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始將廠內(nèi)的深冷分離制氧或液氧儲(chǔ)罐替換為變壓吸附裝置。浙江萬(wàn)泰特鋼有限公司、遵義長(zhǎng)嶺特殊鋼有限公司、瀘州益鑫鋼鐵有限公司、池州市貴池區(qū)貴航金屬制品有限公司等一些電爐煉鋼企業(yè)在近幾年均進(jìn)行了制氧裝置的替換，用變壓吸附制氧裝置替換原有的制氧方式。

變壓吸附制氧裝置可以生產(chǎn)純度高達(dá)93%的氧氣，有電爐企業(yè)擔(dān)心變壓吸附純度較低，不能煉特鋼，事實(shí)上電爐煉特鋼和煉普鋼前端的過(guò)程都是相同的，在電爐中加入配料，改變鋼的成分，吹氧助燃和斷電吹氧脫碳，從而得到需要的鋼種，而在精煉工序中無(wú)需吹氧。所以電爐煉特鋼與煉普鋼本質(zhì)上對(duì)氧氣的要求是一樣的。

變壓吸附制得的氧氣中含有約3%的氮?dú)庖约?span>4%的氬氣，有電爐企業(yè)擔(dān)心其中的氮?dú)鈺?huì)影響特鋼驗(yàn)收指標(biāo)，事實(shí)上我國(guó)對(duì)常溫狀態(tài)使用的合金鋼如彈簧鋼、軸承鋼、無(wú)縫鋼管等種類(lèi)中的氮?dú)舛紱](méi)有明確規(guī)定（對(duì)普鋼更沒(méi)有規(guī)定）。過(guò)多的氮?dú)鈺?huì)對(duì)耐低溫沖擊用鋼（我國(guó)對(duì)耐低溫沖擊用鋼比如船舶用鋼、油井管用鋼的含氮量有明確規(guī)定要≤70ppm）造成含氮量超標(biāo)的問(wèn)題。而我們的電爐煉鋼企業(yè)大多是不煉耐低溫沖擊用鋼的，因此，變壓吸附應(yīng)用于電爐冶煉特鋼的前景非常廣闊。

經(jīng)過(guò)充分的數(shù)據(jù)調(diào)研，國(guó)外也有豐富的電爐用氧實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)普萊克斯公司對(duì)電爐煉鋼做過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)研，經(jīng)檢測(cè)結(jié)果證明：電弧爐使用變壓吸附制備的氧氣煉鋼不會(huì)引起鋼水中氮含量的增加。中國(guó)臺(tái)灣和日本約60%-70%的電爐煉鋼企業(yè)選擇變壓吸附作為制氧方式，目前世界上已有近百座電爐采用了變壓吸附制備的氧氣進(jìn)行煉鋼，長(zhǎng)期的實(shí)踐也證明了變壓吸附制備的氧氣適合于電爐煉鋼的要求。