遷鋼高爐鼓風(fēng)脫濕節(jié)能項(xiàng)目可行性研究

李 泉,陳亞軍,王立璞

（首鋼股份公司遷安鋼鐵公司能源部，河北遷安064404）

熱電

遷鋼高爐鼓風(fēng)脫濕節(jié)能項(xiàng)目可行性研究

李 泉,陳亞軍,王立璞

（首鋼股份公司遷安鋼鐵公司能源部，河北遷安064404）

遷安地區(qū)夏季晝夜?jié)穸炔▌?dòng)以及季節(jié)濕度變化對(duì)穩(wěn)定高爐爐況和降低燃料消耗會(huì)產(chǎn)生不利影響。經(jīng)過對(duì)3#高爐項(xiàng)目節(jié)能效益估算，高爐鼓風(fēng)脫濕節(jié)能技術(shù)具有可行性，能夠降低焦比，提高噴煤比，節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)電耗，使高爐順行而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)效益。

脫濕；冷凝；節(jié)能

1 項(xiàng)目背景

高爐鼓風(fēng)脫濕技術(shù)在我國(guó)江南以及沿海地區(qū)應(yīng)用廣泛，近幾年遷鋼周邊地區(qū)的唐鋼、首秦和京唐公司都已應(yīng)用該技術(shù)，從實(shí)際情況看均取得了較好的效果。

遷鋼3#高爐地處河北省遷安市。根據(jù)氣象歷史資料統(tǒng)計(jì)，遷安地區(qū)夏季室外計(jì)算干球溫度32.7℃，夏季室外計(jì)算濕球溫度26.2℃，夏季室外計(jì)算日平均溫度28.0℃。該地區(qū)夏季日均含濕量為11～25 g/m3，如圖1所示。

季節(jié)濕度變化在7～16 g/m3，夏季濕度晝夜變化在6～15 g/m3。遷安地區(qū)夏季晝夜?jié)穸炔▌?dòng)以及季節(jié)濕度變化使高爐煉鐵鼓風(fēng)中的水分含量和風(fēng)溫發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)煉鐵工序的燃料消費(fèi)結(jié)構(gòu)和燃料消耗產(chǎn)生直接不利影響，使高爐爐況不順而影響高爐煉鐵的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 遷安地區(qū)日平均含濕量變化圖

2 鼓風(fēng)脫濕的節(jié)能作用

2.1 降低焦比，提高噴煤比

高爐生產(chǎn)的黃金季節(jié)是冬季，即大多數(shù)高爐均存在冬季產(chǎn)量高、焦比低，而夏季產(chǎn)量低、焦比高的現(xiàn)象，這是因?yàn)槎練鉁氐停諝夂瑵窳康?，空氣密度大，鼓風(fēng)水份少、流量大，由此可見，鼓風(fēng)含濕量和吸入溫度，對(duì)高爐生產(chǎn)有較大的影響。隨著高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展，高爐鼓風(fēng)按其含濕量而言，經(jīng)歷了一個(gè)從自然濕度鼓風(fēng)到加濕鼓風(fēng)，發(fā)展為現(xiàn)在的脫濕鼓風(fēng)的過程。原始的自然濕度鼓風(fēng)，一天中隨著溫度的變化，濕度自然變化，高爐爐況也隨之發(fā)生變化；第二種情況是為了爐況穩(wěn)定進(jìn)行加濕鼓風(fēng)[1]，用穩(wěn)定的高濕度換取穩(wěn)定的爐況，結(jié)果是多用大量的焦炭，浪費(fèi)能源；第三種情況是同樣為了穩(wěn)定爐況，進(jìn)行脫濕鼓風(fēng)，使進(jìn)入高爐的空氣趨于較低濕度下的穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到更高層次的爐況穩(wěn)定，既大幅度節(jié)約焦炭，又提高噴煤比，從而提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。

脫濕鼓風(fēng)技術(shù)不僅能在穩(wěn)定高爐生產(chǎn)方面起到“四季如冬”的作用，而且也將在高爐節(jié)能降耗中發(fā)揮重要作用。

2.2 有利于風(fēng)機(jī)夏季的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

（1）首鋼遷鋼公司3#風(fēng)機(jī)額定供風(fēng)能力為7000 m3/min，原為1#、2#高爐（2650 m3）供風(fēng)，為滿足3#高爐（4000 m3）供風(fēng)要求，2010年與陜鼓合作進(jìn)行了擴(kuò)容改造，3#風(fēng)機(jī)擴(kuò)容改造后雖然供風(fēng)能力得到了提高，但在夏季高溫潮濕季節(jié)估計(jì)能力會(huì)達(dá)到極限，不能滿足為3#高爐供風(fēng)的要求，脫濕項(xiàng)目實(shí)施后由于改善了風(fēng)機(jī)進(jìn)氣質(zhì)量，對(duì)風(fēng)機(jī)能力起到了一定的補(bǔ)充作用，確保3#風(fēng)機(jī)夏季也能滿足3#高爐安全運(yùn)行。

（2）高爐鼓風(fēng)脫濕改造后進(jìn)氣質(zhì)量的提高使鼓風(fēng)機(jī)能有效的改善夏季運(yùn)行特性，降低電耗，減少葉片磨損，延長(zhǎng)葉片使用壽命，同時(shí)鼓風(fēng)含濕量的降低能確保高爐鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)電耗

空氣經(jīng)過脫濕裝置后溫度降至3～5℃，空氣密度增大，可增加鼓風(fēng)質(zhì)量流量。如保持鼓風(fēng)質(zhì)量流量不變，則可以減少鼓風(fēng)機(jī)軸功率，從而節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)電耗。

2.4 實(shí)現(xiàn)高爐順行增產(chǎn)效益

采用鼓風(fēng)脫濕后，可消除濕度波動(dòng)的影響，從而使高爐爐況變得穩(wěn)定，大幅度減少塌料、懸料現(xiàn)象，確保煉鐵生產(chǎn)順行而實(shí)現(xiàn)高爐的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。

3 項(xiàng)目脫濕技術(shù)方案

3.1 脫濕方法的選擇

高爐鼓風(fēng)脫濕工藝目前國(guó)內(nèi)有干法、濕法和冷凝法三種工藝形式。

（1）干法

干法是用固體吸附劑吸收空氣中的水分，一般利用LiCl結(jié)晶水狀態(tài)的變化(LiCl-LiCl·H2O-LiCl· 2H2O)和石棉的吸水性實(shí)現(xiàn)空氣脫濕。通常將氯化鋰摻在石棉里制成蜂窩狀轉(zhuǎn)筒，使空氣通過時(shí)進(jìn)行脫濕。使用一定時(shí)間后轉(zhuǎn)筒吸水性減弱?？衫谜羝蚱渌鼜U熱加熱轉(zhuǎn)筒使其吸收的水分蒸發(fā)，重新恢復(fù)吸水能力。所以，采用干法脫濕需要有兩個(gè)系統(tǒng)，以便交替使用。

（2）濕法

濕法是用液體吸收劑(通常為氯化鋰水溶液)在與空氣接觸時(shí)進(jìn)行脫濕。原理是氯化鋰溶液的蒸汽壓低，在達(dá)到與LiCl蒸氣壓平衡的濕度時(shí)，空氣中的水分就被吸出而脫水。主要設(shè)備有脫濕塔和再生塔。脫濕塔上部裝有噴LiCl溶液的噴嘴。脫濕塔內(nèi)，霧狀的LiCl溶液自上而下，空氣自下而上相向通過?？諝獗幻摑?，吸收了空氣中的水分而被稀釋的LiCl溶液則被送到再生塔進(jìn)行加熱、濃縮，再生后循環(huán)使用。

（3）冷凝法

冷凝法是采用冷凝方式在熱交換器中將空氣降溫，使之超過露點(diǎn)，除去飽和水。

縱觀上述三種方法:干法的雖然耗電量小，可利用各種廢熱作再生熱源。但風(fēng)量較大時(shí)需多臺(tái)脫濕機(jī)串聯(lián)或并聯(lián)，系統(tǒng)復(fù)雜、難以控制、投資巨大；濕法雖適于處理大風(fēng)量，電耗低，但因LiCl溶液有腐蝕性，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，后期維護(hù)相當(dāng)麻煩，而且會(huì)付出高額的費(fèi)用；冷凝法脫濕會(huì)由于空氣溫度降低相應(yīng)增加風(fēng)機(jī)風(fēng)量，并且其總能耗及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用要比干法和濕法低的多。經(jīng)權(quán)衡考慮后，本高爐脫濕鼓風(fēng)節(jié)能項(xiàng)目宜采用冷凝法，以達(dá)到高爐節(jié)能運(yùn)行的目的。

3.2 本項(xiàng)目采用冷凝脫濕工藝的優(yōu)越性

（1）采用制冷劑直接蒸發(fā)冷卻空氣，效率高，可增加鼓風(fēng)質(zhì)量流量5%～15%[2]；或保持質(zhì)量流量不變，減少鼓風(fēng)機(jī)軸功率5%～15%。

（2）制冷系統(tǒng)采用品牌設(shè)備，微機(jī)控制，技術(shù)成熟、運(yùn)行精確、穩(wěn)定可靠。

（3）脫濕裝置雙層布置，設(shè)備緊湊，管道短，占地少。

（4）從空氣中脫出的冷凝水可見可量，非常直觀。

（5）清除吸入空氣中殘存灰塵，解決風(fēng)機(jī)葉片、葉輪磨損問題。

3.3 冷凝脫濕工藝流程

高爐鼓風(fēng)脫濕節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)是根據(jù)冷凝脫濕原理，在空氣過濾器和鼓風(fēng)機(jī)之間安裝脫濕箱，空氣在進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)之前先通過脫濕箱被降溫至露點(diǎn)以下，空氣中的絕大部分水蒸氣冷凝液化從脫濕箱排水口排出，匯聚到冷凝水箱里面?？諝馔ㄟ^脫濕箱后溫度降至3～5℃，含濕量穩(wěn)定在6 g/m3左右。

高爐鼓風(fēng)脫濕系統(tǒng)采用二級(jí)脫濕方式。一級(jí)脫濕為初級(jí)脫濕，即制冷系統(tǒng)利用企業(yè)的富余蒸汽作為制冷機(jī)組的驅(qū)動(dòng)能源，最大使用量約為6.8 t/h，利用蒸汽溴化鋰制冷機(jī)組生產(chǎn)的7～12℃冷水通過脫濕箱對(duì)空氣進(jìn)行冷凝脫濕,空氣參數(shù)從下面空氣處理過程I-D圖的O點(diǎn)處理到L1點(diǎn)（參數(shù)為：溫度11℃；含濕量9 g/m3）；二級(jí)脫濕為深度脫濕，利用電制冷螺桿冷水機(jī)組產(chǎn)生的0～5℃的乙二醇溶液，進(jìn)一步提高脫濕箱脫濕能力,將空氣參數(shù)從L1點(diǎn)進(jìn)一步處理到L2點(diǎn)（參數(shù)為：溫度4℃；含濕量6 g/m3）?？諝馓幚磉^程如圖2所示。

圖2 空氣處理過程I-D圖

高爐鼓風(fēng)脫濕系統(tǒng)投入運(yùn)行后，高爐鼓風(fēng)機(jī)的入口空氣參數(shù)將始終保持恒定，這將促進(jìn)高爐爐況穩(wěn)定、順行增產(chǎn)。脫濕工藝的兩個(gè)階段均在脫濕機(jī)組內(nèi)完成，其輔助設(shè)施主要是管道、閥門、儀表、控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、水泵、冷卻塔等。高爐鼓風(fēng)脫濕系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。

圖3 高爐鼓風(fēng)脫濕系統(tǒng)工藝流程圖

4 項(xiàng)目節(jié)能效益估算

遷鋼公司3#高爐有效容積4000 m3，每年平均生產(chǎn)時(shí)間為350天左右，年產(chǎn)鐵320萬t左右，焦比310 kg/t，噴煤比170 kg/t，鼓風(fēng)機(jī)為可調(diào)電動(dòng)軸流式，功率35000 kW，風(fēng)量420000 m3/h。以下節(jié)能效益估算以3#高爐為例。

4.1 主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)氣象歷史資料統(tǒng)計(jì)，遷安地區(qū)月平均含濕量如表1所示。

根據(jù)首鋼遷鋼公司相關(guān)設(shè)備的實(shí)際調(diào)研情況，對(duì)遷鋼3#高爐進(jìn)行鼓風(fēng)脫濕節(jié)能項(xiàng)目的效益計(jì)算如下:

表1 遷安地區(qū)月平均含濕量表

年生鐵產(chǎn)量:320萬t

處理總風(fēng)量:420000 m3/h

鼓風(fēng)脫濕期間（5～10月）生鐵產(chǎn)量:163萬t

鼓風(fēng)脫濕期間平均脫濕量:7.2 g/m3

焦炭?jī)r(jià)格:2043元/t

噴煤價(jià)格:1090元/t

電價(jià):0.48元/kWh

蒸汽價(jià)格:100元/t

工業(yè)水價(jià)格:3.64元/t

脫濕系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間:4000 h/a

高爐鼓風(fēng)機(jī)電耗:350000 kW

生鐵利潤(rùn):100元/t

煤焦置換比:1:0.7

年脫濕量:12096 t

4.2 效益估算

根據(jù)上表1，對(duì)遷鋼公司3#高爐的鼓風(fēng)機(jī)安裝鼓風(fēng)脫濕系統(tǒng)，將鼓風(fēng)含濕量降至7.2 g/m3時(shí)的節(jié)能效益估算如下:

(1)效益

脫濕:7.2 g/m3

降低焦比:4.3 kg/t鐵

年節(jié)約焦炭0.70萬t

按2043元/t計(jì),年效益1431.94萬元

提高噴煤比置換焦比,節(jié)約成本10.78元/t鐵

合年效益1745.89萬元

節(jié)約電7.2%

全年節(jié)電1008.00萬kWh

按電價(jià)0.48元/kWh計(jì),合483.84萬元

增產(chǎn)2.2%

年增產(chǎn)比3.52萬t

增利352萬元

(2)運(yùn)行成本

耗電成本253.44萬元

蒸汽成本288.00萬元

耗水成本68.35萬元

風(fēng)溫降低(鼓風(fēng)機(jī)入口風(fēng)溫從室外溫度降低到4℃時(shí)帶來的額外成本):319.00萬元

(3)年綜合節(jié)能效益:3084.88萬元

本項(xiàng)目預(yù)計(jì)年節(jié)能效益約為人民幣3084.88萬元，預(yù)計(jì)投資額為人民幣2964萬元，融資費(fèi)、管理費(fèi)約為人民幣1000萬元，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用約為人民幣600萬元。不到2年即可收回成本。

5 結(jié)論

高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)脫濕節(jié)能技術(shù)，能有效的降低進(jìn)入高爐內(nèi)的空氣濕度并保持濕度穩(wěn)定，減少水分在高爐內(nèi)的分解吸熱，提高高爐風(fēng)口理論燃燒溫度和高爐爐況順行度，降低煉鐵焦比，提高噴煤比，節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)電耗，降低煉鐵成本，提高煉鐵產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)煉鐵生產(chǎn)的節(jié)能降耗。積極推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)，取得降低碳素氣體排放的環(huán)境效益和國(guó)家十二五規(guī)劃對(duì)鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排要求的社會(huì)效益。綜上所述，遷鋼公司高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)脫濕節(jié)能項(xiàng)目具有可行性。

[1]蔡漳平，沙永志.重視高爐鼓風(fēng)濕分的影響和調(diào)劑作用[J].鋼鐵，2004，39(12):1-3.

[2]李建貞.脫濕鼓風(fēng)技術(shù)在3650m3/min風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力，2010(3):53.

A Feasibility Study on the Dehumidifying Energy Saving Project of the Blast Furnace Blower of Qian’an Steel

LI Quan,Chen Yajun,Wang Lipu
(The Energy Dept.of Qianan Iron and Steel Company,Shougang Co.,Ltd.,Qianan,Hebei 064404,China)

The humidity variability in summer days and nights in Qian’an area and seasonal humidity variation would had an adverse impact on the operation stability of blast furnaces and fuel consumption.An evaluation of the energy saving benefit of the No.3 blast furnace project showed that the energy saving technology of blast furnace dehumidification was feasible,could reduce the coke ratio,increase the coal injection ratio,save power consumption of the fan and improve the operation of the blast furnace and production efficiency.

dehumidification;condensation;energy saving

TK223

B

1006-6764（2015）05-0023-04

2014-12-30

李泉，男，研究生學(xué)歷，教授級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)從事冶金動(dòng)力設(shè)備技術(shù)管理工作。