高爐脫濕鼓風(fēng)技術(shù)的探討

田曉杰

摘要：高爐鼓風(fēng)脫濕項(xiàng)目是國家十二五鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)推薦的節(jié)能減排項(xiàng)目，可以降低高爐鼓風(fēng)機(jī)的電耗，降低焦比，穩(wěn)定鐵水質(zhì)量，提高高爐產(chǎn)量。目前國內(nèi)常用的脫濕鼓風(fēng)技術(shù)是吸附式和冷凍式脫濕鼓風(fēng)技術(shù)，并且多選用機(jī)前冷凍式脫濕技術(shù)，脫濕器出口含濕量約為10g/Nm3。選用脫濕鼓風(fēng)技術(shù)，會(huì)給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高爐，脫濕鼓風(fēng)，冷凍式脫濕技術(shù)

一、概述

近年來，噴煤、富氧和脫濕鼓風(fēng)已成為高爐節(jié)能降耗的重要手段。高爐鼓風(fēng)脫濕項(xiàng)目是國家十二五鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)推薦的節(jié)能減排項(xiàng)目，而且鼓風(fēng)濕度對(duì)高爐爐況的穩(wěn)定，能耗降低等都有重要影響。在中國大部分地區(qū)，夏季天氣炎熱，濕度很大，對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)增加脫濕裝置對(duì)高爐穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)焦和降低鼓風(fēng)機(jī)能耗等方面有顯著效果，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

高爐鼓風(fēng)濕分從風(fēng)口吹入爐內(nèi)，在風(fēng)口前的高溫區(qū)進(jìn)行分解，該過程是吸熱反應(yīng)，消耗了該區(qū)域的熱量，相應(yīng)的降低了風(fēng)口前的溫度。脫濕鼓風(fēng)既可以減少水分分解吸熱、提高風(fēng)口前的理論燃燒溫度，又可以降低焦比。穩(wěn)定鐵水質(zhì)量，高爐脫濕鼓風(fēng)已經(jīng)成為降低高爐燃料比的重要措施之一。

隨著高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展，高爐鼓風(fēng)就其含濕量而言，經(jīng)歷了一個(gè)從自然濕度鼓風(fēng)到加濕鼓風(fēng)又發(fā)展到現(xiàn)在的脫濕鼓風(fēng)的過程，其目的都是為了穩(wěn)定濕分，解決鼓風(fēng)中濕分的波動(dòng)問題。從冶煉節(jié)約焦炭，提高噴煤量的角度來看，現(xiàn)代高爐應(yīng)廣泛采用脫濕鼓風(fēng)（摘自《高爐設(shè)計(jì)——煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐》）。

根據(jù)相關(guān)資料，采用脫濕鼓風(fēng)有以下好處：

（1） 鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)經(jīng)除濕后風(fēng)溫降低密度增大，可以降低鼓風(fēng)機(jī)的電耗，其節(jié)電率在5～10%?；蛟陲L(fēng)機(jī)功率不變的情況下，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量增加5～10﹪;

（2） 可以降低焦比，節(jié)省煉鐵燃料，鼓風(fēng)含濕量每減少1g/m3，可降低焦比0.8～1kg/噸鐵左右;

（3） 鼓風(fēng)含濕量每減少1g/m3，風(fēng)溫提高，可以多噴1.5-2.5kg/噸鐵的煤粉，置換焦炭。

（4） 因爐況穩(wěn)定和焦比下降以及風(fēng)量增加等因素，鼓風(fēng)含濕量每減少1g/m3，可以增產(chǎn)0.5%～1.0%，高爐平均增產(chǎn)0.5%～1.0%左右 ;

（5） 對(duì)空氣再次過濾，有效保護(hù)鼓風(fēng)機(jī)的葉片不被磨損，延長鼓風(fēng)機(jī)使用壽命等。

目前，國內(nèi)外較多鋼鐵企業(yè)已經(jīng)陸續(xù)安裝了高爐脫濕鼓風(fēng)裝置，比如寶鋼、武鋼、漣鋼、南鋼、寧波鋼鐵、萊鋼等。根據(jù)現(xiàn)場反饋的信息以及對(duì)部分項(xiàng)目的回訪，該系統(tǒng)基本能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。

4、鼓風(fēng)濕分對(duì)高爐的影響

根據(jù)《高爐煉鐵工藝及計(jì)算》（成蘭伯著），鼓風(fēng)所帶入的濕分在風(fēng)口回旋區(qū)發(fā)生如下分解吸熱反應(yīng)。

H2O →H2 + 1/2 O2 ? -10.80MJ/m3H2O

上式中反應(yīng)消耗了風(fēng)口回旋區(qū)的熱量，使燃燒溫度降低，并導(dǎo)致焦比的升高。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，含濕量每增加1g/m3，理論燃燒溫度降低6.3 ℃（新日鐵經(jīng)驗(yàn)值）、7.6 ℃（ 首鋼經(jīng)驗(yàn)值） ，焦比增加1kg/噸 。

濕分的分解吸熱可以通過風(fēng)溫得到補(bǔ)償。計(jì)算結(jié)果表明，鼓風(fēng)濕分增加1g/m3，分解吸熱相當(dāng)于降低9℃風(fēng)溫。但考慮到分解產(chǎn)生的H2在爐內(nèi)參加還原反應(yīng)又放出相當(dāng)于3℃風(fēng)溫的熱量，所以一般考慮補(bǔ)償6℃風(fēng)溫。鼓風(fēng)濕分對(duì)噴煤的影響也是很明顯的。因?yàn)闈穹衷斐娠L(fēng)口燃燒溫度降低，直接影響煤粉的燃燒，從而限制了噴煤量的提高。僅從保持理論燃燒溫度不變的角度考慮，根據(jù)新日鐵首鋼的經(jīng)驗(yàn)公式，濕分每增加1g/m3，煤比要降低2.23kg/噸。

Tt= 1524 + 0.84×Tf+ 60×Fo-2.7×W – 6.03×M

式中：W ——煤比，kg/噸;

M ——鼓風(fēng)濕分，g/m3。

綜上所述，高爐鼓風(fēng)除濕技術(shù)符合國家的節(jié)能產(chǎn)業(yè)政策、國家科學(xué)技術(shù)部提倡政策、生產(chǎn)力布局要求;項(xiàng)目節(jié)能效果明顯、產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益巨大。

三、主要的脫濕方法

高爐鼓風(fēng)除濕的方法主要有兩種，既吸附法和冷卻法。

（一）吸附法：

以氯化鋰作吸附劑，即以氯化鋰與濕空氣充分接觸，吸附劑即可吸收空氣中的水份，隨后對(duì)吸附劑加熱脫水再聲，并以此循環(huán)連續(xù)使用，即吸附法。

以固態(tài)氯化鋰作吸附劑是稱為干式吸附法。

以液態(tài)氯化鋰作吸附劑是稱為濕式吸附法。

吸附法雖然系統(tǒng)簡單，但是氯化鋰消耗量大，同時(shí)氯化鋰再生是耗電量大，氯化鋰本身又具有強(qiáng)烈的腐蝕性，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高，霧狀的氯化鋰有一部分會(huì)隨空氣一同被吸入高爐鼓風(fēng)機(jī)，對(duì)高爐風(fēng)機(jī)的通流部分產(chǎn)生腐蝕，所以，吸附法很少被采用。

（二）冷凍法：

將濕空氣通過冷卻器冷卻，使空氣濕度降低到空氣壓力及所含濕量而相對(duì)應(yīng)的飽和溫度下，即將空氣中的水分凝結(jié)而析出，即冷凍除濕法。

冷凍除濕法又分為：機(jī)前冷凍除濕和機(jī)后冷凍除濕。即脫濕器設(shè)在鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)，就是機(jī)前冷凍除濕;脫濕器設(shè)在鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)側(cè)，就是機(jī)后冷凍除濕。

高爐鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)過加壓后，壓力一般在0.3～0.6MPa之間，溫度一般在160～300℃之間，在機(jī)后脫濕的換熱量大，脫濕器需要的換熱面積和冷卻水量大，設(shè)備投資費(fèi)用大，能耗高，并且空氣經(jīng)過需要降低30～40℃才能脫去空氣中的水分，進(jìn)入熱風(fēng)爐的風(fēng)溫就降低了30～40℃，影響高爐產(chǎn)量，所以機(jī)后脫濕也是不經(jīng)濟(jì)的。

四、關(guān)于脫濕器出口含濕量的選擇

目前國內(nèi)以寶鋼高爐為首的20幾座高爐采用了鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前冷凍脫濕設(shè)備。脫濕器出口溫度毫無例外的均采用10℃（含濕量10g/Nm3）。寶鋼和日本的高爐脫濕鼓風(fēng)，濕度均控制在8～12g/Nm3。原因如下：

1 高爐脫濕鼓風(fēng)是與高爐噴吹煤粉（以前曾噴重油）緊密聯(lián)系在一起。假如高爐不噴吹，全焦冶鐵，非但不能脫濕反而要加濕?，F(xiàn)在的高爐基本上均噴煤粉，脫濕與否以及脫多少完全由高爐爐況所決定，而絕對(duì)不能由脫濕設(shè)備自行決定。

2 高爐采用脫濕鼓風(fēng)的首要目的是穩(wěn)定鼓風(fēng)濕度，而并不要求鼓風(fēng)濕度越低越好。現(xiàn)代高爐煉鐵，特別是大型高爐爐況的穩(wěn)定極為重要。為此，入爐固定原料品質(zhì)的穩(wěn)定，建大型原料場及混勻設(shè)備花了很大的代價(jià)。鼓風(fēng)濕度的穩(wěn)定，以前被人們所忽略，但現(xiàn)在漸漸意識(shí)到穩(wěn)定鼓風(fēng)濕度可以花較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)濕度穩(wěn)定，對(duì)高爐冶煉十分有利，穩(wěn)定濕度是首要目標(biāo)。上世紀(jì)七十年代能源危機(jī)后出現(xiàn)的脫濕鼓風(fēng)正是在節(jié)能的條件下解決鼓風(fēng)濕度穩(wěn)定的有效新技術(shù)。

3 上世紀(jì)五、六十年代，以前蘇聯(lián)為首在高爐上采用了“加濕鼓風(fēng)”。通過加濕手段以達(dá)到穩(wěn)定高爐鼓風(fēng)的目的。當(dāng)時(shí)加濕鼓風(fēng)確實(shí)有效地穩(wěn)定了爐況增加了高爐的產(chǎn)量。加濕鼓風(fēng)對(duì)高爐帶來的好處是以多消耗能源為代價(jià)的，當(dāng)時(shí)焦碳便宜，這一技術(shù)也是可行的，國內(nèi)不少高爐也在用“加濕鼓風(fēng)”技術(shù)。七十年代能源危機(jī)爆發(fā)焦碳價(jià)猛漲，加濕鼓風(fēng)逐漸被脫濕鼓風(fēng)所取代。因此，不管是加濕鼓風(fēng)還是脫濕鼓風(fēng)均是以穩(wěn)定鼓風(fēng)含濕量為首要目的。

4 鼓風(fēng)濕度過低，將會(huì)引起高爐爐溫過高。如果高爐爐溫過高，在高爐側(cè)位往往是在風(fēng)中加濕（噴蒸汽）解決。所以鼓風(fēng)站脫濕過多，脫濕裝置的能耗將大幅度增加，反而造成能源浪費(fèi)。鼓風(fēng)溫度從10℃再降到4℃即對(duì)應(yīng)的鼓風(fēng)含濕量從10g/Nm3降到6.47g/Nm3，高爐的高效生產(chǎn)對(duì)濕度降到如此之低沒有要求，但脫濕系統(tǒng)會(huì)因此變復(fù)雜化。

5 寶鋼的高爐脫濕鼓風(fēng)從1985年9月投產(chǎn)到現(xiàn)在已經(jīng)24年，據(jù)了解，寶鋼的經(jīng)驗(yàn)只要求鼓風(fēng)濕度8～12g/Nm3就滿足高爐要求，而只是對(duì)鼓風(fēng)濕度波動(dòng)有嚴(yán)格要求（≤0.5g/Nm3）。同時(shí)，鼓風(fēng)溫度從10℃繼續(xù)降到4℃，采用常規(guī)電制冷溴化鋰吸收式制冷機(jī)組是達(dá)不到的。溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組最低出水溫度只能達(dá)到6℃，若要使空氣冷到4℃，必須另加螺桿或離心冷水機(jī)組，并且，空氣濕度從10℃降到4℃脫出濕份并不多。

綜上所述，脫濕脫到6.47g/Nm3綜合效益并不高。而且使系統(tǒng)變得復(fù)雜、設(shè)備增加，額外增加寶貴電能、增加“碳排放量”，甚至可能威脅風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行。而且從日照氣象條件來看，若脫至6g/Nm3，脫濕裝置運(yùn)行時(shí)間也只增加五月這一個(gè)月。運(yùn)行時(shí)間增加有限，對(duì)整體經(jīng)濟(jì)性貢獻(xiàn)并不明顯。

故綜合考慮，選擇脫濕器出口含濕量選擇為最常見的10g/Nm3。

五、關(guān)于脫濕技術(shù)及方案的選擇

空氣的脫濕過程可以在鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)進(jìn)行，也可以在鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)側(cè)進(jìn)行，即所謂的機(jī)前脫濕及機(jī)后脫濕。目前，機(jī)前冷凍除濕比較常用，原因如下：

1.鼓風(fēng)機(jī)節(jié)電：如果是機(jī)前脫濕，空氣密度增大，而且進(jìn)入風(fēng)機(jī)的空氣中水蒸氣減少，在保持氧含量不變的情況下，風(fēng)機(jī)干空氣質(zhì)量流量、體積流量下降，可減少鼓風(fēng)機(jī)軸功率，從而節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)電耗6～10%。

2.設(shè)備投資：目前，國內(nèi)的鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)出口的高壓高溫（0.3～0.6 MPa，溫度約180～280 ℃），選則機(jī)后脫濕，脫濕設(shè)備的承壓高，設(shè)備耐溫高，脫濕設(shè)備的設(shè)備投資高。

所以，目前國內(nèi)脫濕成熟的技術(shù)都是機(jī)前脫濕

脫濕方法：比較常用的有吸附式除濕技術(shù)和冷凍式脫濕技術(shù)。

吸附式除濕技術(shù)中，常用的是用氯化鋰做為吸附劑，吸附劑與濕空氣充分接觸，吸附劑吸收空氣的水分，再通過加熱吸附劑，讓吸附劑脫水再生，循環(huán)連續(xù)使用。吸附法對(duì)氯化鋰的消耗量大，同時(shí)氯化鋰具有較強(qiáng)的腐蝕性，所以對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高，尤其是霧狀的氯化鋰隨空氣進(jìn)入高爐鼓風(fēng)機(jī)后，會(huì)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的流通部分產(chǎn)生腐蝕，所以吸附式的脫濕技術(shù)用的非常少，目前國內(nèi)成熟的技術(shù)還是冷凍式除濕技術(shù)。

冷凍式除濕系統(tǒng)的主要除濕設(shè)備就是冷凍機(jī)，該工藝系統(tǒng)最為簡單，除濕能力大，可使?jié)窨諝獾暮瑵窳拷档?0g/Nm3。

目前，技術(shù)非常成熟的、國內(nèi)外已有多套運(yùn)行的高爐脫濕鼓風(fēng)裝置主要有電制冷脫濕以及蒸汽制冷脫濕兩種類型。

電制冷脫濕方案：主要流程是通過電制冷機(jī)組制取冷凍水，以供脫濕換熱器降低高爐鼓風(fēng)機(jī)吸入空氣的溫度，從而降低空氣含濕量。無冷水系統(tǒng)。電制冷脫濕方案的優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于蒸汽制冷脫濕方案而言系統(tǒng)簡單可靠、運(yùn)行效率高。缺點(diǎn)：耗電較大，運(yùn)行成本高?？諝庀到y(tǒng)流程：外界大氣進(jìn)入過濾器，出去灰塵后進(jìn)入脫濕器，高溫高濕空氣在脫濕換熱裝置內(nèi)進(jìn)行熱交換，降溫脫濕后進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)鼓風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)入熱風(fēng)爐、高爐。冷卻水系統(tǒng)流程：冷卻水由循環(huán)水泵房送至制冷機(jī)冷凝器側(cè)，在冷凝器內(nèi)進(jìn)行熱交換后升溫再回到水泵房，經(jīng)水泵房冷卻塔降溫后循環(huán)使用。

蒸汽制冷脫濕方案：主要是是以低壓蒸汽為驅(qū)動(dòng)源，采用溴化鋰制冷機(jī)組制取冷凍水水。蒸汽制冷方案優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行成本低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)及維護(hù)較復(fù)雜。蒸汽制冷脫濕的空氣系統(tǒng)流程：同電制冷脫濕方案。冷水系統(tǒng)流程：從溴化鋰制冷機(jī)蒸發(fā)器側(cè)出來的溫度較低的冷卻水進(jìn)入脫濕換熱裝置與空氣進(jìn)行熱交換，空氣被低溫（約7℃）的冷水冷卻、降溫并脫去部分水份，冷卻水升溫（約12℃）后由冷卻水泵送回制冷機(jī)內(nèi)，循環(huán)使用。冷卻水系統(tǒng)流程：冷卻水由循環(huán)水泵房送至制冷機(jī)冷凝器側(cè)，在冷凝器內(nèi)進(jìn)行熱交換后升溫再回到水泵房，經(jīng)水泵房冷卻塔降溫后循環(huán)使用。

目前，脫濕技術(shù)非常成熟，常用方案有電制冷方案和蒸汽溴化鋰制冷方案，我們對(duì)兩種制冷方案做出如下對(duì)比，具體請見方案分析對(duì)比表，以2500m3高爐為例的兩方案均具有較好的盈利性。

序號(hào)方案

項(xiàng)目方案1方案21方案名稱電制冷直接冷卻蒸汽制冷間接冷卻方案配置及能介消耗2系統(tǒng)特點(diǎn)制冷劑R134a直接在蒸發(fā)器中冷卻空氣除濕，無冷水系統(tǒng)，效率高，系統(tǒng)簡單。蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)組制出冷水，冷水再送至表面換熱器中冷卻空氣除濕，

效率較高，系統(tǒng)稍復(fù)雜。3技術(shù)比較技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計(jì)合理，效率高在有余熱蒸汽可利用的場合下，

能源利用合理、運(yùn)行費(fèi)用省4設(shè)備占地略小略大，因增加了一套蒸汽系統(tǒng)5主要設(shè)備

配置鋁合金板翅式換熱器1套

制冷壓縮冷凝機(jī)組3×150萬kcal/h鋁合金板翅式換熱器1套

制冷壓縮冷凝機(jī)組2×220萬kcal/h6蒸汽耗量010000kg/h7電耗量～1200 kW300 kW8循環(huán)冷卻水耗量1200 m3/h1300 m3/h投資概（估）算9建筑工程費(fèi)～200萬元～200萬元10設(shè)備費(fèi)～1800萬元～2000萬元11安裝工程費(fèi)～250萬元～250萬元12工程建設(shè)及預(yù)備費(fèi)～300萬元～300萬元合計(jì)工程總靜態(tài)投資～2550萬元～2750萬元經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算節(jié)電降低鼓風(fēng)機(jī)軸功率1728kW×24h×30天×5月=622萬KW.h/年1728kW×24h×30天×5月=622萬KW.h/年脫濕系統(tǒng)耗電1200kW×24h×30天×5月=432萬KW.h/年300kW×24h×30天×5月=108萬KW.h/年綜合節(jié)約電耗622KW.h-432KW.h=190萬KW.h/年622KW.h-108KW.h=514萬KW.h/年年節(jié)電費(fèi)用190萬kw.h×0.72元/KW.h =136.8萬元514萬kw.h×0.72元/KW.h=370.8萬元節(jié)焦年減少焦炭耗量8g×0.6kg/t×2580m3×2.3×30天×5月=0.427萬噸/年8g×0.6kg/t×2580 m3×2.3×30天×5月=0.427萬噸/年年節(jié)焦效益0.427×2000元/t =854萬元0.427×2000元/t =854萬元耗蒸汽費(fèi)用021600t×120元/t =259.2萬元投資回收期估算2550/（854+136.8）=2.574年2750/（370.08+854-259.2）=2.85年

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