柳钢2#高炉鼓风脱湿技术的应用

供稿|杨春 / YANG Chun

内容导读

高炉鼓风脱湿能在一定程度上降低高炉冶炼工序能耗,稳定高炉冶炼生产工况,高炉鼓风脱湿是高炉冶金企业节能降耗的一个重要途径.通过脱湿可以将空气鼓风湿度保持在一定范围,降低了空气湿度因气温变化、季节变化对炉况的不利影响.采用脱湿鼓风后,在不提高热风风温的情况下,节省了水蒸气分解消耗的热量,改善了高炉生产炉况,降低了焦比,实现了节能降耗.高炉鼓风脱湿技术在高炉冶金行业得到了越来越广泛应用和推广,在一定程度上提高了高炉运行的稳定性和经济性.

高炉冶炼过程中,高炉鼓风是不可或缺的一个重要环节,进入高炉的鼓风中总会含有一定的水分,其中的含湿量是与当地气候密切相关的,并且随着季节的变化、昼夜温度的变化是不断波动的.当空气通过鼓风机送入高炉时,也同样将水蒸气送入高炉,所含的水分在高炉风口前发生化学反应而吸收热量,从来会使风口前的燃烧带扩大,对炉缸燃烧产生不利影响.同时,鼓风湿度的不断变化,会造成风口前火焰温度频繁波动,以至影响高炉运行的可靠性和稳定性.为了消除这些不利影响,在高炉冶炼过程中就必须进行高温热风补偿,但这样会增加能源消耗,这对高炉冶炼节能降耗非常不利.最好的办法是对高炉进行高炉鼓风脱湿技术改造.

采用高炉鼓风脱湿技术后,既能减少高炉的能耗,又有利于高炉炉况生产的稳定,提高高炉产品的质量.同时在不增加能源消耗以及其他冶炼条件不变的情况下,采用鼓风脱湿技术达到提高热风风温效果的目的.对高炉鼓风采用脱湿技术的目的是降低空气含湿量,并把湿度控制在一定的数值.

由于柳钢地处中国广西柳州市,湿度较大且频繁波动,加上柳州潮湿多雨,年平均空气湿度在80%左右,空气湿度过高,使鼓风机设备运行年限大大降低,增加了设备的故障率,同时加大了鼓风能耗.加上柳州昼夜温差大等因素,对高炉和炉况稳定造成较大影响.为了实现高炉冶炼节能降耗目的,为了稳定高炉生产,为了提高铁水质量和产量,对柳钢高炉鼓风进行脱湿技术改造十分必要,也是十分迫切的.

柳钢2#高炉公称容积为1980 m3,高炉富氧为2%~3%左右,风温为1250~1300℃,设计风量为~6010 m3/min.根据高炉鼓风需要,2#高炉鼓风机采用2台AV80-16轴流鼓风机,1用1备,鼓风机最大工作转速为4080 r/min.

鼓风脱湿技术

高炉鼓风脱湿主要作用是降低鼓风机入口空气的湿度,并按工艺要求把湿度控制在一定的范围之内.高炉鼓风脱湿的原理是将湿空气先行降温脱湿,即将湿空气中的水分凝结而析出,使其含水量降低,密度增大,然后送入热风炉.

当前,国内外鼓风机脱湿技术主要有三种:第一种是冷冻+吸附脱湿,冷冻是采用氟利昂等介质通过压缩机蒸发制造冷冻水,吸附脱湿又分为两级,冷冻水通过热交换器冷却空气为第一级脱湿,采用复合材料做成的转轮吸附脱湿为第二级脱湿;第二种是双级冷冻脱湿,前级冷冻与第一种相同,第二级冷冻是用卤水作媒介深度冷冻,进行深度脱湿;第三种是直接冷冻方式,通过板翅式热交换器直接冷冻空气而脱湿.

第一种和第二种方式均采用两次媒介,传热效率较低、设备较庞大,无法适应柳钢目前生产用地紧张的现状,而且运行成本较高.第三种方式结构简单、布置比较紧凑、运行效率较高,运行费用较低.目前国内新开发的高炉鼓风脱湿技术大多采用第三种方式.

第三种方式又分为常压冷却和加压下冷却两种.在常压冷却下,脱湿能力受冷却能力的限制,故脱湿下限值较高;在加压下冷却,则可进一步提高冷却效果.压缩冷凝脱湿方法就是利用这一原理工作的.另外也可利用压缩机提高空气压力,增加脱湿效果.

柳钢高炉鼓风脱湿方案

柳钢2#高炉鼓风机布置在柳钢老区,由于场地有限,用地十分紧张,高炉鼓风脱湿项目设计上必须考虑采用小型设备,以达到布置紧凑,降低占地面积.

由于直接冷冻法结构简单、布置紧凑、运行效率较高,年运行费用较低.根据多方考察与技术论证,柳钢高炉鼓风机脱湿最后决定采用的是冷冻法脱湿.

柳钢鼓风脱湿机主要由空气过滤装置、高效换热器、除雾器、冷凝水箱、冷凝水泵、冷冻水泵、除盐水箱、蒸发器、冷凝器组成.中高效换热器由第一级冷却脱湿装置和第二级冷却脱湿装置组成.柳钢高炉鼓风机脱湿采用脱湿装置安装在鼓风机系统前的机前脱湿模式和采用吸入空气中多余的水蒸气冷凝析出的冷凝机组模式.

高炉股风脱湿主要工艺流程:入口空气-空气过滤器-高效换热器(脱湿装置)-除雾器-冷却机组-冷冻机组-已被降低湿度的空气-送入高炉鼓风机.高炉鼓风脱湿工艺流程图如图1.

空气过滤器:在高炉区域灰尘浓度高,高效换热器要求空气干净,否则容易结灰,在脱湿装置前安装布袋空气过滤器,能除去空气中灰尘,从而降低结灰对脱湿效果的影响,

高效换热器:是一种特制的热管换热器,其作用是将新空气预冷,再送入脱湿装置,可降低制冷机功率消耗,同时可略微升高去湿后的空气温度.采用高效换热器能较好控制温度,同时自动控制调节冷水机组,保证冷冻水的温度不低于3℃.

除雾器:用于分离空气中夹带的液滴,以保证有传质效率.除雾器可为空气过滤器用于气体分离.当深度脱湿接近0℃时,空气中的水蒸汽结冰而容易出现"死机"现象,除雾器,的作用就是除去空气中的液滴,避免脱湿系统"死机"现象的发生.

制冷机组:向脱湿装置提供冷源.若现场有蒸汽热源,则制冷机组采用溴化锂制冷机组,若现场无合适热源,则采用压缩式制冷机组.

自动控制系统:自动控制调节鼓风脱湿装置的运行参数,使系统稳定安全运行,保证脱湿后空气的温度和湿度稳定.

冷却塔:向制冷机组提供循环冷却水.

消音器:吸音降噪,降低鼓风机的空气动力性噪声污染,改善厂内噪声环境.

辅助设备:水泵、管道及阀门等.

图1 高炉鼓风脱湿工艺流程图

排水泵启停逻辑控制

排水箱设有水位检测及报警控制,有低水位、高水位、超高水位报警,同时输出超高水位报警点给电气控制,当超高水位报警持续时间大于或等于2 s时,同时排水泵准备好,这时计算机控制系统自动启动排水泵.当排水泵设备未准备好,需延时5 s,然后再对排水泵进行复位操作,最后计算机控制系统才能自动启动排水泵.

当需要对排水泵进行手动启动时,需要判别排水泵是否准备好,如果未准备好,需要延时5 s,然后再对排水泵进行强制手动启动排水泵.

当排水箱水位下降到正常水位时,排水泵自动停泵,用户也可以根据自己的需要随时手动强制停泵.用户强制手动启停排水泵时,需确保排水箱水位在安全水位.

排水泵启停逻辑图如图2.

图2 排水泵启停逻辑图

冷冻水泵启停逻辑控制

要启动冷冻水泵,首先必须先启动冷却水泵,启动冷却水泵要确保冷却水泵在正常状态,在启动冷却水泵延时10 s后,冷冻水泵就可以自动启动了.如果冷却水泵正在自动运行或正在远程运行,或者用户已经启动就地运行或远程运行模式,这个时候,计算机控制系统自动启动冷冻水泵.停止冷冻水泵不可停冷却水泵,停冷却水泵必须确保冷冻水泵已经停止运行的情况下才能操作.冷冻水泵启停逻辑图如图3.

图3 冷冻水泵启停逻辑图

结束语

高炉鼓风脱湿技术可以使高炉鼓风达到降低湿度、稳定湿度的双重效果,减少了空气湿度因昼夜气温变化、季节变化对高炉炉况的不利影响.将空气鼓风温度稳定在规定的数值范围之内,可以使高炉炉内温度稳定,使高炉炉况稳定运行进而提高铁水产品质量和产量.高炉鼓风用空气温度、湿度稳定,目的是使高炉运行稳定、可靠,最终提高了高炉的使用寿命.

高炉脱湿鼓风技术具有二次除尘效果,一定程度上减少高炉鼓风机叶片的机械磨损,降低设备折旧率,从而提高了鼓风机的使用年限,降低了设备的运行费用.对高炉鼓风进行脱湿,可提高铁水产品质量和产量;可降低焦比,实现了节能降耗;具有对空气进行除尘效果,实现了保护环境,减少污染;高炉鼓风脱湿项目投资少,见效快,不污染环境,是高炉冶炼增产节能降耗的一项有效措施,值得大力推广和应用.

[1] 陈道海, 顾厚淳. 鼓风脱湿与高炉稳定运行. 冶金动力, 2008, 7(1):59-61.

[2] 杨永斌. 高炉鼓风脱湿技术方案研究. 湖南冶金, 2004,7(4):17-20.

[3] 张宜万. 宝钢高炉脱湿鼓风. 炼铁, 1984(1):20-23.