钢铁行业高炉及配套热风炉除湿鼓风技改案例

文 // 王伟 中国五洲工程设计集团有限公司

钢铁行业高炉及配套热风炉除湿鼓风技改案例

文 // 王伟 中国五洲工程设计集团有限公司

1 企业基本情况

四川德胜集团钢铁有限公司（以下简称“四川德钢”）现有主要工艺生产设备有：66m2烧结机2台，240m2烧结机1台，450m3高炉2座，1250m3高炉1座，80t转炉3座（1座提钒、2座炼钢）和连续棒材轧机2套等。

至2011年底，四川德钢已形成年产钢200万t的综合能力。2011年实际产量：生铁177万t，钢166万t，钢材163万t。

2 项目基本情况

2.1 项目建设背景

钢铁企业炼钢高炉鼓风中的水分含量和风温对炼铁工序的燃料消耗和燃料消费结构有直接影响；同时，鼓风湿度的变化也会影响高炉炼铁的稳定运行。对高炉鼓风进行脱湿使鼓风湿度降低并且不发生剧烈变动,是稳定高炉运行和降低炼铁能耗的重要技术手段。同时，高炉鼓风除湿技术的应用还可以提高鼓风机鼓风量，降低电耗，实现炼铁企业增产增效、节能减排、降低成本的目标。

2.2 项目建设内容

2.2.1 主要建设内容

单台套高炉的鼓风机鼓风除湿设备制冷站房，全套制冷系统，及所有配套设备。

2.2.2 项目主要经济技术指标(表1)

表1 项目主要技术经济指标一览表

3 当地湿度条件

根据气象统计历史资料，乐山地区年平均含湿量为11.2g/kg干空气，夏季日均含湿量为15～25g/kg干空气，季节湿度变化在10～20g/kg干空气，夏季湿度昼夜变化在5～10g/kg干空气。这种湿度高并且波动大的气象条件对稳定炼铁生产和降低燃料消耗产生不利影响。

4 工艺现状

德胜钢铁高炉设计容量均为1250m3，年平均生产时间预计在350d左右；高炉配3台热风炉，高炉电动鼓风机型号为AV63-14。

5 技改工艺

5.1 高炉鼓风除湿技术主要理论依据

(1)高炉内理论燃烧温度

从式中可看出，如果在保持理论温度不变的情况下，增加Q风和减少Q吸皆可减少Q碳和Q焦，达到节焦的目的，而增加Q风和减少Q吸就是要增加热风温度和减少空气和焦煤中的含水量。

焦碳有与CO2、O2和水蒸气等进行化学反应的能力，而水蒸汽在高炉内裂解，反应吸收了大量的热量。

(2)热风炉内理论燃烧温度

上式中增加QDW、Q空、Q煤减小Q吸和V产皆能提高t理热。增加QDW就是提高煤气热值，混加高热值煤气（如转炉或焦炉煤气）或将高炉煤气提高一定比例的纯度来提高热值。增加Q空、Q煤就是提助燃空气和煤气的入炉温度。减小Q吸就是要除去空气中的含水量；减小V产就是减少CO2和N2的含量，可增加助燃空气氧含量降低空气过剩比例系数来实现。

(3)热风炉出口温度为1200～1250℃。在热风温度升高后可用喷吹燃料的措施来控制理论燃烧温度，以保证炉况稳定。由于喷吹物加热、结晶水分解及碳氢化合裂化耗热，使理论燃烧温度降低。由于喷吹燃料还可使间接还原反应改善，直接还原反应降低，从而节约焦比。

图1 空气处理过程I-D图

5.2 除湿工艺

目前采用的脱湿方法主要有干法、湿法和冷凝法三种。有时还可混合采用。

由于高炉鼓风机是钢铁企业非常重要的设备，其运行在高温高压、高速运转的状态下，应用干法和湿法进行除湿，可能会将有腐蚀性质的吸收剂带入风机，并产生腐蚀等一系列的问题，因此，本项目采用的除湿工艺为冷凝法。

（1）工艺特点、优势

①采用制冷剂直接蒸发冷却空气，效率高，在运行工况不变的情况下，可增加鼓风体积流量5%～15%，预计可降低鼓风机电耗约5%～15%。

②制冷系统采用国外品牌设备，微机控制，技术成熟、运行精确、稳定可靠。

③脱湿装置双层布置，设备紧凑，管道短，占地少。

④从空气中脱出的冷凝水量，非常可观。

⑤完全清除吸入空气中残存灰尘，解决了风机叶片、叶轮磨损问题，出口气体含尘量1mg/m3。

（2）除湿效果

通过图1可以看出，本项目在采取冷凝法除湿的空气处理过程中，空气从室外状态O点经溴化锂冷机处理到L1点，含湿量露点为7g/m3，经过电制冷机除湿到L2点，此时含湿量为5g/m3。除湿系统每年除湿期间（4～11月）平均除湿量为5～8.7g/m3，年出水约为4500～6000m3。

该方案实施后高炉运行时，高炉鼓风冷却后的空气温湿度始终保持恒定，只是制冷量随着环境温湿度的变化在增减。

6 节能作用

在原高炉鼓风的过滤器后面增加一套除湿机组，可将鼓风量含湿量稳定在5～10g/m3。其节能作用主要体现在以下几个方面：

①降低综合焦比。当鼓风含湿量降低时，高炉内所需热量会减少，从而可以减少焦炭用量。

②提高喷煤比。在高炉鼓风中，含湿量每减少1g/m3，可提高风口理论燃烧温度5～6℃，这样可以增加喷煤量，减少焦炭消耗量。

③节约鼓风机电耗。室外空气经过脱湿装置后温度降至3～6℃，含湿量从18～25g/m3降至5～10g/m3。进入热风炉的空气质量流量减少，在运行工况不变的情况下，可增加进入鼓风机的体积流量，由此降低鼓风机电耗。

④高炉顺行增产效益。采用鼓风除湿后，可消脱湿度波动的影响，从而使炉况变得稳定，塌料、悬料现象大幅度减少，甚至可以消除。

此外，整个系统无废水、废渣排放，只有平均1.37t/h左右的空气冷凝水汇集到集水池，需要定时排放并进行计量。冷凝水是软水，可不做处理直接进入冷却塔循环，减少冷却塔补水量；此外，由于该冷凝水的温度为5℃左右，也可以用于相关办公室的空调冷冻水。

本项目初冷阶段使用的主要能源是余热蒸汽（最大使用量约为6t/h），因此能源消费量并不增加。

7 节能量分析

为了便于进行节能量的比对，本项目只计算每年除湿系统运行期间（4～11月，约5760h），技改前鼓风电耗与技改后鼓风机电耗以及由于技改引起的热风炉节约煤气、高炉节约焦炭的能耗。项目技改前后实际能源消耗详见表2。项目技改后节能量见表3。

本项目高炉设计容量为1250m3，单位容量节能量指标为2.92tce/(m3·a)（参考值）；总投资2625万元，单位投资节能量指标为1.39tce/(万元·a)。技改后比技改前年节能3644.79tce、节能率为30.92%。

表2 项目实际能耗表

表3 项目节约能源汇总表

8 结论

1250m3炼钢高炉鼓风除湿项目改造实施后，节能量达到3644.79tce/a，节能率30.92%，单位容量节能量2.92tce/(m3·a)（参考值），单位投资节能量1.39tce（万元·a)。在节约了大量能源的同时，保持了高炉鼓风冷却后空气温湿度始终恒定，从而确保高炉的稳定运行。为其他相似气候条件下的钢铁企业节能改造提供一些借鉴。