迁钢高炉鼓风脱湿节能项目可行性研究

李 泉,陈亚军,王立璞

（首钢股份公司迁安钢铁公司能源部，河北迁安064404）

热电

迁钢高炉鼓风脱湿节能项目可行性研究

李 泉,陈亚军,王立璞

（首钢股份公司迁安钢铁公司能源部，河北迁安064404）

迁安地区夏季昼夜湿度波动以及季节湿度变化对稳定高炉炉况和降低燃料消耗会产生不利影响。经过对3#高炉项目节能效益估算，高炉鼓风脱湿节能技术具有可行性，能够降低焦比，提高喷煤比，节约鼓风机电耗，使高炉顺行而实现增产效益。

脱湿；冷凝；节能

1 项目背景

高炉鼓风脱湿技术在我国江南以及沿海地区应用广泛，近几年迁钢周边地区的唐钢、首秦和京唐公司都已应用该技术，从实际情况看均取得了较好的效果。

迁钢3#高炉地处河北省迁安市。根据气象历史资料统计，迁安地区夏季室外计算干球温度32.7℃，夏季室外计算湿球温度26.2℃，夏季室外计算日平均温度28.0℃。该地区夏季日均含湿量为11～25 g/m3，如图1所示。

季节湿度变化在7～16 g/m3，夏季湿度昼夜变化在6～15 g/m3。迁安地区夏季昼夜湿度波动以及季节湿度变化使高炉炼铁鼓风中的水分含量和风温发生变化，进而对炼铁工序的燃料消费结构和燃料消耗产生直接不利影响，使高炉炉况不顺而影响高炉炼铁的稳定运行。

图1 迁安地区日平均含湿量变化图

2 鼓风脱湿的节能作用

2.1 降低焦比，提高喷煤比

高炉生产的黄金季节是冬季，即大多数高炉均存在冬季产量高、焦比低，而夏季产量低、焦比高的现象，这是因为冬季气温低，空气含湿量低，空气密度大，鼓风水份少、流量大，由此可见，鼓风含湿量和吸入温度，对高炉生产有较大的影响。随着高炉冶炼技术的发展，高炉鼓风按其含湿量而言，经历了一个从自然湿度鼓风到加湿鼓风，发展为现在的脱湿鼓风的过程。原始的自然湿度鼓风，一天中随着温度的变化，湿度自然变化，高炉炉况也随之发生变化；第二种情况是为了炉况稳定进行加湿鼓风[1]，用稳定的高湿度换取稳定的炉况，结果是多用大量的焦炭，浪费能源；第三种情况是同样为了稳定炉况，进行脱湿鼓风，使进入高炉的空气趋于较低湿度下的稳定状态，达到更高层次的炉况稳定，既大幅度节约焦炭，又提高喷煤比，从而提高综合经济效益。

脱湿鼓风技术不仅能在稳定高炉生产方面起到“四季如冬”的作用，而且也将在高炉节能降耗中发挥重要作用。

2.2 有利于风机夏季的经济运行

（1）首钢迁钢公司3#风机额定供风能力为7000 m3/min，原为1#、2#高炉（2650 m3）供风，为满足3#高炉（4000 m3）供风要求，2010年与陕鼓合作进行了扩容改造，3#风机扩容改造后虽然供风能力得到了提高，但在夏季高温潮湿季节估计能力会达到极限，不能满足为3#高炉供风的要求，脱湿项目实施后由于改善了风机进气质量，对风机能力起到了一定的补充作用，确保3#风机夏季也能满足3#高炉安全运行。

（2）高炉鼓风脱湿改造后进气质量的提高使鼓风机能有效的改善夏季运行特性，降低电耗，减少叶片磨损，延长叶片使用寿命，同时鼓风含湿量的降低能确保高炉鼓风机经济稳定运行。

2.3 节约鼓风机电耗

空气经过脱湿装置后温度降至3～5℃，空气密度增大，可增加鼓风质量流量。如保持鼓风质量流量不变，则可以减少鼓风机轴功率，从而节约鼓风机电耗。

2.4 实现高炉顺行增产效益

采用鼓风脱湿后，可消除湿度波动的影响，从而使高炉炉况变得稳定，大幅度减少塌料、悬料现象，确保炼铁生产顺行而实现高炉的稳产和高产。

3 项目脱湿技术方案

3.1 脱湿方法的选择

高炉鼓风脱湿工艺目前国内有干法、湿法和冷凝法三种工艺形式。

（1）干法

干法是用固体吸附剂吸收空气中的水分，一般利用LiCl结晶水状态的变化(LiCl-LiCl·H2O-LiCl· 2H2O)和石棉的吸水性实现空气脱湿。通常将氯化锂掺在石棉里制成蜂窝状转筒，使空气通过时进行脱湿。使用一定时间后转筒吸水性减弱。可利用蒸汽或其它废热加热转筒使其吸收的水分蒸发，重新恢复吸水能力。所以，采用干法脱湿需要有两个系统，以便交替使用。

（2）湿法

湿法是用液体吸收剂(通常为氯化锂水溶液)在与空气接触时进行脱湿。原理是氯化锂溶液的蒸汽压低，在达到与LiCl蒸气压平衡的湿度时，空气中的水分就被吸出而脱水。主要设备有脱湿塔和再生塔。脱湿塔上部装有喷LiCl溶液的喷嘴。脱湿塔内，雾状的LiCl溶液自上而下，空气自下而上相向通过。空气被脱湿，吸收了空气中的水分而被稀释的LiCl溶液则被送到再生塔进行加热、浓缩，再生后循环使用。

（3）冷凝法

冷凝法是采用冷凝方式在热交换器中将空气降温，使之超过露点，除去饱和水。

纵观上述三种方法:干法的虽然耗电量小，可利用各种废热作再生热源。但风量较大时需多台脱湿机串联或并联，系统复杂、难以控制、投资巨大；湿法虽适于处理大风量，电耗低，但因LiCl溶液有腐蚀性，对设备产生腐蚀，后期维护相当麻烦，而且会付出高额的费用；冷凝法脱湿会由于空气温度降低相应增加风机风量，并且其总能耗及运转费用要比干法和湿法低的多。经权衡考虑后，本高炉脱湿鼓风节能项目宜采用冷凝法，以达到高炉节能运行的目的。

3.2 本项目采用冷凝脱湿工艺的优越性

（1）采用制冷剂直接蒸发冷却空气，效率高，可增加鼓风质量流量5%～15%[2]；或保持质量流量不变，减少鼓风机轴功率5%～15%。

（2）制冷系统采用品牌设备，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可见可量，非常直观。

（5）清除吸入空气中残存灰尘，解决风机叶片、叶轮磨损问题。

3.3 冷凝脱湿工艺流程

高炉鼓风脱湿节能的关键技术是根据冷凝脱湿原理，在空气过滤器和鼓风机之间安装脱湿箱，空气在进入鼓风机之前先通过脱湿箱被降温至露点以下，空气中的绝大部分水蒸气冷凝液化从脱湿箱排水口排出，汇聚到冷凝水箱里面。空气通过脱湿箱后温度降至3～5℃，含湿量稳定在6 g/m3左右。

高炉鼓风脱湿系统采用二级脱湿方式。一级脱湿为初级脱湿，即制冷系统利用企业的富余蒸汽作为制冷机组的驱动能源，最大使用量约为6.8 t/h，利用蒸汽溴化锂制冷机组生产的7～12℃冷水通过脱湿箱对空气进行冷凝脱湿,空气参数从下面空气处理过程I-D图的O点处理到L1点（参数为：温度11℃；含湿量9 g/m3）；二级脱湿为深度脱湿，利用电制冷螺杆冷水机组产生的0～5℃的乙二醇溶液，进一步提高脱湿箱脱湿能力,将空气参数从L1点进一步处理到L2点（参数为：温度4℃；含湿量6 g/m3）。空气处理过程如图2所示。

图2 空气处理过程I-D图

高炉鼓风脱湿系统投入运行后，高炉鼓风机的入口空气参数将始终保持恒定，这将促进高炉炉况稳定、顺行增产。脱湿工艺的两个阶段均在脱湿机组内完成，其辅助设施主要是管道、阀门、仪表、控制系统、电气系统、水泵、冷却塔等。高炉鼓风脱湿系统工艺流程如图3所示。

图3 高炉鼓风脱湿系统工艺流程图

4 项目节能效益估算

迁钢公司3#高炉有效容积4000 m3，每年平均生产时间为350天左右，年产铁320万t左右，焦比310 kg/t，喷煤比170 kg/t，鼓风机为可调电动轴流式，功率35000 kW，风量420000 m3/h。以下节能效益估算以3#高炉为例。

4.1 主要技术参数

根据气象历史资料统计，迁安地区月平均含湿量如表1所示。

根据首钢迁钢公司相关设备的实际调研情况，对迁钢3#高炉进行鼓风脱湿节能项目的效益计算如下:

表1 迁安地区月平均含湿量表

年生铁产量:320万t

处理总风量:420000 m3/h

鼓风脱湿期间（5～10月）生铁产量:163万t

鼓风脱湿期间平均脱湿量:7.2 g/m3

焦炭价格:2043元/t

喷煤价格:1090元/t

电价:0.48元/kWh

蒸汽价格:100元/t

工业水价格:3.64元/t

脱湿系统运行时间:4000 h/a

高炉鼓风机电耗:350000 kW

生铁利润:100元/t

煤焦置换比:1:0.7

年脱湿量:12096 t

4.2 效益估算

根据上表1，对迁钢公司3#高炉的鼓风机安装鼓风脱湿系统，将鼓风含湿量降至7.2 g/m3时的节能效益估算如下:

(1)效益

脱湿:7.2 g/m3

降低焦比:4.3 kg/t铁

年节约焦炭0.70万t

按2043元/t计,年效益1431.94万元

提高喷煤比置换焦比,节约成本10.78元/t铁

合年效益1745.89万元

节约电7.2%

全年节电1008.00万kWh

按电价0.48元/kWh计,合483.84万元

增产2.2%

年增产比3.52万t

增利352万元

(2)运行成本

耗电成本253.44万元

蒸汽成本288.00万元

耗水成本68.35万元

风温降低(鼓风机入口风温从室外温度降低到4℃时带来的额外成本):319.00万元

(3)年综合节能效益:3084.88万元

本项目预计年节能效益约为人民币3084.88万元，预计投资额为人民币2964万元，融资费、管理费约为人民币1000万元，设备维护费用约为人民币600万元。不到2年即可收回成本。

5 结论

高炉鼓风系统脱湿节能技术，能有效的降低进入高炉内的空气湿度并保持湿度稳定，减少水分在高炉内的分解吸热，提高高炉风口理论燃烧温度和高炉炉况顺行度，降低炼铁焦比，提高喷煤比，节约鼓风机电耗，降低炼铁成本，提高炼铁产量，实现炼铁生产的节能降耗。积极推进低碳经济，取得降低碳素气体排放的环境效益和国家十二五规划对钢铁行业节能减排要求的社会效益。综上所述，迁钢公司高炉鼓风系统脱湿节能项目具有可行性。

[1]蔡漳平，沙永志.重视高炉鼓风湿分的影响和调剂作用[J].钢铁，2004，39(12):1-3.

[2]李建贞.脱湿鼓风技术在3650m3/min风机上的应用[J].冶金动力，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，研究生学历，教授级高级工程师，现从事冶金动力设备技术管理工作。