直冷脱湿工艺在高炉鼓风机中的应用实践

王庆军，郎军海，杨继深

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部，河北 唐山 063200）

鼓风脱湿作为一种冶炼节能技术，在20世纪初就被美、日、英等国家在高炉冶炼上予以采用，且均达到了提高生铁产量、降低焦比的效果，近10年，国内鼓风脱湿技术得到迅速发展和推广，脱湿作为国际炼铁界公认的三大冶炼节能技术（喷煤、富氧、脱湿）之一，已经逐渐被国内大量钢厂所采用，同时也是国家“十二五”钢铁企业重点推荐的节能减排项目。

1 工程概况

某钢铁厂炼铁项目（一期工程）新建5 500 m3高炉2座，配套新建电动高炉鼓风机站1座，站内设置全静叶可调电动轴流式高炉鼓风机3台（2用1备），每台风机进口最大风量10 000 m3/min，风机出口最大表压0.55 MPa。本工程高炉鼓风机进口采用自洁式滤筒空气过滤器、入口侧全冷冻脱湿鼓风的单元制布置方式。3台风机共用2套脱湿装置，每套脱湿装置包括3台美的离心式制冷机组、每台鼓风机对应的换热器及电磁膨胀阀；其中1号风机配备1套独立的脱湿装置，2号、3号风机共用2号脱湿（通过阀门切换）装置，采用“一拖二”方式脱湿，同时空气过滤器和脱湿鼓风装置采用组合布置形式。

二期一步工程新上1座3号高炉（5 500 m3高炉）。高炉建成投产后，根据每座高炉的炉况以及风机效率的不同，将实际的鼓风机运行方式确定为：1号风机供1号高炉，2号风机供2号高炉，4号风机供3号高炉，因4号风机未配备脱湿装置，造成3号高炉无脱湿冷风局面。为满足高炉生产，新建了一套水冷式脱湿装置，并配置8台日立螺杆制冷机组。

2 脱湿工艺流程

高炉鼓风脱湿机通过冷却降温，使空气中大部分水蒸汽凝结成液滴，从而达到降低含湿量的目的。在制冷系统中，含湿量较大的空气进入脱湿机的蒸发器中，空气释放的热量被冷媒（R134a）吸收，冷却到预先设定的饱和温度，由于温度降低，使空气中所含的水蒸汽凝结成液滴，大部分水滴因重力作用而被析出，另外一部分直径为5～20μm的水滴仍混在空气中，再通过除雾器来去除这部分被携带的小水滴（除雾效率在98%以上），最后将处理空气全部送出。

3 制冷机组

高炉鼓风机应用的是离心式制冷机，离心式制冷机是蒸汽压缩式制冷方式的一种。其制冷原理为：通过压缩机对制冷剂蒸汽施加能量，使其压力、温度提高，然后通过冷凝、节流过程，使之变为低压、低温的制冷剂液体，在蒸发器内蒸发为蒸汽，同时从周围环境获取热量以使载冷剂温度降低，从而达到人工制冷的目的，蒸汽压缩式制冷循环包括压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程。1号脱湿A机组如图1所示。

图1 1号脱湿A机组

3.1 压缩过程

蒸发器中的制冷剂蒸汽被离心压缩机吸入后，原动机通过压缩机叶轮对其施加能量，使制冷剂蒸汽的压力提高，并进入冷凝器；与此同时，制冷剂蒸汽的温度在压缩结束时也得到相应的提高。

3.2 冷凝过程

通过向管内的冷却水放出热量，由压缩机来的高压、高温制冷剂蒸汽在冷凝器中的温度有所下降，同时在饱和压力下，蒸汽冷凝成为液体；而冷却水因从制冷剂蒸汽中摄取了热量，其温度有所升高。

3.3 节流过程

由冷凝器底部来的高温、高压制冷剂液体流经节流孔口时，发生减压膨胀，压力、温度都降低，变为低压、低温液体进入蒸发器中。

3.4 蒸发过程

从载冷剂中摄取热量后，低压、低温制冷剂液体在蒸发器内蒸发为气体，同时载冷剂的温度降低，实现了人工制冷，蒸发器内的制冷剂蒸汽又被压缩机吸入后进行压缩，后重复上述压缩、冷凝、节流、蒸发过程。如此周而复始，达到连续制冷的目的。

4 运行方式及效果

4.1 运行方式

每年脱湿系统的运行周期在3个月左右，运行工况根据高炉需求进行调整（高炉要求含湿量在15 g以下）；每年脱湿运行初期和后期阶段，每套脱湿制冷机组运行方式为1用2备，运行中期每套脱湿制冷机组运行方式为2用1备。高炉脱湿监控系统如图2所示。

图2 脱湿监控系统

以2019年为例：6月19日投用脱湿机组，7月12日开始要求高炉投用2台脱湿机组，9月1日开始，1台脱湿机组运行。截至9月1日，1号脱湿A机组启停机10次、运行785.5 h，B机组启停机7次、运行472.5 h，C机组启停机4次、运行1 024.5 h；2号脱湿A机组启停机10次、运行659.9 h，B机组启停机5次、运行1 749.2 h，C机组启停机1次，运行85.5 h。

4.2 运行效果

根据历史记录数据，2019年鼓风机进出口含湿量差值最大为17.8 g/m3，平均每日脱湿量为13 g/m3左右(表1为2019年7月23日2号脱湿运行情况记录）。按照高炉正常的平均用风量8000m3/min计算，得出最大瞬时脱湿量可达到17.8×8 000×60×24=205.056 t，每日平均可脱湿13×8 000×60×24=149.76 t。根据曹妃甸地区湿度情况，脱湿机组投用期间，脱湿机组每台可脱湿约150 t/d。

表1 2019年7月23日高炉鼓风脱湿效果情况g/m3

5 故障分析及对策

高炉鼓风机脱湿系统运行已十余年，制冷机各部件因老化、腐蚀、磨损、疲劳等原因进入故障集中的损耗期，因此，针对脱湿机组以往出现的设备故障予以重新梳理。高炉鼓风机的脱湿情况分析及对策如表2所示。

表2 高炉鼓风机脱湿情况分析及对策

6 结语

随着高炉冶炼技术的发展以及高炉喷煤量的提高，脱湿鼓风技术的应用无论对高炉生产还是鼓风机低能耗运行都产生了积极影响，某钢铁厂利用该技术解决了生产管理中设备运行的突出矛盾，并坚持设备管理与生产、维护保养相结合，确立了设备运行、保养、费用消耗等一系列的工作标准和机制，同时利用设备缺陷发生率、发生点与设备生产运行周期、规律来分析故障症结问题，为脱湿装置的安全稳定运行打下了坚实的基础。