田曉杰

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

關(guān)鍵詞：高爐，脫濕鼓風，冷凍式脫濕技術(shù)

一、概述

近年來，噴煤、富氧和脫濕鼓風已成為高爐節(jié)能降耗的重要手段。高爐鼓風脫濕項目是國家十二五鋼鐵企業(yè)重點推薦的節(jié)能減排項目，而且鼓風濕度對高爐爐況的穩(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，對高爐鼓風機增加脫濕裝置對高爐穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)焦和降低鼓風機能耗等方面有顯著效果，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。

高爐鼓風濕分從風口吹入爐內(nèi)，在風口前的高溫區(qū)進行分解，該過程是吸熱反應，消耗了該區(qū)域的熱量，相應的降低了風口前的溫度。脫濕鼓風既可以減少水分分解吸熱、提高風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，高爐鼓風就其含濕量而言，經(jīng)歷了一個從自然濕度鼓風到加濕鼓風又發(fā)展到現(xiàn)在的脫濕鼓風的過程，其目的都是為了穩(wěn)定濕分，解決鼓風中濕分的波動問題。從冶煉節(jié)約焦炭，提高噴煤量的角度來看，現(xiàn)代高爐應廣泛采用脫濕鼓風（摘自《高爐設計——煉鐵工藝設計理論與實踐》）。

根據(jù)相關(guān)資料，采用脫濕鼓風有以下好處：

（1） 鼓風機進風經(jīng)除濕后風溫降低密度增大，可以降低鼓風機的電耗，其節(jié)電率在5～10%。或在風機功率不變的情況下，鼓風機風量增加5～10﹪;

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

（3） 鼓風含濕量每減少1g/m3，風溫提高，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量增加等因素，鼓風含濕量每減少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） 對空氣再次過濾，有效保護鼓風機的葉片不被磨損，延長鼓風機使用壽命等。

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部分項目的回訪，該系統(tǒng)基本能達到設計指標，實現(xiàn)預定目標。

4、鼓風濕分對高爐的影響

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

H2O →H2 + 1/2 O2 ? -10.80MJ/m3H2O

上式中反應消耗了風口回旋區(qū)的熱量，使燃燒溫度降低，并導致焦比的升高。根據(jù)文獻報道，含濕量每增加1g/m3，理論燃燒溫度降低6.3 ℃（新日鐵經(jīng)驗值）、7.6 ℃（ 首鋼經(jīng)驗值） ，焦比增加1kg/噸 。

濕分的分解吸熱可以通過風溫得到補償。計算結(jié)果表明，鼓風濕分增加1g/m3，分解吸熱相當于降低9℃風溫。但考慮到分解產(chǎn)生的H2在爐內(nèi)參加還原反應又放出相當于3℃風溫的熱量，所以一般考慮補償6℃風溫。鼓風濕分對噴煤的影響也是很明顯的。因為濕分造成風口燃燒溫度降低，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 ——鼓風濕分，g/m3。

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

三、主要的脫濕方法

高爐鼓風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，同時氯化鋰再生是耗電量大，氯化鋰本身又具有強烈的腐蝕性，對設備材質(zhì)要求高，霧狀的氯化鋰有一部分會隨空氣一同被吸入高爐鼓風機，對高爐風機的通流部分產(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應的飽和溫度下，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：機前冷凍除濕和機后冷凍除濕。即脫濕器設在鼓風機進風側(cè)，就是機前冷凍除濕;脫濕器設在鼓風機出風側(cè)，就是機后冷凍除濕。

高爐鼓風機經(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，設備投資費用大，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，進入熱風爐的風溫就降低了30～40℃，影響高爐產(chǎn)量，所以機后脫濕也是不經(jīng)濟的。

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機機前冷凍脫濕設備。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，濕度均控制在8～12g/Nm3。原因如下：

1 高爐脫濕鼓風是與高爐噴吹煤粉（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，而絕對不能由脫濕設備自行決定。

2 高爐采用脫濕鼓風的首要目的是穩(wěn)定鼓風濕度，而并不要求鼓風濕度越低越好?，F(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備花了很大的代價。鼓風濕度的穩(wěn)定，以前被人們所忽略，但現(xiàn)在漸漸意識到穩(wěn)定鼓風濕度可以花較小的代價實現(xiàn)濕度穩(wěn)定，對高爐冶煉十分有利，穩(wěn)定濕度是首要目標。上世紀七十年代能源危機后出現(xiàn)的脫濕鼓風正是在節(jié)能的條件下解決鼓風濕度穩(wěn)定的有效新技術(shù)。

3 上世紀五、六十年代，以前蘇聯(lián)為首在高爐上采用了“加濕鼓風”。通過加濕手段以達到穩(wěn)定高爐鼓風的目的。當時加濕鼓風確實有效地穩(wěn)定了爐況增加了高爐的產(chǎn)量。加濕鼓風對高爐帶來的好處是以多消耗能源為代價的，當時焦碳便宜，這一技術(shù)也是可行的，國內(nèi)不少高爐也在用“加濕鼓風”技術(shù)。七十年代能源危機爆發(fā)焦碳價猛漲，加濕鼓風逐漸被脫濕鼓風所取代。因此，不管是加濕鼓風還是脫濕鼓風均是以穩(wěn)定鼓風含濕量為首要目的。

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

5 寶鋼的高爐脫濕鼓風從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)驗只要求鼓風濕度8～12g/Nm3就滿足高爐要求，而只是對鼓風濕度波動有嚴格要求（≤0.5g/Nm3）。同時，鼓風溫度從10℃繼續(xù)降到4℃，采用常規(guī)電制冷溴化鋰吸收式制冷機組是達不到的。溴化鋰冷水機組最低出水溫度只能達到6℃，若要使空氣冷到4℃，必須另加螺桿或離心冷水機組，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)變得復雜、設備增加，額外增加寶貴電能、增加“碳排放量”，甚至可能威脅風機安全運行。而且從日照氣象條件來看，若脫至6g/Nm3，脫濕裝置運行時間也只增加五月這一個月。運行時間增加有限，對整體經(jīng)濟性貢獻并不明顯。

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機進風側(cè)進行，也可以在鼓風機出風側(cè)進行，即所謂的機前脫濕及機后脫濕。目前，機前冷凍除濕比較常用，原因如下：

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

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

所以，目前國內(nèi)脫濕成熟的技術(shù)都是機前脫濕

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。吸附法對氯化鋰的消耗量大，同時氯化鋰具有較強的腐蝕性，所以對設備材質(zhì)要求高，尤其是霧狀的氯化鋰隨空氣進入高爐鼓風機后，會對鼓風機的流通部分產(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)的主要除濕設備就是冷凍機，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)外已有多套運行的高爐脫濕鼓風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組制取冷凍水，以供脫濕換熱器降低高爐鼓風機吸入空氣的溫度，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：相對于蒸汽制冷脫濕方案而言系統(tǒng)簡單可靠、運行效率高。缺點：耗電較大，運行成本高?？諝庀到y(tǒng)流程：外界大氣進入過濾器，出去灰塵后進入脫濕器，高溫高濕空氣在脫濕換熱裝置內(nèi)進行熱交換，降溫脫濕后進入鼓風機，進鼓風機升壓后進入熱風爐、高爐。冷卻水系統(tǒng)流程：冷卻水由循環(huán)水泵房送至制冷機冷凝器側(cè)，在冷凝器內(nèi)進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)動源，采用溴化鋰制冷機組制取冷凍水水。蒸汽制冷方案優(yōu)點：運行成本低，缺點是系統(tǒng)及維護較復雜。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：從溴化鋰制冷機蒸發(fā)器側(cè)出來的溫度較低的冷卻水進入脫濕換熱裝置與空氣進行熱交換，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)水泵房送至制冷機冷凝器側(cè)，在冷凝器內(nèi)進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，我們對兩種制冷方案做出如下對比，具體請見方案分析對比表，以2500m3高爐為例的兩方案均具有較好的盈利性。

序號方案

項目方案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)稍復雜。3技術(shù)比較技術(shù)先進，設計合理，效率高在有余熱蒸汽可利用的場合下，

能源利用合理、運行費用省4設備占地略小略大，因增加了一套蒸汽系統(tǒng)5主要設備

配置鋁合金板翅式換熱器1套

制冷壓縮冷凝機組3×150萬kcal/h鋁合金板翅式換熱器1套

制冷壓縮冷凝機組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～200萬元～200萬元10設備費～1800萬元～2000萬元11安裝工程費～250萬元～250萬元12工程建設及預備費～300萬元～300萬元合計工程總靜態(tài)投資～2550萬元～2750萬元經(jīng)濟效益計算節(jié)電降低鼓風機軸功率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

參考文獻

[1]陳道海，顧厚淳。鼓風脫濕與高爐穩(wěn)定運行[J].冶金動力，2008，第1期，總第125期

[2]卜玉榮，姚玉明。高效節(jié)能型脫濕器用于高爐脫濕鼓風前景分析[J].冶金動力，2005，第6期，總第112期

[3]王筱留。高爐煉鐵的脫濕鼓風[J].冶金動力，2004，第1期，總第101期

[4]候惠剛。高爐脫濕鼓風技術(shù)的應用分析[J].山西建筑，2003，3：第29卷，第3期

[5]楊東偉，郁鴻凌，管晨希，肖博鈞。高爐鼓風脫濕系統(tǒng)的冷能分析及有效利用[J]上海理工大學學報.2012，第34卷，第6期.

[6]王業(yè)飛。脫濕鼓風在8號高爐的應用 [J].南鋼科技與管理，2013第3期

[7]王珂，劉匯遠。高爐鼓風機機后脫濕工藝探討[J].冶金動力，2012，第3期，總第151期

[8]胡志勇。高爐鼓風機前脫濕技術(shù)[J].冶金動力，2013，第7期，總第161期