文 // 王偉 中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

鋼鐵行業(yè)高爐及配套熱風(fēng)爐除濕鼓風(fēng)技改案例

文 // 王偉 中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

1 企業(yè)基本情況

四川德勝集團(tuán)鋼鐵有限公司（以下簡稱“四川德鋼”）現(xiàn)有主要工藝生產(chǎn)設(shè)備有：66m2燒結(jié)機(jī)2臺，240m2燒結(jié)機(jī)1臺，450m3高爐2座，1250m3高爐1座，80t轉(zhuǎn)爐3座（1座提釩、2座煉鋼）和連續(xù)棒材軋機(jī)2套等。

至2011年底，四川德鋼已形成年產(chǎn)鋼200萬t的綜合能力。2011年實(shí)際產(chǎn)量：生鐵177萬t，鋼166萬t，鋼材163萬t。

2 項(xiàng)目基本情況

2.1 項(xiàng)目建設(shè)背景

鋼鐵企業(yè)煉鋼高爐鼓風(fēng)中的水分含量和風(fēng)溫對煉鐵工序的燃料消耗和燃料消費(fèi)結(jié)構(gòu)有直接影響；同時，鼓風(fēng)濕度的變化也會影響高爐煉鐵的穩(wěn)定運(yùn)行。對高爐鼓風(fēng)進(jìn)行脫濕使鼓風(fēng)濕度降低并且不發(fā)生劇烈變動,是穩(wěn)定高爐運(yùn)行和降低煉鐵能耗的重要技術(shù)手段。同時，高爐鼓風(fēng)除濕技術(shù)的應(yīng)用還可以提高鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量，降低電耗，實(shí)現(xiàn)煉鐵企業(yè)增產(chǎn)增效、節(jié)能減排、降低成本的目標(biāo)。

2.2 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

2.2.1 主要建設(shè)內(nèi)容

單臺套高爐的鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)除濕設(shè)備制冷站房，全套制冷系統(tǒng)，及所有配套設(shè)備。

2.2.2 項(xiàng)目主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)(表1)

表1 項(xiàng)目主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表

3 當(dāng)?shù)貪穸葪l件

根據(jù)氣象統(tǒng)計(jì)歷史資料，樂山地區(qū)年平均含濕量為11.2g/kg干空氣，夏季日均含濕量為15～25g/kg干空氣，季節(jié)濕度變化在10～20g/kg干空氣，夏季濕度晝夜變化在5～10g/kg干空氣。這種濕度高并且波動大的氣象條件對穩(wěn)定煉鐵生產(chǎn)和降低燃料消耗產(chǎn)生不利影響。

4 工藝現(xiàn)狀

德勝鋼鐵高爐設(shè)計(jì)容量均為1250m3，年平均生產(chǎn)時間預(yù)計(jì)在350d左右；高爐配3臺熱風(fēng)爐，高爐電動鼓風(fēng)機(jī)型號為AV63-14。

5 技改工藝

5.1 高爐鼓風(fēng)除濕技術(shù)主要理論依據(jù)

(1)高爐內(nèi)理論燃燒溫度

從式中可看出，如果在保持理論溫度不變的情況下，增加Q風(fēng)和減少Q(mào)吸皆可減少Q(mào)碳和Q焦，達(dá)到節(jié)焦的目的，而增加Q風(fēng)和減少Q(mào)吸就是要增加熱風(fēng)溫度和減少空氣和焦煤中的含水量。

焦碳有與CO2、O2和水蒸氣等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的能力，而水蒸汽在高爐內(nèi)裂解，反應(yīng)吸收了大量的熱量。

(2)熱風(fēng)爐內(nèi)理論燃燒溫度

上式中增加QDW、Q空、Q煤減小Q吸和V產(chǎn)皆能提高t理熱。增加QDW就是提高煤氣熱值，混加高熱值煤氣（如轉(zhuǎn)爐或焦?fàn)t煤氣）或?qū)⒏郀t煤氣提高一定比例的純度來提高熱值。增加Q空、Q煤就是提助燃空氣和煤氣的入爐溫度。減小Q吸就是要除去空氣中的含水量；減小V產(chǎn)就是減少CO2和N2的含量，可增加助燃空氣氧含量降低空氣過剩比例系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

(3)熱風(fēng)爐出口溫度為1200～1250℃。在熱風(fēng)溫度升高后可用噴吹燃料的措施來控制理論燃燒溫度，以保證爐況穩(wěn)定。由于噴吹物加熱、結(jié)晶水分解及碳?xì)浠狭鸦臒?，使理論燃燒溫度降低。由于噴吹燃料還可使間接還原反應(yīng)改善，直接還原反應(yīng)降低，從而節(jié)約焦比。

圖1 空氣處理過程I-D圖

5.2 除濕工藝

目前采用的脫濕方法主要有干法、濕法和冷凝法三種。有時還可混合采用。

由于高爐鼓風(fēng)機(jī)是鋼鐵企業(yè)非常重要的設(shè)備，其運(yùn)行在高溫高壓、高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，應(yīng)用干法和濕法進(jìn)行除濕，可能會將有腐蝕性質(zhì)的吸收劑帶入風(fēng)機(jī)，并產(chǎn)生腐蝕等一系列的問題，因此，本項(xiàng)目采用的除濕工藝為冷凝法。

（1）工藝特點(diǎn)、優(yōu)勢

①采用制冷劑直接蒸發(fā)冷卻空氣，效率高，在運(yùn)行工況不變的情況下，可增加鼓風(fēng)體積流量5%～15%，預(yù)計(jì)可降低鼓風(fēng)機(jī)電耗約5%～15%。

②制冷系統(tǒng)采用國外品牌設(shè)備，微機(jī)控制，技術(shù)成熟、運(yùn)行精確、穩(wěn)定可靠。

③脫濕裝置雙層布置，設(shè)備緊湊，管道短，占地少。

④從空氣中脫出的冷凝水量，非?？捎^。

⑤完全清除吸入空氣中殘存灰塵，解決了風(fēng)機(jī)葉片、葉輪磨損問題，出口氣體含塵量1mg/m3。

（2）除濕效果

通過圖1可以看出，本項(xiàng)目在采取冷凝法除濕的空氣處理過程中，空氣從室外狀態(tài)O點(diǎn)經(jīng)溴化鋰?yán)錂C(jī)處理到L1點(diǎn)，含濕量露點(diǎn)為7g/m3，經(jīng)過電制冷機(jī)除濕到L2點(diǎn)，此時含濕量為5g/m3。除濕系統(tǒng)每年除濕期間（4～11月）平均除濕量為5～8.7g/m3，年出水約為4500～6000m3。

該方案實(shí)施后高爐運(yùn)行時，高爐鼓風(fēng)冷卻后的空氣溫濕度始終保持恒定，只是制冷量隨著環(huán)境溫濕度的變化在增減。

6 節(jié)能作用

在原高爐鼓風(fēng)的過濾器后面增加一套除濕機(jī)組，可將鼓風(fēng)量含濕量穩(wěn)定在5～10g/m3。其節(jié)能作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①降低綜合焦比。當(dāng)鼓風(fēng)含濕量降低時，高爐內(nèi)所需熱量會減少，從而可以減少焦炭用量。

②提高噴煤比。在高爐鼓風(fēng)中，含濕量每減少1g/m3，可提高風(fēng)口理論燃燒溫度5～6℃，這樣可以增加噴煤量，減少焦炭消耗量。

③節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)電耗。室外空氣經(jīng)過脫濕裝置后溫度降至3～6℃，含濕量從18～25g/m3降至5～10g/m3。進(jìn)入熱風(fēng)爐的空氣質(zhì)量流量減少，在運(yùn)行工況不變的情況下，可增加進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)的體積流量，由此降低鼓風(fēng)機(jī)電耗。

④高爐順行增產(chǎn)效益。采用鼓風(fēng)除濕后，可消脫濕度波動的影響，從而使?fàn)t況變得穩(wěn)定，塌料、懸料現(xiàn)象大幅度減少，甚至可以消除。

此外，整個系統(tǒng)無廢水、廢渣排放，只有平均1.37t/h左右的空氣冷凝水匯集到集水池，需要定時排放并進(jìn)行計(jì)量。冷凝水是軟水，可不做處理直接進(jìn)入冷卻塔循環(huán)，減少冷卻塔補(bǔ)水量；此外，由于該冷凝水的溫度為5℃左右，也可以用于相關(guān)辦公室的空調(diào)冷凍水。

本項(xiàng)目初冷階段使用的主要能源是余熱蒸汽（最大使用量約為6t/h），因此能源消費(fèi)量并不增加。

7 節(jié)能量分析

為了便于進(jìn)行節(jié)能量的比對，本項(xiàng)目只計(jì)算每年除濕系統(tǒng)運(yùn)行期間（4～11月，約5760h），技改前鼓風(fēng)電耗與技改后鼓風(fēng)機(jī)電耗以及由于技改引起的熱風(fēng)爐節(jié)約煤氣、高爐節(jié)約焦炭的能耗。項(xiàng)目技改前后實(shí)際能源消耗詳見表2。項(xiàng)目技改后節(jié)能量見表3。

本項(xiàng)目高爐設(shè)計(jì)容量為1250m3，單位容量節(jié)能量指標(biāo)為2.92tce/(m3·a)（參考值）；總投資2625萬元，單位投資節(jié)能量指標(biāo)為1.39tce/(萬元·a)。技改后比技改前年節(jié)能3644.79tce、節(jié)能率為30.92%。

表2 項(xiàng)目實(shí)際能耗表

表3 項(xiàng)目節(jié)約能源匯總表

8 結(jié)論

1250m3煉鋼高爐鼓風(fēng)除濕項(xiàng)目改造實(shí)施后，節(jié)能量達(dá)到3644.79tce/a，節(jié)能率30.92%，單位容量節(jié)能量2.92tce/(m3·a)（參考值），單位投資節(jié)能量1.39tce（萬元·a)。在節(jié)約了大量能源的同時，保持了高爐鼓風(fēng)冷卻后空氣溫濕度始終恒定，從而確保高爐的穩(wěn)定運(yùn)行。為其他相似氣候條件下的鋼鐵企業(yè)節(jié)能改造提供一些借鑒。