高炉鼓风除湿技术及其应用.pdf

I! d l e C u t t i n i l e c h n c l c y 科技 前沿 _田丽君 王洪志 王晓东 葛红 河北省节能监察监测中心 高炉 鼓 风 除 湿是 指 预 先 将 空气 中 的湿 度 降 低到 某 一较 低 数 值之 后 送往 高炉 。以 前 高炉 鼓 风 大 都 采 用 自然 湿 度 鼓 风 ， 导致 夏 季 炼 铁 产量 较 低 ， 焦 比 较 高 ， 而 冬 季 炼 铁 产 量 较 高 ， 焦 比 较 低 ，主要 原 因 是 冬 季 气 温 较 低 ， 空 气 湿 度 较 小 ， 密度 较 大 ， 因 而 使 鼓 风 的水 分减 少， 质量 流 量增 加 的缘 故 。 在 国 外 ，日本 采 用 高 炉 鼓 风 除湿 技 术 较 多， 国 内上海宝 钢 、 马 钢等 也相 继 采 用 7 0 I 雨 鞠 _ 曩 i 2 0 1 1 年 o 2 鹊 总 2 0 o 期 了高 炉 鼓 风 除湿 技 术 。随 着 高炉 对 节 能 的 目益 重视 以及 喷 煤 技 术 的应 用 。 炼铁界逐渐对鼓风除湿技术给予高度 关 注 ， 在 低 湿 度 下 稳 定 鼓 风 湿 度 ，进 而 稳 定 高 炉 炉 况 ，降 低 焦 比 ， 节省 焦 炭 ， 增 加产 量 ， 多 喷 煤 粉 ， 实现 高 炉 生 产 的 “ 四季 如冬 ” 。 l高炉鼓风除湿技术的节能效果 高 炉 鼓 风 经 过 除 湿 后 ， 其 节 能 效 果 主要 表现 为以下几个方面 ： ( 1) 高 炉 除 湿 带 来 的 高 炉 顺 行 增 产效 益 。高炉 鼓 风 除湿 可 带 来 炼 铁 增 产 的 能 力 ， 根 据 钢 铁 行 业 的 经 验 数 据 ， 鼓 风 湿度 每降 低 1 g m。 。 炼 铁产 量 要增 j 1 o 1 o 5 。 ( 2) 提 高 喷 煤 比 置换 焦 比 。 降低 能 源成 本 。鼓 风 湿 度对 喷煤 的 影 响 比 较 明显 ，因鼓 风 湿 度 造 成 风 口燃 烧 温 度 降 低 ， 直 接 影 响 煤 粉 的 燃 烧 ， 从 而 限制 了喷 煤 量 的 提 高 。 仅 从保 持 理 论 燃 烧 温 度 不 变 的 角度 考 虑 ， 根 据 新 日 铁 的经 验 公 式 ， 湿 度每 降 低 l g m。 ， 煤 比 可 增 加 2 2 3 kg t ， 可 置 换 焦 比 1 8kg t。 ( 3) 降 低 综 合 焦 比 。降低 综 合 焦 比 反 映 在 ： 高 炉 鼓 风 除湿 后 ， 风 量 减 少 ， 加 热 风 所 需 要 的燃 料 减 少 ； 含 湿 量 每 降 低 1 g m。 ； 焦 比降 低 1 k g t ； 含 湿 量 每 降 低 1 1 g r n。 ， 理 论 燃 烧 温 度 提 高 6 3 ( 新 日铁 经 验 值 ) 、 7 6 。 C ( 首 钢 经 验 值 ) ， 焦 比降 低 1 k g t ， 合 计可 降低 “ 综 合 焦 比”1 0 1 2 k g t 。 ( 4) 降 低 鼓 风 电耗 。由于 高炉 鼓 风 除 湿 后 ， 鼓 风 机 进 口的空 气 密度 提 高 ， 鼓 风 能 力 加 强 ，所 以在 不 增 产 风 量 的 情况 下 鼓 风 的 电耗 将 下 降 ， 而 除 湿 系 统 消 耗 的 电 力 远 小 于 鼓 风 电 耗 的 下 降 ， 鼓 风 除 湿 后 ， 可 降 低 电 耗 约 5 12 2鼓风除湿方法对比 目前 采用 的 高炉 鼓 风 除 湿方 法 主 要 有千法 、 湿法和 冷凝 法三 种。 2 1干法 干 法 是 用 固 体 吸 附 剂 吸 收 空 气 中的 水 分， 一 般 利 用Li Br 结 晶 水状 态 的变 化 ( Li Br Li B r H2 O L i Br 2 H 2 O) 和 石 棉 的 吸 水 性 实 现 空气 脱 湿 。通 常 将Li B r 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。 干法 除 湿 的 优 点是 耗 电量 小 ， 且可 以利 用 各 种废 热 作 再生 热 源 。 缺 点 是 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 。 2 2湿法 湿 法 是 用 液 体 吸 收 剂 ( 通 常 为 Li B r 水溶 液 ) 在 与空 气接 触 时进 行 脱 湿 。 原 理是 L i B r 溶 液的蒸 汽压低 ， 在 达 到 与 L i B r 蒸 汽 压力 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L i Br 溶 液 的喷嘴 。 脱 湿塔 内， 雾状 的 Li Br 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Li Br 溶 液则 被 送到 再生 塔 进行 加 热 、 浓缩 ， 再生 后循 环使 用 。 湿法适 于处 理 大风 量 。 电耗也低 。 但因 L i B r 溶 液有腐蚀 性 ， 设备易腐蚀 。 2 3；令凝法 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 ， 由于 空 气温 度 降 低 还 能相 应 增 加 风 机 风 量 ， 其 总 能 耗 及 运 转 费 用 耍 比干 法 和 湿 法 低 。冷 凝 法 优 势 主 要 表现 在如 下几 点 ： ( 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 51 5 ， 减 少 鼓 风 机 轴 功 率 5 1 5 。 ( 2) 制 冷 系 统 采 用 国 外 品 牌 设 备 ， 微机 控 制 ， 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) 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 l mg m。 。 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 ， 而采 用冷凝 法 除湿 ， 可 避 免上 述 问 题 的发 生 ， 并 做 到 “ 四季 如 冬”， 最 大 限 度 的解 决 季 节性 空气含 湿 量 对 高炉 运 行 的影 响 。 首 秦 公司 采 用 的 就 是 冷 凝 法除 湿 。 3首秦公司鼓风除湿技术的实施 3 1首秦公司实施高炉鼓风除湿的必 要性 首秦 公司 地 处 秦 皇 岛市 ， 根 据 秦 皇 岛市 气 象 数 据 ， 年 平 均气 象 报 道 温 度 为2 2 _ 7 。 ( = ， 年平均相 对湿 度为 7 2 ， 年平 均大气 压 为1 0 0 k P a ； 夏季 平均含 水 量 为 1 7 1 g m。 空气 ， 即使 一 天 内昼 夜 空气 含 湿 量 也 有 较 大 的 变 化 。由于 鼓 风 温 湿 度 变 化 状况 较 大 ， 从 而 引起 高 炉炉 况 不稳 定 ， 影 响 了铁 产 量 的 生 产， 造 成焦 炭和 煤 粉的浪 费 。 为此 首秦 公司于2 0 0 7 年 8 月与节 能服 务公司签订 合 同 ， 以 合 同能 源 管 理 模 式 实 施 高 炉 鼓 风 除湿节 能项 目， 并于2 0 0 8 年 5 月开 始施 工 ， 分 别于2 0 0 8 年 9 月及2 0 0 9 年 5 月完成 1 、 2 高 炉鼓 风除湿 节能改 造 。 除湿 投 运 时 间每年 的5 月 fJ l 0 月 ， 从 实 际生产情 况来看 ， 节 能效果 显著 。 3 2高炉鼓风除湿节能的理论基础 高炉 鼓 风 除 湿节 能 的理 论基 础 可 从 以下方面进 行分析 。 3 2 1高炉 内 理论燃 烧 温 度 Q +Q +Q l风 一Q C 高 式 中 ： 一 一 高 炉 内 理 论 燃 烧 温度 ， c c； 0 碳一 一 碳 氧 化 成 CO时 放 出 的 热 量 ， k J t ： Q 焦 一 一 焦 碳 在 1 5 0 0 C时带入 炉 缸的 物理 热量 k J t ； o 风一 一 热 风 带 人 的 热 量 ， kJ m3； Q 吸 一 一 鼓 风 和 输送 煤 粉 载 气 中 71 I d l e C u t t i n u l e c h n c l c y 科技前沿 表1 2 0 0 9 年6 7 月份除湿水量及风量 表2 2 0 0 8 年高炉燃料消耗数据 k g t F e ， 焦比 鳓 坷 6 月 1 1 4 3 1 7 3 5 8 9 7 0 2 6 0 9 9 4 9 9 3 8 6 7 月 1 4 1 5 1 2 3 5 0 5 3 7 1 6 5 8 4 5 O 8 6 3 3 表3 2 0 0 9 年高炉燃料消耗数据 k g t F e 6 月 1 6O O 23 3 1 348O 1 9 62 4 493 1 27 7 月 1 71 22 3 31 O 1 5 O 1 5 1 47 4 96 5 20 表4 2 0 0 8 年及2 0 0 9 年炼铁工序能耗数 据 能 耗 ( t c e ) 5 2 6 9 6 8 4 5 0 5 8 5 6 9 产量 ( t ) 1 2 9 8 3 5 7 1 2 8 6 8 1 8 工序 能耗 ( k g c e t 铁 ) 4 0 5 8 7 3 2 3 9 3 1 0 6 8 水 分分 解 吸收 的 热 量 和煤 粉 在高 炉 的 分 解热 量 总和 。 k J t ； 气一 一 燃 烧 产 物 中 各组 分 的体 积 含 量 。 ； C 一 一 炉 缸 煤 气 在 时 的 平 l 均 热 容 ， k J m0 。 从 上 式 可 看 出 ， 若 在 保 持 理 论温 度 不变 的 情 况 下， 增 加( 二 ) 风 和减 少0 畈 皆可减 少a 碳 和Q 焦， 达 到节焦的目的， 而增 加( 二 ) 风 和减 少O 吸 就 是要增加 热风 温度 和减 少空气和 焦煤 中的含水量 。 在 高炉冶炼过程 中， 焦炭与二氧化碳、 氧和 水蒸汽等进行化学反应： C+o2 _ +C02+393 3kJ m ol C+1 202 +C0 +11 0 4kJ m ol C+Co2 CO -1 72 5kJ m ol C+H2 0 C0 +H 2一 31 3kJ m ol 7 2 I I麓 曩 鼻 J 2 0 1 1 年 o 2 期 总 2 0 o 期 可见 ， 高炉 内碳和 水蒸汽反应吸 收 了大 量 的 热 量 ， 如 果 除湿 达 5 g m3 空气 ， 则 这 些 水 分 解 反 应 所 消耗 的 热 量 为 3 6 3 9 k J ， 实 际高 炉 内这 些 水分 解 所 消耗 的 总热 量 为 8 0 k J ； 如 果 送风 量 为 1 0 万Nm0 h， 水 分解 反应 每 小 时 所 消耗 的 热 量 为 8 0 0 万k J ， 相 当 于 每 小 时多燃 烧 2 7 3 k g 标 准 煤 。 3 - 2 2热风炉内 热 风 炉 理 论燃 烧 温 度 若空 气和 煤 气 都 不 预 热 ， 它们 带入 的 物 理 热 只 占 总 热量 收 入 的1 2 ， 此 时影 响热 风 炉理 论燃 烧 温 度 的主 要 因素 为煤 气 的 发热 量0 D W。 Q。 +Q +Q 一Q v C 式 中 ： 一 热 风 炉 内 理 论 燃 烧 温度 ， 9 C； 0 D W一 一 煤 气 低 发 热 量 ，kJ m3； 0 空 一 助燃 空气 显热 。 k J m0 ； a 煤 一 煤气 显 热 。 k J m0 ； o 吸 一 空 气 中水 分 吸 收 的 热量 和散 失 的热 量 ， k J g； 产一 燃 烧 产 物 中各 组 分 的体 积 含量 ， ； 熟 产 一 燃 烧 产 物在 时 的平 均 热 容， k J m0 。 增 加Q D W、 o 空、 0 煤。 减 小Q 吸 和 热 V产皆能 提 高 。增 加 0 D W就 是 提 高煤 气 热 值 ， 可 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 0 空、 Q 煤 就是提高助燃空气和煤气的入 炉 温 度 。减 小 0 吸就 是 要 除 去 空 气 中 的 含 水 量 ； 减 小 产就 是 减 少 cO 2 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 。 如 果 除 水 达 5 g m。 空气 ， 温 度 从 2 0 9 c J 1 2 0 0 x 2 ， 这 些 水 所消 耗 的热 量 为2 4 7 8 k J ； 如 果 送 风 量 为 1 0 万Nm0 h 这 些 水所 消耗 的 热量 为2 4 7 8 万k J h ， 相 当于多燃 烧 8 4 5 k g h 标煤 。 3 3高炉鼓风除湿工艺流程 首秦公司为解 决场地小 ， 研究确 定 用 一 套 冷 却 除 湿 装 备 。 为 两 台高 炉 鼓 风服务， 并以酋秦公司夏季多余蒸 汽 为 动 力 ， 驱 动 溴 化锂 制 冷机 制 冷 ， 冷冻 水通 过 安 装 在高 炉 鼓风 机 进 口的 表 冷 器 进行 除湿 ， 同 时利 用 螺 杆 制 冷 机生产的乙二醇冷冻水对高炉鼓风进 行 深 冷 除湿 除 湿 通 过 三 组 表 冷 器 完 成 。 前 两组 除 湿 到 7 9 g m3 ， 第 三 组 表 冷 器 进行 深 度 除 湿 ， 除 湿 到 56 g m 3 。 4高 炉鼓 风 除湿生 产 实践 效果 分 析 4 1鼓风除湿对综合燃料比的影响 除 湿 系 统 投 运 后 ，以 2 oo8 年 6 7 月未投 除 湿 系统 及 2 0 0 9 年6 7 月投 运 除 湿 系 统 的 数 据 进 行 分析 ， 表1 为 除 湿 水 量与风 量 数 据 ， 可 以看 出 。 6 月 份 每立 风 除湿 量 为6 4 3 7 g m3 ，7 月份 每 立 风 除湿 量 为 8 8 7 8 g m。 ，6 7 月平 均为 7 6 5 8 g m。 。表2 和 表3 分 别为 除湿 系统 对高 炉煤 比 、 焦 比及 综 合 燃 料 比 的 影 响 ， 除 湿 投 运后 ， 综 合 燃 料 比平 均 降 低 了9 1 8 6 k g t 铁 。 4 。 2鼓风 除 湿对 炼铁 工序 的影 响 表 4为 2 008年 及 200 9年 炼 铁 工 序 51 0 月 份 能 耗 数 据 ， 计 算 得 出 除 湿 投 运 后 ，炼 铁 工 序 能 耗