脱湿鼓风对高炉系统能耗的影响

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1、冶金之家网站脱湿鼓风对高炉系统能耗的影响韩宗伟1，赵晶1，蔡九菊1，徐鹤2，丁慧婷1(1.东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110819；2.沈阳鼓风机集团压力容器有限公司，辽宁沈阳110869)摘要：高炉鼓风系统出口空气湿度对高炉冶炼过程具有重要影响。以国内某2500m3年产生铁量220万t高炉为例，采用机前冷却脱湿法，以蒸气作为热源的吸收式制冷与蒸气压缩式制冷系统串联作为脱湿冷源建立数学模型，动态计算了上海地区不同湿度参数条件下高炉冶炼过程的能耗情况。结果表明，随着出风湿度的降低，高炉冶炼过程的节能量增加，制冷系统的能耗也增加。目标湿度

2、降低0.1g/m3，节约能量0.01～0.07kg/t，双效吸收式系统能源消耗0.01～0.03kg/t，单效吸收式系统能源消耗0.02～0.05kg/t，蒸气压缩式制冷系统能源消耗0.01～0.04kg/t。若仅采用双效吸收式制冷系统，出风湿度宜为8g/m3；若仅采用单效吸收式制冷系统，出风湿度宜为9.5g/m3；利用蒸气压缩式制冷深度脱湿的出风湿度宜为6g/m3。关键词：高炉鼓风；冷却脱湿；制冷系统；出风湿度近年来，钢铁工业高速发展，其能源消耗迅速增长，占全国总能耗的16%左右[1]。高能耗的现状引起了人们对节能的重视，高炉节能的主要

3、途径有提高风温、富氧鼓风、加强二次能源回收等。其中，高炉鼓风脱湿是企业节能降耗的重要途径之一[2]。高炉鼓风脱湿技术已应用在钢铁企业中并取得了较好的效益。早在1985年，宝钢4000m3高炉应用从日本引进鼓风机吸入侧冷却脱湿装置，实际出口湿度为10～12g/m3[3]；1999年，马钢2500m3高炉采用冷却脱湿技术，空气出口湿度为6～8g/m3，年节焦1.8万t，年收益810万元[4]；2004年，攀钢3650m3/min风机上应用脱湿鼓风技术，使含湿量降至9.4g/m3，空气温度降至10℃[5]；2007年，马钢4000m3高炉风机风

4、量为7100m3/min，使含湿量降至8.7g/m3，温度降至8℃[6]；2010年，莱钢1800m3高炉鼓风机风量为7600m3/min，采用脱湿鼓风技术后，含湿量降至8.7g/m3，鼓风机风量增加5%～7%，平均降低焦比0.8kg/t[7]。从目前应用情况来看，各钢厂大都采用制冷系统制取冷量进行机前冷却脱湿，但选取的目标湿度各异，考虑到制冷系统也需消耗能源，鼓风脱湿产生的节能效果也各不相同。由于鼓风湿分是逐时变化的，本文建立目标湿度对高炉节能及制冷系统能耗计算模型，动态计算不同目标湿度对整个系统节能的综合影响，为高炉鼓风脱湿系统应用提

5、供参考。1脱湿鼓风工艺流程本文采用机前冷却脱湿法。脱湿鼓风装置主要由制冷装置、冷却塔、水泵、脱湿器、过滤器、除雾器等组成。其工艺方案的基本流程包括：1)空气流程。空气经过过滤器进入脱湿器，在脱湿器内，高温高湿空气与冷冻水进行热交换，降温脱湿后的空气再经除雾器，若需要深度除湿，则增加蒸气压缩式制冷系统，利用蒸发器进行直接蒸发式冷却脱湿。随后空气经鼓风机送入热风炉，最后被送入高炉，如图1所示。2)冷冻水系统流程。吸收式制冷机组制备的冷冻水进入脱湿器，与进入脱湿器的空气进行热交换，冷水温度升高，之后由冷冻水泵输送到制冷机组内，经蒸发器冷却后又送

6、出温度较低的冷冻水，供循环使用。冶金之家网站3)冷却水系统流程。吸收式制冷机组的冷却水由冷却水泵送至制冷机组内，在冷冻机器内进行热交换后升温再回到外部冷却塔中降温，然后再由循环水泵输送至制冷机组[8]。1.1高炉节能量及制冷系统能耗计算模型1.1.1脱湿鼓风对高炉的影响脱湿鼓风对高炉的影响主要包括：1)对高炉焦比的影响。影响因素主要有2个：①高炉操作稳定。脱湿后风口前炉内温度可保持稳定，使生铁成分尤其是w(C)和w(Si)保持稳定，以及出铁温度稳定，结果使燃料比降低，但现阶段定量地掌握它还有困难。②水分解热的减少。降低焦比计算公式为[9]

7、：式中：r为分解热，kJ/kg；D为过程含湿量，g/m3；Vt为鼓风体积流量，m3/s；t为脱湿时间，h；mca为焦炭的质量，kg；Qw为水分解减少导致的节能量，kW·h；Gca为焦炭低位发热量，kJ/kg。2)对高炉煤气热量的影响。主要包括：①焦比降低对高炉煤气热量的影响。由于焦比降低，进入高炉内的焦炭减少，相应煤气发生量就减少，煤气量减少值ΔVbg(m3/s)为：式中：Cca为焦炭中碳的质量分数，%；Gbg为高炉煤气的低位发热值，kJ/kg。高炉煤气携带热量Q′bg减少为：Q′bg=GbgΔVbg(4)式中：Q′bg为高炉煤气携带热量

8、减少值，kW·h，m3/s。②高炉煤气中氢含量减少的热量损失。炉内水分分解减少，高炉煤气的氢含量相应减少了。鼓风脱湿后，高炉煤气中氢含量Vh减少(取氢的还原率为30%)为：Vh=0.7DVt×