王思鵬

（新余鋼鐵集團(tuán)公司）

摘  要  脫濕鼓風(fēng)是高爐提高煤比的有效手段，本文介紹了目前鋼鐵企業(yè)所使用的多種脫濕鼓風(fēng)技術(shù)和設(shè)備，探討了脫濕鼓風(fēng)在節(jié)能、降耗、提高產(chǎn)量等方面產(chǎn)生的效益，并對(duì)脫濕鼓風(fēng)在新鋼2500m3高爐的應(yīng)用進(jìn)行可行性探討。

關(guān)鍵詞  高爐  脫濕鼓風(fēng)  煤比  能耗降低

1  綜述

高爐脫濕鼓風(fēng)指預(yù)先將空氣中的濕度降低到某一較低數(shù)值之后而送往高爐，又稱鼓風(fēng)的脫濕。

高爐煉鐵采用了一系列技術(shù)來降低煉鐵成本，諸如煤粉噴吹、富氧鼓風(fēng)、高風(fēng)溫等。但隨著煤比的不斷攀升，噴吹的煤粉大量吸收爐缸熱量，未燃煤粉量增加，置換比下降，風(fēng)壓上升，這是導(dǎo)致煤比不能繼續(xù)提高的重要原因。南方地區(qū)，一旦入夏，氣溫高，空氣含水量高，晝夜?jié)穸炔顒e大，不僅煤比難以提高，而且影響高爐爐況順行。

采用高爐脫濕鼓風(fēng)技術(shù)，為高爐爐況穩(wěn)定順行、節(jié)能降耗方面帶來的優(yōu)勢如下：可保證送風(fēng)濕度四季如冬，白晝?nèi)缫?，穩(wěn)定在5g/m3（±1g/m3），送風(fēng)濕度穩(wěn)定，爐缸溫度穩(wěn)定，為高爐爐況的穩(wěn)定順行創(chuàng)造了良好的條件；減少風(fēng)口水分解熱，鼓風(fēng)中1g/m3水需要提高風(fēng)溫9℃才能補(bǔ)償水在爐缸內(nèi)的分解所消耗的熱量，但約有1/3的H2參加還原，故實(shí)際需要提高風(fēng)溫6℃。實(shí)際效果證明：鼓風(fēng)濕度每減少lg/m3，可降低焦比0.6-0.8kg/噸鐵；濕度每減少1g/m3的水，可以多噴2.23kg/t的煤粉并置換焦炭1.78kg/t；在采用風(fēng)機(jī)吸入側(cè)冷凍脫濕，風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的大氣溫度降低，鼓風(fēng)密度增大，使風(fēng)機(jī)鼓出的冷風(fēng)質(zhì)量流量增加，從而增加產(chǎn)量5-10%；鼓風(fēng)機(jī)軸功率還可以下降10%左右。

近十年，隨著國內(nèi)脫濕鼓風(fēng)技術(shù)的發(fā)展和推廣，脫濕作為國際煉鐵界公認(rèn)的三大冶煉節(jié)能技術(shù)（噴煤、富氧、脫濕）之一已經(jīng)逐漸被國內(nèi)大量鋼廠采用，也是國家十二五鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)推薦的節(jié)能減排項(xiàng)目?，F(xiàn)在寶鋼的四座4000m3高爐的五臺(tái)風(fēng)機(jī)均采用脫濕鼓風(fēng)新技術(shù)，并取得了良好的效果，目前國內(nèi)已有二十多家鋼鐵企業(yè)采用脫濕鼓風(fēng)。

新鋼地處南方地區(qū)，一年四季溫度和濕度波動(dòng)大，空氣中的水分是隨季節(jié)和晝夜變化而變化的，因此，高爐爐缸溫度、產(chǎn)量、消耗也隨之相應(yīng)波動(dòng)。由于濕度的變化直接影響到高爐冶煉行程，當(dāng)大氣濕度下降或升高時(shí)，高爐需要風(fēng)機(jī)加風(fēng)或減風(fēng)來保持風(fēng)量的穩(wěn)定，若調(diào)節(jié)不及時(shí)，往往會(huì)造成爐況不穩(wěn)定。新鋼2500m3高爐2015年主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與行業(yè)高爐先進(jìn)指標(biāo)對(duì)比見下表1，按入爐品位同口徑對(duì)比，與高爐指標(biāo)最好的寶鋼比，綜合焦比高1kg/t左右。因此，采用脫濕鼓風(fēng)，使空氣中含濕量穩(wěn)定在較低的水平，可穩(wěn)定爐況，有利高爐穩(wěn)定順行；并可穩(wěn)定和提高風(fēng)口前燃燒溫度，提高爐缸溫度，增加噴吹量。從而使高爐的產(chǎn)量增加，焦比降低，高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改善。

2  脫濕方法

高爐鼓風(fēng)的脫濕方法主要有吸附法（干法、濕法）和冷卻法：

干法吸附法是用固體吸附劑吸收空氣中的水分，一般利用LiCl結(jié)晶水狀態(tài)的變化（LiCl-LiCl·H2O- LiCl·2H2O）和石棉的吸水性實(shí)現(xiàn)空氣脫濕。通常將氯化鋰摻在石棉里制成蜂窩狀轉(zhuǎn)筒，使空氣通過時(shí)進(jìn)行脫濕。使用一定時(shí)間后轉(zhuǎn)筒吸水性減弱，需加熱再生，重新恢復(fù)吸水能力。所以，采用干法脫濕需要有兩個(gè)系統(tǒng)，以便于交替使用。風(fēng)量較大時(shí)需多臺(tái)脫濕機(jī)串聯(lián)或并聯(lián)，系統(tǒng)復(fù)雜、難以控制、投資巨大。

濕法吸附法是用液體吸收劑（通常為氯化鉀水溶液）在與空氣接觸時(shí)進(jìn)行脫濕。原理是氯化鉀溶液的蒸汽壓低，在達(dá)到與KCl蒸汽壓平衡的濕度時(shí)，空氣中的水分就被吸出而脫水。主要設(shè)備有脫濕塔和再生塔。脫濕塔上部裝有噴KCl溶液的噴嘴。脫濕塔內(nèi)，霧狀的KCl溶液自上而下，空氣自下而上相向通過，過程中空氣被脫濕，吸收了空氣中的水分而被稀釋的KCl溶液則被送到再生塔進(jìn)行加熱、濃縮、再生后循環(huán)使用。濕法適于處理大風(fēng)量，電耗也低。但因KCl溶液有腐蝕性，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片有腐蝕破壞作用。

冷凝法是利用空氣中飽和含濕量與溫度是成正比關(guān)系，采用熱交換器將空氣降低，因而除去空氣中的飽和水，達(dá)到脫濕目的。

吸附法系統(tǒng)阻損相對(duì)較大，脫水后濕風(fēng)潛熱變?yōu)轱@熱，空氣溫度升高，系統(tǒng)阻損增大和空氣溫度升高都將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)功率消耗增加；冷凝法由于水分降低和空氣溫度降低，提高了質(zhì)量流，在鼓風(fēng)量不變時(shí)，可以降低風(fēng)機(jī)功率消耗。

因此，為避免吸附法可能會(huì)將有腐蝕性質(zhì)的吸收劑帶入風(fēng)機(jī)，對(duì)風(fēng)機(jī)造成損害和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，鼓風(fēng)脫濕宜采用冷凝法脫濕。

3  脫濕鼓風(fēng)在各鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用

3.1  脫濕鼓風(fēng)在馬鋼的應(yīng)用

馬鋼依據(jù)企業(yè)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)現(xiàn)狀，本著節(jié)能降耗，減排降噪，合理利用能源等原則，確定了鼓風(fēng)機(jī)吸入側(cè)冷卻的高爐脫濕鼓風(fēng)工藝，脫濕裝置采用雙效蒸汽型溴化鋰吸收式制冷方式制造低溫冷卻水。[1]

馬鋼4000m3高爐脫濕鼓風(fēng)裝置設(shè)計(jì)主要參數(shù)確定如表1所示。

無論何種制冷形式的冷凍脫濕裝置，脫濕裝置本身是需要耗能的，但是經(jīng)過冷凍脫濕后，鼓風(fēng)機(jī)會(huì)因其吸入的空氣溫度、濕度下降而省能。一般來說，脫濕裝置的耗能與鼓風(fēng)機(jī)的省能相當(dāng)，可以相互抵消，有時(shí)甚至還略有節(jié)余。因此，鼓風(fēng)機(jī)吸入側(cè)冷凍脫濕不需要多耗能，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好。以馬鋼4000m3高爐脫濕鼓風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)數(shù)可直接地說明這一點(diǎn)，見表2。

從實(shí)際運(yùn)行效果來看，馬鋼采用脫濕鼓風(fēng)技術(shù)后，不論對(duì)高爐生產(chǎn)，還是對(duì)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行以及蒸汽資源利用等方面都產(chǎn)生了積極的影響，發(fā)揮了重要作用。(1)高爐冷風(fēng)的含濕量得到了明顯的降低，較大程度提高了冷風(fēng)品質(zhì)，高爐爐況運(yùn)行控制明顯提升，高爐產(chǎn)接近“四季如冬”、“白晝?nèi)缫埂薄?2)脫濕裝置耗能為鼓風(fēng)機(jī)省能所補(bǔ)償并有富裕，降低了風(fēng)機(jī)單耗和運(yùn)行成本，“負(fù)能脫濕”成為可能，為企業(yè)“節(jié)能降耗”提供了新手段。(3)利用了夏季富裕的低品位蒸汽資源，便于蒸汽平衡，季節(jié)性調(diào)峰作用明顯，為“節(jié)能減排”提供了新途徑。

3.2  脫濕鼓風(fēng)在梅鋼的應(yīng)用

梅鋼脫濕設(shè)備工作原理：將濕空氣通過冷凍機(jī)組冷卻，使其溫度降低到空氣壓力及所含濕量而對(duì)應(yīng)的飽和溫度以下，即將濕空氣中的水分凝結(jié)析出，使得鼓風(fēng)含水量降低，密度增大，然后通過汽機(jī)送入高爐。2008年4月5日開始試運(yùn)行，2008年6月正式運(yùn)行。該脫濕設(shè)備投用后能夠有效減少入爐水分，相對(duì)提高風(fēng)口的理論燃燒溫度，改善煤粉在風(fēng)口前的燃燒，提高了高爐接受噴吹煤粉能力，改善高爐爐況順行，減少冶金焦的消耗量，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。脫濕投用以來，單月煤比達(dá)到180kg/t，焦比明顯下降，煉鐵工序能耗下降，煉鐵成本下降。

梅鋼2號(hào)高爐相關(guān)脫濕鼓風(fēng)設(shè)備系統(tǒng)主要性能參數(shù)如下表。[2] 

梅鋼2號(hào)高爐脫濕鼓風(fēng)設(shè)備投入運(yùn)行前后高爐運(yùn)行相關(guān)工藝參數(shù)變化如下表所示。

數(shù)據(jù)顯示，2號(hào)高爐在脫濕投用后，在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的前提下，同比基準(zhǔn)期，焦比降低11．08kg/t，煤比提高13.12kg/t，工序能耗降低11.15kgce/t，鐵水成本下降9.76元/t。焦比雖然有所降低，但處于下限水平，由此看來，夏季脫濕鼓風(fēng)后，高爐焦比在現(xiàn)有基礎(chǔ)上還有降低的空間。2008年6月2號(hào)高爐平均煤比比2007年同期煤比提高17.23kg/t。國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)為濕度每下降1g/m3，提高煤比1.5～2.0kg/t，梅鋼脫濕鼓風(fēng)在提高煤比方面達(dá)到了預(yù)期效果。同時(shí)，采用脫濕鼓風(fēng)技術(shù)可以穩(wěn)定鼓風(fēng)中的水分含量，使高爐操作穩(wěn)定、順行，達(dá)到節(jié)焦、增產(chǎn)的效果，并為提高噴煤量創(chuàng)造了條件。脫濕后2號(hào)高爐塌料、崩料、懸料現(xiàn)象基本消除，焦比降低，煤比提高，爐況長期穩(wěn)定，最終降低了煉鐵工序能耗。

4  經(jīng)濟(jì)性分析

目前新余地區(qū)空氣平均濕度夏季平均濕度在70%-90%（約25-30g/m3），冬季在10-15g/m3，濕度屬于國內(nèi)偏高地域。夏季一天24小時(shí)的變化在5-10g/m3以上，對(duì)于煉鐵穩(wěn)定生產(chǎn)和燃料消耗影響很大，所以實(shí)行鼓風(fēng)除濕顯得尤為重要。

參照目前國內(nèi)脫濕鼓風(fēng)的實(shí)際運(yùn)行情況和新鋼所在地區(qū)氣象條件，確定脫濕后空氣的溫度8～10℃，脫濕后鼓風(fēng)的含水按8-10g/m3控制。

根據(jù)新鋼所在地區(qū)氣象條件?？梢赃x擇大氣溫度≥15℃時(shí)啟動(dòng)脫濕裝置，這樣冬季（每年12～4月）脫濕裝置可以停止運(yùn)行，春季的最后一個(gè)月（每年4月）和秋季的最后一個(gè)月（每年11月）可根據(jù)氣溫情況決定是否運(yùn)行。脫濕裝置正常運(yùn)行時(shí)間為每年的5～10月，即有6個(gè)月的運(yùn)行時(shí)間。

根據(jù)新鋼最高月平均氣溫（7月）29.5℃，月平均相對(duì)濕度74%，最高環(huán)境溫度40℃的實(shí)際氣象參數(shù)，可以選擇脫濕鼓風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：夏季平均大氣溫度30℃，相對(duì)濕度74%，含濕量～26g/m3；春秋季平均大氣溫度20℃，相對(duì)濕度80%，含濕量～15.3g/m3。新鋼2500m3高爐脫濕鼓風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下表：

根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會(huì)2015年12月發(fā)布的《國家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄》（2015年本）節(jié)能部分技術(shù)報(bào)告提供的主要指標(biāo)，結(jié)合韶鋼等企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行情況，新鋼2500m3采用鼓風(fēng)脫濕后年可降本增效1300萬元，其中：

1、年節(jié)焦降本1341萬元。

高爐鼓風(fēng)含濕量每降低1g/m3，綜合焦比降低0.7kg/t，折合0.68kgce/t。

9號(hào)高爐平均日產(chǎn)鐵水6300噸，脫濕期按6個(gè)月計(jì)算（夏季3個(gè)月，春秋季3個(gè)月），月平均作業(yè)日28天，則年節(jié)約焦炭：（16＋5.3）×0.7×6300×28×3＝0.789萬t。

按公司外購一級(jí)焦干基市場價(jià)1700元/t（不含稅，含稅價(jià)2000元/t），年效益為0.789萬t×1700元/t=1341萬元。

脫濕期噸鐵降低焦比：0.789×10000×1000÷（6300×28×6）=7.45kg/tFe

全年噸鐵降低焦比：7.5kg/t÷2=3.75 kg/tFe

2、鼓風(fēng)機(jī)減少電耗降本166萬元。

高爐鼓風(fēng)含濕量每降低1g/m3，采用制冷劑直接蒸發(fā)冷卻空氣，效率高，可減少鼓風(fēng)機(jī)軸功率5%～15%，按兄弟企業(yè)實(shí)際減少3.5%計(jì)算：平均軸功率按22000kw，年節(jié)約的電量為310萬kwh。不含稅電價(jià)按0.5374元/kwh，則年減少電費(fèi)166萬元。

3、鼓風(fēng)脫濕耗電增加費(fèi)用207萬元。

兄弟企業(yè)實(shí)際脫濕運(yùn)行耗電為250～350kwh/t水，按300kwh/t水計(jì)算，電價(jià)按0.5374元/ kwh，則耗電費(fèi)用為：（16＋5.3）/1000/1000×5000×60×24×28×3×300×0.5374/10000＝207萬元

綜合評(píng)估，除了有預(yù)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益外，對(duì)系統(tǒng)而言，鼓風(fēng)機(jī)能耗的節(jié)約和脫濕日常消耗相差不大，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)?？諝鉂穸确€(wěn)定不僅有利于風(fēng)機(jī)在異常天氣下穩(wěn)定工作，而且有利于高爐產(chǎn)量，提高生鐵質(zhì)量，其潛在的效益是巨大的。

5  結(jié)論

新鋼所在的新余地區(qū)空氣濕度季節(jié)變化性大、晝夜變化性大，采用脫濕鼓風(fēng)技術(shù)可有效控制入爐空氣濕度，獲得降低焦比、提高煤比、增加產(chǎn)量、穩(wěn)定爐況等多種效果，使高爐真正實(shí)現(xiàn)“四季如東，白晝?nèi)缫埂?，能為新鋼帶來巨大的?jīng)濟(jì)效益；同時(shí)脫濕鼓風(fēng)技術(shù)也是重要節(jié)能措施之一，實(shí)施該技術(shù)將滿足國家“節(jié)能減排”、“單耗指標(biāo)”等政策要求。

6  參考文獻(xiàn)

[1] 鄧航.高爐脫濕鼓風(fēng)技術(shù)及其在馬鋼的應(yīng)用與發(fā)展.冶金動(dòng)力2009（4）：62-68.

[2] 王啟敏.梅鋼2號(hào)高爐脫濕鼓風(fēng)技術(shù)生產(chǎn)實(shí)踐.梅山科技2009（6）：39-41.