關于高爐鼓風機機后脫濕工藝的研究

摘 要：在冶金生產中，對于高爐生產的效率有所影響的環節是脫濕，其對于高爐的穩定性有重要影響。在高爐運行期間，空氣中的濕度對其運行會產生影響。在現代技術中，應用了鼓風機機后脫濕系統。本文對此作出了可行性的分析闡述，為冶金生產在技術方面的提高提供了有利的依據。

關鍵詞：脫濕；物理冷凝；高爐；機后

中圖分類號：TH44 文獻標識碼：A

1 空氣濕度對高爐的影響

空氣主要是由干空氣和水蒸氣組合而成的，在高爐冶煉中，在不脫濕的狀況下，鼓風的濕分就是大氣中的濕分。空氣中的濕分是會受到溫度和濕度的影響，我國南北方的氣溫差距不同，所以在溫濕度方面也就有所不同。南方為多雨天氣，并且氣溫相對較高，所以濕度相對來說比較大。我國北方地區多為干旱少雨天氣，并且氣溫相對來講比較低，所以濕度也較低。在高爐冶煉中，空氣隨著鼓風機進入高爐，為高爐提供氧分，如果空氣中的濕分過高的話，將會對燃燒的溫度和穩定性有所影響，從而影響到高爐的生產效率。

2 機后脫濕工藝原理

圖1中所示過程近似為恒壓降溫過程，狀態1的氣體被等濕降溫，當其狀態達到2時，即達到飽和狀態。若溫度繼續下降，使氣體中的水分析出，氣體的含濕量下降，氣體的狀態變化過程沿飽和線2向3及4變化，變化中，氣體的含濕量不斷下降，焓值不斷減少，溫度不斷降低，直至達到氣體的脫濕要求。

物理冷凝法脫濕工作原理均是通過上述降低濕空氣的干燥溫度，使空氣中的水分析出，從而達到脫濕的要求。

現有的機前脫濕技術是在高爐鼓風機前采用物理冷凝法對空氣進行脫濕，位于高爐鼓風機前的脫濕器內設有換熱管束，空氣在管外流動，冷水在管內流動，兩者通過管壁進行換熱并凝析空氣中的水分。

3 機后脫濕系統組成

機后脫濕系統布置在高爐鼓風機出口，經高爐鼓風機增壓后大氣壓力約為0.3～0.6MPa，溫度約為18～280℃，溫度和壓力較高的空氣進入機后脫濕系統，在機后脫濕系統中被常溫水冷卻到30～40℃以脫除空氣中多余的水分。由于高爐鼓風機風量大，經鼓風機壓縮后的空氣溫度高，熱焓高，如果直接采用冷卻水進行脫濕，脫濕系統換熱量非常大，脫濕所需換熱面積和冷卻水量大大增加，系統投資費用較高，運行能耗大，不符合機后脫濕節能降耗的初衷，同時采用直接冷卻脫濕空氣溫度低，鼓風進入熱風爐預熱需要消耗更多的燃料。因此機后脫濕系統設置預冷回熱回路，利用熱媒吸收高溫空氣大部分熱量，對高溫空氣進行預冷，預冷后的低溫空氣在脫濕冷卻器中冷卻除濕，而吸收熱量后的熱媒用于加熱脫濕后的空氣，熱媒在脫濕系統中循環使用。機后脫濕系統工藝流程見圖2。

高爐鼓風機機后脫濕的工作包括三個流程：空氣流程、脫濕流程和回熱流程。

空氣流程：來自鼓風機出口的空氣在預冷器與低溫熱媒進行熱交換，預冷后送至脫濕冷卻器脫出水分，由回熱器進行加熱后送往熱風爐。

脫濕流程：常溫水經水泵加壓后送到脫濕冷卻器對空氣進行脫濕，脫濕冷卻器由間壁式換熱器和除霧器組成，水蒸氣在換熱器表面凝結成水滴并通過除霧器實現氣水分離。

回熱流程：在預冷器中被加熱后熱媒回流到膨脹罐，然后再送至回熱器被脫濕后的冷空氣冷卻，冷空氣被加熱，熱媒再由循環泵加壓送回預冷器入口循環使用。

機后脫濕系統利用在預冷器和回熱器間循環流動的熱媒傳遞熱量、降低脫濕冷卻器負荷，而預冷器中鼓風機送來的空氣最高溫度高達280℃，選擇合適的熱媒對系統長期穩定運行尤為重要。

4 兩種脫濕工藝能耗比較

本文以某地新建高爐鼓風機向5000m3級高爐供風進行模擬設計，假設脫濕后鼓風濕度10.5g/m3，大氣壓力0.1MPa（絕壓），機前脫濕工藝脫濕溫度為10.7℃；風機出口壓力0.61MPa（絕壓），機后脫濕工藝脫濕溫度為41.1℃，機前脫濕工藝采用離心壓縮機提供冷凍水進行脫濕冷卻，機后脫濕工藝采用江河水進行脫濕冷卻，兩種工藝均能滿足脫濕要求，現對兩種工藝的電耗、水耗、風溫進行比較如下：

兩種脫濕工藝條件下，鼓風機電耗見表1。

對于同一標態風量，機后脫濕工藝由于鼓風機入口空氣溫度較高，鼓風機實際吸入風量和軸功率都有所增加，鼓風機功率增加3940kW，電耗有所增加，但鼓風機壓比有所降低，對于鼓風機的運行曲線有利。

兩種脫濕工藝條件下，脫濕系統設備電耗見表2所示。

機前脫濕工藝由于制冷機組功率大，電耗比機后脫濕系統增加4432kW，考慮鼓風機軸功率變化，機后脫濕工藝節省功率492kW，機后脫濕工藝電耗略低。

兩種脫濕工藝條件下，脫濕系統設備耗水量見表3。

兩種脫濕方式耗水量相差不大，但是機前脫濕系統由于冷卻水直接對冷凍機進行冷卻，要求采用循環冷卻水；機后脫濕冷卻水用于脫濕器換熱可以直接利用江水或海水。因此采用機前脫濕方式用水成本較高。機前脫濕方式冷水水質一般為除鹽水，在運行過程中需要少量補水，要求廠區具有除鹽水制供水能力。

脫濕后冷風溫度：采用機前脫濕工藝，計算鼓風溫度約為250℃，采用機后脫濕工藝，回熱后計算鼓風溫度約為200℃，比機前脫濕工藝略低，熱風爐工藝要求鼓風溫度不低于180℃，風溫滿足要求。

結語

在對脫濕系統進行了技術改進之后，將機前脫濕和機后脫濕進行了比對分析，發現機后脫濕，無論是在能源的消耗方面還是在技術效果方面都較機前脫濕有明顯的效果，所以說這是一種比較可行的技術革新。在機后脫濕系統中，可以直接對江河水進行冷卻，對于水源的消耗有極大的降低，并且對于制冷設備的需求較低，節省了大量的電能。機后脫濕達到了真正的節能降耗，對于冶金企業來講，提高了生產效率，并且節省了大量成本，適應我國時代的發展要求。

參考文獻

[1]趙如娟，尤超.高爐鼓風脫濕技術應用全國冶金自動化信息網，2009年論文集，2009.

[2]陳道海，顧厚淳.鼓風脫濕與高爐穩定運行[J].冶金動力.2008（01）.