直冷脫濕工藝在高爐鼓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用實(shí)踐

王慶軍，郎軍海，楊繼深

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部，河北 唐山 063200）

鼓風(fēng)脫濕作為一種冶煉節(jié)能技術(shù)，在20世紀(jì)初就被美、日、英等國家在高爐冶煉上予以采用，且均達(dá)到了提高生鐵產(chǎn)量、降低焦比的效果，近10年，國內(nèi)鼓風(fēng)脫濕技術(shù)得到迅速發(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)大量鋼廠所采用，同時(shí)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。

1 工程概況

某鋼鐵廠煉鐵項(xiàng)目（一期工程）新建5 500 m3高爐2座，配套新建電動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)站1座，站內(nèi)設(shè)置全靜葉可調(diào)電動(dòng)軸流式高爐鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備），每臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)口最大風(fēng)量10 000 m3/min，風(fēng)機(jī)出口最大表壓0.55 MPa。本工程高爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口采用自潔式濾筒空氣過濾器、入口側(cè)全冷凍脫濕鼓風(fēng)的單元制布置方式。3臺(tái)風(fēng)機(jī)共用2套脫濕裝置，每套脫濕裝置包括3臺(tái)美的離心式制冷機(jī)組、每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的換熱器及電磁膨脹閥；其中1號(hào)風(fēng)機(jī)配備1套獨(dú)立的脫濕裝置，2號(hào)、3號(hào)風(fēng)機(jī)共用2號(hào)脫濕（通過閥門切換）裝置，采用“一拖二”方式脫濕，同時(shí)空氣過濾器和脫濕鼓風(fēng)裝置采用組合布置形式。

二期一步工程新上1座3號(hào)高爐（5 500 m3高爐）。高爐建成投產(chǎn)后，根據(jù)每座高爐的爐況以及風(fēng)機(jī)效率的不同，將實(shí)際的鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式確定為：1號(hào)風(fēng)機(jī)供1號(hào)高爐，2號(hào)風(fēng)機(jī)供2號(hào)高爐，4號(hào)風(fēng)機(jī)供3號(hào)高爐，因4號(hào)風(fēng)機(jī)未配備脫濕裝置，造成3號(hào)高爐無脫濕冷風(fēng)局面。為滿足高爐生產(chǎn)，新建了一套水冷式脫濕裝置，并配置8臺(tái)日立螺桿制冷機(jī)組。

2 脫濕工藝流程

高爐鼓風(fēng)脫濕機(jī)通過冷卻降溫，使空氣中大部分水蒸汽凝結(jié)成液滴，從而達(dá)到降低含濕量的目的。在制冷系統(tǒng)中，含濕量較大的空氣進(jìn)入脫濕機(jī)的蒸發(fā)器中，空氣釋放的熱量被冷媒（R134a）吸收，冷卻到預(yù)先設(shè)定的飽和溫度，由于溫度降低，使空氣中所含的水蒸汽凝結(jié)成液滴，大部分水滴因重力作用而被析出，另外一部分直徑為5～20μm的水滴仍混在空氣中，再通過除霧器來去除這部分被攜帶的小水滴（除霧效率在98%以上），最后將處理空氣全部送出。

3 制冷機(jī)組

高爐鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)用的是離心式制冷機(jī)，離心式制冷機(jī)是蒸汽壓縮式制冷方式的一種。其制冷原理為：通過壓縮機(jī)對(duì)制冷劑蒸汽施加能量，使其壓力、溫度提高，然后通過冷凝、節(jié)流過程，使之變?yōu)榈蛪?、低溫的制冷劑液體，在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為蒸汽，同時(shí)從周圍環(huán)境獲取熱量以使載冷劑溫度降低，從而達(dá)到人工制冷的目的，蒸汽壓縮式制冷循環(huán)包括壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)四個(gè)過程。1號(hào)脫濕A機(jī)組如圖1所示。

圖1 1號(hào)脫濕A機(jī)組

3.1 壓縮過程

蒸發(fā)器中的制冷劑蒸汽被離心壓縮機(jī)吸入后，原動(dòng)機(jī)通過壓縮機(jī)葉輪對(duì)其施加能量，使制冷劑蒸汽的壓力提高，并進(jìn)入冷凝器；與此同時(shí)，制冷劑蒸汽的溫度在壓縮結(jié)束時(shí)也得到相應(yīng)的提高。

3.2 冷凝過程

通過向管內(nèi)的冷卻水放出熱量，由壓縮機(jī)來的高壓、高溫制冷劑蒸汽在冷凝器中的溫度有所下降，同時(shí)在飽和壓力下，蒸汽冷凝成為液體；而冷卻水因從制冷劑蒸汽中攝取了熱量，其溫度有所升高。

3.3 節(jié)流過程

由冷凝器底部來的高溫、高壓制冷劑液體流經(jīng)節(jié)流孔口時(shí)，發(fā)生減壓膨脹，壓力、溫度都降低，變?yōu)榈蛪?、低溫液體進(jìn)入蒸發(fā)器中。

3.4 蒸發(fā)過程

從載冷劑中攝取熱量后，低壓、低溫制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氣體，同時(shí)載冷劑的溫度降低，實(shí)現(xiàn)了人工制冷，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑蒸汽又被壓縮機(jī)吸入后進(jìn)行壓縮，后重復(fù)上述壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)過程。如此周而復(fù)始，達(dá)到連續(xù)制冷的目的。

4 運(yùn)行方式及效果

4.1 運(yùn)行方式

每年脫濕系統(tǒng)的運(yùn)行周期在3個(gè)月左右，運(yùn)行工況根據(jù)高爐需求進(jìn)行調(diào)整（高爐要求含濕量在15 g以下）；每年脫濕運(yùn)行初期和后期階段，每套脫濕制冷機(jī)組運(yùn)行方式為1用2備，運(yùn)行中期每套脫濕制冷機(jī)組運(yùn)行方式為2用1備。高爐脫濕監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 脫濕監(jiān)控系統(tǒng)

以2019年為例：6月19日投用脫濕機(jī)組，7月12日開始要求高爐投用2臺(tái)脫濕機(jī)組，9月1日開始，1臺(tái)脫濕機(jī)組運(yùn)行。截至9月1日，1號(hào)脫濕A機(jī)組啟停機(jī)10次、運(yùn)行785.5 h，B機(jī)組啟停機(jī)7次、運(yùn)行472.5 h，C機(jī)組啟停機(jī)4次、運(yùn)行1 024.5 h；2號(hào)脫濕A機(jī)組啟停機(jī)10次、運(yùn)行659.9 h，B機(jī)組啟停機(jī)5次、運(yùn)行1 749.2 h，C機(jī)組啟停機(jī)1次，運(yùn)行85.5 h。

4.2 運(yùn)行效果

根據(jù)歷史記錄數(shù)據(jù)，2019年鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口含濕量差值最大為17.8 g/m3，平均每日脫濕量為13 g/m3左右(表1為2019年7月23日2號(hào)脫濕運(yùn)行情況記錄）。按照高爐正常的平均用風(fēng)量8000m3/min計(jì)算，得出最大瞬時(shí)脫濕量可達(dá)到17.8×8 000×60×24=205.056 t，每日平均可脫濕13×8 000×60×24=149.76 t。根據(jù)曹妃甸地區(qū)濕度情況，脫濕機(jī)組投用期間，脫濕機(jī)組每臺(tái)可脫濕約150 t/d。

表1 2019年7月23日高爐鼓風(fēng)脫濕效果情況g/m3

5 故障分析及對(duì)策

高爐鼓風(fēng)機(jī)脫濕系統(tǒng)運(yùn)行已十余年，制冷機(jī)各部件因老化、腐蝕、磨損、疲勞等原因進(jìn)入故障集中的損耗期，因此，針對(duì)脫濕機(jī)組以往出現(xiàn)的設(shè)備故障予以重新梳理。高爐鼓風(fēng)機(jī)的脫濕情況分析及對(duì)策如表2所示。

表2 高爐鼓風(fēng)機(jī)脫濕情況分析及對(duì)策

6 結(jié)語

隨著高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展以及高爐噴煤量的提高，脫濕鼓風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用無論對(duì)高爐生產(chǎn)還是鼓風(fēng)機(jī)低能耗運(yùn)行都產(chǎn)生了積極影響，某鋼鐵廠利用該技術(shù)解決了生產(chǎn)管理中設(shè)備運(yùn)行的突出矛盾，并堅(jiān)持設(shè)備管理與生產(chǎn)、維護(hù)保養(yǎng)相結(jié)合，確立了設(shè)備運(yùn)行、保養(yǎng)、費(fèi)用消耗等一系列的工作標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)制，同時(shí)利用設(shè)備缺陷發(fā)生率、發(fā)生點(diǎn)與設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行周期、規(guī)律來分析故障癥結(jié)問題，為脫濕裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。