天津荣程高炉鼓风脱湿除湿方案(蒸汽溴化锂+直接蒸发)20140423

天津荣程联合钢铁集团有限公司高炉鼓风脱湿初步方案-22-天津荣程联合钢铁集团有限公司高炉脱湿鼓风节能项目初步方案设计实施单位：北京硕人海泰能源科技有限公司技术研发伙伴：清华大学航空航天学院工程热物理所时间:二零一四年四月

保密声明本文件所述的资料为商业机密，在法律上于任何时候皆可拒绝公开。它的泄露将为提供同类服务的竞争者或其它公司带来利益。本文件内所包含的知识产权与节能技术、商业模式及其思想、概念和方法，除供天津荣程联合钢铁集团有限公司内部使用之外，不可使用或向外发布本文件内所述的任何资料。在未得到北京硕人海泰能源科技有限公司的书面同意之前，不可将本文件作任何方式的复制和传播。北京硕人海泰能源科技有限公司目录1. 项目概述及节能原理 -4-1.1项目概述 -4-1.2节能原理 -5-1.2.1鼓风湿分对高炉冶炼的影响 -5-1.2.2节焦原理 -5-1.2.3增煤原理 -6-1.2.4顺行增产 -6-2.天津荣钢高炉鼓风除湿方案 -6-2.1制冷 -7-2.1.1制冷方式 -7-2.1.2制冷设计 -8-2.1.3除湿系统及配套方式 -9-2.2除湿机组 -9-2.2.1位置 -9-2.2.2除湿机组设计参数 -9-3.外部条件（预估） -9-3.1蒸汽需求 -9-3.2电气需求 -10-3.3冷却水需求 -10-4.经济效益估算 -10-4.1计算依据 -10-4.2效益预测 -11-5.项目建设及项目投资回收期 -11-5.1项目建设周期 -11-5.2设备 -12-5.3项目投资及静态回收期 -13-6.小结 -14-附件1北京硕人海泰能源科技有限公司简介 -15-附件2公司业绩表 -15-项目概述及节能原理1.1项目概述天津荣程联合钢铁集团有限公司（简称荣钢）是以钢铁为主业，兼营物流贸易、资源开发等为一体的大型联合企业。集团现具备年产铁、钢材各450万吨的生产能力，所属生产企业主要分布在天津、唐山两地，集团总部坐落在天津滨海新区，生产区位于天津市津南区葛沽镇冶金工业园区，葛沽地处天津市东南，海河南岸，距北京149公里，西距天津中心市区20公里，东距塘沽天津港10公里，南距大港区20公里，是天津中心市区通往滨海新区的交通要冲。气候属暖温带半湿润季风型大陆性气候，光照充足，季风显著，四季分明，雨热同期。春季多风，干旱少雨；夏季炎热，降雨集中；秋季天高，气爽宜人；冬季寒冷，干燥少雪。年平均日照时数2659小时，年平均气温11.9度，年平均无霜期206天，年平均地面温度14.5度，年平均降水量556.4毫米，年平均相对湿度64%。目前，天津荣程联合钢铁集团有限公司高炉鼓风是自然风，自然风含有一定量水分，它的含水量（湿度）随着季节、昼夜气候温度的变化而波动（津南湿度变化见表1）。当自然风通过鼓风机送入高炉时，也同样将波动变化的水蒸气送入高炉，昼夜湿度波动为10g/m3时，相当于风温波动60℃，对料速和炉温都有很大影响，所含的水分在高炉风口前发生水分解吸热反应，造成炉缸温度的降低和炉况的波动，耗能且影响炉况顺行。采用我公司高炉脱湿鼓风技术，可以为高炉炉况的稳定顺行、降耗节能增产创造良好的条件。其主要表现为：1、高炉脱湿鼓风可保证送风湿度“四季如冬”，湿度稳定在6.5g/m3左右，送风湿度稳定，炉缸温度稳定，为高炉炉况的稳定顺行创造了良好的条件。这是采用高炉脱湿鼓风技术的主要目的和最大效益。2、高炉脱湿鼓风，减少风口水分解热。因此，鼓风中1g/m3水需要提高风温9℃才能补偿水在炉缸内的分解所消耗的热量，考虑到约有1/3的H2参加还原，故实际需要提高风温6℃。实际效果证明：鼓风湿度每减少lg/m3，可降低焦比0.8~1kg3、高炉脱湿鼓风，湿度每减少1g/m³的水，可以多喷2.23kg/tFe的煤粉并置换焦炭1.78kg/tFe。4、高炉脱湿鼓风，在采用风机吸入侧冷冻脱湿，风机进口处的大气温度降低，鼓风密度增大，使风机鼓出的冷风质量流量增加，从而增加产量5~10%。增加的风量随风机性能和当地气象条件的不同而有所不同。一般情况下，温度由35℃降到4℃时，风机的质量流量平均增加9%，如为保持原有风量，则可减少动力消耗约为节约能源、降本增效，建议在沿江沿海以及湿度较大地区的钢铁企业实施高炉鼓风除湿项目。1.2节能原理1.2.1鼓风湿分对高炉冶炼的影响（1）根据《高炉炼铁工艺及计算》（成兰伯著），鼓风所带入的湿分在风口回旋区发生如下分解吸热反应H2O→H2+1/2O2-10.80MJ/m3H2O上式中反应消耗了风口回旋区的热量，使燃烧温度降低,并导致焦比的升高。根据文献报道，含湿量每增加1g/m3，理论燃烧温度降低6.3℃(新日铁经验值)、7.6℃(首钢经验值)，焦比增加1kg/t。（2）湿分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，根据新日铁和首钢的经验公式，湿分每增加1g/m3，煤比要降低2.23kg/t。（3）对炉况顺行的影响，湿度对炉况的影响是由一天当中大气湿度变化引起的，由于湿度的变化，风口前燃料燃烧的火焰温度忽高忽低，从而使炉缸热状态产生波动；同时，燃烧带大小的变化又会引起煤气初始分布不稳，这两方面都造成炉况不稳。1.2.2节焦原理①高炉风口理论燃烧温度t理高－高炉内理论燃烧温度，℃；Q碳－碳氧化成CO时放出的热量，kJ/t；Q焦－焦碳在1500℃时带入炉缸的物理热量，kJ/t；Q风－热风带入的热量，kJ/m3；Q吸－鼓风和输送煤粉载气中水分分解吸收的热量和燃油和煤粉在高炉的分解热量总和，kJ/t；V气－燃烧产物中各组分的体积含量，%；CPt－炉缸煤气在t理时的平均热容，kJ/（m3·℃）。理论燃烧温度对高炉炉缸热量有重要指导意义，一般稳定在2300℃左右。在保持理论温度不变的情况下，增加Q风和减少Q吸即可减少Q碳和Q焦，达到节焦目的。一般Q风保持稳定，则降低Q吸，必然降低综合焦比。1.2.3增煤原理①从保持理论燃烧温度不变的角度考虑,根据新日铁首钢的经验公式,湿分每增加1g/m3，煤比降低2.23kg。式中：Tf—热风温度，℃Fo—风量，m3/minW—煤比，kg/t；M—湿分，g/m3②Tt、Tf、Fo保持不变时，煤比M和湿分W之间的关系即为6.03/2.7=2.23，即湿分为1g/m3时，可增加喷煤2.23kg。1.2.4顺行增产由于大气湿度的季节变化及昼夜变化，风口前燃料燃烧的火焰温度忽高忽低，从而使炉缸热状态产生波动；同时，燃烧带大小的变化又会引起煤气初始分布不稳，这两方面都造成炉况不稳，鼓风脱湿可使鼓风湿度保持恒定。据《高炉炼铁生产技术手册》中的经验数据，鼓风湿分降低1g/m3，产量增加0.1%~0.5%。2.天津荣钢高炉鼓风除湿方案天津荣钢位于津南区，夏季绝对湿度约10~20g/m³，季节湿度变化在10~16g/m3左右（见图1），对于炼铁稳定生产和燃料消耗有一定影响，有必要实行鼓风除湿来稳定高炉生产。表1为天津的气象参数。表1天津逐年气象参数月份123456789101112月平均含湿量(g/m3干空气)2.682.963.516.019.7813.8118.5018.5212.998.635.023.49全年平均含湿量8.82g/m3干空气脱湿期（5~10月份）平均含湿量14.72g/m3，脱湿至6.5g/m³时脱除水分7.2g/m³。图1全年月平均空气含湿量变化趋势及脱湿至6.5g/m3图示根据天津荣钢高炉及其鼓风状况和气候条件，建议在鼓风机吸入侧采用冷冻除湿技术工艺，即使其温度降低到空气含湿量相对应的饱和温度以下，湿空气中的多余饱和量的水分凝结而析出，水分再经过除水器排出，使空气中含水量降低。2.1制冷2.1.1制冷方式我们采用鼓风机吸入侧采用冷冻除湿技术工艺，在整个工艺中需要用制冷机提供所需的冷冻水，二级脱湿制冷方式：初冷段采用夏季放散的蒸汽为动力进行制冷；深冷段采用制冷剂直接蒸发制冷除湿技术工艺，在整个工艺中采用制冷剂提供所需的冷量。深冷段直接蒸发组合式空调相比同级别冷水空调优点主要体现在投资低、回报率高、系统体积小、管路简单、可露天安装运行、能效比高、控制精度高、加减载快、调节能力强、制冷速度快等优点，同时无需考虑冬天防冻措施和漏水的可能，节约劳动力成本。技术的角度来说，直接蒸发式空调先于冷水空调问世，技术成熟可靠，一般用于中小型制冷系统中，两者制冷机理相同。不同的是冷媒循环不同，普通冷水空调的循环是通过制冷机内部制冷剂对冷媒水预先进行降温处理,而后将降温后的冷媒水输送到换热器处,再与空气进行换热过程,其中需要由制冷机对水预先降温,而后低温水再通过换热器对空气降温间接换热,降低空气温度的同时，存在制冷剂降温水，水再降温空气的间接换热损失；直接蒸发式空调，相比冷水空调循环过程，除了减少冷冻水泵环节，节约电能，而且规避了空水换热器中可能存在的漏水可能；同时，直接蒸发则没有制冷剂与水间接换热过程，而是由冷媒直接经换热器与空气进行热量交换，减少间接换热能量损失发生，属于节能产品。换热方式，传统冷水空调冷媒在换热器中是温差换热，通过热传递方式；而直接蒸发式空调，在换热过程中发生的是蒸发换热，通过液、汽体相间变化吸热达到降温目的，换热效率高、速度快。在相同换热面积情况下，直接蒸发式空调会比普通冷水空调效率高。意味着相同制冷量下，直接蒸发机组体积较小。这样就在换热器制作上节省了成本，降低了投资金额。2.1.2制冷设计鼓风机风量空气参数G(m3/h)夏季各状态点T(℃)Φ(%)d(g/kg)I(kj/kg)⊿h空气Q放大后

（1.1）120000O30.57621.485.3/（kw）（kw）L115.521001143.5541.7521712388.1L24.951005.418.552513001430初冷段：由O点（30.5℃，76%）处理到L1点（15.52℃，100%），制冷量2388.1KW；深冷段：由L1点（15.52℃，100%）处理到L1点（4.95℃，100%），制冷量1430KW；两段合计3818.1KW。空气处理过程图如下：2.1.3除湿系统及配套方式1座850m3高炉鼓风除湿装置建设1座制冷站，配1套除湿箱，采用“蒸汽溴化锂+制冷剂直接蒸发冷却”方式达到鼓风机吸入侧脱湿的目的。2.2除湿机组2.2.1位置除湿箱放置在空气过滤器和鼓风机之间，需将鼓风管道重新布置、连接。占地面积约为200平米。图3除湿机组位置2.2.2除湿机组设计参数表2除湿机组设计参数高炉容积（m3）850鼓风量（m3/min）2000鼓风机参数入口温度（℃）30.5出口温度（℃）4.953.外部条件（预估）3.1蒸汽需求设计蒸汽负荷3t/h，平均负荷2.904t/h，蒸汽压力0.8MPa。3.2电气需求高炉除湿鼓风项目需要380V电源。如现场满足不了负荷要求，根据情况可提供高压电。电力设计负荷共862.92KW，实际负荷719.1KW。3.3冷却水需求温度在32℃以下的厂区冷却循环水，补水量15t/h4.经济效益估算4.1计算依据计算依据指标单位高炉容量850m31座除湿期内生铁产量(5~10月)37万吨生铁利润100元/吨除湿期平均除湿量7.2g/m3*除湿期平均降低入炉焦比17.29kg/t*除湿期平均增加喷煤比14.41kg/t*除湿期平均增加产量2.2%焦炭价格1200元/吨煤粉价格700元/吨电价0.6元/Kwh水价1.5元/Kwh蒸汽价格80元/吨*置换比1:0.8注：“*”以上所计算理论数据以《炼铁工艺手册》中脱湿鼓风部分和我公司在鼓风脱湿项目中实际节能效果为依托。4.2效益预测表3850m3高炉除湿效益预测表（850m3×1）（电拖风机）节能项除湿量g/m3节能效率节能效益年经济效益数量单位备注数量单位单价单位年效益/万元节能效益降低入炉焦比7.2017.29kg/吨铁节省焦炭0.63万吨1200元/吨756.88直接节约鼓风电耗9.0%节约电量388.80万Kwh0.6元/吨233.28高炉顺行增产效益7.202.2%增产比增产铁量0.79万吨铁水利润79.36100元/吨运行

成本多喷煤粉7.2014.41kg/吨铁多喷煤粉0.53万吨700元/吨-370.35耗用蒸汽-66.91耗电成本-186.39耗水成本-9.72合计436.15脱湿期高炉产量（万吨）37降低生铁成本（元/吨）11.54高炉鼓风量Nm3/h120000除湿系统运行时间h/年4320年除湿量（吨）3735实际鼓风机电耗(吨/kwh)10000注：以上表中所涉及到的部分高炉参数为估算，物料、动力价格会实时变动，实际价格需与钢厂进行确认。850m3高炉进行鼓风脱湿项目后，水电蒸汽运行费用为263.02万元，去除运行费用后年净效益436.15万元，可降低吨铁成本11.54元。如焦炭市场价格出现上行趋势，实施鼓风脱湿可降低更多的吨铁成本。5.项目建设及项目投资回收期5.1项目建设周期合同签订后，1个月内完成工程初步设计，设备订货及土建3个月，设备安装和过滤器改造1个月，设备调试及试运行1个月。建设周期为6个月左右。5.2设备本脱湿项目的初步选型设备如下表所示。序号设备品牌型号规格能耗数量（台）1吸收式蒸汽溴化锂机组开利16DE866单台制冷量2321kW、冷冻水流量399m3/h冷却水流量607m3/h、冷冻水进出口温度12/7°C冷却水进出口温度38/32°C蒸汽2904kg/h电源容量15.1kva12二级蒸发冷主机国祥KCWF2300ZY单台制冷量985kW额定功率106.3kW*223脱湿箱北京硕人GLGFTS-20一级水冷二级蒸发冷风量200000m3/h14冷却塔金日总循环水量800m3/h30kw15二级蒸发冷凝器国祥KLP-1050水量：84m3水泵功率:2.2kW风机功率*台数:7.5kW*246溴化锂冷冻水泵凯泉KQW200/400-75/4循环水量：400m3/h、扬程50m电机功率75kW2（1用1备）7溴化锂冷却水泵凯泉KQW300/315-75/4循环水量：660m3/h、扬程28m电机功率75kW2（1用1备）8立式囊形隔膜气压装置总容积1.0m319水过滤器2工作压力1.0MPa210其他设备排风机、潜水泵、分体空调、灯、开关柜等30kwN11变压器干式1000KVA112配电柜进线柜1台补偿柜1台PLC柜1台控制柜4个713高压柜10KV高压进线柜、出线柜214传感器温湿度传感器315水箱7m³1此设备表为初步选型，不作为最终选型。5.3项目投资及静态回收期本项目工程投资为1288万元，其投资估算表如下：号序工程和费用名称估算费用明细备注建筑工程设备费用安装工程其它费用合计第一部分：工程直接费1土建工程80802设备基础10103工艺设备及安装3.1主要设备790798693.2辅助设备455503.3工艺管道安装系统409493.4采暖、空调设施103134电气、自动化设备及安装04.1室外高压变配电系统153184.2室内低压变配电系统30736.94.3自控系统205254.4照明系统103134.5电气管线、电缆系统3510454.6电气系统调试1010工程直接费合计909951321217第二部分：工程建设其它费用1设计费20202不可预见费26263联合试运转费10104监理费1515工程建设其它费用合计7171项目总投资1288此估算不包含市场费用、财务费用等。本项目年净效益436.15万元，另项目每年节标煤折合7000吨，可申请中央及天津市政府节能奖励，以工业节能改造项目申请可获得600元/吨标煤的补贴，则每年可获得节能奖励420万元，所以当年的总效益为856.15万元，项目静态投资回收期2年。如焦炭市场价格呈现上涨趋势，则可多得的效益会更多，投资回收期更短。6.小结（1）采用鼓风除湿技术可以获得增产降耗、增加喷煤、稳定炉况等多种效果，已经被理论和实践所证实。使高炉鼓风含湿量全年变化越小、鼓风含湿量越低，节能效益越好。（2）高炉鼓风机采用鼓风除湿技术改造后，不但可以增加鼓风量（平均在10%以上），还可以获得多种效益。（3）我公司采用合同能源管理（EMC）模式，让客户规避了技术上和资金上的风险。（4）使高炉生产真正能够做到“四季如冬”。（5）采用蒸汽作为能源，能源利用合理，运行费用经济，但初投资较高。（6）鼓风除湿技术是稳定高炉炉况的重要措施，也是重要节能措施之一。实施鼓风除湿技术改造将满足国家“节能减排”、“单耗指标”等政策要求。

附件1北京硕人海泰能源科技有限公司简介北京硕人海泰能源科技有限公司2003年3月注册成立于北京中关村德胜科技园区，是一家由多名热能动力、节能行业的工程和软件专家共同发起创立的高新技术企业，主要致力于节能技术、产品、能源管理软件的开发与生产、合同能源管理（EMC）项目的实施以及能源审计与评估等咨询服务。公司产品全部为自主研发的高新技术产品，已经在冶金、钢铁、有色、电力、市政、化工、纺织等行业得到了广泛应用。公司成立多年以来，经过在节能行业的奋力拼搏与积累，已经成长为一个拥有自己核心技术与产品的实力企业，在行业内建立了良好的声誉。公司在管理模式、企业经营上不断走向成熟与完善，在技术力量上不断壮大，在人员配置与组织机构上不断优化，市场和业务也在不断扩大。公司是中