脱濕

噴煤、富氧和脱濕已成為高爐節能降耗的重要手段，其中採用脱濕技術不但降低了冶煉焦比，還具有穩定高爐爐況、減少爐温波動的作用，在大型高爐鼓風中應用日益廣泛。現有脱濕技術是利用化學吸附或物理冷凝的方法脱除空氣中的水分，化學脱濕由於葉片腐蝕等缺陷已逐步淘汰，多采用鼓風機機前冷凍脱濕工藝，但機前冷凍脱濕系統中製冷機電耗、水耗高，影響了高爐鼓風脱濕技術的推廣運用 ^[1]  。

實際空氣是幹空氣和水蒸氣混合而成的濕空氣，在不脱濕工況下，鼓風濕分即是大氣自然濕分。大氣飽和濕分隨着氣温升高而增加；温度不變時，實際含濕量隨相對濕度提高而上升。我國一年四季氣温變化較為顯著，南方平均氣温高、相對濕度大，因而濕分偏高，特別是夏季高温多雨季節；北方則由於氣温低、乾旱少雨，濕分較低，但無論南方或北方，即使在同一時期內或同一天內，由於氣温和相對濕度的變化，大氣濕分都可能發生較大變化，從而引起鼓風濕分的變化。

濕空氣由高爐鼓風機增壓、熱風爐加熱後作為鼓風進入高爐，為高爐提供所需氧量，空氣中所含水蒸氣隨鼓風進入高爐，對爐缸燃燒產生影響降低理論燃燒温度、增加焦比，同時鼓風濕度是隨大氣條件不斷變化的，會引起風口前火焰温度的波動，不利於爐況順行 ^[2]  。

物理冷凝法脱濕工作原理均是通過降低濕空氣的乾燥温度，使空氣中的水分析出，從而達到脱濕的要求。

現有的機前脱濕技術是在高爐鼓風機前採用物理冷凝法對空氣進行脱濕，位於高爐鼓風機前的脱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並凝析空氣中的水分。

由於脱濕空氣壓力接近當地大氣壓，為保證鼓風濕度控制在9 g/m³，對應脱濕後的空氣温度約8.5 ℃，考慮傳熱端差等因素，脱濕用冷水温度為5~7 ℃，因此脱濕系統必須設置製冷機以提供低温冷水，但製冷機電耗和水耗較大。

根據道爾頓分壓定律和空氣絕對濕度與蒸汽分壓的關係，某一絕對濕度對應的飽和空氣温度隨空氣壓力的升高而升高。空氣壓力較低時，維持其濕度的所需温度較低，空氣壓力較高時，維持濕度所需温度較高。高爐鼓風機機後脱濕系統作為一種脱濕新工藝，其脱濕裝置位於高爐鼓風機後，在高爐鼓風機對大氣進行壓縮、增壓後進行脱濕處理，根據上述原理，脱濕温度可大大提高。假設高爐鼓風機增壓後的空氣絕對壓力為0.5 MPa，要求鼓風濕度9 g/m³，計算或查表可知對應空氣的飽和温度為34.7 ℃，所以當空氣温度冷卻到34.7 ℃時，空氣中所含水分即達到所要求的9 g/m³。顯然當採用新工藝時，脱濕系統可採用常温介質，如循環水、江河水或海水實現冷卻脱濕，無需設置製冷機提供低温冷凍水 ^[3]  。

機後脱濕系統佈置在高爐鼓風機出口，經高爐鼓風機增壓後大氣壓力約為0.3~0.6 MPa，温度約為180~280 ℃，温度和壓力較高的空氣進入機後脱濕系統，在機後脱濕系統中被常温水冷卻到30~40 ℃以脱除空氣中多餘的水分。

由於高爐鼓風機風量大，經鼓風機壓縮後的空氣温度高，熱焓高，如果直接採用冷卻水進行脱濕，脱濕系統換熱量非常大，脱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，不符合機後脱濕節能降耗的初衷，同時採用直接冷卻脱濕空氣温度低，鼓風進入熱風爐預熱需要消耗更多的燃料。因此機後脱濕系統設置預冷回熱迴路，利用熱媒吸收高温空氣大部分熱量，對高温空氣進行預冷，預冷後的低温空氣在脱濕冷卻器中冷卻除濕，而吸收熱量後的熱媒用於加熱脱濕後的空氣，熱媒在脱濕系統中循環使用。

高爐鼓風機機後脱濕的工作包括三個流程：空氣流程、脱濕流程和回熱流程。

空氣流程：來自鼓風機出口的空氣在預冷器與低温熱媒進行熱交換，預冷後送至脱濕冷卻器脱出水分，由回熱器進行加熱後送往熱風爐。

脱濕流程：常温水經水泵加壓後送到脱濕冷卻器對空氣進行脱濕，脱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並通過除霧器實現氣水分離。

回熱流程：在預冷器中被加熱後熱媒迴流到膨脹罐，然後再送至回熱器被脱濕後的冷空氣冷卻，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。

機後脱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、降低脱濕冷卻器負荷，而預冷器中鼓風機送來的空氣最高温度高達280 ℃，選擇合適的熱媒對系統長期穩定運行尤為重要。工業中常用的熱媒包括有機物、水、導熱油等，有機物沸點較低，多用於製冷導熱系統，水具有比熱容大、導熱性好的優點，但水易汽化，機後脱濕系統中熱媒最高工作温度約為250 ℃，如果以水為熱媒，水壓需提高到約4.0 MPa 在循環過程中才不會汽化，因此係統運行壓力高，要求有完善的安全保護措施。導熱油則具有工作温度高的特性，如X6D-310 導熱油，其最高工作温度為300 ℃、比熱容為2.68 kJ/kg.℃，耐温能力和傳熱能力均較好，在預熱器和回熱器中可穩定運行，因此機後脱濕系統採用導熱油為熱媒 ^[2]  。

高爐鼓風機機後脱濕系統作為一種新的鼓風脱濕工藝在技術上是可行的，脱濕系統滿足高爐對鼓風濕度控制的要求和熱風爐對鼓風的温度要求。機後脱濕工藝可採用江河水直接冷卻，水系統投資和能源消耗大大降低，同時機後脱濕工藝避免了對冷凍水或低温製冷劑的需求，無需設置製冷機需要，投資、佔地和電耗均小於機前脱濕系統。因此機後脱濕系統更符合當前冶金企業節能降耗、節約用地和節省投資的要求。

高爐鼓風機機後脱濕系統作為一種新的鼓風脱濕工藝尚處於推廣應用階段，特別適用於對現有中小型高爐鼓風系統改造，增加供風能力、提高產量的鍊鐵廠，已有多家鋼鐵企業擬進行實際應用 ^[2]  。