基于高炉鼓风的全余热脱湿方法及实现该方法的系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于高炉鼓风的全余热脱湿方法，包括（1）采集外界空气作为高炉炼铁的风源，并进行除尘处理；（2）回收高炉炼铁的冲渣水、散蒸汽和炉烟气中的余热作为热源动力驱动制冷设备，对除尘后的空气进行降温除湿；（3）对除湿后的空气进行加压送风；（4）对处理后的空气进行升温处理，并送入高炉进行炼铁。本发明还提供了实现该方法的系统，通过上述设置，本发明充分利用了高炉炼铁废弃的能源对高炉鼓风的空气进行降温脱湿处理，有效并极大地削减了电能的消耗，实现了真正的废弃资源重新利用，变废为宝，符合社会发展的需求和国家政策的导向，具有广泛的市场应用前景，适合推广应用。
【专利说明】基于高炉鼓风的全余热脱湿方法及实现该方法的系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及高炉炼铁领域和余热利用领域，具体地讲，是涉及一种基于高炉鼓风的全余热脱湿方法及实现该方法的系统。
【背景技术】
[0002]炼铁工序是我国钢铁工业节能的重要环节，重点钢铁企业入炉焦比低于390kg/t铁，但一些中小钢铁企业入炉焦比较高，有的甚至达到488kg/t铁，燃料比在560kg/t铁左右。铁矿石与焦碳混合后从高炉上部投入炉内，从高炉下部送入被加热到约1200度的送风空气。
[0003]高炉内产生化学反应，生成了铁，如下反应式:
3Fe203 + CO = 2Fe304 + CO2
Fe3O4 + CO = 3Fe0 + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
在高炉冶炼中需要不断地将空气加热鼓进高炉中。在加热的空气中会带有一定量的水分，这些水分与焦碳的反应过程=H2O + C = H2 + CO。这一过程是吸热反应，将消耗一定的焦碳，产生焦碳浪费，同时导致高炉内温度变化使铁品质的不稳定，据测试，在1200°C时，Ig水消耗1.1-1.2Kg的焦碳，因此减少鼓进高炉中空气的水分就可以减少焦碳的消耗。
[0004]近年来高炉炼铁采用了一系列技术，如喷吹煤粉、高风温、富氧鼓风、脱湿鼓风等。脱湿鼓风达到了稳湿、降湿的功效，多在气温较高、空气湿度较大的地区采用。国外高炉脱湿鼓风采用较多，国内部分采用了脱湿鼓风装置，取得了明显的节能和多喷煤粉的效果。高炉鼓风除湿的原理是:将湿空气先行降温脱湿，即将湿空气中的水份凝结而析出，使其含水量降低，密度增大，然后送入热风炉。目前除湿方法主要有两种:即吸附法和冷冻法。吸附法是以低温介质作吸附剂，让吸附剂与湿空气充分接触，以吸收空气中的水份，随后对吸附剂加热脱水再生，并如此循环使用。冷冻法是将湿空气通过冷冻机冷却，使其温度降低到空气压力及所含湿量而相对应的饱和温度以下，即将湿空气中的水份凝结而析出。
[0005]具体来讲，现己开发的空气脱湿技术大体有三种:第一种，采用冷冻一吸附脱湿，冷冻是采用氟利昂等介质通过压缩机蒸发制造冷冻水，冷冻水通过热交换器冷却空气为第一级脱湿，第二级采用复合材料做成的转轮吸附脱湿；第二种，采用冷冻一冷冻脱湿，前级冷冻与第一种相同，第二级冷冻是用卤水作媒介深度冷冻，进行深度脱湿；第三种，直接冷冻方式，通过板翅式热交换器直接冷冻空气而脱湿。国外及国内部分老厂采用第一种或第二种脱湿方式。
[0006]第一种、第二种方式均为两次媒介，传热效率偏低、设备庞大，无法适应老企业生产用地紧张的现状，且运行费用高。第三种方式结构简单、布置紧凑、运行效率较高，年运行费用较低。现国内新开发的高炉鼓风除湿技术普遍采用第三种方式。
[0007]第三种方式又可分为常压下冷却及在加压下冷却两种。常压下冷却，脱湿能力受冷却能力的限制，故脱湿下限值较高；而空气在压力下冷却，则可进一步提高冷却效果。压缩冷凝脱湿方法就是利用这一原理工作的。另外也可利用压缩机提高空气压力，增加脱湿效果。
[0008]随着社会的发展，能源问题也成为了人们日益关注的重点话题，我国也在政策上对节能减排提出了相关要求，而现有脱湿技术均采用常规能源一电能，由于炼铁量巨大，在电力消耗上更是无比巨大，不符合社会发展的需求和政策要求。反观高炉炼铁的整个过程，其工作温度非常高，使得废水、废蒸汽中也包含有巨大的热能，而现在高炉炼铁的工艺方法却对此毫无利用，导致了巨大的能源浪费。因此，设计改进现有的高炉炼铁的工艺方法在能源利用上的缺陷成为了本领域技术人员重点研究的课题。
【发明内容】
[0009]针对现有技术的上述缺陷，本发明一种基于高炉鼓风的全余热脱湿方法，对高炉炼铁中的巨大热能进行有效利用，实现节能降耗减排的目的。
[0010]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
基于高炉鼓风的全余热脱湿方法，包括如下步骤:
(1)采集外界空气作为高炉炼铁的风源，并进行除尘处理；
(2)回收高炉炼铁的冲渣水、散蒸汽和炉烟气中的余热作为热源动力驱动制冷设备，对除尘后的空气进行降温除湿；
(3)对除湿后的空气进行加压送风；
(4)对处理后的空气进行升温处理，并送入高炉进行炼铁。
[0011]进一步地，所述步骤(2)中，回收余热的方法包括如下步骤:
(2a)热源介质与冲渣水进行第一次换热，使热源介质的温度第一次提升；
(2b)第一次提升温度后热源介质与散蒸汽进行第二次换热，使热源介质的温度第二次提升；
(2c)第二次提升温度后热源介质与炉烟气进行第三次换热，使热源介质的温度第三次提升。
[0012]其中，所述热源介质的基础温度为80°C，每次换热使其温度提升4-6°C。
[0013]更进一步地，所述步骤(2)中，热源动力驱动制冷设备进行降温除湿的方法如下: (2d)将经过三次温度提升的热源介质作为动力利用余热制冷装置对14-16℃的鼓风除
湿介质进行降温处理至6-8°C ；
(2e )使用降温处理后的鼓风除湿介质对除尘后的空气进行深度制冷。
[0014]再进一步地，所述步骤(2d)中，对鼓风除湿介质进行降温处理为两级降温处理，具体包括如下步骤:
(2dl)使用一级余热制冷装置将14-16°C的鼓风除湿介质进行一级降温处理至10-12；
(2d2)将高炉炼铁的0.6MPa的废蒸汽作为动力对一级余热制冷装置的热源介质进行升温处理，同时将与一级余热制冷装置的热源介质进行换热的介质用于二级降温处理；(2d3) 二级余热制冷装置利用经余热回收三次升温处理的热源介质为动力，使与一级余热制冷装置的热源介质进行换热的介质再对一级降温处理后的鼓风除湿介质进行二级降温处理至6-8°C ；(2d4)经余热回收三次升温处理的热源介质的温度降至其基础温度，并再次循环进行余热回收。
[0015]基于上述工艺方法，本发明还提供了实现该方法的系统，包括进风除尘系统和高炉，还包括依次连接于进风除尘系统和高炉之间的深度制冷装置、风机和热风炉，以及与深度制冷装置连接并用于完成制冷循环和余热回收循环的余热回收制冷系统，其中深度制冷装置与进风除尘系统连接，热风炉与高炉连接。
[0016]具体来讲，所述余热回收制冷系统包括与深度制冷装置连接用于完成制冷循环的多级余热制冷系统，以及与多级余热制冷系统连接用于完成余热回收循环的余热回收系统。
[0017]进一步地，所述余热回收系统包括与多级余热制冷系统连接的高炉冲渣水余热回收系统，与高炉冲渣水余热回收系统连接的散蒸汽余热回收系统，以及与散蒸汽余热回收系统连接的热风炉烟气余热回收系统，其中，热风炉烟气余热回收系统也与多级余热制冷系统连接。
[0018]更进一步地，所述热风炉烟气余热回收系统和多级余热制冷系统之间还连接有蓄热缓冲池。
[0019]再进一步地，所述多级余热制冷系统包括均与深度制冷装置连接的一级余热制冷设备和二级余热制冷设备，以及连接于一级余热制冷设备和二级余热制冷设备之间的余热制热设备，其中，二级余热制冷设备与余热回收系统连接。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(I)本发明对现有高炉炼铁中废弃的冲渣水、散蒸汽和炉烟气进行重新回收利用，收集其内蕴含的巨大热能用于驱动制冷设备运作，对高炉鼓风时空气进行脱湿处理，有效并极大地削减了电能的消耗，实现了真正的废弃资源重新利用，变废为宝，具有突出的实质性特点和显著的进步，并且本发明构思巧妙，使用方便、安全，符合社会发展的需求和国家政策的导向，具有广泛的市场应用前景，适合推广应用。
[0021](2)本发明根据不同废弃能源蕴含热能的差异，采用针对性的梯度升温方式对回收余热的热源介质三级升温，即先通过温度相对较低的高炉冲渣水，再通过温度相对略高的散蒸汽，最后再经过温度相对较高的炉烟气，使热源介质的温度提升更稳定，提高热能利用的效率，对余热的回收利用更合理。
[0022](3)本发明在进行制冷工作时，利用0.6MPa的废蒸汽作为动力对一级降温处理的热源介质进行升温处理，而其换热介质又作用于二级制冷设备中，由此对高炉炼铁的废水废蒸汽有效的利用，不仅提高了废弃能源的利用效率，而且提升了鼓风除湿介质的降温效
果O
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的系统框图。
[0024]图2为本发明中余热回收和制冷方法的工艺示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例
[0026]针对现有技术中高炉炼铁的能源浪费巨大，没有有效回收处理的缺陷，本发明创造性地对高炉炼铁工艺方法尤其使脱湿技术的能源利用方面进行针对性改进，设计出该基于高炉鼓风的全余热脱湿方法和实现该方法的系统。
[0027]其中，如图1和图2所示，该系统包括依次连接的进风除尘系统、深度制冷装置、风机、热风炉和高炉，以及与深度制冷装置连接并用于完成制冷循环和余热回收循环的余热回收制冷系统。具体来说，该余热回收制冷系统包括与深度制冷装置连接用于完成制冷循环的多级余热制冷系统，以及与多级余热制冷系统连接用于完成余热回收循环的余热回收系统。再具体地说，多级余热制冷系统包括均与深度制冷装置连接的一级余热制冷设备和二级余热制冷设备，以及连接于一级余热制冷设备和二级余热制冷设备之间的余热制热设备；余热回收系统包括与二级余热制冷设备连接的高炉冲渣水余热回收系统，与高炉冲渣水余热回收系统连接的散蒸汽余热回收系统，与散蒸汽余热回收系统连接的热风炉烟气余热回收系统，以及与热风炉烟气余热回收系统和二级余热制冷设备均连接的蓄热缓冲池。[0028]通过上述系统，便可实现该基于高炉鼓风的全余热脱湿方法，具体包括如下步骤:
(I)使用进风除尘系统采集外界空气作为高炉炼铁的风源，并进行除尘处理。
[0029](2)使用余热回收制冷系统回收高炉炼铁的冲渣水、散蒸汽和炉烟气中的余热作为热源动力驱动制冷设备，使用深度制冷装置对除尘后的空气进行降温除湿；其中，
(2a)用于回收余热的基础温度为80°C的热源介质在高炉冲渣水余热回收系统中与冲渣水进行第一次换热，使热源介质的温度第一次提升到达84-86°C ；
(2b)第一次提升温度后80-86?的热源介质在散蒸汽余热回收系统中与散蒸汽进行第二次换热，使热源介质的温度第二次提升至89、1°C ；
(2c)第二次提升温度后89、1°C的热源介质在热风炉烟气余热回收系统中与炉烟气进行第三次换热，使热源介质的温度第三次提升至94、6°C ;之后可通过蓄热缓冲池对热源介质进行收集缓冲，便于驱动的稳定性；
(2d)将经过三次温度提升后94、6°C的热源介质作为动力利用多级余热制冷设备对14-16°C的鼓风除湿介质进行降温处理至6-8°C ;其中，对鼓风除湿介质进行降温处理为两级降温处理，具体为:
(2dl)使用一级余热制冷设备将14-16°C的鼓风除湿介质进行一级降温处理至1(T12°C ;该步处理的鼓风除湿介质可直接进入二级余热制冷设备进行二级降温处理，也可用于深度制冷装置中先对除尘后的空气进行一级鼓风除湿处理，由于该处理不会使鼓风除湿介质的温度大幅度提升，之后在将其送入二级余热制冷设备对制冷效果不会产生较大影响；
具体地，一级余热制冷设备中的换热介质为32°C左右的常见冷却剂(一般为冷却水)，换热后升至37°C左右，通常再进入冷却塔进行循环，而热源介质驱动设备运行消耗能量由75°C左右降至70°C左右，其将在余热制热设备中加热还原；
(2d2)在余热制热设备中，将高炉炼铁的0.6MPa的废蒸汽作为动力对一级余热制冷装置的热源介质进行升温处理使其由70°C左右升至75°C左右，同时将与一级余热制冷装置的热源介质进行换热的介质用于二级降温处理，其在进行换热时由20°C左右降至15°C左右；由于不必考虑废蒸汽的能量消耗，故在该步中换热差较大，从而保证整体系统的正常合理运转；
(2d3)二级余热制冷设备利用经余热回收三次升温处理后94、6°C的热源介质为动力，使与一级余热制冷装置的热源介质进行换热的介质再对一级降温处理后的鼓风除湿介质进行二级降温处理至6l°C ;与一级余热制冷装置的热源介质进行换热的介质此过程后由15°C左右升至20°C左右，由此使多级余热制冷系统的循环可靠性得到有效保证；
(2d4)经余热回收三次升温处理的热源介质的温度降至其80°C的基础温度，并再次循环进行余热回收。
[0030](2e)使用降温处理后的鼓风除湿介质对除尘后的空气进行深度制冷，其中鼓风除湿介质在过程中由6-8°C升至14-16°C，再进入制冷循环。
[0031](3)通过风机对除湿后的空气进行加压送风。
[0032](4)使用热风炉对 处理后的空气进行升温处理，并送入高炉进行炼铁。
[0033]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0034]按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一致的，也应当在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.基于高炉鼓风的全余热脱湿方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)采集外界空气作为高炉炼铁的风源，并进行除尘处理； (2)回收高炉炼铁的冲渣水、散蒸汽和炉烟气中的余热作为热源动力驱动制冷设备，对除尘后的空气进行降温除湿； (3)对除湿后的空气进行加压送风； (4)对处理后的空气进行升温处理，并送入高炉进行炼铁。
2.根据权利要求1所述的基于高炉鼓风的全余热脱湿方法，其特征在于，所述步骤 (2)中，回收余热的方法包括如下步骤: (2a)热源介质与冲渣水进行第一次换热，使热源介质的温度第一次提升； (2b)第一次提升温度后热源介质与散蒸汽进行第二次换热，使热源介质的温度第二次提升； (2c)第二次提升温度后热源介质与炉烟气进行第三次换热，使热源介质的温度第三次提升。
3.根据权利要求2所述的基于高炉鼓风的全余热脱湿方法，其特征在于，所述热源介质的基础温度为80°C，每次换热使其温度提升4~6°C。
4.根据权利要求2或3所述的基于高炉鼓风的全余热脱湿方法，其特征在于，所述步骤(2)中，热源动力驱动制冷设备进行降温除湿的方法如下: (2d)将经过三次温度提升的热源介质作为动力利用余热制冷装置对10-16?的鼓风除湿介质进行降温处理至6~8°C ； (2e )使用降温处理后的鼓风除湿介质对除尘后的空气进行深度制冷。
5.根据权利要求4所述的基于高炉鼓风的全余热脱湿方法，其特征在于，所述步骤(2d)中，对鼓风除湿介质进行降温处理为两级降温处理，具体包括如下步骤: (2dl)使用一级余热制冷装置将14~16°C的鼓风除湿介质进行一级降温处理至10~12。。； (2d2)将高炉炼铁的0.6MPa的废蒸汽作为动力对一级余热制冷装置的热源介质进行升温处理，同时将与一级余热制冷装置的热源介质进行换热的介质用于二级降温处理； (2d3) 二级余热制冷装置利用经余热回收三次升温处理的热源介质为动力，使与一级余热制冷装置的热源介质进行换热的介质再对一级降温处理后的鼓风除湿介质进行二级降温处理至6~8°C ； (2d4)经余热回收三次升温处理的热源介质的温度降至其基础温度，并再次循环进行余热回收。
6.实现权利要求f5任一项所述的基于高炉鼓风的全余热脱湿方法的系统，包括进风除尘系统和高炉，其特征在于，还包括依次连接于进风除尘系统和高炉之间的深度制冷装置、风机和热风炉，以及与深度制冷装置连接并用于完成制冷循环和余热回收循环的余热回收制冷系统，其中深度制冷装置与进风除尘系统连接，热风炉与高炉连接。
7.根据权利要求6所述的实现基于高炉鼓风的全余热脱湿方法的系统，其特征在于，所述余热回收制冷系统包括与深度制冷装置连接用于完成制冷循环的多级余热制冷系统，以及与多级余热制冷系统连接用于完成余热回收循环的余热回收系统。
8.根据权利要求7所述的实现基于高炉鼓风的全余热脱湿方法的系统，其特征在于，所述余热回收系统包括与多级余热制冷系统连接的高炉冲渣水余热回收系统，与高炉冲渣水余热回收系统连接的散蒸汽余热回收系统，以及与散蒸汽余热回收系统连接的热风炉烟气余热回收系统，其中，热风炉烟气余热回收系统也与多级余热制冷系统连接。
9.根据权利要求8所述的实现基于高炉鼓风的全余热脱湿方法的系统，其特征在于，所述热风炉烟气余热回收系统和多级余热制冷系统之间还连接有蓄热缓冲池。
10.根据权利要求7、任一项所述的实现基于高炉鼓风的全余热脱湿方法的系统，其特征在于，所述多级余热制冷系统包括均与深度制冷装置连接的一级余热制冷设备和二级余热制冷设备，以及连接于一级余热制冷设备和二级余热制冷设备之间的余热制热设备，其中，二级余热制冷设备与 余热回收系统连接。
【文档编号】C21B9/16GK103451343SQ201310440567
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】韩学池, 李万阳, 竹志勇, 李蓉 申请人:中国五冶集团有限公司