对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行冷冻脱湿的设备及方法与流程

本发明涉及钢材热轧及煤化工技术领域，特别是指一种对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行冷冻脱湿的设备及方法

背景技术：

目前，轧钢厂加热炉大多使用转炉煤气加热并用鼓风机系统鼓风助燃。因钢坯加热后存在脱碳问题，经过分析煤气与空气中水分过多是导致钢坯的烧损增加、脱碳严重的影响因素之一，最终使得钢产品的表面质量出现严重问题，影响符合要求钢产品的正常生产，需要对轧钢加热炉鼓风系统的空气脱湿与煤气脱湿进行研究，以去除转炉煤气和鼓风机系统鼓风空气中水分对钢坯的表面质量的不良影响。

而去除转炉煤气中水分对钢坯的表面质量的不良影响在现有技术中已有报道，但是去除鼓风机系统鼓风空气中水分对钢坯的表面质量的不良影响却未见相关报道，通过一定的装置结构设计解决进入加热炉的空气除湿问题，来提高煤气热值，进一步减少钢坯脱碳，提高产品质量，消除造成棒线、板材扭曲、开裂等内在质量差等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行冷冻脱湿的设备及方法，降低湿热空气的含水量，以解决现有钢坯烧损增加、脱碳严重，解决产品表面质量会出现的问题，消除造成棒线、板材扭曲、开裂等内在质量差等问题。

一种对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行冷冻脱湿的设备，包括空气除尘器、第一换热装置、第二换热装置、冷却装置；其特征在于，所述的空气除尘装置右端连接有用于轧钢加热炉鼓风系统的空气进入的第一空气管道，所述的空气除尘装置下端连接有用于将除尘后的空气输送到所述第一换热装置的第二空气管道，所述第二空气管道与所述第一换热装置的左侧顶端连通，所述第一换热装置的右侧顶端连接有用于换热空气输出的第一换热输出管道，所述第一换热输出管道与所述第二换热装置连通，所述冷却装置设置在所述第二换热装置的右侧，所述冷却装置包括壳体、冷却机组、蒸汽管、冷却水管和冷冻水管，所述冷冻水管外延至所述第二换热装置内，所述第二换热装置的左端通过所述第二换热输出管道与所述第一换热装置的右端连通，所述第一换热装置内设置有用于冷却后的空气对经过除尘的空气进行冷却的冷却通道，所述第一换热装置的左端设置有与所述冷却通道连通的排出通道；

所述第一换热装置和所述第二换热装置的底端为倒锥形设置，所述第一换热装置和所述第二换热装置的底端分别连通有第一排放管道和第二排放管道，所述第一排放管道和所述第二排放管道共同连接有第一空气排水器，所述第一空气排水器的左端设置有第一排水管道，所述第一空气排水器的下端设置有第三排放管道，所述第三排放管道连接有第二空气排水器，所述第二空气排水器的左端设置有第二排水管道；

所述第一排水管道和所述第二排水管道共同连接有集水池。

优选地，所述第一空气管道、所述第二空气管道、所述第一换热输出管道、所述第二换热输出管道、所述排出通道上均设置有温湿度变送器，所述冷冻水管上设置有温度变送器，所述温湿度变送器和所述温度变送器外接有数控处理装置。

优选地，所述第一换热装置为气-气换热装置，所述第二换热装置为气-液换热装置。

优选地，所述冷却机组与蒸汽管和冷冻水管连接，所述冷却水管设置在冷却机组周围，所述冷却装置还包括控制冷冻水和冷却水的水泵和阀门。

优选地，所述温湿度变送器有至少有5个，所述温度变送器至少有2个。

优选地，所述冷却通道至少有7个长条形间隔。

优选地，设置在所述第二换热装置内的所述冷冻水管至少有5个回环形设置。

采用上述的对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行冷冻脱湿的设备进行空气冷冻脱湿的方法，包括如下步骤：

s1、输入纯净空气，并将空气除尘器、第一换热装置、第二换热装置、冷却装置开启，保持正常运行10min，通过温湿度变送器和温度变送器记载空气温度湿度的变化数据并及时传送给数控处理装置，根据数据对空气除尘器、第一换热装置、第二换热装置、冷却装置进行调节，以适应整个装置；

s2、通过第一空气管道输入轧钢加热炉鼓风系统的空气到空气除尘器内，依序除尘，除尘后的空气通过第二空气管道缓慢输入到第一换热装置与冷却通道内的空气进行换热，其中一部分空气会转变成水积聚在第一换热装置底端；

s3、在第一换热装置内换热完成后的空气顺着第一换热输出管道缓慢输入到第二换热装置，通过与第二换热装置内部的冷冻水管进行换热，其中一部分空气会转变成水积聚在第二换热装置底端；

s4、s3换热后的空气经过第二换热通道进入冷却通道，然后与输入的除尘空气进行换热，最后经过排出通道排出并输送到鼓风机内；

s5、s2积聚在第一换热装置底端的水和空气与s2积聚在第二换热装置底端的水和空气会分别通过第一排放管道和第二排放管道进入第一空气排水器进行处理；

s6、s5中第一空气排水器处理后的水通过第一排水管道排放到集水池中，s5处理后的空气通过第三排放管道进入第二空气排水器进行处理；

s7、s6中第二空气排水器处理后的水通过第二排水管道排放到集水池中；

s8、将集水池中的水统一进行处理，可作为工业用水使用。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，让湿空气流经低温表面，使湿空气的温度降至露点温度以下，这样就可以将湿空气中的水汽冷凝析出，从而达到减少空气中含湿量的目的。其优点是工作可靠，能连续工作，系统性能稳定。在露点温度高于4℃的场合该方法均可适用。该设备及方法降低了空气温度，有利于助燃煤气，可以大大降低输入加热炉的空气湿度问题，助燃煤气时降低炉气的水分，从而来提高煤气热值，进一步减少钢坯脱碳，解决产品表面质量会出现的问题，消除造成棒线、板材扭曲、开裂等内在质量差等问题。

附图说明

下面将结合本专利实施例中的附图，对本专利实施例中的技术方案进行进一步说明。

图1为本发明的对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行冷冻脱湿的设备结构示意图。

其中：

1、空气除尘器；

11、第一空气管道；

111、第一温湿度变送器；

12、第二空气管道；

121、第二温湿度变送器；

2、第一换热装置；

21、排出通道；

211、第五温湿度变送器；

22、第一换热输出管道；

221、第三温湿度变送器

23、第二换热输出管道；

231、第四温湿度变送器；

24、第一排放管道；

3、第二换热装置；

31、第二排放管道；

4、冷却装置；

41、冷却机组；

42、蒸汽管；

43、冷却水管进水管；

44、冷却水管出水管；

45、冷冻水管进水管；

451、第一温度变送器；

46、冷冻水管出水管；

461、第二温度变送器；

5、数控处理装置；

d1、第一空气排水器；

d2、第二空气排水器；

z、第三排放管道；

c、集水池；

c1、第一排水管道；

c2、第二排水管道。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1及具体实施例进行详细描述。

本发明针对目前轧钢厂加热炉大多使用转炉煤气加热，鼓风机引风助燃，钢坯存在脱碳问题，经过分析，加热炉炉气含水量较大是钢坯烧损增加、脱碳严重的主要原因之一，会出现棒线、板材的扭曲、开裂等内在质量差等问题。通过现场调研，进行了设计和探索，提供一种对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行冷冻脱湿的设备及方法，可以解决进入加热炉炉气除湿问题，提高了煤气热值，进一步减少钢坯脱碳，提高产品质量，使产品性能更加优良，更加具有市场竞争力。

如图1所示，一种对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行冷冻脱湿的设备，包括空气除尘器1、第一换热装置2、第二换热装置3、冷却装置4；空气除尘装置1右端连接有用于轧钢加热炉鼓风系统的空气进入的第一空气管道11，空气除尘装置1下端连接有用于将除尘后的空气输送到第一换热装置2的第二空气管道12，第二空气管道12与第一换热装置2的左侧顶端连通，第一换热装置2的右侧顶端连接有用于换热空气输出的第一换热输出管道22，第一换热输出管道22与第二换热装置3连通，冷却装置4设置在第二换热装置3的右侧，冷却装置4包括壳体、冷却机组41、蒸汽管42、冷却水管进水管43、冷却水管出水管44、冷冻水管进水管45、冷冻水管出水管46、以及控制冷冻水和冷却水的水泵和阀门，冷却机组41与蒸汽管42和冷冻水管进水管45和冷冻水管出水管46连接，冷却水管进水管43、冷却水管出水管44设置在冷却机组周围；

冷冻水管进水管45和冷冻水管出水管46外延至第二换热装置3内，设置在第二换热装置3内的冷冻水管至少有5个回环形设置，第二换热装置3的左端通过第二换热输出管道23与第一换热装置2的右端连通，第一换热装置2内设置有用于冷却后的空气对经过除尘的空气进行冷却的冷却通道，所述冷却通道至少有7个长条形间隔，第一换热装置2的左端设置有与所述冷却通道连通的排出通道211；

第一换热装置2和第二换热装置3的底端为倒锥形设置，第一换热装置2和第二换热装置3的底端分别连通有第一排放管道24和第二排放管道31，第一排放管道24和第二排放管道31共同连接有第一空气排水器d1，第一空气排水器d1的左端设置有第一排水管道c1，第一空气排水器d1的下端设置有第三排放管道z，第三排放管道z连接有第二空气排水器d2，第二空气排水器d2的左端设置有第二排水管道c2；

第一排水管道c1和第二排水管道c2共同连接有集水池c。

其中，第一空气管道11、第二空气管道12、第一换热输出管道22、第二换热输出管道23、排出通道21上分别设置有第一温湿度变送器111、第二温湿度变送器121、第三温湿度变送器221、第四温湿度变送器231、第五温湿度变送器211，冷冻水管进水管45和冷冻水管出水管46上分别设置有第一温度变送器451和第二温度变送器461，第一温湿度变送器111、第二温湿度变送器121、第三温湿度变送器221、第四温湿度变送器231、第五温湿度变送器211、第一温度变送器451和第二温度变送器461外接有数控处理装置5。

采用上述的对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行冷冻脱湿的设备进行空气冷冻脱湿的方法，包括如下步骤：

s1、输入纯净空气，并将空气除尘器1、第一换热装置2、第二换热装置3、冷却装置4开启，保持正常运行10min，通过温湿度变送器和温度变送器记载空气温度湿度的变化数据并及时传送给数控处理装置5，根据数据对空气除尘器1、第一换热装置2、第二换热装置3、冷却装置4进行调节，以适应整个装置；

s2、通过第一空气管道11输入轧钢加热炉鼓风系统的空气到空气除尘器1内，依序除尘，除尘后的空气通过第二空气管道12缓慢输入到第一换热装置2与冷却通道内的空气进行换热，其中一部分空气会转变成水积聚在第一换热装置2底端；

s3、在第一换热装置2内换热完成后的空气顺着第一换热输出管道22缓慢输入到第二换热装置2，通过与第二换热装置2内部的冷冻水管进行换热，其中一部分空气会转变成水积聚在第二换热装置2底端；

s4、s3换热后的空气经过第二换热通道23进入冷却通道，然后与输入的除尘空气进行换热，最后经过排出通道21排出并输送到鼓风机内；

s5、s2积聚在第一换热装置2底端的水和空气与s2积聚在第二换热装置2底端的水和空气会分别通过第一排放管道24和第二排放管道31进入第一空气排水器d1进行处理；

s6、s5中第一空气排水器d1处理后的水通过第一排水管道c1排放到集水池c中，s5处理后的空气通过第三排放管道z进入第二空气排水器d2进行处理；

s7、s6中第二空气排水器d2处理后的水通过第二排水管道c2排放到集水池c中；

s8、将集水池c中的水统一进行处理，可作为工业用水使用。

第一空气管道11、第二空气管道12、第一换热通道22、第二换热通道23、排除管道21的直径均为1000mm，第一排放管道24、第二排放管道31和第三排放管道z的直径均为50mm，第一排水管道c1和第一排水管道c2的直径均为30mm，冷冻水管进水管45和冷冻水管出水管46的直径均为80mm，冷却水出入管路10直径均为100mm，蒸汽输入管路12直径为70mm。

第一换热装置2为气-气换热装置，第二换热装置3为气-液换热装置。高温空气经过空气除尘器，高温空气进出口温度：约40/30℃，高温空气进出口湿度：约63.7/60.3g/kg；第一换热装置2选用不锈钢列管式固定板换热器(1200，f＝250m²)，承担输入除尘后空气与刚从第二换热装置3输出的干冷空气进行交换，设定空气流量：20000m³/h，结果可以高温空气进出口温度：约30/25℃，高温空气进出口湿度：约60.3/45.2g/kg，干冷空气进出口温度：约10/15℃，干冷空气进出口湿度：约7/12g/kg；第二换热装置3选用不锈钢列管式固定板换热器(1000，f＝230m²)，承担输入湿热空气与刚从冷却装置4输出的冷冻水进行交换，结果湿热空气进出口温度：约15/10℃，湿热空气进出口湿度：约45.2/7g/kg，冷冻水流量：63.5t/h，冷冻水进出口温度：约7/10℃。

在使用中，约30℃空气首先进入空气除尘器1，除尘净化过程中对被带走一部分水分，之后进入第一换热装置2，与脱湿后的干冷空气所流经的间隔开的冷却通道进行换热而被预冷；然后进入第二换热装置3与环形分布的冷冻水进行充分高效的换热，空气被冷却至接近10℃。第一换热装置2与第二换热装置3中被冷却的空气中的水汽会冷凝析出水，在底部经过锥形汇聚到中心位置，经过第一排放管道24和第二排放管道31进入第一空气排水器d1，一部分水经过第一排水管道c1进入集水池c，一部分水汽则进入第一空气排水器d2，最中的冷凝水经过第二排水管道c2也进入集水池c中。脱湿后的干冷空气进人第一换热装置1与进入本装置的热空气进行换热，充分利用其冷量，对湿热空气进行降温，干冷空气得到预热接近20℃，提高了其温度，有利于燃烧。

本发明建立了一整套对轧钢加热炉鼓风系统的空气进行有效冷冻脱湿的系统，可以对空气进行除尘、可直接降低对风机叶片的磨损、增加风量、降低和稳定输入加热炉的大气湿度，同时降低了鼓风机功耗，从而进一步减少所加热钢坯脱碳，提高产品质量，消除造成棒线、板材扭曲、开裂等内在质量差等问题。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。