高爐鼓風節能增效集成技術的制作方法

專利名稱：高爐鼓風節能增效集成技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種針對高爐鼓風流程設計的，系統性節能增效技術。該項技術的應用，可以大幅度提高高爐冶煉強度，降低焦比，實現高爐的高效化生產，提高產品質量。
背景技術：
目前，中國國內一次能源轉換有25%的節能潛力，能源終端消費有26%的節能潛力，一次能源消費的平均節能潛力達26%。中國全社會能耗的70%集中在工業領域，其中占我國全社會總能耗15% 20%的冶金行業成了國家節能減排工作的重中之重。高爐鼓風系統的運行，受多因素相互耦合影響。高爐鼓風系統的運行能耗，占到冶金流程總能耗的20 30%。為了確保高爐鼓風系統的低能耗高效順行、提高高爐的利用系數、降低焦比，本發明根據中國高爐煉鐵生產技術手冊、工業余熱回收技術、工程熱力學與傳熱學原理、現代控制理論和變頻調速方法，創新研發了高爐鼓風節能增效集成技術，從而可進一步提高高爐的冶煉強度，實現高爐的高效化生產，推進冶金行業的節能減排。

發明內容
本發明為了進一步提高高爐煉鐵的冶煉強度，實現高爐的高效化生產，推進冶金行業的節能減排，發明了高爐鼓風節能增效集成技術，主要包括三大子技術，即鼓風機的進風除濕降溫技術、鼓風機運行能效優化技術和鼓風機的變頻優化技術，其中變頻調速優化技術與ASCV系列鼓風防喘閥技術有機結合。本發明的上述技術問題是通過以下技術方案得以實施的一種高爐鼓風節能增效集成技術，包括鼓風機的進風除濕降溫技術、鼓風機運行能效優化技術和鼓風機的變頻優化技術，其特征在于，利用所述鼓風機的進風除濕降溫技術，對進入高爐鼓風機前的濕熱空氣進行熱濕分治，其步驟如下
A)根據冶煉主流程所需空氣荷載以及相應的環境工況，使濕熱空氣首先經過空氣過濾工藝段，進行預過濾和除塵處理；
B)經過預過濾和除塵處理的空氣進入多流程低阻型一級表冷裝置進行初步降溫，該一級表冷裝置將空氣的溫度降低到能夠為之后的除濕工藝段提供所需的入口工況并且保證其除濕率效的相應溫度；
C)經過初步降溫的空氣進入除濕裝置，進行進一步脫濕；
D)脫濕后的空氣進入多流程低阻型二級表冷裝置，進行二級降溫；
完成上述熱濕分治后，空氣的溫度和絕對濕度均達到相應的取值點，此時，空氣的溫度、濕度和流量控制在基準工況點上，所述的基準工況設定為風機入口空氣的設計工況，作為進一步優化的起點。作為優選，應用余熱回收型溴化鋰吸收式制冷機組、燃氣熱泵型冷水機組、機械壓縮式電制冷機組，進行空調主機設備流程組合的最優化，充分利用鋼鐵廠的余熱余氣來產生冷凍水。
作為優選，所述的一級表冷工藝段的過程中，所產生的冷凝水匯總收集回用。作為優選，所述的鼓風機運行能效優化技術，包括為高爐鼓風機建立運行能效分析模型和數據庫；該鼓風機運行能效優化技術，通過監測大量的高爐鼓風機入口和出口流動參數，并通過相應的高爐鼓風機運行能效分析模型進行能效分析，實現當鼓風機運行于低能效區域時，采用運行優化控制技術強制改變系統外管路阻力、優化鼓風機靜葉開度和進風溫濕度條件，將其從低效區強制偏移到高效區，從而降低輸入功率，實現鼓風機的高效節能運行。作為優選，通過對高爐鼓風機的進風溫濕度的調節處理、結合外網阻力的改變、內網阻力的改變，利用鼓風機運行能效技術對多變工況下高爐鼓風機的優化參數進行監測， 并記錄到鼓風機運行能效數據庫，為一年四季不同工況下高爐鼓風系統的持續最優化運行、健康狀態診斷提供數據基礎。作為優選，所述的高爐鼓風節能增效集成技術采用風機變頻與自適應風機防喘尋優技術及防喘閥相結合的方法；所述的自適應風機防喘尋優技術，提出對在變頻調節過程中，鼓風機喉部差壓變化的絕對值和差壓變化的梯度進行雙重實時監測，作為防喘閥開度調節的依據，當這兩個參數的取值，特別是差壓變化梯度超過相應取值時，防喘閥進入動作狀態，嚴防系統出現喘振；所述風機頻率的調節則采用區間逼近優化調節的方法，即對于某一工況下的高爐鼓風機，從工頻開始進行自適應逼近尋優的調節，直到風機頻率降下來，而防喘閥仍處于關閉的最優頻率上。作為優選，所述的鼓風機的變頻優化技術采用具有旁路功能的雙模式運行，在緊急情況時可快速切換為工頻運轉。1.基于熱濕分治和余熱回收理念的高爐鼓風除濕降溫技術
對進入高爐鼓風機前的熱濕空氣，利用多流程冷凍降溫、冷凍除濕與吸附除濕相結合的原理，實施鼓風除濕降溫。通過降低單位體積空氣中的絕對含濕量，提高空氣密度，實現低溫低濕進風，從而大幅度降低高爐鼓風機的單產能耗，增加鼓風機的進風質量流量。增大高爐鼓風的質量流量，也就是增大單位時間送進高爐的氧氣量，這將加大鐵礦的還原反應強度，從而提高高爐的利用系數。通常說的“有風就有鐵”中，“風”指的是進風的“質量流量”。增大高爐鼓風的質量流量，可以提高爐溫，增加爐內的煤氣密度，加快冶煉的還原反應速度，減少焦炭粉塵的吹出量，從而降低高爐的入爐焦比。根據大量鋼廠的運行經驗數據表明高爐鼓風系統的進風含濕量每降低lg/m3， 綜合焦比降低0. 7 lkg/tFe，折合0. 68kgce/tFe ；增加噴煤2. 23kg/ti^e，使高爐順行增加產能約0.1% 0.5%。高爐鼓風降溫除濕技術可以增加鼓風機的進風質量流量。一般地將 350C /RH70%的熱濕空氣處理到9°C /RH70%，可以增加約9%的鼓入風量。根據周傳典主編的 《高爐煉鐵生產技術手冊》介紹高爐鼓風機質量流量每增加1%，提高冶煉強度約1 %，在焦比不變情況下增產1%左右。現代大型高爐鼓風機質量流量每增加1%，增產(1. 1 士0. 2)%。 濕度較高地區的高爐存在冬季焦比低而產量較高、夏季焦比高而產量較低的現象，這是由于空氣中的含濕量變化引起的。即使同一地域的白天和夜晚，大氣中絕對含濕量波動約5g/ Nm3,大氣溫度波動一般在5 10°C。含濕量的波動將會導致風口前火焰溫度波動30°C左右， 使高爐生產不穩定；大氣溫度的變化也會影響熱風爐的溫度變化。利用高爐鼓風除濕降溫技術使高爐鼓風系統達到穩濕與恒溫、低濕、過濾的多重效果，從而穩定高爐運行、提高產品質量。鼓風系統中單位體積絕對含濕量的減少，可以降低高爐焦炭與水蒸氣之間的氧化還原反應強度，提高高爐燃燒過程中的燃燒溫度，降低高爐冶煉的焦比。高爐鼓風系統的除濕降溫與除塵，還可以減少高爐爐內的結瘤現象，使高爐爐況更為順暢。本發明自主開發的高爐鼓風除濕降溫技術，是一種基于多流程熱濕分制理念、對各高能效空氣處理機組進行最優組合，并對工業余熱和廢熱進行綜合回收利用的集成創新節能技術，主要包括1)應用目前成熟的余熱回收型溴化鋰吸收式制冷機組、燃氣熱泵型冷水機組、機械壓縮式電制冷機組，進行空調主機設備流程組合的最優化，充分利用鋼鐵廠的余熱余氣來產生冷凍水；2)進入鼓風機之前的熱濕空氣首先進行預過濾與除塵處理；3)多流程低阻型一級表冷裝置對高溫熱濕空氣進行初步降溫與除濕；4)利用先進的吸附除濕裝置，進一步脫濕；5)利用多流程低阻型二級表冷裝置，對熱濕空氣進行二級降溫與除濕，到達低溫低濕；6)嵌入System COP最優化的集成控制裝置，實現系統自適應節能運行。本發明區別于傳統高爐鼓風除濕降溫技術的核心在于，在對全局能量遷移轉換特征的分析的基礎上，通過采用熱濕分治的理念，在達到濕度得到良好控制目標的同時，優化高爐鼓風的進風溫度。該項理念的引入，一改傳統深度冷凍除濕技術，為達到除濕目標，而需要將高爐進風溫度降得很低，一方面造成能量的浪費和主機設計負荷增加，另一方面由于風機進口溫度的降低過大，造成風機后續流程熱風爐工藝負荷的增加量，也大幅度提升。 熱濕分治的方法正是針對這一問題，最好的解決方法，即將風機進口空氣的絕對濕度控制在良好的取值點上，有不至于整個進口空氣溫度過低，而將其維持在相應的優化點上，從而保證風機高效運轉。而對于高爐燃燒而言，由于來流單位體積含氧量的提升，為高爐內的氧化反應提供相應的保證。充分發揮高爐鼓風除濕降溫技術的效率，使整個高爐冶煉流程處于良性循環。2.高爐鼓風機運行能效優化技術
現有的高爐鼓風機，在系統設計和設備選型時，預留10 20%的安全余量，且夏天工況與冬天工況的單機運行效率差距較大，導致鼓風機系統長期運行在低效率區域。如何分析在不同工況下，高爐鼓風機的運行能效狀態，直觀客觀的對其運行進行管理？如何結合進風溫濕度的調節處理、結合外網阻力(閥門開度)的改變、內網阻力(靜葉調節)的改變，來優化高爐鼓風機的運行，是高爐鼓風機高效運行必須解決的問題。本發明另一項與傳統風機控制系統不同之處，在于提出基于高爐風機運行能效監測的運行優化控制理念。并根據質量守恒和能量守恒的原理，為高爐鼓風機建立運行能效分析模型和數據庫。該項技術通過監測大量的高爐鼓風機入口和出口流動參數，并通過相應的高爐鼓風機運行能效分析模型進行能效分析，發現當鼓風機運行于低能效區域時，采用運行優化控制技術強制改變系統外管路阻力、優化鼓風機靜葉開度和進風溫濕度條件， 將其從低效區強制偏移到高效區，從而降低輸入功率，實現鼓風機的高效節能運行。通過對鼓風機的進風溫濕度的調節處理、結合外網阻力(閥門開度)的改變、內網阻力(靜葉調節)的改變，利用運行能效技術對多變工況下高爐鼓風機的優化參數進行監測，并記錄到高爐鼓風運行能效數據庫，為一年四季不同工況下高爐鼓風系統的持續最優化運行、健康狀態診斷提供數據基礎。對于本項發明而言，通過上述兩項技術的結合應用，與連續變化的運行工況相對應，在對高爐鼓風機能效分析的基礎上上，通過對鼓風機的進風溫濕度的調節處理、結合外網阻力(閥門開度)的改變、內網阻力(靜葉調節)的改變，可以提高風機的運行效率，并促進主體工藝流程的高效順行。但是，這種調節方式中，基于外網阻力(閥門)和內網阻力(風機靜葉)的調節方式，會使大量的有用能浪費在克服局部阻力上，一不利于能量的高效利用， 而且會降低風機的使用壽命。解決這一問題的最好方法，是引進高爐鼓風機變頻技術。3.高爐鼓風機變頻優化技術
傳統的高爐風機的調節，會通過閥門、風機靜葉和放風閥的結合來開展，能量要么被用于克服局部阻力，要么被直接放空。而不同運行工況條件下，盡量不對高爐鼓風機的頻率進行調節。一個主要的原因在于，高爐鼓風機運行頻率的變化，會造成風機喘振特性的變化， 不能按照設計工況下的喘振特性防喘。或者說，要開展高爐鼓風機的調頻，必須保證整個管網系統不發生喘振。針對高爐鼓風機變頻的問題，本發明采用將風機變頻與自主開發的自適應風機防喘尋優技術及防喘閥相結合的方法。自適應風機防喘尋優技術，提出對在變頻調節過程中， 鼓風機喉部差壓變化的絕對值和差壓變化的梯度進行雙重實時監測，作為防喘閥開度調節的依據。當這兩個參數的取值，特別是差壓變化梯度超過相應取值時，防喘閥進入動作狀態，嚴防系統出現喘振。而頻率的調節則采用區間逼近優化調節的方法，即對于某一工況下的高爐鼓風機，從工頻開始進行自適應逼近尋優的調節，直到風機頻率降下來，而防喘閥仍處于關閉的最優頻率上。這樣一方面風機頻率得到了控制，同時使原來放空的能量被節省下來。高爐鼓風機高效與轉。本項技術必須與前兩項技術進行緊密的配合，才能使整個高爐鼓風流程的能效得到充分的優化。同時高爐鼓風變頻技術的引入，必然可優化阻力調節流程的能耗。在上述三項技術的基礎上，本發明在實際運行調節過程中的方法為對流程荷載和環境工況的變化，進行在線監測，通過基于熱濕分治理念的高爐鼓風除濕降溫技術，將高爐鼓風進口工況(溫度、濕度和流量)控制在基準工況點上(設計工況的溫度、濕度和流量)， 其后對高爐鼓風機進行相應的優化變頻，使其處于基準工況下的優化運行頻率上，通過流程運行能效分析技術，對該工況下流程的運行能效進行監測和分析，作為進一步優化的基準。在基準控制工況點的基礎上，通過對高爐鼓風進口空氣的逼近尋優，找出對應運行工況條件下的最優進口空氣工況，并優化相應的風機運行頻率，結合管網的內外阻力控制，使整個流程運行得到優化，是以流程運行能效的分析為前提的，目標是要保證高爐冶煉主流程的順行和高效運轉。本發明與現有技術相比具有如下優點
本發明對進入高爐鼓風機前的熱濕空氣，利用多流程冷凍降溫、冷凍除濕與吸附除濕相結合的原理，實施鼓風除濕降溫；通過降低單位體積空氣中的絕對含濕量，提高空氣密度，實現低溫低濕進風，從而大幅度降低高爐鼓風機的單產能耗，增加鼓風機的進風質量流量。鼓風系統中單位體積絕對含濕量的減少，可以降低高爐焦炭與水蒸氣之間的氧化還原反應強度，提高高爐燃燒過程中的燃燒溫度，降低高爐冶煉的焦比。高爐鼓風系統的除濕降溫與除塵，還可以減少高爐爐內的結瘤現象，使高爐爐況更為順暢。熱濕分治的方法，即能夠將風機進口空氣的絕對濕度控制在良好的取值點上，又不至于造成整個進口空氣溫度過低，而將其維持在相應的優化點上，從而保證風機高效運轉。而對于高爐燃燒而言，由于來流單位體積含氧量的提升，為高爐內的氧化反應提供相應的保證。充分發揮高爐鼓風除濕降溫技術的效率，使整個高爐冶煉流程處于良性循環。本發明利用運行能效技術對多變工況下高爐鼓風機的優化參數進行監測，與連續變化的運行工況相對應，在對高爐鼓風機能效分析的基礎上，通過對鼓風機的進風溫濕度的調節處理、結合外網阻力(閥門開度)的改變、內網阻力(靜葉調節)的改變，可以提高風機的運行效率，并促進主體工藝流程的高效順行。、
本發明采用將風機變頻與自適應風機防喘尋優技術及防喘閥相結合的方法優化風機運行頻率，一方面控制風機頻率，同時節省能量；該鼓風機的變頻優化技術與進風除濕降溫技術、運行能效優化技術進行緊密的配合，使整個高爐鼓風流程的能效得到充分的優化；同時高爐鼓風變頻技術的引入，必然可優化阻力調節流程的能耗。


圖1是高爐鼓風除濕降溫流程圖。圖2是具有旁路的變頻流程示意圖。附圖標記1、空氣過濾；2、一級表冷裝置；3、除濕裝置；4、二級表冷裝置；5、高爐鼓風機；6、熱風爐；7、高爐；8、爐渣出口 ；9、鐵水出口 ；10、出風口 ；11、濕熱空氣；12、冷卻塔；13、制冷機組；14、冷凍水；15、余熱余氣；16、余熱余氣再生加熱；21、高壓柜；22、高壓
變頻器。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。實施例1
如圖1所示，高爐鼓風節能增效集成技術主要包括三大子技術，即鼓風機的進風除濕降溫技術、鼓風機運行能效優化技術和鼓風機的變頻優化技術。其中變頻調速優化技術與 ASCV系列鼓風防喘閥技術有機結合。所述的高爐鼓風機節能增效技術，在實際應用過程中，采用如下流程開展，首先根據冶煉主流程所需空氣荷載以及相應的環境工況，使進口空氣經過空氣過濾工藝段，進入以流程余熱為熱源的一級表冷工藝段，將進口空氣降到相應的溫度(其間會有少量的冷凝 7jC，匯總收集回用)，為相應的除濕段提供所需的入口工況，保證其除濕的效率。本發明以基于主流程廢蒸汽作為再生熱的轉輪除濕工藝為例，轉輪除濕高效對一級表冷器出口空氣進行除濕，經過除濕后的空氣，進入仍然采用主流程余熱(廢熱)為熱源的二級降溫工藝段，將空氣的溫度控制在相應的取值點上，完成對高爐鼓風進口空氣的熱濕分治，和初步優化。對應的空氣溫度先設定為風機入口空氣的設計工況，作為進一步優化的起點。其絕對濕度的變化和溫度(質量流量、單位體積含氧量)的取值，為高爐鼓風機的優化運行，以及高爐冶煉主流程的高效順行提供了必要條件。與之相適應，采用高爐鼓風機自適應優化變頻技術，將風機運行的頻率調整的基準優化頻率上。與二者相匹配，采用高爐流程能效監測技術，對整個流程的運行能效進行監測和記錄。高爐鼓風機高壓變頻技術要求采用具有旁路功能的雙模式運行，在緊急情況時可快速切換為工頻運轉。高爐鼓風機高壓變頻技術必須充分考慮防喘安全的前提下，其啟動方式可采用正常啟動和軟啟動兩種方式，電機頻率的控制可在下位就地和上位遠程相結合，通過閉環或開環控制的方法來實現。具體實施時要求DCS系統直接介入風機變頻控制。結合能效分析系統的數據，通過下位與上位之間的快速通信和高級控制，不僅便于用戶對鼓風機進行運行管理和分析，而且可使用戶根據流程荷載和環境工況值，對系統進行快速復位與優化。變頻控制系統還設有故障報警、故障記錄和數據查詢的功能。以基準優化工況為起點，通過與流程運行能效分析的匹配，對高爐鼓風除濕降溫工藝段和高爐鼓風變頻工藝，進行進一步自適應的逼近優化，使整個流程運行能效、高爐冶煉強度都進一步提高，同時降低冶煉焦比，整個高爐鼓風流程的運行處于高效的狀態。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
權利要求
1.一種高爐鼓風節能增效集成技術，包括鼓風機的進風除濕降溫技術、鼓風機運行能效優化技術和鼓風機的變頻優化技術，其特征在于，利用所述鼓風機的進風除濕降溫技術， 對進入高爐鼓風機前的濕熱空氣進行熱濕分治，其步驟如下A)根據冶煉主流程所需空氣荷載以及相應的環境工況，使濕熱空氣首先經過空氣過濾工藝段，進行預過濾和除塵處理；B)經過預過濾和除塵處理的空氣進入多流程低阻型一級表冷裝置進行初步降溫，該一級表冷裝置將空氣的溫度降低到能夠為之后的除濕工藝段提供所需的入口工況并且保證其除濕率效的相應溫度；C)經過初步降溫的空氣進入除濕裝置，進行進一步脫濕；D)脫濕后的空氣進入多流程低阻型二級表冷裝置，進行二級降溫；完成上述熱濕分治后，空氣的溫度和絕對濕度均達到相應的取值點，此時，空氣的溫度、濕度和流量控制在基準工況點上，所述的基準工況設定為風機入口空氣的設計工況，作為進一步優化的起點。
2.根據權利要求1所述的高爐鼓風節能增效集成技術，其特征在于，應用余熱回收型溴化鋰吸收式制冷機組、燃氣熱泵型冷水機組、機械壓縮式電制冷機組，進行空調主機設備流程組合的最優化，充分利用鋼鐵廠的余熱余氣來產生冷凍水。
3.根據權利要求1或2所述的高爐鼓風節能增效集成技術，其特征在于，所述的一級表冷工藝段的過程中，所產生的冷凝水匯總收集回用。
4.根據權利要求3所述的高爐鼓風節能增效集成技術，其特征在于，所述的鼓風機運行能效優化技術，包括為高爐鼓風機建立運行能效分析模型和數據庫；該鼓風機運行能效優化技術，通過監測大量的高爐鼓風機入口和出口流動參數，并通過相應的高爐鼓風機運行能效分析模型進行能效分析，實現當鼓風機運行于低能效區域時，采用運行優化控制技術強制改變系統外管路阻力、優化鼓風機靜葉開度和進風溫濕度條件，將其從低效區強制偏移到高效區，從而降低輸入功率，實現鼓風機的高效節能運行。
5.根據權利要求4所述的高爐鼓風節能增效集成技術，其特征在于，通過對高爐鼓風機的進風溫濕度的調節處理、結合外網阻力的改變、內網阻力的改變，利用鼓風機運行能效技術對多變工況下高爐鼓風機的優化參數進行監測，并記錄到鼓風機運行能效數據庫，為一年四季不同工況下高爐鼓風系統的持續最優化運行、健康狀態診斷提供數據基礎。
6.根據權利要求1或5所述的高爐鼓風節能增效集成技術，其特征在于，所述的高爐鼓風節能增效集成技術采用風機變頻與自適應風機防喘尋優技術及防喘閥相結合的方法；所述的自適應風機防喘尋優技術，提出對在變頻調節過程中，鼓風機喉部差壓變化的絕對值和差壓變化的梯度進行雙重實時監測，作為防喘閥開度調節的依據，當這兩個參數的取值， 特別是差壓變化梯度超過相應取值時，防喘閥進入動作狀態，嚴防系統出現喘振；所述風機頻率的調節則采用區間逼近優化調節的方法，即對于某一工況下的高爐鼓風機，從工頻開始進行自適應逼近尋優的調節，直到風機頻率降下來，而防喘閥仍處于關閉的最優頻率上。
7.根據權利要求6所述的高爐鼓風節能增效集成技術，其特征在于，所述的鼓風機的變頻優化技術采用具有旁路功能的雙模式運行，在緊急情況時可快速切換為工頻運轉。
全文摘要
本發明涉及一種針對高爐鼓風流程設計的，系統性節能增效技術。該項技術的應用，可以大幅度提高高爐冶煉強度，降低焦比，實現高爐的高效化生產，提高產品質量。為了進一步提高高爐煉鐵的冶煉強度，實現高爐的高效化生產，推進冶金行業的節能減排，提供了高爐鼓風節能增效集成技術，主要包括三大子技術，即鼓風機的進風除濕降溫技術、鼓風機運行能效優化技術和鼓風機的變頻優化技術，其中變頻調速優化技術與ASCV系列鼓風防喘閥技術有機結合。
文檔編號C21B5/00GK102367497SQ20111033990
公開日2012年3月7日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者汪文斌, 沈新榮, 王小華, 郁輝球, 馬歡慶, 麻劍鋒 申請人:杭州哲達科技股份有限公司