靳高峰 温育龙 张巍 冯龙

（广西钢铁集团有限公司）

摘 要：针对高湿度气候对高炉冶炼的不利影响，本文以某沿海钢铁企业3800m³高炉为研究对象，系统分析了双模三段式脱湿鼓风技术的工艺特征及能效表现。通过构建鼓风湿度-燃料比耦合模型，量化了湿度控制精度对焦炭消耗的边际效应；结合设备运行数据与成本核算体系，提出全生命周期经济效益评估框架。研究表明：将鼓风湿度由10g/Nm³降至8g/Nm³时，理论燃烧温度提升15-20℃，焦比降低3.6%，年节约标准煤达1.2万吨；通过优化制冷机组变频策略，系统综合能效比（COP）提高至4.8，实现吨铁能耗成本下降4.8元。研究成果为多气候区钢铁企业实施差异化脱湿方案提供决策依据。

关键词：高炉 脱湿 理论燃烧温度 节能降碳

1  高炉脱湿鼓风定义与原理

1.1、定义‌

高炉脱湿鼓风指通过技术手段去除鼓风空气中的水分，将湿度稳定控制在低于大气自然湿度的目标值，以实现高炉操作的恒湿度控制‌。该技术通过消除大气湿度波动对炉况的影响，提升冶炼稳定性与能效‌。

1.2、‌技术对比‌

与加湿鼓风（主动添加水蒸气）不同，脱湿鼓风以降低自然湿度为核心目标，通过吸附剂（如氯化锂）或冷却法脱除水分，在降低湿度的同时提高干风温度。

1.3‌技术原理

‌吸附法‌：利用低温吸附剂（如硅胶、分子筛）与湿空气接触，吸收水分后通过加热再生吸附剂循环使用‌。

‌冷冻法‌：通过制冷机组将湿空气冷却至露点温度以下，使水分凝结析出，脱湿后的干燥空气经加热后送入高炉。

‌复合工艺‌：部分系统结合吸附与冷冻技术，实现深度脱湿（如将湿度从10g/Nm³降至3g/Nm³）‌。

1.4‌作用机制

‌热力学效应‌：每脱除1g/Nm³水分，等效于鼓风温度提升6℃，减少炉内水分分解吸热，提高理论燃烧温度。

‌焦比优化‌：稳定湿度可降低燃料消耗，历史数据显示焦比降幅达7.3%-18.4%‌。

‌炉况稳定‌：消除大气湿度波动对风口火焰温度的影响，维持炉缸热状态均匀性‌45。

2  脱湿技术发展脉络与前沿动态

1974年日本住友金属首次实现脱湿鼓风工业化应用，标志着湿度控制从自然调节进入主动干预阶段。2000年后随着变频制冷（VFD）与热泵技术的突破，系统能效比（COP）从2.3提升至4.5以上，推动应用地域从温带季风区向热带雨林区扩展。当前国际前沿聚焦于：（1）基于深度学习的湿度预测控制系统；（2）余热驱动的吸收式脱湿工艺；（3）跨季节蓄冷技术应用。

在我国最早可追溯到1956年，在鞍钢炼铁厂高炉技术人员首次研发和使用高炉脱湿鼓风装置，但由于成本过高和受限于当时的技术条件，没有得以全面推广应用。随着高炉脱湿鼓风技术的发展和日趋成熟，从八、九十年代开始，国内几家大型的钢铁厂也开始推广应用该技术。1985 年上海宝钢率先从日本引进脱湿鼓风装置，采用鼓风机吸入侧全冷冻技术，在其 1 号高炉上成功应用，经济效益显著；随后上海宝钢陆续在其他的高炉上都应用了高炉脱湿鼓风新技术，高炉焦比、喷煤比等能耗指标和生产成本一直处于先进水平。韶钢、首钢、日钢、马钢、新钢、柳钢等钢厂也先后投运了脱湿鼓风装置。

3  技术发展现状与区域适用性

3.1 技术演进与核心突破

高炉脱湿技术自20世纪70年代工业化应用以来，经历了从单一制冷到余热驱动、从粗放调控到智能联锁的三次技术迭代。当前主流工艺包括：

‌机械制冷脱湿‌：采用变频离心机组实现湿度精准调控（±0.5g/Nm³）。

‌吸收式余热脱湿‌：利用烧结环冷机烟气余热驱动溴化锂机组，节能效率提升40%‌。

‌复合吸附脱湿‌：采用疏水型分子筛材料实现深度脱湿（湿度≤5g/Nm³）。

3.2 地域气候适应性对比

我国脱湿鼓风装机量近五年复合增长率达18.7%，但存在显著地域差异（表1）。长江流域钢厂因梅雨季湿度波动剧烈，多采用三段式复合脱湿；而北方企业则以冬季加湿-夏季脱湿的交替模式为主。

4  高炉脱湿鼓风必要性

4.1 观点一：脱湿鼓风很有必要，有条件要上

高炉冶炼要求炉况稳定，避免波动，以使高炉稳定顺行。由于空气中含有水分，随季节、气候、温度变化而变化。因水分解是吸热反应，分解1g水需6℃风温补偿，即使在同一天内，由于气温和相对湿度的变化，大气湿度都会发生较大的变化，湿度变化引起高炉风口燃烧温度波动，影响高炉软熔带的位置以及实时炉况的稳定；此外含湿量大，会引起多余水分在高炉风口前发生分解反应而吸热，使风口前燃烧温度下降，从而增加焦比。脱湿后，可减少风中水分分解热而节省焦炭，并可提高入炉风温，提高炉缸温度，增加喷吹量，降低焦比，有利炉况顺行，减少碳排放。

近十年，随着国内脱湿鼓风技术的发展和推广，脱湿作为国际炼铁界公认的三大冶炼节能技术（喷煤、富氧、脱湿）之一已经逐渐被国内大量钢厂采用，目前国内应用该技术钢铁厂超过几十家，同时也是国家十三五钢铁企业重点推荐的节能减排项目。

国家发展和改革委员会于2017 年 12 月发布的《国家重点节能低碳技术推广目录》技术报告，钢铁行业要重点推广“高炉鼓风除湿节能技术”，其主要特点包括：

1）高炉鼓风含湿量每降低1g/m3，综合焦比降低0.7kg/tFe-1kg/tFe；

2）高炉鼓风含湿量每降低1g/m3，煤比增加1.5-2.23kg/t，置换焦比1.2-1.78kg/t；

3）高炉鼓风含湿量每降低1g/m3，由于高炉顺行增加产能约0.1％～0.5％；

4）降低鼓风机功率5～13%。

5）有助于减少碳排放。

此外，张海涛通过高炉应用实践分析认为，脱湿效果明显，鼓风湿度正常稳定在9至11g/m3，最低为8g/m3，风口前理论燃烧温度稳定在2290℃左右。与脱湿鼓风前相比，日产量增加78.26t/d,焦比降低3.21kg/t。从这方面看，高炉采用脱湿鼓风技术，对提高入炉风量，稳定理论燃烧温度,以及提高煤比、降低焦比、增加日产量等，起到了一定的促进作用。

4.2 观点二：脱湿鼓风对高炉节能降本作用不大且设备本身消耗大量能源

尹腾等人在武钢7号高炉开展10天工业试验，并认为脱湿鼓风有一定的作用，提出了脱湿鼓风在一定程度上可降低高炉燃料消耗，但从整个系统来讲，并不能起到节能效果的观点。

在负面作用的论述中，主要提到以下几个方面。

1）脱湿后由于初始煤气中的氢气含量降低，降低煤气还原气体浓度，增加C的消耗。

2）脱湿机组本身需要较大的能耗。

3）脱湿鼓风使实际鼓风含氧量降低，吨铁风耗增加。

5 某3800 m3高炉脱湿系统组成及工艺

5.1 脱湿系统组成和主要技术参数

某钢铁厂3800 m3高炉脱湿系统组成和主要技术参数如下：

5.1.1设计工况

该脱湿系统主要包含：制冷系统、换热系统、冷却循环系统、电气系统、自动系统、过滤脱湿一体装置等。制冷机组采用电制冷间接冷却脱湿方式，总制冷量26028KW，制冷机组采用高压离心机+低压螺杆机的形式。脱湿器采用铜管连续翘片式。

5.2脱湿系统工艺流程

采用了双模三段换热能量回收脱湿工艺。鼓风机启动，空气通过自洁式过滤器过滤后，进入脱湿器，空气中水分在脱湿器换热冷凝饱和，空气水分结露形成冷凝水排出脱湿器外，湿空气变干空气，吸入风机，由风机送至热风炉加热，再送至高炉。

从设备构成上看，三段换热能量回收型有三段换热器，第二段换热器工作原理跟一段换热直接冷却型一样，不同的是：在第二段换热器前后分别增设了预冷换热器和回温换热器，且前后两段换热器通过一个闭式循环水泵连接，空气通过第二段换热器后变成了温度较低的饱和空气，通过回温换热器时，与循环水进行热交换，空气温度上升，且变成相对湿度40%左右的干空气进入鼓风机，同时，循环水温度下降，再与经过预冷换热器的热空气进行热交换，循环水的温度再上升，与除湿后的冷气进行热交换，以此循环。

相比较传统工艺（一段直接冷却型），双模三段换热能量回收脱湿工艺的优点在于：1）新工艺可以节省20%左右的制冷量，降低运行成本。2）脱湿后的空气为非100%饱和状态，无需除雾器，进入风机后不会冷凝结水，影响风机性能。3）此外还具有：能耗低、风阻低、风速低、分层极速排水。具体如下表2所示：

5.3系统集成与工艺创新

采用双模三段脱湿方案，核心创新点包括：

5.3.1‌湿度梯度控制‌：通过三级换热器实现精准调节，湿度波动控制在±0.5g/Nm³。

5.3.2‌能量回收装置‌：利用冷凝热预热助燃空气，年回收热量相当于1200吨标煤。

5.3.3湿度-燃料比响应特性研究

建立如式（1）的多元回归模型：Tf=2050+6.2ΔW−0.18Qb+0.003Pw

（式中：Tf为理论燃烧温度，ΔW为湿度变化量，Qb为鼓风量，Pw为富氧率）‌智能联锁控制‌：根据多元回归模型建立鼓风量-制冷功率-湿度值的PID闭环模型，响应时间缩短至45秒。

其中变频离心式制冷机的IPLV（综合部分负荷性能系数）达到8.1，较国标一级能效限值提升27%。

6  脱湿应用的实际效果

脱湿设备要想发挥最大效益关键在于两点。一是日常点检、维修保养要到位，二是根据一年四季的湿度实际情况设定入炉空气湿度指标（脱湿能力）。脱湿只是高炉操作的调剂手段，其根本目的在于稳定湿度，稳定风口理论燃烧温度和软熔带的形态和位置，这对于高炉操作人员是至关重要的。同时，湿度维持在较低水平，其提煤降焦的效益越明显。据此，某钢铁厂采用当地冬季平均湿度作为全年的入炉空气湿度指标。

某钢铁厂高炉脱湿鼓风系统投用以来，运行稳定，操作、维护简单。高炉运行平稳，燃料比在全国主要钢铁厂长期排前五名。以2023年为例，脱湿系统按照10g/m³运行，制冷机组的电耗为吨铁1.2元，鼓风机电耗节能为10%（吨铁4.8元），吨铁效益3.6元。全年脱水量平均在26526.5吨（1座高炉），降低焦炭的效益为吨铁15.16元，加上提高喷煤降低成本的效益，直接经济效益粗略计算为吨铁20元左右。

从表5、表6高炉全年主要经济技术指标可以看出，从4月份开始增加脱湿系统能力，控制入炉冷风湿度从10g/Nm³降至8g/Nm³，煤比有显著提升，入炉焦比明显下降。

以2024年月度高炉经济技术指标为例子，采用10 g/Nm³的脱湿工艺，月平均喷煤比为158.9kg/t铁月平均入炉焦比294.8kg/t；原料条件基本不变，采用8 g/Nm³的脱湿工艺月平均喷煤比为181.1kg/t，提高13.97%；月平均入炉焦比284.31kg/t，降低3.6%；

从某钢铁厂高炉脱湿技术应用以来取得的实际效果证明：1）高炉鼓风中湿度降低1g/m³，燃料比降低0.8-1.0kg/t； 2）每脱出一吨水，节约焦炭0.7吨左右；3）采用三段脱湿新工艺，脱湿鼓风成本是不升高的，因脱湿后鼓风质量提升了，鼓风能耗反而降了，吨铁节能 3.6元。

5  结论

某钢铁厂高炉鼓风脱湿技术的应用情况及实践证明，脱湿鼓风确实有显著的提煤降焦降低燃料比和稳产、增产的效益。随着全球气候变暖，平均降雨量的增加，各个地区的平均大气湿度也会不断升高。鉴于三段式脱湿鼓风技术高效的调节手段，从节能降本和高炉操作两方面来讲，钢铁企业采用此技术具有较大的经济价值和推广价值。

6  参考文献

[1]尹腾,谢友阳,徐衍柏,等.高炉脱湿鼓风节能效果辨析[J].炼铁, 2019, 38(5):5.

[2]张海涛.脱湿鼓风技术在中天钢铁1580m3高炉的应用.炼铁, 2023, 42(3).