鋼鐵工業(yè)中使用高爐煤氣的七種方法

     高爐煤氣是無色、無味、有毒的易燃易爆氣體，是鋼鐵工業(yè)中高爐煉鐵過程中副產(chǎn)的一種低熱值氣體燃料，與轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣相比，高爐煤氣熱值低，應(yīng)用范圍小，許多鋼鐵廠并沒有充分利用，甚至大量放散，既浪費(fèi)了能源，又污染了環(huán)境。

    高爐煤氣的產(chǎn)生量約為高爐鼓風(fēng)風(fēng)量的1.2~1.40倍。冶煉1噸生鐵可產(chǎn)生高爐煤氣1500～2000Nm3左右。高爐煤氣發(fā)生量主要與鼓風(fēng)量有關(guān)，與富氧和冶煉生鐵品種也有關(guān)系，噴吹煤粉和燒結(jié)礦中的殘?zhí)剂恳矔?huì)對高爐煤氣的產(chǎn)生量有較大影響。

表1、高爐煤氣的典型組成

    因高爐煤氣中含CO量在30%以下，造成燃燒速度低、火焰長，因此高爐煤氣的理論燃燒溫度為1400~1500℃。高爐煤氣中有大量N2和CO2，其主要可燃的成份為CO、H2和CH4(含量很少)，故其發(fā)熱值較低。一般冶煉制鋼鐵時(shí)，發(fā)熱值為2850 kJ/m3~3220kJ/m3；冶煉鑄造鐵時(shí)，發(fā)熱值為3550kJ/m3~4200kJ/m3。

    在鋼鐵工業(yè)用能結(jié)構(gòu)中，煤炭約占70%左右，在煤炭的熱能轉(zhuǎn)換中有65.88%是以焦炭和煤粉形式參與冶煉生產(chǎn)的，另有34.12%的熱能是以可燃?xì)怏w(包括高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、 焦?fàn)t煤氣)形式出現(xiàn)。可燃?xì)怏w的熱能數(shù)值大，合理、科學(xué)、充分地利用對鋼鐵工業(yè)節(jié)能工作具有積極的作用。與轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣相比，高爐煤氣熱值低，應(yīng)用范圍小，許多鋼鐵廠還沒有充分利用，甚至大量放散，既浪費(fèi)了能源，又污染了環(huán)境。

    為了充分利用富余的高爐煤氣，一般情況是在燃煤動(dòng)力鍋爐中摻燒一部分或供小型混合煤氣鍋爐混燒，回收量都不是很大。對其進(jìn)行綜合利用，將成為一個(gè)重要發(fā)展趨勢。下面介紹幾種常見且實(shí)用的高爐煤氣利用技術(shù)。

1、高爐熱風(fēng)爐 

    高爐熱風(fēng)爐是目前單一使用高爐煤氣應(yīng)用最廣泛的工業(yè)爐，高爐熱風(fēng)爐憑借爐內(nèi)耐火磚砌體熱容量大所形成的高溫環(huán)境，使單一高爐煤氣能夠穩(wěn)定燃燒。如要獲得更高的熱風(fēng)溫度，需將高爐煤氣和助燃空氣預(yù)熱后送入熱風(fēng)爐燃燒。

2、蓄熱式軋鋼加熱爐 

    蓄熱式軋鋼加熱爐高溫空氣燃燒技術(shù)(HTAC)是將高爐煤氣與助燃空氣雙預(yù)熱到1000℃以上，使單一高爐煤氣的理論燃燒溫度達(dá)到2200℃以上。高爐煤氣與助燃空氣的預(yù)熱是通過蓄熱室得到的，與傳統(tǒng)蓄熱燃燒的區(qū)別在于蓄熱材料耐高溫、耐急冷急熱，以獲得高溫；蓄熱體比表面積大，換向周期短至不到1分鐘，使蓄熱體小型化；排煙溫度低于150℃。蓄熱室軋鋼加熱爐效率比常規(guī)加熱爐提高30%以上，爐內(nèi)呈貧氧燃燒氣氛，鋼坯氧化燒損少，有利于提高成材率，燃燒產(chǎn)物中NOx含量低，自動(dòng)化程度高。

3、復(fù)熱式煉焦?fàn)t 

    復(fù)熱式煉焦?fàn)t直接使用高爐煤氣為燃料，將高爐煤氣和助燃空氣通過蓄熱室的格子磚預(yù)熱到1000℃左右，然后進(jìn)入燃燒室立火道燃燒，可使炭化室爐墻加熱到1100℃以上。

4、與高熱值氣體摻混為混合燃?xì)?/span> 

    高爐煤氣可與焦?fàn)t煤氣、天然氣、液化石油氣等混合為混合煤氣，作為均熱爐、加熱爐、熱處理爐等的燃料，并可由于燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火，也可用于加熱熱軋的鋼錠、預(yù)熱鋼水包等。高爐煤氣與高熱值氣體摻燒是目前鋼廠高爐煤氣利用技術(shù)中除熱風(fēng)爐以外另一種重要的利用方法。

煤氣熱值分析儀

5、高爐爐頂煤氣差壓發(fā)電技術(shù) 

    高爐爐頂煤氣壓力在大于0.08MPa時(shí)，采用壓差發(fā)電技術(shù)(TRT)是可行的。由于壓力在0.08MPa時(shí)，所發(fā)出的電量與設(shè)備自身消耗電量相等，故要求煤氣壓力要大于0.08MPa時(shí)才有收益。煤氣壓力越高，效益越大。因此建議爐頂煤氣壓力大于0.15MPa的高爐應(yīng)當(dāng)積極采用煤氣壓差發(fā)電技術(shù)。采用TRT裝置，噸鐵發(fā)電量在20~40kWh。如采取干法煤氣除塵技術(shù)，可使發(fā)電量增加30%左右。總體上講，TRT裝置可回收高爐鼓風(fēng)機(jī)所需能量的30%，經(jīng)濟(jì)效益可觀，是煉鐵工序重大節(jié)能項(xiàng)目。

6、高爐煤氣燃?xì)?/span>-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù) 

    采用高爐煤氣燃?xì)?/span>-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(CCPP)，是目前國際上公認(rèn)的最有價(jià)值的二次能源利用技術(shù)。CCPP技術(shù)氣電轉(zhuǎn)化率高，約在40%~50%(不對外供熱時(shí))，比常規(guī)鍋爐蒸汽發(fā)電多70%～90%，節(jié)水約1/3；但對煤氣質(zhì)量要求高(如熱值、壓力、煤氣量要穩(wěn)定、含塵量小等)。

    CCPP一般由高爐煤氣供給系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)組成。其工藝流程為：高爐煤氣經(jīng)除塵加壓后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器燃燒，而后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)渦輪機(jī)做功從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。做完功后的煙氣(溫度約540℃，壓力約5kPa~6kPa)進(jìn)入余熱鍋爐生產(chǎn)中壓或次高壓蒸汽(通常參數(shù)為3.82MPa~5.9MPa，450~550℃)，并使蒸汽在汽輪機(jī)中繼續(xù)作功發(fā)電，其抽汽或背壓排汽用于供熱和制冷。CCPP排煙中的CO2排放比常規(guī)火力電廠減少45%～50%，沒有飛灰和灰渣排放，SO2、NOx排放都很低。

   總之，高爐煤氣燃?xì)?/span>-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)在高效、節(jié)能、環(huán)保方面均具有較大的優(yōu)勢，而且從發(fā)展眼光看，其具有廣闊的發(fā)展前景。近年已開始被國內(nèi)許多鋼鐵企業(yè)推廣使用。

7、高爐煤氣CO提純技術(shù) 

    高爐煤氣CO提純技術(shù)是采用變壓吸附的方式將高爐煤氣中的主要可燃?xì)怏wCO進(jìn)行提純，根據(jù)需要得到40%~99%的CO產(chǎn)品氣，該產(chǎn)品氣可作為高熱值燃燒氣體，還原性氣體，或者也可用于化工生產(chǎn)等。非常適用于高爐氣存在放散情況的鋼鐵企業(yè)，也適合天然氣、液化氣等資源緊張地區(qū)的鋼鐵企業(yè)，可以幫助企業(yè)回收高爐煤氣中的有效成分，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，低碳煉鐵。

    除了將高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣或其他高熱值燃?xì)獍床煌壤M(jìn)行混合使用，提高其熱值，以滿足鋼鐵工業(yè)各種爐窯溫度、潔凈度、燃燒速度、燃燒形態(tài)等方面的要求外。蓄熱式燃燒技術(shù)的推廣，提高了高爐煤氣的使用范圍，可替代出部分焦?fàn)t煤氣，使高爐煤氣得到了更高效利用。高爐煤氣用于發(fā)電是近年增長最快利用途徑，鋼鐵企業(yè)應(yīng)充分回收和高效利用高爐煤氣，從而實(shí)現(xiàn)高爐煤氣的零排放，向企業(yè)少購電或不外購電方向發(fā)展。高爐氣中的CO也可以提取出來，用作碳一化工的原料，合成許多重要的化工產(chǎn)品，也是是潛力很大的一個(gè)高爐煤氣綜合利用方向。