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高爐煤氣燃燒發(fā)電的現(xiàn)狀和展望

文檔作者：尹建威孫國(guó)龍文檔來(lái)源： 1．鋼鐵研究總院 2．包頭鋼鐵公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月13日
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第15卷第1期
2002年3月
《燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)j
GAS TURBINE TECHNOLOGY
Vo】．1 5 No 1
MaI"，2002
高爐煤氣燃燒發(fā)電的現(xiàn)狀和展望
尹建威 ，孫國(guó)龍
(1．鋼鐵研究總院，北京 100081；2．包頭鋼鐵公司，內(nèi)蒙古包頭014000)
摘 要：分析了普通高爐和全氧鼓風(fēng)高爐的造氣過(guò)程和高爐煤氣利用現(xiàn)狀，提出了氧氣高爐一聯(lián)臺(tái)循環(huán)(OBF
CC)煉鐵發(fā)電流程。
關(guān)鍵詞 高爐；煤氣化}聯(lián)臺(tái)循環(huán)發(fā)電
中圖分類號(hào)：X757 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：lo。9—2889(2002)01—0027—04
U 刖 吾
高爐煉鐵過(guò)程中所消耗的能量有很大一部分轉(zhuǎn)
移到了爐頂煤氣中，爐頂煤氣的臺(tái)理利用不僅可以
提高能量的利用效率，也減少了圍直接放散對(duì)環(huán)境
的污染。高爐煤氣發(fā)電這幾年來(lái)方興未艾 被證明是
高爐煤氣利用的有效方法。高爐作為造氣裝置還存
在巨大的潛力，通過(guò)全氧鼓風(fēng)操作可以使其煤氣勢(shì)
值提高2倍以上．外供的煤氣量也明顯增加，氧氣高
爐一聯(lián)合循環(huán)(OBF—CC)煉鐵發(fā)電流程將是先進(jìn)煉
鐵和發(fā)電工藝的聯(lián)合體，如果得到應(yīng)用將會(huì)改變鋼
鐵工業(yè)的面貌。
l 高爐造氣的特點(diǎn)
高爐不僅是產(chǎn)鐵裝置，而且是高效的造氣爐，每
生產(chǎn)1噸鐵水就會(huì)產(chǎn)生2噸以上的煤氣。高爐是復(fù)雜
的逆流反應(yīng)床，塊狀礦石、焦炭和熔劑被從頂部加
^ ，從下部風(fēng)口鼓^空氣、煤粉。由于高爐風(fēng)口鼓^
的熱空氣速度很高，一般為100～200m／s，強(qiáng)大的鼓
風(fēng)動(dòng)能會(huì)在風(fēng)口前吹出一個(gè)空穴(風(fēng)口回旋區(qū))，煤
粉、焦炭和氣化劑在這里混合并進(jìn)行反應(yīng)，理論燃燒
溫度高達(dá)2000 C左右，煤粉瞬間氣化，焦炭由于還保
持著較大的粒度，消耗過(guò)程慢的多。只有一部分焦炭
可到達(dá)風(fēng)口循環(huán)區(qū)，其余的發(fā)生了碳的溶損反應(yīng)和
向鐵水滲碳反應(yīng)。
在風(fēng)口回旋區(qū)產(chǎn)生的高溫煤氣主要成分為
CO、H 和N 上升過(guò)程中部分CO和H 會(huì)對(duì)礦石進(jìn)
行還原反應(yīng)，產(chǎn)生的CO。又可能和焦炭發(fā)生氣化反
應(yīng)，因此上升中煤氣的溫度、成分和流量會(huì)不斷變
化，最終形成爐頂煤氣 高爐煤氣成分和流量沿軸向
的變化規(guī)律如圖l所示。
傳統(tǒng)高爐操作目標(biāo)是不斷提高產(chǎn)鐵效率和降低
含碳物質(zhì)消耗，而產(chǎn)生的煤氣未得到充分重視，為了
降低能量消耗，其操作方針是盡量提高爐身煤氣的
利用率，也就是盡量多地利用煤氣化學(xué)能。高爐容積
越大、生產(chǎn)指標(biāo)越好，產(chǎn)生的煤氣越貧瘠。因此，目前
的高爐難以把產(chǎn)鐵功能和制造較高熱值煤氣統(tǒng)一起
來(lái)。
囝i 高爐縱剖面及煤氣成分和流量
沿軸向變化示意圖
高爐煤氣的主要特點(diǎn)包括
(1)由于用空氣作氣化劑，加之爐身的間接還
原的進(jìn)行，煤氣中含可燃成分較低，熱值為2510～
3542kJ／mⅡ“，屬于低發(fā)熱值煤氣。
(2)由于高爐渣的脫硫率達(dá)到90 以上，再加
上鐵水和爐塵的吸收，爐頂煤氣的含硫率非常低。一
* 收稿日期：2001—10—17
第一作者簡(jiǎn)介：尹建威(1963-)．男，工程師，在北京科技大學(xué)凄在職博士，主要從事高爐煉鐵工藝開發(fā)和高溫除塵的研
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28 燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù) 第1 5卷
般也很少含其它有害成分。
(3)煤氣初溫一般小于300‘C．遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于并流床
和流化床造氣工藝
2 高爐煤氣燃燒發(fā)電現(xiàn)狀
過(guò)去高爐煤氣除高爐熱風(fēng)爐自用一部分外
(40 ～jO )，主要用于動(dòng)力鍋爐，在高溫加熱爐等
爐窯上用的很少 使用方法是純燒的少一摻燒的多，
主燒的少，輔燒的多 利用狀況不盡人意一放散率居
高不下，壘國(guó)重點(diǎn)企業(yè)為13 ，地方骨干企業(yè)為
17
近些年來(lái)純燒高爐煤氣發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用方興來(lái)
艾，開辟了高爐煤氣合理利用的新思路 由于獨(dú)立鐵
廠熱用戶少，高爐煤氣放散嚴(yán)重。此外，獨(dú)立鐵廠一
般裝備中小型高爐，能耗明顯高于大型高爐，煤氣利
用率差，產(chǎn)生的煤氣熱值高，所以．純燒高爐煤氣發(fā)
電是從獨(dú)立鐵廠開始的，逐步發(fā)展到大中型鋼鐵企
業(yè)。從參燒到純燒．鍋爐容量也是從小到大 僅河北
省已建成并投人使用的發(fā)電機(jī)組就有70．5MW ，每
年的直接經(jīng)濟(jì)效益就達(dá)到1．27億元 J 江蘇、四川、
河南等一些獨(dú)立鐵廠也建起了利用高爐放散煤氣的
小發(fā)電廠．已收到可喜的效果 首鋼已建成容量達(dá)
220t／h純燒高爐煤氣的鍋爐，帶動(dòng)5o0ookW 發(fā)電
機(jī) ：。
把高爐煤氣作為鍋爐的燃料，產(chǎn)生蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)
汽輪機(jī)發(fā)電，其熱效率只有25 左右 ]。高爐煤氣燃
燒發(fā)電的趨勢(shì)是采用燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)。高爐煤氣燃?xì)?
輪機(jī)的發(fā)展是從本世紀(jì)中葉開始的，從瑞士BB【 公
司制造第一臺(tái)高爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)到go年代，單機(jī)功
率已發(fā)展到1 25MW 。目前高爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循
環(huán)的熱效率最高達(dá)到46 ．已接近天然氣和柴油為
燃料的相近型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)臺(tái)循環(huán)水平。上海寶
鋼三期引進(jìn)了出力1 50MW 以高爐煤氣為燃燒氣的
聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組 ]，該機(jī)紐由ABB公司提供，年
利用高爐煤氣25+44a m ，熱效率達(dá)到45 以上
3 氧氣高爐的造氣優(yōu)勢(shì)
最早的氧氣高爐流程在1 978年由德國(guó)人Fink
提出一 ，其主要特征是采用全氧鼓風(fēng)和超高量噴煤
操作，為解決爐身煤氣流量不足的問(wèn)瑟，增設(shè)了爐頂
煤氣循環(huán)工藝，由于采用常溫鼓風(fēng)．熱風(fēng)爐被取消。
日本NKK公司于1986年首次完成氧氣高爐的半工
業(yè)試驗(yàn) ]，證明了氧氣高爐的可行性。氧氣高爐的初
衷是強(qiáng)化冶煉，但是，其更大的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在能量轉(zhuǎn)換
上。
由于氧氣高爐爐身煤氣不含N ，煤氣還原能力
增強(qiáng)，含鐵原料在離開塊狀區(qū)時(shí)已經(jīng)達(dá)到很高的金
屬化率，初渣減少，高爐順利和強(qiáng)化冶煉的限制環(huán)節(jié)
— — 軟熔帶變薄甚至消失，因此，氧氣高爐的煉鐵效
率會(huì)顯著提高；與此同時(shí)，爐頂煤氣的熱值將成倍增
加．計(jì)算表明，采用95 o 的鼓風(fēng)操作時(shí)，爐頂煤氣
的熱值可以超過(guò)8000kJ／m。，屬中發(fā)熱值煤氣 表1
為不同造氣工藝的比較。
表l 不同造氣二藝煤氣戰(zhàn)舟比款(干基)
氣化(藝 竺蘭 竺! 蘭 氣化劑
co co2 Ha Nz
昔通高爐
氧氣高爐
魯奇堞氣化I藝
Shell煤氣化工藝
博士古氣化工藝
22．8
5O 6
l 5～ l 6
65 3
l 9 2 58 空 氣
22{ 23 4 3 2 氧氣9s
14～16 24～25 40～4：t 空氣 水蒸汽
0 2 6．5 日 氧氣95 ，水蒸汽
l0 30 1 氧氣、水
圖2為鼓風(fēng)含氧量對(duì)煤氣熱值的影響規(guī)律，和其
它氣化工藝相似，高爐的煤氣熱值主要取決于采用
氣化劑的成分 由于取消了熱風(fēng)爐，雖然增設(shè)了爐頂
煤氣循環(huán)工藝，外供煤氣的數(shù)量還是明顯增加。圖3
為循環(huán)煤氣改值率和溫度對(duì)循環(huán)煤氣量的影響。由
于爐身煤氣量變化不大，外供煤氣數(shù)量主要由煤氣
循環(huán)制度決定。外供煤氣量隨循環(huán)煤氣量的增加而
線性減少。
I目
王
V
翌
圖2 鼓風(fēng)含氧量對(duì)爐頂煤氣熱值的影響
氧氣高爐的焦炭消耗量可以減少到三分之
一
。煉焦廠是鋼鐵工業(yè)的重污染源之一，因此，減
少焦炭用量不僅可節(jié)約寶貴的煉焦煤資源，而且有
利于環(huán)境。
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第l期 尹建威等：高爐煤氣燃燒的現(xiàn)狀和展望 29
圖3 溫度和改值率對(duì)循環(huán)煤氣量的影響
4 氧氣高爐一聯(lián)合循環(huán)(OBF—cc)煉
鐵發(fā)電流程
煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(1Gcc)具有高效、清潔的
優(yōu)勢(shì)，被看成是未來(lái)的燃煤發(fā)電技術(shù)。1 984年美國(guó)在
加州Daggett建成了世界上第一個(gè)正式長(zhǎng)期運(yùn)行成
功的IGCC電站，Cool Water電站口 ．現(xiàn)在煤氣化
聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)已經(jīng)形成一定的商業(yè)規(guī)模。已
經(jīng)運(yùn)行的商業(yè)示范IGCC電站表明．建有獨(dú)立煤氣
化島的IGCC系統(tǒng)其發(fā)電戚本明顯高于傳統(tǒng)燃煤電
站，難以和傳統(tǒng)的燃煤電廠全面競(jìng)爭(zhēng)?？梢哉f(shuō)目前的
煤氣化技術(shù)難以滿足1GCC發(fā)電流程的要求。
增壓機(jī)
圖4 氧氣高爐一聯(lián)臺(tái)循環(huán)(OBF—CC)流程
IGCC技術(shù)的最新動(dòng)向是從煤的應(yīng)用向其他燃
料如垃圾、生物質(zhì)特別是煉油廠的重質(zhì)殘油、瀝青等
實(shí)施了轉(zhuǎn)移，可形成發(fā)電／I藝蒸汽／化工產(chǎn)品多聯(lián)
產(chǎn)的無(wú)公害新型企業(yè)_1 ”]。此外，采用非專有造氣
單元的IGCC發(fā)電方案也被嘗試，美國(guó)準(zhǔn)備在猶他
州的Vineyard(Geneva鋼鐵公司的礦山)擬建
COREX熔融還原煉鐵流程和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電相聯(lián)合
的示范項(xiàng)目 ” 。文中作者提出了氧氣高爐聯(lián)合循環(huán)
發(fā)電煉鐵(OBF CC)流程，和傳統(tǒng)的IGCC流程比較
有很多優(yōu)勢(shì)：
(1)和煉鐵流程共用高爐設(shè)備，建設(shè)和維護(hù)費(fèi)
用大大降低，在煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)流程
中，煤氣化部分的投資占總投資的42 ～47 。?。
(2)運(yùn)行可靠，現(xiàn)代高爐技術(shù)經(jīng)過(guò)上百年的演
化發(fā)展，已經(jīng)非常完善．這是其它造氣技術(shù)所不能比
擬的
(3)可以選擇的煤種較多，可以噴吹無(wú)煙煤也
可以噴吹煙煤。可以噴粉煤，也可以噴粒煤。
(4)氧氣高爐煤氣不含有害氣體，因此，可以省
去脫硫和其他有害成分的工藝。
(5)氧氣高爐爐頂煤氣的溫度較低，含可凝聚
成分很少。因此，氧氣高爐采用高溫除塵工藝的難度
大大降低，造氣單元和發(fā)電單元的容易連接。
(6)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)本身也是用電大戶，一般都
有自備電廠，很大一部分發(fā)電量可以就地消化
氧氣高爐聯(lián)合循環(huán)(OBF—CC)煉鐵發(fā)電工藝一
可實(shí)現(xiàn)能量的梯度利用，氧氣高爐作為流程的造氣
單元．在其風(fēng)口回旋區(qū)生戚以C0和H 為主要成分
的高溫煤氣，其大部分的顯熱和高位化學(xué)能會(huì)在爐
身的還原反應(yīng)中消耗掉，爐頂煤氣中剩余的化學(xué)能
量會(huì)在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中完全轉(zhuǎn)化，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)
電產(chǎn)生的高溫廢氣又可生成高溫、高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸
汽輪機(jī)做功發(fā)電。因此，氧氣高爐聯(lián)合循環(huán)煉鐵發(fā)電
流程(OBF—CC)將成為高效率的能量轉(zhuǎn)換和脫硫裝
置。
氧氣價(jià)格偏高一直是阻礙高爐大量用氧的限制
囡素，如果將聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝和空分制氧工藝進(jìn)
行聯(lián)合設(shè)計(jì)，空分設(shè)備所需分離的壓縮空氣可直接
從燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)中抽取，空分制氧產(chǎn)生的N 可
以返回到燃?xì)廨啓C(jī)中去參加做功(N：回注)，由此可
見，通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)可明顯降低制氧成本。
計(jì)算表明，規(guī)模為每年300萬(wàn)噸鐵的OBF—CC
流程每天可產(chǎn)生中熱值煤氣10．96×10 s1711：，發(fā)電功
率可達(dá)到645MW 。
5 結(jié)語(yǔ)
高爐煤氣燃燒發(fā)電技術(shù)在中大、中、小高爐上都
得到成功應(yīng)用，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。但
是，高爐煤氣熱值偏低，特別是隨著 (下轉(zhuǎn)第6頁(yè))
蚤鬃
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一
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燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù) 第15@-
卣介
袁新【1 056-) 男，71．學(xué)博士，清華大
學(xué)教授．博士生導(dǎo)師，
i982年畢業(yè)于精華大學(xué)熱能工程系
燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)，1085和198B年井別獲精
華大學(xué)熱力葉輪機(jī)械專業(yè)砸士和博士學(xué)
位。后留枝任教。i990至i99 5年應(yīng)邀赴日
豐東北大學(xué)工作，i995年回國(guó)，現(xiàn)任清華
大學(xué)熱能工程系動(dòng)力機(jī)械與工程研究所
所長(zhǎng)，中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)熱機(jī)氣動(dòng)熱
力學(xué)分科學(xué)會(huì)副主任，北京工程熱物理
學(xué)會(huì)理事．f燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)》雜志塘輯委
員臺(tái)委員，A1AA會(huì)員．日本數(shù)值流體力學(xué)會(huì)委員．國(guó)防科工委航空
動(dòng)力項(xiàng)目專家委員告委員，清華大學(xué)《動(dòng)力工程匣工程搏鉚理》學(xué)位
分委員會(huì)委員，清華大學(xué)熱能工程系學(xué)術(shù)委員會(huì)委員等。
長(zhǎng)期從事葉輪機(jī)槭氣動(dòng)熱力學(xué)與計(jì)算流體力學(xué)的研究與應(yīng)用．
系統(tǒng)地提出了一整套獨(dú)具特乜的高精度、高分辯率、高收斂率的非定
常全三維粘性漉動(dòng)分析方法和基于流固耦合理論的流體馓拒分析方
法，并研發(fā)丁 有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、程序可靠的葉輪機(jī)械流場(chǎng)特性丹析
軟件 先后在國(guó)際，國(guó)內(nèi)棱心期刊匣國(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文60余篇，其
中被SCI、Ei、ISTP收錄13篇。曾蕕得過(guò)國(guó)家教委科拄進(jìn)步二等婪、
日本燃?xì)廨啓C(jī)學(xué)會(huì)獎(jiǎng)。
Analysis of three—dimensional flow fields
in turbomachinery based on cluster computer
YUAN Xin，I IN Zhi rong
(Tsinghua University，Beijing】00084．China)
this paper-signifieanee and feasibiIi ry of passage design in tu rbomach ne ry based on duster computer a re dis—
irticu[ar analytic method for three—d{mensional viscous flow in turb0 hi v based on cluster of personal㈨】
l e“ proposed；we have developed relevant software for (hermo—nⅥ av~a／ysis~e[ating ∞ turbomachineTy These
t software package be used to~olve the large—scale flow problems in turbomachinery by pe rsonal computer re
affer favorable base for three—dimensional optimization design of turbomach LⅢ v authentically．
mrbomachinery；three—dimensional flow1paralIe[computat{on；duster computer
》頁(yè))高爐冶煉技術(shù)的進(jìn)步呈下降趨勢(shì)，限
某氣燃燒發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。高爐全氧鼓風(fēng)
吏其在冶煉和造氣兩方面都得到優(yōu)化。氧
合循環(huán)(OBF CC)流程能充分發(fā)揮氧氣
轉(zhuǎn)換和脫硫的優(yōu)勢(shì)．有希望成為有競(jìng)爭(zhēng)
r-段。高爐煤氣燃燒發(fā)電是一項(xiàng)綜合技術(shù)，
業(yè)的科研人員特別是冶金和電力專家們
F才能使其不斷取得進(jìn)步
氣燃?xì)廨啓C(jī) 力過(guò)程的計(jì)算 ]煤氣與熱力，1996．1 6
爐煤氣的合理使用與節(jié)能潛力cJ]．冶盤能源．1999，18
文林．河北省高爐煤氣發(fā)l氈工gRIN宴踐和探討口]冶
S6，15(5】：94—57．
爐煤氣發(fā)電項(xiàng)目的評(píng)價(jià)方{擊皿推廣前景cJ] 中國(guó)能
3)：9—11．
爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電—— 利用高爐 氣得好形式_j]
．2000 (1)：33-35．
C6]蔣蘇生燃用商爐煤氣的i 5OMW 睚臺(tái)循環(huán)發(fā)電機(jī)組[j]．華東電
力．199 6，(7)：91—25．
[7]秦民生，高征鎧．王冠倫高爐壘氧鼓風(fēng)揖作的研究CJ]鋼鐵，
l§8 7．22(12) i-4
[8]Hideyuki Yamaoka．Yasuo Kamei．Experimental seedy? n
oxygen biast furnace pre~ess USing a small test plant[J：．IsIJ
Internalional，1992，32(6)：709～ 715
：g]Mingsheng Qin·Zhengkai Gao．Guanlum Wang and Yuting
ZhanR Blast f~rnace operalion with fu[I oxygen blast二J：．Iron
making＆ Steelmaking，l9B8，1 5【6)287-292．
[101701{}I{林，閆安民，李冠花．等骷煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)筮其發(fā)展前
景：J]潔睜堞技術(shù)．2000。5(3)：d1—47
[11：王震華從眈美兩個(gè)氣化會(huì)議看1GCC的新進(jìn)展_j：．燃?xì)廨啓C(jī)
技術(shù)．2000，l3(4)：17 22．
12：Victot"de Biasi．Gas{fication On tt"ack to tur probI fuelsil nIt o
electt"ic power and products[J] Gas Turbine World 199g．舯
(6)：12-22．
[13]椽掘剮美國(guó)潔凈煤技術(shù)項(xiàng)目中的1GCCEJ]．潔凈煤拄術(shù)，1995，
(2)一52—56
14：焦樹建．整體煤氣化燃?xì)庖徽羝?lián)臺(tái)循環(huán)(IGCC)[M 北京：中
國(guó)電力出版杜，1 996．

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