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提高鋼鐵企業(yè)煤氣綜合利用降低煤氣放散的探討

文檔作者：李雨文檔來源：中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月11日
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V01．30 No．2
Mfly．20II
冶金能源
ENERGY F0R METALLURGICAL INDUsTRY 3
提高鋼鐵企業(yè)煤氣綜合利用降低煤氣放散的探討
李 雨
(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司)
摘要針對鋼鐵企業(yè)出現(xiàn)的煤氣放散現(xiàn)象，根據(jù)不同煤氣的特點(diǎn)，探討了副產(chǎn)煤氣的利用
途徑。并分析了通過煤氣資源優(yōu)化使用，充分發(fā)揮緩沖用戶(裝置)作用和先進(jìn)的能源管理
與控制技術(shù)來降低煤氣放散的可能。
關(guān)鍵詞煤氣利用平衡放散
Investigation of improving comprehensive utilization of gas
and reducing gas discharging
Lj Yu
(CISDt Engineering Co．，Ltd．)
Abstract Aiming at gas discharging in the iron and steel enterprises，depending on the characteristics
of gas，discussed the utilization of by—product of gas．And also analyzed the reducing gas discharging
throush optimal usage of gas resources，giving full roles tO buffer user(device)and advanced energy
management and control techniques．
Keywords gas utilization balance discharging
鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是我國
能源資源消耗和污染排放的重點(diǎn)行業(yè)。2009年，
全國鋼鐵工業(yè)能源消耗約占全國總能耗的
16．1％ 、工業(yè)總能耗的23％。高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣
放散率分別達(dá)到6％和10％ 1。
伴隨著煉焦、煉鐵、煉鋼的生產(chǎn)過程，副產(chǎn)
的高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣是鋼鐵生產(chǎn)的
主要燃料來源，約占鋼鐵企業(yè)能源總收入的
30％ ～40％。煤氣是一種清潔燃料，也是難以儲
存的氣體。充分有效地利用鋼鐵企業(yè)的副產(chǎn)煤
氣，提高煤氣綜合利用率，降低煤氣大量放散現(xiàn)
象，可以增加經(jīng)濟(jì)效益，減少對自然資源的需
求，削減鋼鐵企業(yè)廢氣的排放量，改善企業(yè)對周
邊環(huán)境的影響。
收稿日期：2010—09—06
李雨(1978一 )，碩士／工程師；401 122 重慶市渝北區(qū)。
1 提高煤氣綜合利用率
1．1 高爐煤氣
高爐煤氣發(fā)熱量較低，燃燒溫度亦較低，壓
力波動(dòng)大，并且在鋼鐵企業(yè)內(nèi)產(chǎn)生量大，是首先
放散的對象。蓄熱式燃燒技術(shù)、燃?xì)庹羝?lián)合循
環(huán)發(fā)電和富化等技術(shù)的研究和應(yīng)用，為高爐煤氣
的綜合利用提供了很好的途徑。
(1)蓄熱式燃燒技術(shù)
蓄熱式燃燒技術(shù)是21世紀(jì)最具有發(fā)展?jié)摿?
的節(jié)能、環(huán)保技術(shù)之一。蓄熱式加熱爐通過蓄熱
體回收煙氣余熱并將燃燒介質(zhì)預(yù)熱到較高溫度
(800—1100℃)，同時(shí)，在燃燒過程中通過燃燒
介質(zhì)的射流、卷吸煙氣而實(shí)現(xiàn)高溫貧氧燃燒，顯
著降低燃燒過程中的NO 濃度。目前蓄熱式燃燒
作為成熟技術(shù)在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用 】。
(2)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電(CCPP)
高爐煤氣、脫硫焦?fàn)t煤氣混合，經(jīng)煤氣壓縮
4
冶金能源
ENERGY FOR ME I'ALLURGICAL INDUSTRY
V01．30 No．2
Mat．2011
機(jī)壓縮。與燃燒室內(nèi)的空氣混合燃燒，生成高
溫、高壓的煙氣，經(jīng)燃?xì)馔钙綑C(jī)膨脹做功，推動(dòng)
燃?xì)馔钙綆?dòng)壓縮機(jī)和外部負(fù)荷高速旋轉(zhuǎn)，從燃
氣透平中排出的乏氣引至余熱鍋爐，產(chǎn)生高溫、
高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，與燃?xì)馔钙揭黄饚?dòng)發(fā)電
機(jī)發(fā)電。
與常規(guī)鍋爐發(fā)電機(jī)組相比，CCPP熱電轉(zhuǎn)換
效率提高近l0個(gè)百分點(diǎn)，可達(dá)45％以上，發(fā)電
成本大為降低，節(jié)能效果顯著，并有較好的經(jīng)濟(jì)
效益和環(huán)境效益。目前，CCPP在國內(nèi)多個(gè)鋼鐵
廠成功應(yīng)用。
CCPP有相當(dāng)大的操作彈性(50％ ～110％
的范圍)，且CCPP的啟動(dòng)與停運(yùn)也比較靈活，
所以有緩沖煤氣的能力，或者說對煤氣量的波動(dòng)
有相當(dāng)?shù)倪m應(yīng)性。但另一方面，因CCPP投資
高，運(yùn)行效率高，工廠要獲取經(jīng)濟(jì)效益都會盡量
維持CCPP全負(fù)荷運(yùn)行，CCPP的緩沖能力不能
很好的發(fā)揮，所以工廠在安排CCPP作緩沖用戶
的同時(shí)，最好還有其它的煤氣緩沖用戶，如常規(guī)
鍋爐等。
(3)高爐煤氣富化技術(shù)
高爐煤氣有效燃燒成分主要為CO，約占
25％。若將高爐煤氣脫除部分CO 和N ，使CO
富集到60％ 一80％ ，熱值就能達(dá)到7570～
lO090kJ／m ，用這樣的煤氣來頂替焦?fàn)t煤氣、混
合煤氣或外購能源，如天然氣、液化石油氣、重
油等，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。高爐煤氣富
化，可以采用變壓吸附技術(shù)或膜分離技術(shù)。
使用高爐煤氣富化技術(shù)要求鋼鐵企業(yè)高爐煤
氣剩余量來源可靠，且有煤氣柜作富化裝置運(yùn)行
可靠性的保證。高爐煤氣富化需要綜合比較該廠
其它燃料，如焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣、
天然氣或者重油價(jià)格，以及充分考慮裝置運(yùn)行的
電費(fèi)及原料氣高爐煤氣的價(jià)格等信息，來確定富
化裝置的可行性。
1．2 焦?fàn)t煤氣
焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量相對穩(wěn)定，各種參數(shù)波動(dòng)小，
熱值高，毒性小。前面述及的蓄熱式燃燒技術(shù)不
僅大幅度降低了煤氣消耗，而且省出了焦?fàn)t煤
氣，可為焦?fàn)t煤氣深加工提供充足的原料。
(1)焦?fàn)t煤氣制氫
焦?fàn)t煤氣中H：約占60％，是非常好的制氫
原料氣。采用焦?fàn)t煤氣制氫，只需按現(xiàn)有煤氣處
理工藝將其中的有害雜質(zhì)去除，即可通過變壓吸
附等技術(shù)提取出滿足工藝需要的高純度(可達(dá)
99．999％)的氫氣。氫氣現(xiàn)在主要應(yīng)用在冷軋
保護(hù)氣和連鑄火焰切割機(jī)燃料。提純氫氣后，煤
氣的平均熱值反而一h升了約6o％ ，這不僅大大
減少了爐內(nèi)因氫氣直接燃燒使得大量蒸汽潛熱被
煙氣帶走而造成的能量損失，還解決了鍋爐尾部
煙道因蒸汽分壓過高而結(jié)露的問題。目前，我國
用變壓吸附方法從焦?fàn)t煤氣中提氫技術(shù)已相當(dāng)成
熟，在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。
(2)焦?fàn)t煤氣制甲醇
焦?fàn)t煤氣中含CH 約25％ ，通過適當(dāng)?shù)奶?
理，可以轉(zhuǎn)化成合成氣，通過合成氣可以生產(chǎn)甲
醇，與天然氣和煤氣化制甲醇相比，焦?fàn)t煤氣制
甲醇生產(chǎn)成本較低。國內(nèi)焦?fàn)t煤氣制甲醇技術(shù)十
分成熟 J，普遍采用成熟的氣相低壓合成工藝。
(3)焦?fàn)t煤氣直接還原鐵(DRI)
焦?fàn)t煤氣經(jīng)過加氧熱裂解，可將焦?fàn)t煤氣中
的甲烷熱解成還原性氣體H 和CO，這樣焦?fàn)t
煤氣中的主要成分就變成H 和CO，所占比例
約為70％和25％ 。它可以用于氣基豎爐生產(chǎn)海
綿鐵，可以大大降低煉焦煤和焦炭的消耗，是焦
爐煤氣綜合利用的重要途徑。DRI生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)
非常成熟，可以獲得成倍高于焦?fàn)t煤氣發(fā)電的經(jīng)
濟(jì)效益。目前我國直接還原鐵產(chǎn)量僅占全國生鐵
產(chǎn)量的0．2％ ，推廣焦?fàn)t煤氣直接還原鐵技術(shù)有
著廣泛的市場前景。
1．3 轉(zhuǎn)爐煤氣
轉(zhuǎn)爐煤氣危險(xiǎn)性大、熱值不穩(wěn)定，用戶較
少。同時(shí)隨著控制和操作水平的提高，轉(zhuǎn)爐煤氣
噸鋼回收量從原來的很低甚至不回收，到現(xiàn)在最
高可達(dá)120m。／t。轉(zhuǎn)爐煤氣的利用問題日漸突
出。
(1)擴(kuò)展轉(zhuǎn)爐煤氣用戶
轉(zhuǎn)爐煤氣回收后不加以使用，等于異地放
散，因此還須擴(kuò)展轉(zhuǎn)爐煤氣新用戶。由于轉(zhuǎn)爐煤
氣熱值介于高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣之間，可以把原
有的混合煤氣用戶改換轉(zhuǎn)爐煤氣用戶。比如轉(zhuǎn)爐
煤氣可用作石灰窯的燃料、板坯加熱等。通過開
發(fā)轉(zhuǎn)爐煤氣純燒和摻燒用戶，加大轉(zhuǎn)爐煤氣回收
和利用，才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣資源的合理使用。
V0l_30 No．2
lYlar．201l
冶 金能源
ENERGY FOR METAIJLURGICAL INDUsTRY 5
(2)轉(zhuǎn)爐煤氣深加工
轉(zhuǎn)爐煤氣中CO約占60％ ，是一種優(yōu)質(zhì)的化
工原料。國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)已經(jīng)開始研究轉(zhuǎn)爐煤氣
用于甲酸等化工產(chǎn)品的生產(chǎn) j。某鋼鐵企業(yè)也
在2002年著手研究利用轉(zhuǎn)爐煤氣制取(30后生
產(chǎn)羰基鐵粉的工藝。羰基鐵粉是由海綿鐵與一氧
化碳反應(yīng)得到五羰基鐵，然后再熱分解得到不含
有害雜質(zhì)、純度高、粒度細(xì)、活性大、具有高分
散性等性能獨(dú)特的純鐵。羰基鐵粉的應(yīng)用領(lǐng)域非
常廣闊，在電子、冶金、機(jī)械、化工、食品、醫(yī)藥、
兵器、國防軍事等領(lǐng)域享有難以取代的地位。
2 降低煤氣放散
2．1 煤氣資源優(yōu)化使用
由于副產(chǎn)煤氣資源特性的不同，在鋼鐵企業(yè)
內(nèi)部生產(chǎn)用戶使用和分配上，也存在著合理利用
和最優(yōu)化的問題。各種用能設(shè)備通常有多種燃料
可選擇使用，例如加熱爐可以燃燒高爐煤氣，也
可燃燒高焦混合煤氣，甚至可以直接燃燒轉(zhuǎn)爐煤
氣，因此高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐、混合煤氣等都是鋼
鐵企業(yè)可選燃料。所以，在能源可替換的情況
下，企業(yè)燃料系統(tǒng)存在能源的合理分配問題。在
煤氣的合理利用上，一般要考慮鋼產(chǎn)量最大化的
要求，然后考慮煤氣用戶對煤氣特性的各種要
求。長期以來，鋼鐵企業(yè)對于副產(chǎn)煤氣資源的使
用一直是粗放型的，基本上是設(shè)備用戶能用熱值
高的就用熱值高的，能使用多少就使用多少，用
不了的就放散。這就造成了煤氣資源使用的不平
衡性、不合理性，出現(xiàn)了焦?fàn)t煤氣和部分區(qū)域高
爐煤氣不足，而轉(zhuǎn)爐煤氣回收后無用戶又放散。
在用氣設(shè)備能適應(yīng)不同種類煤氣的情況下，
可充分考慮用戶互換不同種類煤氣，當(dāng)某種煤氣
出現(xiàn)不平衡時(shí)，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)劑互換。煤氣
資源優(yōu)化使用的另一途徑是煤氣供配區(qū)域的協(xié)
作，即加強(qiáng)鋼鐵企業(yè)與民用煤氣工程或化工廠等
有氣源單位問的協(xié)作。當(dāng)煤氣用戶較多時(shí)，各用
量之間“此消彼長”，有利于達(dá)到煤氣產(chǎn)需量之
間的動(dòng)態(tài)平衡。
2．2 充分發(fā)揮緩沖用戶(裝置)的作用
鋼鐵企業(yè)煤氣產(chǎn)需平衡不是簡單的靜態(tài)平
衡，還需考慮到產(chǎn)需的動(dòng)態(tài)平衡。這既要考慮到
高爐休風(fēng)、轉(zhuǎn)爐停產(chǎn)對用戶的影響，又要考慮到
煤氣用戶的設(shè)備檢修和事故對煤氣平衡的影響，
因此需要設(shè)置緩沖用戶(裝置)。鋼鐵企業(yè)煤氣
緩沖用戶一般是鍋爐，煤氣緩沖裝置是煤氣拒。
必須用動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)和方法，根據(jù)煤氣資源的數(shù)量、
熱值和用戶需求，科學(xué)地設(shè)計(jì)煤氣柜的容量、鍋爐
摻燒煤氣的緩沖量，盡量降低剩余煤氣放散。
煤氣柜有穩(wěn)定管網(wǎng)壓力，調(diào)節(jié)發(fā)生量與供給
量之間的不平衡，吸收短時(shí)間內(nèi)流量波動(dòng)的作
用。由于受到煤氣柜活塞速度的影響，一定直徑
下的煤氣柜吞Ⅱ土量是有限的，因此煤氣柜的容量
在滿足投資、占地等條件的前提下盡量考慮大些
更優(yōu)。而煤氣在緩沖鍋爐中不僅燃燒效率低于專
門使用煤氣的設(shè)施，且大多頂替的是低品位的動(dòng)
力煤，煤氣的使用價(jià)值沒有充分體現(xiàn)，所以供入
緩沖用戶的煤氣應(yīng)在滿足煤氣平衡需要的前提下
減至最小。
2．3 能源管理和控制技術(shù)
用靜態(tài)平衡的觀點(diǎn)和方法，計(jì)劃、管理、調(diào)
控煤氣的生產(chǎn)與使用是不科學(xué)的，必須用“動(dòng)
態(tài)非平衡” 的觀點(diǎn)和方法來管理和調(diào)控。比如
制定合理的氣源廠、煤氣輸配部門和煤氣用戶的
開停計(jì)劃，用戶檢修計(jì)劃，生產(chǎn)作業(yè)線交接班制
度?？茖W(xué)管理煤氣，可以避免煤氣集中使用或放
散?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)準(zhǔn)確地監(jiān)控各煤氣
用氣設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整各項(xiàng)工藝
參數(shù)，促進(jìn)生產(chǎn)的穩(wěn)定、協(xié)調(diào)和優(yōu)化?？梢酝ㄟ^
煤氣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真對煤氣的產(chǎn)生、使用、存儲等
做進(jìn)一步的動(dòng)態(tài)建模，以支持更詳細(xì)的煤氣研
究、分析和優(yōu)化。
某鋼鐵企業(yè)于2006年設(shè)計(jì)了一個(gè)煤氣平衡
認(rèn)證分析系統(tǒng)，系統(tǒng)由消耗預(yù)測、平衡認(rèn)證、虛
擬儀表、Web發(fā)布等模塊組成，具有用戶煤氣
消耗預(yù)測、煤氣計(jì)量自動(dòng)平衡、儀表遠(yuǎn)程校準(zhǔn)、
煤氣數(shù)據(jù)Web發(fā)布等功能。系統(tǒng)的運(yùn)行減少了
煤氣計(jì)量系統(tǒng)的誤差，自動(dòng)平衡認(rèn)證了煤氣的發(fā)
生量與消耗量 。
3 結(jié)論
(1)鋼鐵企業(yè)可以充分利用副產(chǎn)煤氣，節(jié)
約能源，減少污染，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好
型企業(yè)。
(下轉(zhuǎn)第l7頁)
Vo1．30 No。2
Male．20Il
冶 金能源
ENERGY F'0R ME n LI URGICAL INDUSTRY i 7
圖8 熔池混勻時(shí)間與槍啦之間的關(guān)(D／H=5．2)
圖8為熔池徑深比D／H=5．2的條件下，熔
池混勻時(shí)間與槍位之間的關(guān)系?？梢?，噴孔傾角
為l3。和l7。時(shí)，熔池混勻時(shí)間隨槍位呈先增大
后減小的趨勢；而噴孔傾角為24。時(shí)，熔池混勻
時(shí)間隨槍位升高而逐漸減小，其對應(yīng)最短混勻時(shí)
間出現(xiàn)在槍位為105mm處，混勻時(shí)間為16s。由
此可見，適當(dāng)增大噴孔角度和熔池直徑，有利于
增加射流在水平方向的速度分量，增加氣液接觸
面面積，提高射流對熔池的攪拌效果。
3 結(jié)論
(1)槍位升高時(shí)，射流沖擊深度減小，熔
池凹坑直徑增大。熔池噴濺量受氧槍噴孔類型影
響較大，噴孔傾角為24。時(shí)熔池噴濺量最小。
(2)噴孔傾角增加，熔池最佳混勻時(shí)問所
對應(yīng)的熔池沖擊深度減小。噴孔傾角為l3。和
l7。時(shí)，其最佳混勻時(shí)問對應(yīng)的熔池沖擊深度比
為32％ ～50％；噴孔傾角為24。時(shí)，其最佳混勻
時(shí)間對應(yīng)的熔池沖擊深度比為21％ 一27％。
(3)增大氣體流量時(shí)，射流沖擊深度和熔
池噴濺量增大，熔池混勻時(shí)間減小。噴孔傾角為
24。的氧槍對應(yīng)噴濺量一直處于較低水平，其混
勻時(shí)間隨氣體流量變化相對較小。
(4)適當(dāng)增加熔池徑深比和噴孔傾角，有
利于改善熔池?cái)嚢栊Ч?
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趙艷編輯
(上接第5頁)
(2)完善和優(yōu)化煤氣系統(tǒng)的配套設(shè)施，加
大緩沖裝置(用戶)的調(diào)節(jié)功能，采用先進(jìn)的能源
管理和控制技術(shù)是有效降低煤氣放散的措施。
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趙艷編輯

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