冶金業(yè)高爐煤氣運(yùn)用

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1高爐煤氣的特點(diǎn)

高爐煤氣是高爐煉鐵的副產(chǎn)品,煤氣成分以N2、CO2和CO為主,其特點(diǎn)是含塵量大、不易著火、燃燒不穩(wěn)定、熱值低,一般為3000~3800kJ/m3(見(jiàn)表1),產(chǎn)出波動(dòng)大,尤其是高爐休風(fēng)或發(fā)生待料的時(shí)候。高爐煤氣的主要用戶是高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t、電站鍋爐以及燃用高焦混合煤氣的軋鋼加熱爐等。由于高爐煤氣的熱值較低,一般企業(yè)在煤氣平衡不好時(shí)首先選擇放散高爐煤氣,因此高爐煤氣放散率一般作為衡量一個(gè)企業(yè)煤氣平衡措施和水平的標(biāo)志[1]。表2為近幾年我國(guó)重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣利用情況[2],由于煉鐵產(chǎn)能的增加,高爐煤氣產(chǎn)量逐年增多,高爐煤氣利用情況不容樂(lè)觀。

2高爐煤氣在鋼鐵廠的應(yīng)用

高爐煤氣因熱值低、含塵含水量大、壓力波動(dòng)大等因素在鋼鐵企業(yè)中難以適應(yīng)生產(chǎn)需要,大部分鋼鐵廠除高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t等用戶使用外,剩余的大量煤氣被白白地放散掉,但在先進(jìn)鋼鐵企業(yè),高爐煤氣除滿足生產(chǎn)設(shè)備的加熱外,很大一部分用于發(fā)電或產(chǎn)生蒸汽。表3為近幾年我國(guó)寶鋼高爐煤氣的利用情況,可以看出,高爐煤氣放散逐年減少,2004年寶鋼高爐煤氣有60.89%用于各種工業(yè)爐窯加熱,35.00%用于電站鍋爐發(fā)電,放散率僅為0.13%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平。日本新日鐵高爐煤氣43%用于各種工業(yè)爐窯加熱,57%用于發(fā)電;焦?fàn)t煤氣80%用于工業(yè)爐窯加熱,20%用于發(fā)電;轉(zhuǎn)爐煤氣64%用于工業(yè)爐窯加熱,36%用于發(fā)電。放散均為零,煤氣再利用率約為100%[3]。燒純高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術(shù)、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組和高溫蓄熱式燃燒技術(shù)的研制成功并在鋼鐵企業(yè)中的廣泛應(yīng)用,為高爐煤氣的有效利用提供了很好的途徑。如作為世界首臺(tái)大容量單燒低熱值高爐煤氣的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在寶鋼的建成,使寶鋼每年被放散約20余億m3高爐煤氣得到有效利用,不僅解決了大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的煤氣平衡問(wèn)題,而且對(duì)環(huán)境保護(hù)起到了積極的作用。

2.1純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術(shù)

鍋爐燃燒高爐煤氣,是鋼鐵企業(yè)中利用大量低熱值高爐煤氣進(jìn)行發(fā)電的一項(xiàng)新技術(shù),在不影響鍋爐安全運(yùn)行的情況下,可通過(guò)調(diào)整發(fā)電負(fù)荷來(lái)增減高爐煤氣的使用量,既有效地利用了高爐煤氣資源,作為緩沖用戶又能及時(shí)地調(diào)整煤氣管網(wǎng)的壓力波動(dòng)。首鋼應(yīng)用燒純高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術(shù)以來(lái),每年生產(chǎn)蒸汽57.6×104t,發(fā)電4320×104kW•h,節(jié)約17.6×104t標(biāo)準(zhǔn)煤,綜合年效益在4000萬(wàn)元以上。目前,國(guó)內(nèi)主要有杭州鍋爐廠、江西鍋爐廠、無(wú)錫鍋爐廠生產(chǎn)此類鍋爐,有130~220t/h高溫高壓電站鍋爐機(jī)組。此技術(shù)已在鞍鋼、馬鋼、武鋼、沙鋼、梅鋼、安鋼等企業(yè)廣泛使用。

2.2燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(CCPP)其工作原理是除塵后的低熱值煤氣(高爐煤氣)與空氣混合后在汽輪機(jī)的燃燒室燃燒,產(chǎn)生高溫高壓氣體推動(dòng)透平機(jī)組做功、發(fā)電;高溫氣體再進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽,推動(dòng)蒸汽輪機(jī)做功、發(fā)電。另外,富余的轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣也可供低熱值煤氣熱電聯(lián)供發(fā)電,進(jìn)行綜合利用,以提高發(fā)電效率。該技術(shù)是當(dāng)前世界上熱電轉(zhuǎn)換效率較高的用于鋼鐵行業(yè)副產(chǎn)煤氣發(fā)電的系統(tǒng),一般由高爐煤氣或混合煤氣供給系統(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,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10個(gè)百分點(diǎn),可達(dá)45%以上(見(jiàn)表4),使發(fā)電成本大為降低,具有顯著的節(jié)能效果、較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。目前在寶鋼、通鋼、濟(jì)鋼都已投入生產(chǎn),鞍鋼的CCPP也正在建設(shè),預(yù)計(jì)2007年可投入使用。

2.3高溫蓄熱室燃燒技術(shù)(HTAC)

高溫空氣蓄熱燃燒技術(shù)(HTAC)是一項(xiàng)全新的燃燒技術(shù),亦稱為無(wú)焰燃燒技術(shù),具有高效煙氣回收和高溫預(yù)熱空氣及節(jié)能效果十分明顯等多重優(yōu)越性。它的特征是煙氣熱量被最大限度地回收,實(shí)現(xiàn)了超高溫(助燃空氣被預(yù)熱到1000℃以上)、超貧氧濃度(燃料在低氧濃度)下燃燒,做到了燃料化學(xué)能的高效利用和燃燒產(chǎn)物的低NOx排放。它從根本上提高了加熱爐的能源利用率(熱效率提高了85%),既減少了鋼鐵企業(yè)富余高爐煤氣的放散,又節(jié)約了能源,是滿足當(dāng)前資源和環(huán)境要求的先進(jìn)技術(shù)。近幾年,蓄熱式火焰爐發(fā)展迅猛,我國(guó)已經(jīng)建成、投產(chǎn)或正在新建的蓄熱式火焰爐已達(dá)200多座。

3提高高爐煤氣利用的措施

低熱值高爐煤氣的特點(diǎn)是可燃成分低,燃燒不穩(wěn)定,燃燒溫度低,煙氣量大。火焰穩(wěn)定直接關(guān)系到燃燒的安全性,對(duì)低熱值煤氣一般都采用穩(wěn)定強(qiáng)化燃燒的措施,如富化高爐煤氣或采用換熱器對(duì)高爐煤氣和助燃空氣雙預(yù)熱等。

3.1富化高爐煤氣

煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的大量高爐煤氣也作為高爐熱風(fēng)爐的燃料使用,一般占到煤氣產(chǎn)量的40%左右。然而,隨著高爐入爐焦比的降低,高爐煤氣的熱值已降到3300kJ/m3以下[4],顯然,如果不采取其它附加措施,用此高爐煤氣獲得高風(fēng)溫是不大可能的。為了獲得高風(fēng)溫,國(guó)內(nèi)外基本上采用富化高爐煤氣的辦法,即摻燒一部分高熱值煤氣(如焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等)以獲得高風(fēng)溫。寶鋼2#高爐摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣、鞍鋼部分高爐摻燒焦?fàn)t煤氣均以獲得高風(fēng)溫來(lái)滿足生產(chǎn)。

3.2采取雙預(yù)熱,提高高爐煤氣利用率

在高爐煤氣不被預(yù)熱的條件下,很難滿足工業(yè)加熱要求,因而大量的高爐煤氣因無(wú)法使用被放散。如果對(duì)這些低熱值煤氣及其助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱,完全可以滿足工業(yè)加熱的高溫要求,這不僅可以節(jié)約大量的燃料,而且可以減少對(duì)大氣環(huán)境的污染,擴(kuò)大了低熱值煤氣的應(yīng)用范圍[5]。耗能設(shè)備(如加熱爐、熱處理爐等)的燃料利用系數(shù)指的是遺留于爐內(nèi)的熱量(有效熱與爐子熱損失的和)與供給爐子的燃料燃燒熱量之比,或在熱工設(shè)備中,物料得到的有效能和設(shè)備的熱損失之和與燃料的燃燒熱之比叫做燃料的利用系數(shù)[6]。可見(jiàn),燃料和空氣預(yù)熱,能夠提高燃料利用系數(shù),如果回收利用高溫?zé)煔膺M(jìn)行空氣和高爐煤氣預(yù)熱,則可提高高爐煤氣的利用系數(shù),使低熱值高爐煤氣得到更為廣泛的應(yīng)用。

4結(jié)論

(1)高爐煤氣是清潔的氣體燃料,在先進(jìn)鋼鐵企業(yè)全部被回收再利用,提高高爐煤氣利用率,優(yōu)化鋼鐵廠能源結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)煤氣的零排放是節(jié)能的方向之一。

(2)高爐煤氣除作為加熱燃料供鋼鐵廠使用外,還能用于發(fā)電等其它用途,利用好這部分副產(chǎn)能源不僅能降低企業(yè)的能源消耗,還將改善鋼鐵企業(yè)對(duì)周邊環(huán)境的污染。

(3)通過(guò)高爐煤氣富化及助燃空氣、煤氣雙預(yù)熱等手段能夠提高高爐煤氣的利用效率,克服高爐煤氣熱值低、燃燒困難等問(wèn)題,增加高爐煤氣用量,減少高爐煤氣放散。