高炉煤气回收利用

高炉煤气回收利用摘要：在高炉炼铁生产过程中，要消耗大量的的焦炭，同时产生大量的高炉 煤气。如何有效的对这些高炉煤气进行回收利用，不但是减少对环境的污染的需 要，而且可以减少钢铁厂生产成本，提高钢铁厂综合竞争力的需要。对于进一步 促进我国钢铁工业的持续高效发展也具有重要意义。本文就高炉煤气的回收利用 情况进行介绍。关键词：Abstract: in the ironmaking production process, are very expensive in terms of Coke, generating a large number of blast furnace gas. How effective these blast furnace gas recycling, not only reduce environmental pollution in need, and you can reduce the steel plant production costs, and improve the overall competitiveness of the steel plant. For further promoting Chinas steel industry of sustainable and efficient development also important. This article will blast furnace gas recycling.Keywords:1 引言：从 1996 年我国钢产量突破 1 亿吨，经过十几年的发展到 2009 年我国钢产量 已经达到 5.68 亿吨，我国正从钢铁大国走向钢铁强国。但由于我国的废钢资源 不足和电能的缺乏，导致我国的炼钢用铁大约有 90%是靠长流程的高炉生产的， 高炉生产如此多的生铁必然要消耗大量焦炭，从而产生大量的高炉煤气。现价段我国高炉生产中冶炼每吨生铁大约可以生产16003000m3的高炉煤 气，其中C026%30%, C020%25%,巴1%3%,还有少量的CH4等可燃气体， 其它的为N2,同时从高炉排出的煤气中含有大量的料粉尘，通过处理可以使尘量 降低到1020mg/m31经除尘处理后的高炉煤气的发热值大约为33503770Kg/m3,是良好的气体燃料。随着高炉冶炼减少的不断提高，高炉煤气中CO 的含量将会不断的降低,但仍然有很高的利用价值。2 高炉煤气的除尘因为从高炉排出的煤气含有大量的料粉尘不利于煤气的回收利用,所以高炉 中的煤气在利用前应进行除尘处理。除尘处理分主要为粗除尘和精除尘,并且除 尘方法也有多种,现介绍我国常用除尘方法。2.1 高炉煤气粗除尘。高炉煤气粗除尘一般采用惯性除尘方法 ,即利用尘粒的惯性将固体颗粒从气 体中分离出来，除尘效率大约45%85%,出口煤气含尘量2.5%12.0g/m3。 常用的粗除尘设备有重力除尘器 和旋风除尘器。2.1.1 重力除尘器重力除尘器具有结构简单、安全可靠、阻力损失小、寿命长、运行费低等优 点 。但体积庞大，造价高，除尘效率低，一般为 45%50%。32.1.2 旋风除尘器旋风除尘器有切向进气和轴向进气两种。切向进气型旋风除尘器结构简单 , 安全可靠,阻力损失小，寿命长，运行费低，除尘效率一般为 60% 。但是它的的 体积庞大，除尘效率受温度影响较大 。轴流型旋风除尘器结构尺寸小，安全可 靠，寿命长，运行费低，除尘效率高，一般在85%以上但是它阻力损失比切向进 气型旋风除尘器略高 。22 炉顶煤气精除尘2.2.1 布袋除尘器布袋除尘器具有除尘效率高、运行稳定、节能、投资省、生产运行费用低和 解决环保问题等优点。布袋除尘器的除尘效率在 99%以上，阻力损失小于 500 Pa,净煤气含尘量可达到5mg / m3以下。22.2 静电除尘器 。静电除尘器是由产生电晕电流的放电极和收集带电尘料的集电极组成。静电 除尘器的除尘效率可达99%以上，压力损失小于500Pa。由于分子热运动造成的 扩散作用的影响，静电除尘器对温度同样敏感，煤气入口温度以不超过 200C 为 宜，否则除尘效率会大幅度下降。42.2.3 环缝洗涤装置。环缝洗涤装置最初在 60 年代用于转炉煤气除尘，经过改进后在 1970 年开始 用于高炉煤气除尘。迄今为止，国内外已有 70 余座高炉采用。环缝洗涤装置结 构如图 1 所示。环缝洗涤装置的关键部件是环缝洗涤器，它由文丘里外壳和与之 同心的圆锥两部分组成，后者可在文丘里管内由液压驱动沿轴向上下运动。在外 壳和圆锥体之间构成环缝形气流通道，通过圆锥体的移动来调节环缝的宽度 ， 即调节环缝的通道面积和气体的流速，以适应高炉的不同操作工况，达到除尘和 调节炉顶压力的目的。从除尘器除尘得到的高炉炉尘，由矿石和焦炭的粉末组成。其数量和成分随 高炉冶炼条件而异，大概为3050kg/1,含铁40%左右，含碳10%20%和较多 的CaO,其粒度较细，亲水性差，用于烧结配料，可代替部分铁矿粉和燃料，并 有助于降低成本，一般加量为 3%5%。33 高炉煤气的利用经过除尘的高炉煤气，就可以进行回收利用。因为从高炉排出的煤气有很高 的压力，和热值，可以对它的余压和热值进行利用。目前已经有多种方法对它们 进行利用，下面介绍高炉煤气发电和在轧钢中的利用。3.1 高炉炉气的余压发电高炉顶煤气压力为0.150.4Mpa，不同炉容炉顶煤气压力的基本范围见表1所示。表 1 不同炉容炉顶煤气压力情况6高炉容积/m3255625101500200400040005000炉顶压力/100KPa1.1.81.6 2.22.0 2.52.5 3.53.5 4.0现代钢铁厂炼铁高炉大都采用高压炉顶操作来提高冶金强度和产量 ，从炉顶 排放出的高炉煤气具有较高的压力和温度 ，为促进这些可燃废气的综合利用， 通常采用目前国内外公认的先进的高炉煤气余压透平发电冶金节能装置。 TRT 技术是利用 一台透平膨胀机在减压阀前作功，将煤气的压力能和热能转化为机 械能并驱动发电机发电的一种能量回收装置。TRT在运行中不需要燃烧，不改变 原高炉煤气的品质和正常使用，却回收了相当可观的能量（约占高炉煤气鼓风机 所需能量的 30% ） ，同时又具有净化煤气 ，减少噪音 ，改善煤气炉顶压力控 制品质的作用更为可贵的是它本身不产生新的污染，发电成本极低。因此 ， TRT是典型的高效节能环保装置.目前，随着高炉向大型化和高压炉顶 方向发 展以及 干式除尘装置的应用，TRT也正朝着干式和干湿两用型轴流反动式的方 向发展。73.2 高炉煤气燃烧发电现状过去高炉煤气除高炉热风炉自用一部分（40%50%）,主要用于动力锅炉，在 高温加热炉等炉窑上用的很少使用方法是纯烧的少一掺烧的多，主烧的少，辅烧 的多利用状况不尽人意，放散率居高不下，全国重点13%，地方骨干企业为17%8 近些年来纯烧高炉煤气发电技术的应用方兴来艾，开辟了高炉煤气合理利用的新 思路由于独立铁厂热用户少，高炉煤气放散严重。此外，独立铁厂一 般装备中 小型高炉，能耗明显高于大型高炉，煤气利用率差，产生的煤气热值高，所以纯 烧高炉煤气发电是从独立铁厂开始的，逐步发展到大中型钢铁企业。从参到纯烧 锅炉容量也是从小到大仅河北省已建成并投人使用的发电机组就70.5 MW，每年 的直接经济效益就达1.27亿元9 。江苏、四川、河南等一些独立铁厂也建起了 利用高炉放散煤气的小发电厂。 已收到可喜的效果首钢已建成容量 220 th 纯烧高炉煤气的锅炉，带动50000kW发电机。把高炉煤气作为锅炉的燃料，产生蒸汽来驱动汽轮机发电，其热效率只有2 5% 左右。高炉煤气燃 烧发电的趋势是采用燃气轮机技术。高炉煤气燃气轮机的发 展是从本世纪中叶开始的，从瑞士 BB公司制造第一台高炉煤气燃气轮机到90 年代，单机功率已发展到125 MW。目前高炉煤气燃气轮机联合循环的热效率最 高46%。已接近天然气和柴油为燃料的相近型号的燃气轮机联台循环水平。上 海宝钢三期引进了出150MW以高炉煤气为燃烧气的联合循环发电机组，该机纽 由ABB公司提供，年利用高炉煤气25.4亿m3 a,热效率达到45%以上。3.3高炉煤气在轧钢中的利用由于高炉煤气热值在3350kJ/Nm3左右，它属低燃值燃料，它具有以下燃烧特 性：火焰温度低，引起火焰的辐射热少；CO、N等不活性气体成分含量多，燃2 2烧范围窄，着火性和火焰稳定性差，加热效率低；不活性气体含量多，燃烧后它 们带走的热量较多，燃料利用率低。所以决定了高炉煤气不能直接满足高温轧钢 加热炉的工艺要求。可以通过，提高高炉煤气的燃烧温度、燃料利用率和加热效 率，来解决其应用于高温轧钢加热炉。采用蓄热式燃烧技术，对高炉煤气、空气进行高效双预热，较好地解决了高 炉煤气热值低这一问题。通过切换阀，频繁改变高炉煤气、空气的流向，利用废气余热，对高炉煤气、 空气进行双预热，使加热炉燃烧单一高炉煤气能够满足轧钢热工艺的要求。蓄热 式加热炉燃烧原理如图1所示。ft 态一）蓄热式加热妒二烧咀2蓄热室A煤咒 蓄热室5烧咀1斤7空气空气战凤机 对 ri*-即凤机高炉煤吒图1蓄热式加热炉燃烧原理状态一：高炉煤气、空气分别经切换阀，通过煤气蓄热室B、空气蓄热室A, 在烧咀1燃烧。高温废气由烧咀2，经煤气蓄热室b、空气蓄热室a，分别将室 内蓄热体加热后，通过切换阀排出。状态二：切换阀换向，煤气、空气分别经煤气蓄热室b、空气蓄热室a，被 室内炽热的蓄热体预热（预热温度达1000C以上）后在烧咀2燃烧，高温废气 由烧咀1,经煤气蓄热室B、空气蓄热室A,分别将室内蓄热体加热后，通过切 换阀排出。通过切换阀，上述两种状态每隔一段时间（一般为3min）交换一次，从而 最大限度地利用废气余热，对高炉煤气、空气进行双预热，预热温度各达1000C 以上，燃料热量计温度接近2200C，与高热值的重油热量计温度相当，完全满 足轧钢工艺的各种要求；且排烟温度在150C以下，甚至低于100C，高炉煤气 热利用率很高，几乎接近理论极限值12从而使全高炉煤气成为高温轧钢加热炉 的理想燃料。4小结钢铁生产过程中在消耗大量燃料和矿物的同时会产生大量的废物，如果让这 些废弃物的任意排放，不但不利于环境的保护，也不利于资源的合理利用与节能 减排，所以应根据各冶金废物的性质和具体情况，采取合适的方法对它们进行回 收利用，不断实现废物利用率，减轻对环境的污染，实现我国钢铁工业又好又快 的发展。参考文献I王社斌，许并社。钢铁节能减排技术M。北京：化学工业出版社20083郎晓珍，杨毅宏。冶金环境环境保及三废处理M。沈阳：东北大学出版社20084叶长青。高炉煤气余压透平发电装置(TRT)的发展与创新J.节能。2000,8:13155姜周华，梁连科，李阳等。钢铁冶金清洁生产中的新技术和新工艺J.材料与冶金学 报，2002,12：1 ( 4 )。梁中渝炼铁学M.北京：冶金工业出版社2009。7王 磊，王京先，李梅高炉煤气在轧钢加热炉上的应用.山东冶金.2002年第1 期。8朱宗铭.高炉煤气在轧钢加热炉上的应用.钢铁.1996年06期 。9王政明.炉煤气的合理使用与节能潜力 J 冶金能源1999. 1 8 (1)4041。10马焕芬，董文林.河北省高炉煤气发电工程实践和探讨J.冶金能源1996 15( 5 )： 54 5 7。II刘福安炉煤气发电项目的评价方法及推广前景J.中国能源.1999 (3) : 9 1 1.12尹建威，孙国龙.高炉煤气燃烧发电的现状和展望. 燃气轮机技术第15卷第1期 2002 年3月。13黄小亚，顾智勇.高炉煤气除尘技术.炼铁.第 22卷第3期 2003年6月。