钢铁企业煤气系统利用节能分析

钢铁企业煤气系统利用节能分析

张配源

日照钢铁有限公司  山东  276800

摘要：钢铁企业煤气系统是钢铁联合企业能源系统的主要部分，不仅涉及煤气生产、输送、分配、消耗等诸多环节，而且还关系到产品产量和质量的提高、原材料成本的降低、环境污染的解决等一系列问题的复杂庞大系统。本文作者就围绕着钢铁煤气系统的节能问题进行了探讨。

关键词：钢铁企业；煤气；节能

前言

随着能源紧缺状况的加剧， 我国从20世纪80年代开始就对钢铁企业的节能减排特别关注， 而且在钢铁企业节能减排上也取得了较好的效果， 有效地控制了钢铁生产过程中的能耗。随着钢铁生产过程中节能的不断下降， 同时各项节能技术和措施的大力推广， 使钢铁企业的节能空间在压缩过程中不断地减小。而且目前钢铁企业处于高成本、高产能和低利润的阶段， 整个行业产能过剩， 而且原材料成本长期居高不下， 在这种情况下， 钢铁行业的利润越来越低， 企业面临着生存、发展和竞争等多方面的压力， 而且整个行业还需要受到越来越严格的节能降耗的约束， 所以需要面对严峻的节能形势。

1 评估方法和评估内容概述

从技术节能、管理节能和理念技能三个维度出发，对能源介质工艺系统进行全面系统的节能评估，其中技术节能包括设备节能和系统节能两个方面。首先对评估对象进行技术指标对标找出薄弱环节，然后有针对性地进行评估分析，最后提出优化节能措施，建立满足优化能源调度和管理的工艺系统。该评估对象煤气工艺系统包括全厂煤气系统和转炉煤气（LDG）回收储配系统。煤气工艺系统运行技术指标的对标要依据现有的生产条件，实行企业内历史最佳值对标、先进指标对标、标杆值对标。全厂煤气系统的对标技术指标包括：高焦转煤气放散率、煤气压力波动幅度、煤气热值波动幅度和相关煤气设备的运行效率。转炉煤气回收储配系统的对标技术指标为转炉煤气吨钢水回收热量。

2 钢铁企业煤气特点

2.1 高炉煤气

高炉煤气是高炉炼铁的副产品， 主要成分为：CO （约25%) 、CO2 （约15%) 、N2 （约55%) 、H2、CH4等， 由于其CO的含量高， 因而其毒性较大。高炉煤气的成分和热值与高炉所用的燃料、所炼生铁的品种及冶炼工艺有关， 现代的炼铁生产采用的先进的生产工艺虽然提高了劳动生产率并降低能耗， 却使产生的高炉煤气热值更低 （一般为3000-3800k J/m3) , 增加了利用难度。

高炉煤气中的CO2、N2等不增加， 从而导致混合气体的升温速度很慢， 温度不高， 燃烧稳定性不好。高炉煤气主要是用于高炉热风炉、焦炉、蒸汽锅炉， 以及和焦炉煤气混合后用于轧钢加热炉。

2.2 焦炉煤气

焦炉煤气， 又称焦炉气， 是用几种烟煤配制成炼焦用煤， 在炼焦炉中经过高温干馏后， 在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体， 是炼焦工业的副产品。焦炉气的主要成分是可燃成分：H2 (55%—60%) 、CH4 (23%—27%) 、CO (5%—8%) 、含两个C以上的不饱和烃 (2%—4%) 和不可燃成分：CO2 (1.5%—3%) 、O2 (0.3%—0.8%) 、N2 (3%—7%) 等， 其H2含量相对较高， 因而热值较高， 一般为17598-18855k J/m3。同时焦炉煤气是煤气中使用价值最高的煤气， 在钢厂一直都是放散率最低的。焦炉气为有毒和易爆性气体， 空气中的爆炸极限为6%—30%。焦炉煤气主要用于转炉和其他的工业炉， 还可作为民用煤气等。

2.3 转炉煤气

在转炉炼钢过程中， 铁水中的碳在高温下与吸入的氧气进行结合， 生产一氧化碳和二氧化碳的混合产物， 其中以一氧化碳含量较高， 这就导致其气体具有较大的毒性， 但并不是所有转炉煤气冶炼过程中其气体的产生量和成分都是均衡的， 会存在着一些变化的， 而且转炉煤气的产出率相对于高炉煤气和焦炉煤气较低。转炉煤气可以单独用作钢铁企业各种工业炉窑的气体燃料。

对于钢铁企业来讲， 其煤气的发生和使用波动性较大， 特别是当高炉休风或是待料时， 则会导致高炉煤气发生特别大的变化， 而焦炉煤气无论是发生量还是消耗量都不会有太大的变动。焦炉煤气只有在检修时才能导致上具有较大的波动。另外在轧钢加热炉等设备检修时， 也会导致煤气消耗量产生较大的波动。

3 煤气回收和使用中节能措施

3.1 煤气回收节能措施

焦炉煤气是煤料在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种副产品。影响焦炉煤气产率的因素是煤料的成分、炉体结构及炼焦工艺制度。因为炼焦的工艺制度和炉体结构一般变化不大，因此主要从煤料的成分上加以控制。

炼焦过程所产生的气体称为荒煤气，荒煤气需要通过冷凝、冷却和净化处理。整个过程应根据用户对煤气质量要求选用适合的净化工艺和设备，并应减少对环境的影响，以降低运行费用和节省建设投资。

高炉炼铁过程中需要消耗大量的一次能源，主要为煤粉和焦炭。所消耗的能量有很大一部分转移到了炉顶煤气中，即高炉煤气，通过净化处理后进行回收。净化处理方法分为湿法净化和干法净化，湿法净化水耗量大、能耗高。干法净化的布袋除尘器作为一种成熟的工艺设备，目前广泛用于中型高炉的煤气净化系统，有条件时还应尽可能地应用于大型高炉的煤气净化系统。

高炉煤气的产量和发热值不仅与原料的条件有关，而且还与热工操作和工艺过程有关。因此，要从一次能源品种筛选、富氧鼓风比例、喷吹物成分和燃料比等方面着手控制。

转炉炼钢过程消耗的主要是二次能源，如电、煤气、氧气等。铁水中的碳在高温下和吸入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体，即转炉煤气，通过净化除尘后进行回收。

净化除尘方法包括OG 法和LT 法等，OG 法处理后含尘量较高（≥100mg/m3),LT 法处理后其含尘量≤10mg/m3，推荐采用LT 法。

转炉煤气回收利用主要受配套设备和运行及操作两方面因素影响，配套设备主要包括烟气冷却和净化回收设备，配套转炉煤气柜和加压机设备。运行及操作包括三个部分，一是控制铁水来源、品种钢安排；二是冶炼过程中合理调节吹氧量和吹氧时间，降低CO开始回收和停收浓度；三是确定合适的气柜柜容，匹配气柜检修与炼钢检修时间，调节控制煤气外送量和外送时间。

3.2 煤气供应节能措施

在钢铁企业，副产煤气主要用于炼焦、炼铁、炼钢和轧钢等工序，富余煤气多用于发电。焦炉分为复热式和单热式，复热式焦炉可使用焦炉煤气，也可使用高炉煤气，单热式焦炉只能使用焦炉煤气。对目前使用焦炉煤气的复热式焦炉，应在与业主沟通的前提下，供应其高炉煤气或富化高炉煤气，以尽可能多地抽出焦炉煤气，供应钢铁联合企业中需要高热值煤气的用户。焦炉设备本身的节能可通过采用高效换热设备、研发新型净化工序。

高炉炼铁工序中热风炉和喷煤一般使用其副产的高炉煤气。近年来顶燃蓄热式热风炉逐渐成为高炉炼铁的主流配置，它利用对空气和煤进行双预热，提高热风炉拱顶温度，增加热风炉的蓄热能力，从而提高热风温度。高炉节能降耗的方法之一是优化热风炉内煤气流速与分布。流速大时，热交换量将增加，煤气带走的热量损失也增加；流速小时，为了保证热交换量，需要增加换热面积。煤气流速存在一个理论最优值。采用机前或机后富氧技术，根据设备性能及企业氧气供应情况，适当提高富氧率，也可降低煤气耗量。

转炉炼钢车间的铁水罐、钢水罐、中间罐及钢水罐在线快速烘烤等需使用转炉煤气。节约煤气的措施主要还是设法提高转炉煤气的回收量，具体措施见前面所述。烘烤用户处节能主要是设法提高燃烧效率，如改造烧嘴和供风管路等。

加热炉是轧钢生产中的主要能耗设备，加热炉可以采用单一的煤气作为燃料，也可以采用混合煤气作为燃料。在编制煤气平衡表时，轧钢工序使用的煤气品种可根据总煤气平衡进行调配。降低加热炉的煤气消耗可采取提高板坯入炉温度和热装比例、提高换热器出口的热风温度、减少炉体散热损失、提高热风温度和换热器换热效率等措施。

钢铁企业剩余煤气可用于生产高附加值产品或进行发电，其中利用煤气发电的方式主要有传统的煤气锅炉和新兴的联合循环发电项目等。传统煤气发电项目煤气利用效率较低，循环冷却水耗量较高。因此，国家能源局先后将中低热值燃气蒸汽联合循环发电技术和超高压发电技术作为节能减排的重点推进项目和发展目标。提升煤气发电效率的途径主要依靠提高机组参数，而机组参数受制于技术设备开发、金属材料特性等方面的影响，不能无限制地提高。部分企业尝试对用于发电的煤气介质脱水，煤气进入电厂用户前设置重力脱水器，重力脱水器进口煤气机械水含量30～50g/m3，出口煤气机械水含量﹤5g/m3，发电效率得到了一定的提高。

4结束语

目前，钢铁行业正处于高产能、高成本、低利润的艰难时期。节能体系是钢铁企业节能、开发新的节能能力的有力保障。企业应重视节能系统的运行，提高能源管理水平，加强节能管理，不断开发和应用节能新技术。降低企业能耗，降低能源成本，提高企业市场竞争力。

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