钢铁企业煤气系统节能探讨

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、环境污染的改善等一系列问题的复杂庞大系统。本文主要对钢铁企业煤气系统节能相关问题进行了探讨。

关键词：钢铁企业；煤气系统；节能措施

中图分类号： TE08 文献标识码： A

引言

钢铁行业一直是我国节能减排关注的重点行业，自上世纪80年代开始，我国以技术手段为主导推进钢铁企业的节能工作，并取得显著成效，吨钢综合能耗、各工序能耗逐年下降。随着节能技术的不断推广和应用，技术节能空间被不断压缩，节能空间变得越来越小。当前，我国钢铁业正处在高产能、高成本、低利润的困难时期，主要表现为整个行业产能过剩，原燃料成本居高不下，吨钢利润不断下降。钢铁企业面临着前所未有的生存、发展和竞争压力，同时还有越来越严格的节能降耗指标约束，节能形势严峻。

一、钢铁企业煤气特点

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3000-3800kJ/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、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17598-18855kJ/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它的工业炉,还可作为民用煤气等。

3、转炉煤气

转炉煤气是在转炉炼钢过程中,铁水中的碳在高温下和吹入的氧气生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体。转炉炉气一般含CO(60%～80%),CO2(15%～20%),以及N2、H2和微量的O2,由于含有大量的CO,造成其毒性很大。转炉煤气的发生量在一个冶炼过程中并不均衡,成分也有变化。转炉煤气的产率较高炉煤气和焦炉煤气低,每吨钢大约可回收70m3～120m3的转炉煤气。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。

钢铁联合企业煤气的发生和使用具有波动性。比如高炉休风或发生待料等现象时,高炉煤气波动较大,热风炉煤气消耗量波动幅度一般在5%左右；焦炉煤气发生量和焦炉的消耗量波动较小,一般为2%左右,焦炉在集中检修时,焦炉煤气产量的波动幅度较大,波动系数为7%～10%；轧钢加热炉等设备当设备检修、产品要求改变时造成煤气消耗量的波动,波动系数一般为7%～12%。

我国钢产量已经连续10年蝉联世界第一。与占世界第一的产量形成鲜明对照的是我国钢铁工业吨钢综合能耗比世界先进水平高15%～20%。钢铁工业消耗的主要能源煤炭,其能量有39.8%就是以煤气形式存在。全部回收、有效利用钢铁企业煤气,对大幅降低吨钢综合能耗,对钢铁企业节能增效意义十分重大。钢厂煤气是仅用作燃料,还是通过优化配置,用作有机化工原料,关系煤气的增值效益,关系能否真正实施循环经济,关系企业的可持续发展。

二、钢铁企业煤气的利用现状

1、焦炉煤气

焦炉煤气主要用于福利区职工生活用气、市煤气公司用气、锅炉用气、厂内各种点火器的常明火,以及供混合煤气气源用气。

2、高炉煤气

高炉煤气主要用途:焦炉煤气的置换用气；作为与焦炉煤气的混合气源；自备电气气源。

3、转炉煤气

转炉煤气主要用途:转炉、连铸烘包用气,混铁炉铁水保温、棒材加热炉用气,以及供混合煤气气源等。

4、混合煤气

混合煤气热值取决于高炉和焦炉煤气的混合比例,焦炉煤气与高炉煤气混合比例高的,热值较高,反之则低。由于热值适中,应用范围较广,可用于燃烧热值较高的各种加热烘烤炉,转炉、连铸烘包及混铁炉铁水保温,以及高线、棒材、带钢等轧钢加热炉用气、烧结用气。

综合起来说,几种煤气使用情况都不很乐观,就连热值最高、最值钱的焦炉煤气,也有放散的现象。当然,热值低的高炉煤气及热值适中的转炉煤气放散的机会就更多了。表1列出了全国重点钢铁企业能耗情况。

表1 重点钢铁企业能耗情况

三、煤气优化利用方法

钢铁企业煤气的优化使用，应根据企业煤气品种及特点和企业现有的用气设施，系统地综合分析各要素，各环节密切配合，达到最佳利用煤气的热值，最少放散的目的。

1、合理分配煤气资源

煤气资源由于受煤种配比、原料结构等影响，焦炉、转炉、高炉煤气热值在可控范围内波动，按照煤气结构调整和煤气热值调整的要求，根据煤气种类和工艺划分，煤气资源合理利用可参照以下原则:

（1）高炉煤气由于热值较低，单独使用其燃烧温度达不到用能设备的工艺要求，可将高炉煤气、焦炉煤气混合后作为燃料，一可以满足热工要求；二是高热值焦炉煤气产生量小，用户消耗量大，高热值煤气紧缺，混合后可满足用能设备用量需求；

（2）焦炉煤气产量相对稳定，各种参数波动小，热值高，毒性较小，主要考虑用在热值要求高的设备上，如烧结点火炉等，还可与高炉煤气、转炉煤气混合供轧钢等用户；

（3）转炉煤气应优先炼钢工序自用，还可通过对燃烧器改造，使烤包烧嘴满足燃烧转炉煤气的要求，提高烘烤效率。另外，转炉煤气的特点是含硫量低，用于石灰焙烧有利于降低石灰含硫量，是钢铁企业使用转炉煤气的最佳用户。

2、充分利用富余煤气

采用先进节能技术，尽量多回收副产煤气。如高炉煤气干法除尘技术、炼焦煤调湿技术等可显著提高煤气回收量；增加转炉煤气柜容量并开发转炉煤气用户以便多回收转炉煤气；采用蓄热燃烧技术，扩大低热值高炉煤气使用量，并降低煤气消耗；采用热送热装、连铸连轧等新技术，提高钢坯的入炉温度，随着钢坯显热回收量的增多加热炉的单位煤气消耗显著下降。

3、加强煤气调度，平衡煤气资源

随着计算机网络技术、控制技术和优化技术的发展，钢铁厂能源管理中心的功能已不能简单地定位在能源介质的数据采集、潮流显示、监控和报警功能上。应针对大型钢铁厂能源系统，特别是煤气系统的运行特点，开发煤气优化管理数学模型、煤气柜与自备电厂燃料供应系统数学模型，建立以监控、预测、分析决策和优化调度等功能为一体的实时监控及信息管理系统。

结束语

钢铁联合企业的煤气优化利用是开展节能降耗工作的重中之重，对提高我国钢铁企业参与国际大环境的竞争力和改善社会环境均具有现实意义。根据钢铁企业煤气系统的特点，通过建立合理分配煤气资源，充分利用富余煤气，加强煤气调度等手段，利用好各种副产煤气，使煤气放散率降到最小。

参考文献

[1]崔辉.钢铁企业煤气集中优化控制与调度技术开发[J].天津科技，2008，(04).

[2]魏建新.钢铁企业节能减排的途径探讨[J].冶金经济与管理,2008,(01).

[3]欧伏岭,谢宝木.钢铁企业煤气资源综合利用措施初探[J].冶金管理,2008,(06).