趙貴清  謝紹瑋  徐世彪  王世剛  王昌文  彭寧寧  妥建德

（酒鋼(集團(tuán))有限責(zé)任公司）

摘  要：焦?fàn)t煤氣是一種寶貴的資源,高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)實(shí)現(xiàn)"低碳經(jīng)濟(jì)"、尋找新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)的新技術(shù)、新途徑。重點(diǎn)闡述了高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)的工藝機(jī)理和技術(shù)特點(diǎn),并且較為詳盡的介紹了國(guó)內(nèi)外關(guān)于該技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用效果。新技術(shù)的出現(xiàn)也為酒鋼高爐進(jìn)行低碳煉鐵提供了思考,根據(jù)高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)具有的工藝特點(diǎn)、借鑒國(guó)內(nèi)外鋼廠擁有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),結(jié)合酒鋼實(shí)際現(xiàn)狀,就這一新技術(shù)在酒鋼的應(yīng)用進(jìn)行了可行性分析。

關(guān)鍵詞：高爐；噴吹焦?fàn)t煤氣；CO2減排；應(yīng)用

1 引言

焦炭在高爐中有一項(xiàng)無(wú)可替代的作用，就是維持高爐料柱透氣性的骨架作用。而焦炭在高爐內(nèi)的發(fā)熱劑和還原劑的作用則可通過(guò)提高噴煤量、提高熱風(fēng)溫度來(lái)代替，它們對(duì)于降焦的作用是顯而易見(jiàn)的。噴吹煤粉也是高爐實(shí)現(xiàn)降本增效的重要技術(shù)措施。

近年來(lái)開(kāi)發(fā)新的綠色能源如天然氣、焦?fàn)t煤氣等富含還原劑( 碳、氫) 的物質(zhì)，來(lái)進(jìn)行高爐噴吹，既能通過(guò)替代部分冶金焦炭緩解煤炭資源緊張局面，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)也為煤氣尋求一種更為高效的利用途徑[1-2]。焦?fàn)t煤氣屬于氫系還原劑，與碳系還原劑相比，在還原鐵礦石時(shí)產(chǎn)生的是H2O 而非CO2，所以更有利于減少CO2排放。因此，高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)的實(shí)施，不僅可通過(guò)節(jié)焦作用產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，也會(huì)起到CO2減排作用，能夠給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙重效益。

2 高爐噴吹焦?fàn)t煤氣工藝特點(diǎn)

2.1 焦?fàn)t煤氣的性質(zhì)

焦?fàn)t煤氣 是在煉焦過(guò)程中，在隔絕空氣條件下，精煤經(jīng)高溫干餾產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物[3]。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)回收和凈化處理后成為煉焦最主要的副產(chǎn)品。生產(chǎn)1t 焦炭大約產(chǎn)生425m3煤氣量，除去回爐助燃外，會(huì)產(chǎn)生約200m3的焦?fàn)t煤氣供用戶使用。凈化后焦?fàn)t煤氣的主要成分如表1 所示。凈焦?fàn)t煤氣的主要成分是H2和CH4，發(fā)熱值為16500～18500kJ/m3。因此，焦?fàn)t煤氣是一種氣體燃料，更是一種高氫含量的良好還原劑。

2.2 高爐噴吹焦?fàn)t煤氣工藝

將焦?fàn)t煤氣加壓至高于風(fēng)口壓力，然后經(jīng)管路系統(tǒng)輸送到達(dá)高爐各風(fēng)口，在壓力的作用下，經(jīng)噴槍噴入高爐內(nèi)，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣的高爐噴吹[4]。

在高爐風(fēng)口回旋區(qū)前端，焦炭與氣體中氧反應(yīng)主要生成二氧化碳，并放出大量的熱。在回旋區(qū)后端及邊界層，氧基本消耗殆盡，焦炭與二氧化碳發(fā)生碳的溶損反應(yīng)并吸收部分熱量。同時(shí)還有碳的不完全燃燒反應(yīng)、水煤氣反應(yīng)、碳與氫氣的反應(yīng)等等，其中以碳的完全燃燒和溶損反應(yīng)為主[5]?；匦齾^(qū)的主要反應(yīng)詳見(jiàn)表2。

因此，風(fēng)口回旋區(qū)以及爐缸內(nèi)煤氣的最終成分是以CO、H2和N2為主[6]。焦?fàn)t煤氣除本身已含有大量的H2外，其中的CH4還將在風(fēng)口回旋區(qū)完成裂解反應(yīng)。噴入高爐的焦?fàn)t煤氣在離開(kāi)風(fēng)口回旋區(qū)后，最終成分中H2含量將達(dá)到75%左右。噴入高爐的焦?fàn)t煤氣在風(fēng)口回旋區(qū)發(fā)生燃燒和分解反應(yīng)，既提供了還原劑也供給了大量熱量，實(shí)現(xiàn)替代部分焦炭的作用。

2.3 工藝特點(diǎn)

相比未噴吹焦?fàn)t煤氣的高爐，噴吹焦?fàn)t煤氣有以下幾大優(yōu)點(diǎn)[3]:

⑴ 為高爐提供高氫含量的良好還原劑。焦?fàn)t煤氣的主要成分是氫氣。與C 和CO 比較，氫氣是優(yōu)質(zhì)還原劑，具有消耗熱量少、還原速度快等優(yōu)點(diǎn)，噴入高爐替代焦炭中的碳，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)焦。

⑵ 實(shí)現(xiàn)CO2減排。焦?fàn)t煤氣中氫氣在高爐內(nèi)的還原產(chǎn)物是H2O，與噴入煤粉相比，由于入爐碳含量減少，最終實(shí)現(xiàn)CO2排放量的明顯降低。

⑶ 改善能量利用率，提高焦?fàn)t煤氣價(jià)值。焦?fàn)t煤氣在爐內(nèi)完成還原反應(yīng)后，剩余的能量是爐頂煤氣中的平衡H2和CO，可作為熱風(fēng)爐加熱的加熱燃料等。與用于發(fā)電相比，焦?fàn)t煤氣的能量利用率提高約80%。因此，總的能量利用率得到較大幅度的提高。

⑷ 工藝成熟操作簡(jiǎn)便。焦?fàn)t煤氣噴吹包括加壓、輸送以及噴吹。與噴吹煤粉相比，由于主要是針對(duì)氣體的處理過(guò)程，設(shè)備投資低，操作簡(jiǎn)便。而且由于焦?fàn)t煤氣不含灰分，致使?fàn)t渣量降低小，對(duì)降低壓力損失和高爐強(qiáng)化有益處。

3高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r

針對(duì)焦?fàn)t煤氣噴吹技術(shù)，國(guó)外研究已經(jīng)取得預(yù)期效果，個(gè)別高爐也成功得到實(shí)踐[7－10]。其中比較典型的詳見(jiàn)表3。

3.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)研究始于上世紀(jì)60 年代，在技術(shù)實(shí)踐上也取得寶貴經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)受燃料價(jià)格上漲、新建焦?fàn)t后焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量增加等因素的影響，多家國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)又開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)注高爐噴吹焦?fàn)t煤氣研究[11－14]，詳細(xì)情況見(jiàn)表4。

4 噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)在酒鋼高爐應(yīng)用的前景

對(duì)于焦?fàn)t煤氣的高爐噴吹技術(shù)，由于國(guó)內(nèi)外鋼企曾擁有的寶貴實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及其具有的技術(shù)特點(diǎn)，為酒鋼高爐的低碳煉鐵進(jìn)而實(shí)現(xiàn)CO2 減排提供了可能。我們一方面應(yīng)抓緊研究技術(shù)細(xì)節(jié)、跟蹤相關(guān)企業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐，為快速實(shí)現(xiàn)新技術(shù)的引進(jìn)和落地，取得低碳、節(jié)能、減排的效果做出積極的努力; 另一方面可通過(guò)采取提高轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐煤氣的回收率和利用率，并改進(jìn)各用戶的燃燒技術(shù)以提高燃燒效率等技術(shù)措施，進(jìn)一步節(jié)約焦?fàn)t煤氣供高爐噴吹，以期獲取更高的效益。

榆鋼閑置的發(fā)生爐煤氣站也是實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵的潛力所在。發(fā)生爐煤氣主要成分是CO ( 28%~32%) 和H2 ( 13%~15%) ，還有少量的CH4 ( 2%~3%) ，其余成分為N2和少量CO2，發(fā)熱值6500 kJ /m3。就高爐噴吹來(lái)說(shuō)，發(fā)生爐煤氣有效成分為CO+H2+CH4，體積百分含量為43%～ 50%。與焦?fàn)t煤氣相比，有效成分是焦?fàn)t煤氣的二分之一。

與高爐煤氣相比，CO和H2含量較高，有效成分是高爐煤氣的二倍。當(dāng)然這是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要通盤(pán)考慮。如果實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣或發(fā)生爐煤氣噴吹高爐，再配以富裕煤氣發(fā)電技術(shù)，將取得更為客觀的綜合經(jīng)濟(jì)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

焦?fàn)t煤氣是一種寶貴的資源，可成為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)新的利潤(rùn)增長(zhǎng)引擎。我們?cè)诶媒範(fàn)t煤氣時(shí)不應(yīng)僅僅停留在它的熱值上，還應(yīng)關(guān)注煤氣的綜合資源化利用上。針對(duì)酒鋼實(shí)際情況，應(yīng)密切跟蹤國(guó)內(nèi)外高爐低碳煉鐵的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，同時(shí)抓緊研究高爐噴吹焦?fàn)t煤氣等還原性氣體的工藝路線和關(guān)鍵技術(shù)，這對(duì)實(shí)現(xiàn)酒鋼煉鐵可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)節(jié)能減排具有重要意義。

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