焦炉煤气利用途径分析

收稿日期:2010-05-19

李昊堃(1985- ),硕士生;100081北京市海淀区。

焦炉煤气利用途径分析

李昊堃 沙永志

(钢铁研究总院炼铁室)

摘 要 通过对焦炉煤气用于加热、发电,制造氢气、甲醇,生产直接还原铁和高炉喷吹进行比较,结合钢铁企业的实际情况,得出钢铁企业焦炉煤气的合理应用是用于高炉喷吹。关键词 焦炉煤气 喷吹 高炉

Analysis on the utilization of coke oven gas

L iH aokun Sha Yongzh i

(Cen tra l Iron and Steel Research I nstitute)

Abstract T he reasonab l e applica ti on of the coke oven gas i n stee l co m pany is to i nject it into t he b last furnace .T he coke oven gas can be appli ed to heati ng ,generati on ,mak i ng hydrogen gas ,producing carb i no ,l d irectly reduci ng iron and i njecti ng i nto b l ast f urnace .K eyword s COG

i n j esti on b last furnace

2009年全国累计生产焦炭3 45亿t 。按吨焦产420m 3

焦炉煤气计算,焦炉煤气产量为1449亿m 3

。如此之大的焦炭生产量,所产生的焦炉煤气如果能够得到充分合理的利用,所带来的经济效益和环境效益都将是巨大的。因此,对焦炉煤气的各种利用途径进行分析,使焦炉煤气发挥最大的价值已成为亟待解决的问题。焦炉煤气(简称COG )是炼焦过程中,在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体,是炼焦过程中最重要的副产品。其成分除大量的氢、甲烷外,其它组分相当复杂,随原料煤不同有较大变化,另外还与焦炉的操作等条件有关。宝钢典型的焦炉煤气组成(体积分数,%)如下:H 252 3~55 6,C H 427 1~30 4,CO 7 5,CO 22,O 20 1,C n H m 2 8,N 24 9,H 2O 饱和。微量杂质成分:H 2S <10m g /m 3

,焦油<5m g /m 3

,萘<200m g /m 3

,有机硫<200mg /m 3

,H C N <150mg /m 3

,含苯轻油<2000m g /m 3

,NH 3<

100mg /m 3,吸收油雾200~300mg /m 3[1]

。

1 焦炉煤气的利用途径分析

焦炉煤气可采用多种方式进行利用,目前主要的利用方式有如图1六种。1 1 加热燃料

焦炉煤气的传统利用方式是作为不同加热设备的气体燃料,与固体燃料相比较,有使用便捷、可以管道输送和传热效率高等优点,受到工业和民用的青睐。

工业燃气:焦炉煤气作为气体燃料,可用于焦炉加热、轧钢加热炉、高炉热风炉、烧结点火等。但随着企业内能量利用率的提高和替代燃料(如高炉煤气)的使用,加热所需要的焦炉煤气量将不断减少。

民用燃气:焦化厂生产的焦炉煤气经过净化后,作为燃气可供当地居民使用。但是,近几年来随着西气东输工程的实施,沿线大中城市作为民用燃料的焦炉煤气将逐渐被天然气替代(例如北京居民用燃气已全部采用天然气)。所以,

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冶 金 能 源

ENERGY FOR METALLURGI CAL I N DUSTRY

图1 焦炉煤气的主要利用途径

这部分焦炉煤气的需求量也在逐渐减少。

综上所述,虽然目前作为加热燃料仍是焦炉煤气的主要利用途径之一,但其焦炉煤气的需求量正在逐渐下降。

1 2 用于发电

将焦炉煤气用于发电,是近几年来焦炉煤气的主要利用途径之一。我国焦炉煤气发电一般有三种方式:蒸气发电、燃气轮机发电和内燃机发电[2]。

(1)蒸汽轮机发电

根据国内煤气锅炉对燃料的要求,当燃料的发热量 12 56M J/m3时,即可使锅炉稳定燃烧,一般的焦炉煤气均能满足这一要求[3]。其优点是对燃料气体要求比较低,缺点是工艺复杂,建设周期比较长,必须消耗大量的水资源,占地比较多,能源利用效率太低。因此,目前仍在使用这一技术发电的企业并不多。

(2)燃气轮机发电

燃气-蒸气联合循环发电技术(CCPP)是我国大中型钢铁联合企业正在积极推广的技术,其优点是可混烧高、焦、转炉煤气,发电效率高,停启灵活,建设周期短,占地少,用水量仅为燃煤电厂的1/3左右。缺点是对煤气的各项指标要求严格,特别是含杂质的转炉煤气燃烧后会对发电设备有很强的腐蚀性,而且低热值煤气燃气轮机设备复杂、控制严格、维护费用高,大大超出常规。以某燃气发电项目为例,甲、乙两站总投资25 5亿元,其中直接进口设备5 09亿元,由于进口设备多,特别是关键技术的引进,相应地增加了运行中的维护和备件备品费用,使发电成本居高不下[4]。

(3)燃气内燃机发电

燃气内燃机的工作原理与汽车发动机一样,需要火花塞点火,由于内燃机是将燃料的热能直接转换为机械能,所以在小型机组中其效率大大超过了蒸汽轮机和燃气轮机。比较常见的机型一般可以达到35%。燃气内燃机最突出的优点是发电效率比较高,其次是设备集成度高,安装快捷,对气体的品质要求不高,对于风扇水箱式机组用水量很少,设备的单位千瓦造价也比较低。

综上所述,对于独立焦化厂而言,在利用焦炉煤气发电时,多采用的是燃气内燃机技术,其设备投资较小且焦炉煤气成本低,所以经济效益显著。而对于国内大中型钢铁企业而言,在利用焦炉煤气发电时,多采用的是燃气-蒸气联合循环发电技术(CCPP),普遍存在设备一次性投资大、维护及备件费用高、电价居高不下等问题。由此看来,对于钢铁企业内部的焦化厂发电并不是利用焦炉煤气的最佳途径。

1 3 焦炉煤气生产纯氢

焦炉煤气中氢气资源相当丰富,氢气的体积百分含量超过50%。目前利用焦炉煤气制氢的方法主要有深冷法和变压吸附法。

深冷法是利用焦炉气中各主要成分冷凝温度的不同,以深度冷冻部分冷凝的方法使氢与其它气体组分分离,最后用液氮洗以脱除气体中剩余的CO和C H4,最终得到的气体中含有83%~ 88%的氢,其余为氮。深冷法是COG制氢应用最早、技术最成熟的方法,适宜于焦炉气的综合利用,它不仅能回收氢气,还能回收C H4、C O 等。但其缺点是所用设备复杂且需在高压下操作,这使得深冷装置投资大、运转费用高、投资

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