高炉煤气资源现状、回收利用及其技术发展概况

高炉煤气资源现状、回收利用及其技术发展概况

1 前言

高炉煤气是钢铁工业中的高炉炼铁过程中副产的一种可燃气体。高压鼓风机（罗茨风机）鼓风，并且通过热风炉加热后进入了高炉，这种热风和焦炭助燃，产生的是二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙热的焦炭产生一氧化碳，一氧化碳在上升的过程中，还原了铁矿石中的铁元素，使之成为生铁，这就是高炉炼铁的化学过程。铁水在炉底暂时存留，定时放出用于直接炼钢或铸锭。这时候在高炉的炉气中，还有大量的过剩的一氧化碳，这种混和气体，就是“高炉煤气”。这种含有可燃一氧化碳的气体，是一种低热值的气体燃料，可以用于冶金企业的自用燃气，如加热热轧的钢锭、预热钢水包等。也可以供给民用，如果能够加入焦炉煤气，就叫做“混和煤气”，这样就提高了热值。

高炉煤气的主要成分为：CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分别占15%，55 %，热值仅为3500kJ/m3左右。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，现代的炼铁生产普遍采用大容积、高风温、高冶炼强度、高喷煤粉量的生产工艺，采用这些先进的生产工艺提高了劳动生产率并降低能耗，但所产的高炉煤气热值更低，增加了利用难度。高炉煤气中的CO2、N2既不参与燃烧产生热量，也不能助燃，相反，还吸收大量的燃烧过程中产生的热量，导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气的着火点并不高，似乎不存在着火的障碍，但在实际燃烧过程中，受各种因素的影响，混合气体的温度必须远大于着火点，才能确保燃烧的稳定性。高炉煤气的理论燃烧温度低，参与燃烧的高炉煤气的量很大，导致混合气体的升温速度很慢，温度不高，燃烧稳定性不好。

高炉煤气中存在大量的CO2、N2，燃烧过程中基本不参与化学反应，几乎等量转移到燃烧产生的烟气中，燃高炉煤气产生的烟气量远多于燃煤。

在钢铁工业用能结构中，煤炭约占70%左右，在煤炭的热能转换中有65.88%是以焦炭和煤粉形式参与冶炼生产的，另有34.12%的热能是以可燃气体（包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气）形式出现。可燃气体的热能数值大，合理、科学，充分地利用对钢铁工业节能工作具有积极的作用。与转炉煤气、焦炉煤气相比，高炉煤气热值低，应用范围小，许多钢铁厂还没有充分利用，甚至大量放散，既浪费了能源，又污染了环境。

我国是钢铁生产大国，高炉煤气年产生量达7000亿m3左右。虽然，目前我国大型钢铁企业高炉煤气回收利用率可达92%以上，但许多中小型钢铁厂对高炉煤气的回收和利用未引起足够的重视，全国仍有10%左右的高炉煤气被直接排空或放散燃烧，这一方面，由于高炉煤气中含有大量一氧化碳和其它有害化学物质，严重污染了环境，另一方面，也造成了能源的巨大浪费。

2 高炉煤气资源情况

高炉煤气的产生量约为高炉鼓风风量的1.2～1.40倍。冶炼1吨生铁可产生高炉煤气1500～2000Nm3左右。高炉煤气发生量主要与鼓风量有关，与富氧和冶炼生铁品种也有关系，喷吹煤粉和烧结矿中的残碳量也会对高炉煤气的产生量有较大影响。高炉煤气的典型组成见表1。

高炉煤气中有大量的N2和CO2，其主要可燃的成份为CO、H2和CH4（含量很少），故其发热值较低。一般冶炼制钢铁时，发热值为2850 kJ/m3～3220kJ/m3；冶炼铸造铁时，发热值为3550kJ/m3～4200kJ/m3。

因高炉煤气中含CO量在30％以下，造成燃烧速度低、火焰长。高炉煤气的理论燃烧温度在1400～1500℃。

表1 高炉气典型组成

主要组分CO CO2H2CH4N2硫化物

体积百分含量/% 22～27 13～19 1～4 0.2～0.4 54～58 微量

我国是钢铁生产大国，2008年粗钢产量5.02亿吨，占世界产量的37.75%，相应地2008年生铁产量达4.71亿吨，高炉煤气产生量巨大，每年产生高炉煤气约7000亿立方米。虽然经多年努力，大部分已回收用作燃料和发电，但每年放散量仍达约500亿立方米。

表2 近年我国钢铁产量和高炉气产生量

项目2003 2004 2005 2006 2007 2008

钢产量/万吨22234 27280 34936 41878 49489.89 50048.8

生铁产量/万吨21373 25200 33740 40416 47141.9 47067

高炉气量* /亿m33200 3780 5060 6060 7070 7060

放散量/亿m3>700 ～500

*以每吨生铁产生高炉气1500m3计

表3 中国重点钢铁企业高炉煤气产生和放散情况

煤气产生和放散情况2007年2006年增减率/%

高炉煤气放散量/万立方米3458925 3516240 -1.63

高炉煤气放散率/% 9.99 10.13 -1.38

表4 近两年我国重点钢铁企业企业副产煤气回收利用情况

项目

平均值先进值落后值

2008年2007年2008年2007年2008年2007年

高炉煤气放散率/％ 6.01 9.99 0（14个企业）0（13个企业）22.19 65.65

转炉煤气回收/m3/t 65 63 太钢111 太钢108 0（12个企业）0(16个企业) 焦炉煤气放散率/％ 2.25 2.79 0（19个企业）0（22个企业）22.6 15.09

3 高炉煤气的利用情况

3.1 高炉煤气利用途径概述

高炉煤气作为钢铁行业主要污染物之一，通常条件下，除高炉热风炉自身使用外，还有大量富余，如不能回收利用则只能放空排放，造成能源浪费和环境污染。为了充分利用富余的高炉煤气，一般情况是在燃煤动力锅炉中掺烧一部分或供小型混合煤气锅炉混烧，回收量都不是很大。对其进行综合利用，将成为一个重要发展趋势。

高炉煤气用作燃料可和其他煤气混合使用，也可以单独使用。为满足钢铁工业各种炉窑对温度、洁净度、燃烧速度、燃烧形态等方面的要求，可以将高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤