高爐煤氣是無色、無味、有毒的易燃易爆氣體，是鋼鐵工業(yè)中高爐煉鐵過程中副產(chǎn)的一種低熱值氣體燃料，與轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣相比，高爐煤氣熱值低，應(yīng)用范圍小，許多鋼鐵廠并沒有充分利用，甚至大量放散，既浪費(fèi)了能源，又污染了環(huán)境。

    高爐煤氣的產(chǎn)生量約為高爐鼓風(fēng)風(fēng)量的1.2~1.40倍。冶煉1噸生鐵可產(chǎn)生高爐煤氣1500～2000Nm3左右。高爐煤氣發(fā)生量主要與鼓風(fēng)量有關(guān)，與富氧和冶煉生鐵品種也有關(guān)系，噴吹煤粉和燒結(jié)礦中的殘?zhí)剂恳矔Ω郀t煤氣的產(chǎn)生量有較大影響。

表1、高爐煤氣的典型組成

    因高爐煤氣中含CO量在30%以下，造成燃燒速度低、火焰長，因此高爐煤氣的理論燃燒溫度為1400~1500℃。高爐煤氣中有大量N2和CO2，其主要可燃的成份為CO、H2和CH4(含量很少)，故其發(fā)熱值較低。一般冶煉制鋼鐵時，發(fā)熱值為2850 kJ/m3~3220kJ/m3；冶煉鑄造鐵時，發(fā)熱值為3550kJ/m3~4200kJ/m3。

    在鋼鐵工業(yè)用能結(jié)構(gòu)中，煤炭約占70%左右，在煤炭的熱能轉(zhuǎn)換中有65.88%是以焦炭和煤粉形式參與冶煉生產(chǎn)的，另有34.12%的熱能是以可燃?xì)怏w(包括高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、 焦?fàn)t煤氣)形式出現(xiàn)?？扇?xì)怏w的熱能數(shù)值大，合理、科學(xué)、充分地利用對鋼鐵工業(yè)節(jié)能工作具有積極的作用。與轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣相比，高爐煤氣熱值低，應(yīng)用范圍小，許多鋼鐵廠還沒有充分利用，甚至大量放散，既浪費(fèi)了能源，又污染了環(huán)境。

    為了充分利用富余的高爐煤氣，一般情況是在燃煤動力鍋爐中摻燒一部分或供小型混合煤氣鍋爐混燒，回收量都不是很大。對其進(jìn)行綜合利用，將成為一個重要發(fā)展趨勢。下面介紹幾種常見且實(shí)用的高爐煤氣利用技術(shù)。

1、高爐熱風(fēng)爐 

    高爐熱風(fēng)爐是目前單一使用高爐煤氣應(yīng)用最廣泛的工業(yè)爐，高爐熱風(fēng)爐憑借爐內(nèi)耐火磚砌體熱容量大所形成的高溫環(huán)境，使單一高爐煤氣能夠穩(wěn)定燃燒。如要獲得更高的熱風(fēng)溫度，需將高爐煤氣和助燃空氣預(yù)熱后送入熱風(fēng)爐燃燒。

2、蓄熱式軋鋼加熱爐 

    蓄熱式軋鋼加熱爐高溫空氣燃燒技術(shù)(HTAC)是將高爐煤氣與助燃空氣雙預(yù)熱到1000℃以上，使單一高爐煤氣的理論燃燒溫度達(dá)到2200℃以上。高爐煤氣與助燃空氣的預(yù)熱是通過蓄熱室得到的，與傳統(tǒng)蓄熱燃燒的區(qū)別在于蓄熱材料耐高溫、耐急冷急熱，以獲得高溫；蓄熱體比表面積大，換向周期短至不到1分鐘，使蓄熱體小型化；排煙溫度低于150℃。蓄熱室軋鋼加熱爐效率比常規(guī)加熱爐提高30%以上，爐內(nèi)呈貧氧燃燒氣氛，鋼坯氧化燒損少，有利于提高成材率，燃燒產(chǎn)物中NOx含量低，自動化程度高。

3、復(fù)熱式煉焦?fàn)t 

    復(fù)熱式煉焦?fàn)t直接使用高爐煤氣為燃料，將高爐煤氣和助燃空氣通過蓄熱室的格子磚預(yù)熱到1000℃左右，然后進(jìn)入燃燒室立火道燃燒，可使炭化室爐墻加熱到1100℃以上。

4、與高熱值氣體摻混為混合燃?xì)?/span> 

    高爐煤氣可與焦?fàn)t煤氣、天然氣、液化石油氣等混合為混合煤氣，作為均熱爐、加熱爐、熱處理爐等的燃料，并可由于燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火，也可用于加熱熱軋的鋼錠、預(yù)熱鋼水包等。高爐煤氣與高熱值氣體摻燒是目前鋼廠高爐煤氣利用技術(shù)中除熱風(fēng)爐以外另一種重要的利用方法。

煤氣熱值分析儀

5、高爐爐頂煤氣差壓發(fā)電技術(shù) 

    高爐爐頂煤氣壓力在大于0.08MPa時，采用壓差發(fā)電技術(shù)(TRT)是可行的。由于壓力在0.08MPa時，所發(fā)出的電量與設(shè)備自身消耗電量相等，故要求煤氣壓力要大于0.08MPa時才有收益。煤氣壓力越高，效益越大。因此建議爐頂煤氣壓力大于0.15MPa的高爐應(yīng)當(dāng)積極采用煤氣壓差發(fā)電技術(shù)。采用TRT裝置，噸鐵發(fā)電量在20~40kWh。如采取干法煤氣除塵技術(shù)，可使發(fā)電量增加30%左右?？傮w上講，TRT裝置可回收高爐鼓風(fēng)機(jī)所需能量的30%，經(jīng)濟(jì)效益可觀，是煉鐵工序重大節(jié)能項(xiàng)目。

6、高爐煤氣燃?xì)?/span>-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù) 

    采用高爐煤氣燃?xì)?/span>-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(CCPP)，是目前國際上公認(rèn)的最有價值的二次能源利用技術(shù)。CCPP技術(shù)氣電轉(zhuǎn)化率高，約在40%~50%(不對外供熱時)，比常規(guī)鍋爐蒸汽發(fā)電多70%～90%，節(jié)水約1/3；但對煤氣質(zhì)量要求高(如熱值、壓力、煤氣量要穩(wěn)定、含塵量小等)。

    CCPP一般由高爐煤氣供給系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)組成。其工藝流程為：高爐煤氣經(jīng)除塵加壓后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器燃燒，而后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)啟動渦輪機(jī)做功從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。做完功后的煙氣(溫度約540℃，壓力約5kPa~6kPa)進(jìn)入余熱鍋爐生產(chǎn)中壓或次高壓蒸汽(通常參數(shù)為3.82MPa~5.9MPa，450~550℃)，并使蒸汽在汽輪機(jī)中繼續(xù)作功發(fā)電，其抽汽或背壓排汽用于供熱和制冷。CCPP排煙中的CO2排放比常規(guī)火力電廠減少45%～50%，沒有飛灰和灰渣排放，SO2、NOx排放都很低。

   總之，高爐煤氣燃?xì)?/span>-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)在高效、節(jié)能、環(huán)保方面均具有較大的優(yōu)勢，而且從發(fā)展眼光看，其具有廣闊的發(fā)展前景。近年已開始被國內(nèi)許多鋼鐵企業(yè)推廣使用。

7、高爐煤氣CO提純技術(shù) 

    高爐煤氣CO提純技術(shù)是采用變壓吸附的方式將高爐煤氣中的主要可燃?xì)怏wCO進(jìn)行提純，根據(jù)需要得到40%~99%的CO產(chǎn)品氣，該產(chǎn)品氣可作為高熱值燃燒氣體，還原性氣體，或者也可用于化工生產(chǎn)等。非常適用于高爐氣存在放散情況的鋼鐵企業(yè)，也適合天然氣、液化氣等資源緊張地區(qū)的鋼鐵企業(yè)，可以幫助企業(yè)回收高爐煤氣中的有效成分，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，低碳煉鐵。

    除了將高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣或其他高熱值燃?xì)獍床煌壤M(jìn)行混合使用，提高其熱值，以滿足鋼鐵工業(yè)各種爐窯溫度、潔凈度、燃燒速度、燃燒形態(tài)等方面的要求外。蓄熱式燃燒技術(shù)的推廣，提高了高爐煤氣的使用范圍，可替代出部分焦?fàn)t煤氣，使高爐煤氣得到了更高效利用。高爐煤氣用于發(fā)電是近年增長最快利用途徑，鋼鐵企業(yè)應(yīng)充分回收和高效利用高爐煤氣，從而實(shí)現(xiàn)高爐煤氣的零排放，向企業(yè)少購電或不外購電方向發(fā)展。高爐氣中的CO也可以提取出來，用作碳一化工的原料，合成許多重要的化工產(chǎn)品，也是是潛力很大的一個高爐煤氣綜合利用方向。