高炉喷吹焦炉煤气——节能减排的新手段

我国规模巨大的炼铁工业正在面临越来越大的节能减排压力。在不断完善传统节能减排方法（如大喷煤和高风温等）的基础上，还需要进一步开发应用各种新技术和新措施，如高炉喷吹焦炉煤气，以期不断提高节能减排效果。

高炉喷吹焦炉煤气是指将来自焦化厂的净焦炉煤气加压至高于风口的压力，然后利用类似喷煤的喷吹设施，通过各个支管喷入高炉风口。

具备提高煤气价值和利用率的优势

高炉喷吹焦炉煤气工艺的特点主要包括以下几个方面：

一是可以向高炉提供更好的还原剂。现在喷入高炉的煤粉主要成分是碳，占75%左右，剩余为15%左右的挥发分（主要是碳氢化合物CmHn）和10%左右的灰分。因此，喷煤主要是以煤粉中的碳替代焦炭中的碳，属于同类物质的替换，在高炉内的还原反应过程相同。

而焦炉煤气的基本成分是：50%～60%的氢气，30%的甲烷，10%的一氧化碳。其中的甲烷在风口回旋区完成下列反应：CH4+1/2O2=2H2+CO。因此，焦炉煤气的最终成分主要是氢气。当喷入高炉后，主要以煤气中的氢气来替换焦炭中的碳。与碳和一氧化碳比较，氢气被认为是优质还原剂，具有还原速度快、消耗热量少等优点，有利于提高高炉生产效率并促进高炉顺行。

二是还原产物环保。喷煤中的碳替代焦炭中的碳，其最终的气态还原产物仍是二氧化碳。因此，输入高炉的总碳量基本没变化，因而最终的高炉二氧化碳排放量未减少。而焦炉煤气中氢气的还原产物是水，实现了入炉碳含量的减少和最终高炉二氧化碳排放量的降低。

三是焦炉煤气的价值提高，能量利用率改善。目前，焦炉煤气基本作为燃料使用，其价值按热值计算，每立方米约0.5元，且作为燃料的能量利用率较低，一般不到50%。如用于替代焦炭，按目前的焦炭价格计算，当焦炉煤气对焦炭的置换比为0.6公斤/立方米时，则每立方米焦炉煤气的价值折合1.8元。焦炉煤气在完成还原反应后的剩余能量，即炉顶煤气中的平衡氢气和一氧化碳，仍可继续被当作燃料，参与热风炉燃烧或其他燃烧，因此，总的能量利用率会得到大幅度提高。如与燃烧发电相比，大约可提高80%。

四是喷吹工艺简便，技术成熟。与喷煤的复杂制粉和喷吹系统不同，喷吹焦炉煤气主要是气体的处理过程，包括加压、输送以及喷吹。该系统设备投资低，计量控制简便易行，而且控制灵活，精度高。

良好的应用效果加大推广潜力

事实上，高炉喷吹焦炉煤气已有很长的历史。在20世纪80年代初，前苏联已在多座高炉上完成了喷吹焦炉煤气的试验研究，掌握了1.8立方米～2.2立方米焦炉煤气替代1立方米天然气的冶炼技术，喷吹量达到227立方米/吨。20世纪80年代中期，法国索尔梅厂2号高炉开始进行喷吹焦炉煤气作业，喷吹量达21000立方米/小时，喷吹的焦炉煤气与焦炭的置换比为0.9千克/千克，喷吹装置的投资费用可在运行10个月左右便全部收回。该厂在2号高炉喷吹焦炉煤气后，在1号高炉也安装了同样的设备。1988年，马凯耶沃钢铁公司两座高炉固定喷吹焦炉煤气，喷吹量为95立方米/吨铁，并在短期内将喷吹量增至160立方米/吨。美国钢铁公司MONVALLEY厂的两座高炉（工作容积为1598立方米和1381立方米）自1994年起一直喷吹焦炉煤气，2005年的喷吹总量为14.16万吨，吨铁喷吹量约65千克。该厂曾报道，喷吹焦炉煤气后，降低了天然气的喷吹量，消除了焦炉煤气的放空燃烧，减少了能源成本，年节省开支超过610万美元。

因此，高炉喷吹焦炉煤气无论对于高炉生产的节能减排，还是提高焦炉煤气的自身价值和能量利用率，都具有十分重要的意义，而且其系统简便易行、技术成熟，有利于其推广应用。

焦炉煤气供应是关键

高炉喷吹焦炉煤气的最大问题是焦炉煤气的来源。作为优质燃料，焦炉煤气在各钢铁厂普遍存在着供应紧缺的现象。然而，从国内总体状况和各企业的实际情况分析，仍然存在许多规模和数量不等的焦炉煤气供应源。

首先，我国作为世界焦炭生产大国，产量占世界总产量的一半以上，2007年共生产焦炭3.35亿吨。按吨焦产420立方米焦炉煤气计算，约生产焦炉煤气1407亿立方米。生产的焦炉煤气有40%左右用于焦炉的自身炼焦加热，约563亿立方米，剩余的844亿立方米基本用作燃料进行各种加热，或燃烧产生蒸汽发电，或简单地燃烧放空。

由于我国有许多独立的规模不同的焦化厂，燃气的用户有限，存在着大量直排放空的现象。有报道说，每年白白烧掉的焦炉煤气达300亿立方米之多，相当于两个西气东输工程设计的年输气量，造成的经济损失达数百亿元。如果情况属实，这些放空的焦炉煤气最应当被用于高炉喷吹，所需要解决的主要问题则是如何向最近的炼铁厂供应。

其次，在有焦化厂的钢铁联合企业，自产焦炉煤气基本得到利用，主要是烧焦炉、轧钢加热炉、高炉热风炉、烧结点火，以及燃烧发电等。对于这些企业，随着企业内能量利用率的提高和替代燃料的使用，加热所需要的焦炉煤气将不断减少，焦炉煤气会有一定的富裕量供高炉喷吹使用。

这里，尤其需要重视的是应用高炉煤气进行焦化烘炉的技术，可以使大量宝贵的焦炉煤气得到替换而用于喷吹。国内许多企业都进行了这方面的工作，如安钢等厂已实现焦炉全部用高炉煤气烘炉。此外，采用预热单烧高炉煤气实现高风温技术，也可节省可观的焦炉煤气量。而将燃烧发电的焦炉煤气改用于高炉喷吹，则更能更好地体现焦炉煤气的价值和使用效果。因此，对钢铁联合企业来说，都应提倡不同程度的焦炉煤气供应量用于高炉喷吹。

需要明确的是，鉴于焦炉煤气供应的不充分和不确定性，除非钢铁厂在某独立焦化厂附近，可以得到足够的焦炉煤气单一用于高炉喷吹，在一般情况下，高炉喷吹焦炉煤气不是喷煤的替代品，而是喷煤的补充和完善，以期取得最大的节焦效益。当考虑到每公斤焦炭都有节约的必要时，任何含焦化流程的钢铁联合企业都应将剩余或平衡下来的焦炉煤气用于高炉喷吹。

高炉喷吹实现焦炉煤气有效利用

如何有效利用焦炉煤气以减少浪费已引起国内专家学者的关注。一些新的利用方法被提出并研究开发，如用于直接还原、生产甲醇、制氢等。由于焦炉煤气的供应量相对并不多，且存在一定的波动，而高炉的容纳吸收能力强，焦炉煤气的节焦效益明确，且投资少、无风险，因此，用于高炉喷吹的使用途径最为实际和简便易行。

在具体实施高炉喷吹焦炉煤气时，应根据所拥有的可用气源量设置相应的压缩和喷吹设施，以及喷吹高炉。建议对有多座高炉的企业，选择一座进行集中喷吹焦炉煤气，并根据喷吹量确定喷吹风口数。需要注意焦炉煤气的净化程度，以防止在加压过程中产生凝结物影响压缩机的工作状态，同时需要设计合理的回收系统，消除停喷时的煤气放散。

高炉喷吹焦炉煤气既节能又环保，虽然吨铁所能喷吹的量有限，但考虑到我国巨大的炼铁生产规模和长期性，其累计效果是不言而喻的，应尽早开展并推广此项工作。（来源：中国冶金报）