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以气代焦 天然气与冶金市场双赢

时间:2007-1-27栏目:化学化工论文

摘 要:能用于冶金的优质炼焦煤占煤储量的比例很小,经逐年大量开采,储量锐减,价格上涨;同时,传统的冶金工业所排放的气体是严重的污染源。为缓解优质炼焦煤的不足和达到日趋严格的排放标准,发展了用天然气代替焦炭的非高炉直接还原炼铁法,将固体铁矿石直接还原成海绵铁。由于天然气不含灰分、硫、磷等有害杂质,从而大大提高了生产效率和钢铁质。量。本文结合我国钢铁工业现状,分析了钢铁企业用能特点,天然气在炼铁高炉喷吹,以及钢铁冶炼直接还原中使用天然气的工艺技术效能优势;进行了天然气市场价格比较及冶炼应用增效推算。提出了在我国天然气市场发展早期,首先应开发冶金用气市场,发挥天然气可为终端用户使用的一次能源优势;通过市场合作,实现互惠双赢,加快“西气东输”步伐的建议。

主题词:冶金,天然气,焦炭,替代能源,经济效益,分析

一、钢铁企业用能特点

我国能源消费结构中钢铁占18.2%。钢铁工业是耗能大户,每吨钢综合能耗为0.7~0.9t标准煤;联合企业每吨钢消耗电能400~600kw.h。

钢铁生产所用的能源主要有炼焦煤、动力煤、燃料油和天然气等;而钢铁生产工艺主要使用的是焦炭、电力、气体燃料和蒸汽等。在各种燃料中,气体燃料的燃烧最容易控制,热效率也最高,是钢铁厂内倍受欢迎的燃料。钢铁生产的燃料消费成本占总成本的41%,投入的一次能源约有40%转变成为工艺副产煤气,其中焦炉煤气为46%;高炉煤气为45%;转炉煤气为9%。钢铁企业的生产车间基本上都使用各种热值不同的气体燃料,气体燃料在钢铁生产的热能平衡中占有重要地位。天然气中含有大量烃类气体,热值高,经转化后可得到以H2和CO为主的还原性气体,供铁矿石还原培烧、高炉喷吹和铁矿石的直接还原等,是气体燃料中最受欢迎的一种。

通常钢铁企业的炼铁系由焦化、烧结、高炉工序组成,&127;所消耗的能源占钢铁生产总能耗的30%以上。特别是要用焦炭。我国的煤炭资源虽然丰富,但是用于冶金的焦煤资源不足,保有储量中焦煤仅占5.9%,而且地理分布不均。焦煤数量不足,质量下降是限制我国钢铁生产发展的薄弱环节。80年代以来重点企业冶金焦炭质量不断下降,近十年中,灰分由13.58%上升到14.58%(比国外高3%~4%),含硫量由0.66%上升到0.72%。焦炭的质量成了影响我国钢铁生产的重要因素之一。

近年来,国内冶金企业对焦炭的需求使弱粘结性和高挥发份的气、肥等配焦煤在炼焦配比中不断增加,导致焦炭碎焦增多,强度质量下降。炼焦煤中,焦煤干燥无灰基挥发分Vdaf>20.0~28.0%,煤气产率Vt=270~310m3/t;肥煤Vdaf>28.0~37.0%,Vt=310~410m3/t;气煤Vdaf>37.0%,Vt=410~1000m3/t。由此,也使先进的燃气-蒸汽联合循环发电方式在冶金企业得到了较好的应用。这些都为天然气以低成本优势进入冶金市场提供了良好的机遇。

二、天然气与炼铁高炉喷吹技术[3~5]

高炉炼铁是目前钢铁冶炼获得生铁的主要手段。近年来,为缓解优质炼焦煤的不足,发展了综合喷吹技术。高炉可以喷吹气体、液体、固体等各种燃料。气体燃料有天然气、焦炉煤气等。天然气的主要成分是CH4(90%以上),焦炉煤气的主要成分是H2(55%以上),液体燃料有重油、柴油、焦油等;它们含碳量高,灰分少,发热值高。固体燃料有无烟煤和烟煤,其成分与焦炭基本相同;缺点是灰分高,硫含量高。1981年前,我国重点钢铁企业高炉炼铁大多数喷吹重油,此后政策性改油为煤,目前全部为喷吹煤粉。

为提高炼铁高炉燃料利用率和热效率,降低后续炼钢炉外脱硫等工序成本,目前又发展了炉身喷吹高温还原气体工艺。该工艺是将碳氢化合物燃料先在炉外分解,制成高温(1000℃左右)、还原性强的气体,再从炉腰或炉身下部间接还原激烈反应区喷入高炉,减少高温区的热支出,可以大幅度地降低高炉燃料消耗。国外炼铁高炉喷吹由天然气(150m3/t铁)高温转换的还原气体,使焦比(每炼一吨生铁所需的焦炭量。K=每日燃烧焦炭量/日产生铁,kg/t)降到了300kg/t铁以下,高炉利用系数(每立方米高炉有效容积一昼夜生产的生铁吨数。ηV=日产量/有效容积,t/m3.d)提到2.4以上(我国平均600kg/t铁,高炉利用系数1.7)。

前苏联地区因天然气资源丰富,高炉冶炼一般都是喷吹天然气。80年代以来,由于世界天然气的大量开采、有效输送,以及价格相对平稳,使美国、英国、法国等国家的也有相当部分高炉炼铁选用了喷吹天然气工艺。日本钢铁企业高炉炼铁喷吹燃料主要为优质重油,兼有天然气。

现有的各种固体燃料因含有灰分等杂质,气化方法都不能提供合格的冶金还原煤气。以重油为主的液体燃料对部分氧化法在理论上是可行的,但存在较多问题,尚需进一步试验发展。冶金还原煤气的主要气体燃料是天然气、其他还有石油气及焦炉煤气,其转化反应的目的是把CH4变成可利用的CO和H2。焦炉煤气的转化尚无定型方法。我国因存在天然气供给问题,使炼铁高炉喷吹高温还原气没有得到很好地发展。无疑,天然气在高炉炼铁中有相当大的市场空间。

三、天然气与钢铁冶炼直接还原技术[5~6]

全世界炼焦煤仅占煤总储量的10%,随着逐年大量开采,储量锐减,价格上涨。据联合国环保组织调查,传统的钢铁工业是严重的污染源,所排放的有害气体(CO2、CO、NOX、SO2)造成使全球变暖,海洋扩大的“温室效应”。90年代以来,国内外逾来逾严格的环境污染排放标准,促使企业选择新的生产流程。

世界各国冶金工作者致力于开发用天然气作还原剂,发展了不用焦炭的非高炉直接还原炼

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