鋼鐵企業(yè)煤氣利用的探討

劉 克

（河鋼集團(tuán)邯鋼邯寶公司，河北 邯鄲 056013）

鋼鐵廠生產(chǎn)過程中在消耗大量能源的同時，也產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)煤氣。高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼廠在生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)氣體燃料，占企業(yè)總能耗的比例很大，是鋼鐵生產(chǎn)過程重要的二次能源。隨著冶金工藝及設(shè)備的發(fā)展進(jìn)步，許多鋼廠也隨之加深了對煤氣深度利用的研究，來提高煤氣使用的高效性及經(jīng)濟(jì)性。在煤氣利用過程中，煤氣管道作為鋼廠內(nèi)的“血管”，普遍存在腐蝕現(xiàn)象，一旦管道腐蝕穿孔、裂縫，煤氣泄漏，極易造出人員一氧化碳中毒，甚至著火、爆炸的嚴(yán)重事故，因此，減少煤氣對管道腐蝕是煤氣利用的重要組成部分[1]。

1 鋼廠煤氣深度利用的制約因素

除燃燒利用外，鋼廠煤氣的深度利用還有另一種形式，即化工合成。在我國，除鋼鐵工業(yè)外，化工工業(yè)也是一項重要的支柱產(chǎn)業(yè)，在化工工業(yè)中，一氧化碳和氫氣是化工合成的基礎(chǔ)原料，很多化工企業(yè)需要通過各種途徑獲取這部分氣源。如果能夠利用鋼廠煤氣中的一氧化碳和氫氣進(jìn)行化工合成，生產(chǎn)例如甲醇、乙醇、乙二醇類的化工品，實現(xiàn)鋼化聯(lián)產(chǎn)的綠色生產(chǎn)模式，可產(chǎn)生比燃燒利用更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。由于鋼化聯(lián)產(chǎn)需要的一氧化碳純度大于98.5%、氫氣純度大于99.9%，所以鋼廠煤氣深度利用的關(guān)鍵在于凈化提純。鋼廠煤氣有利用價值的成分主要是一氧化碳、氫氣和甲烷。鋼廠煤氣最環(huán)保和高效的深度利用方式是鋼化聯(lián)產(chǎn)，鋼化聯(lián)產(chǎn)最關(guān)鍵的問題是鋼廠煤氣中一氧化碳和氫氣的分離提純，分離提純過程最困難的環(huán)節(jié)是高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣中一氧化碳和氮?dú)獾姆蛛x，因此一氧化碳和氮?dú)獾姆蛛x技術(shù)是鋼廠煤氣深度利用的制約因素。

2 鋼廠煤氣深度利用的措施

2.1 轉(zhuǎn)爐煤氣的利用

作為煉鋼產(chǎn)生的最重要的二次能源，轉(zhuǎn)爐煤氣有多重用途，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①用于煉鋼烘烤。對于大多數(shù)企業(yè)來說，轉(zhuǎn)爐煤氣常用于煉鋼烘烤，在煉鋼車間配置蓄熱式烘烤裝置，可用其烘烤鋼包、中間包和水口等耐材，在進(jìn)行烘烤時可將轉(zhuǎn)爐煤氣和高爐煤氣進(jìn)行混合，以達(dá)到節(jié)約資源的目的。為了節(jié)省天然氣，鋼鐵企業(yè)已將轉(zhuǎn)爐煤氣作為煉鋼烘烤主要介質(zhì)，替代天然氣作為烘烤介質(zhì)，為鋼鐵企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。②用于活性石灰生產(chǎn)。轉(zhuǎn)爐煤氣可以替代傳統(tǒng)的焦炭和煤粉用于石灰生產(chǎn)，該技術(shù)已經(jīng)十分成熟。③用于化工生產(chǎn)。在回收轉(zhuǎn)爐煤氣的過程中會產(chǎn)生大量的CO，作為化工生產(chǎn)中重要的材料，CO具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，因此將轉(zhuǎn)爐煤氣用于化工生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性價比較高。④用于自建電廠發(fā)電。該項技術(shù)已被國內(nèi)大多數(shù)鋼鐵企業(yè)采用，技術(shù)已十分成熟，帶來的經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。

2.2 增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，降低煤氣系統(tǒng)的安全風(fēng)險

①管理進(jìn)步。需要加強(qiáng)管理方法，比如說通過扁平化的管理調(diào)度方法進(jìn)行煤氣站所的管理，實行無人值守化制度。對于總廠來說，一定要重視制氫站的管理，另外，其他的煤氣房都需要強(qiáng)化管理，通過集中控制以及無人值守等管理方法，進(jìn)一步加強(qiáng)管理，讓勞動生產(chǎn)率大幅度提升，并且才能保證整個系統(tǒng)處于安全的狀態(tài)。②技術(shù)進(jìn)步。需要合理的使用新技術(shù)、新工藝，比如說使用煤氣混合站、自動控制技術(shù)加壓機(jī)自動控制技術(shù)等，尤其是在管理的過程中可以使用集中控制系統(tǒng)，可以保證各種設(shè)備處于自動運(yùn)行的狀態(tài)，讓煤氣區(qū)域的滯留時間縮短，避免出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故[2-4]。

2.3 鋼化聯(lián)產(chǎn)模式

鋼化聯(lián)產(chǎn)是指以鋼鐵企業(yè)高爐、轉(zhuǎn)爐和焦?fàn)t煤氣為原料，經(jīng)過一系列的凈化分離工藝，提取出一氧化碳、氫氣和甲烷等有價值的原料氣組分，進(jìn)一步化工合成生產(chǎn)甲醇、乙醇、乙二醇、LNG、燃料氫等高附加的化工產(chǎn)品的過程。鋼化聯(lián)產(chǎn)的概念，于20 世紀(jì)90 年代由日本和歐洲國家提出，但由于一直無法從高爐和轉(zhuǎn)爐煤氣中高效提純一氧化碳，鋼化聯(lián)產(chǎn)的課題就一直被擱置，直到21 世紀(jì)初，高爐和轉(zhuǎn)爐煤氣中提純一氧化碳的技術(shù)瓶頸被我國技術(shù)突破后，鋼化聯(lián)產(chǎn)項目開始在國內(nèi)開展。從高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣的高氮?dú)夥諊?，以?jīng)濟(jì)的方式分離提純一氧化碳的課題，在國內(nèi)已被北京北大先鋒科技有限公司突破，利用一氧化碳和一價銅離子分子篩的絡(luò)合特性，通過變壓吸附的方式成功地將一氧化碳和氮?dú)鈱崿F(xiàn)高效分離，并且已有成熟工業(yè)運(yùn)行的案例，為鋼化聯(lián)產(chǎn)、鋼廠煤氣資源化利用的實施提供了可行性和經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)[5]。

2.4 煤氣摻燒

煤氣摻燒發(fā)電避免了能源的浪費(fèi)，提高了企業(yè)整體能源利用率，可以視為一種余熱余能的利用。根據(jù)國家碳市場的相關(guān)規(guī)定，對于企業(yè)余熱余能利用發(fā)電的排放因子應(yīng)按零計算。按照這個思路，對于煤氣摻燒發(fā)電機(jī)組可以參考碳市場初期對于燃?xì)怆姀S的處理方式，燃?xì)獠糠植恍璩袚?dān)履約責(zé)任。因此，核算鋼鐵企業(yè)自備電廠的碳排放量時只需要按照發(fā)電行業(yè)核算指南計算煤粉燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放。至于配額端，目前國家碳市場發(fā)電行業(yè)采用基準(zhǔn)法進(jìn)行配額分配。由于煤氣摻燒機(jī)組的電量中有一部分是來自煤氣，另一部分來自煤炭，如果按照目前全口徑發(fā)電量的配額分配方案，會導(dǎo)致煤氣摻燒機(jī)組的配額過量。此外，考慮到煤氣對于發(fā)電機(jī)組整體發(fā)電效率的影響，應(yīng)對機(jī)組供電量進(jìn)行修正。

2.5 煤氣管道防腐

①提高腐蝕阻力：改進(jìn)波紋管材質(zhì)，由316L 升級為254SMo、825 等；煤氣管道及設(shè)備材質(zhì)改為耐腐蝕合金鋼；管道及設(shè)備內(nèi)防腐，隔離內(nèi)壁與腐蝕成分。②減少酸性物質(zhì)含量：選用酸性成分含量少的鐵礦石、煤粉等原料；燒結(jié)使用低氯助劑、減少或停用脫硫廢水；加堿水洗除酸，降低煤氣中氯、硫含量。但是，煤氣噴堿塔占地面積大、投資高、運(yùn)行費(fèi)用大，產(chǎn)生的廢水量大且廢水處理難度大。③阻止液體腐蝕環(huán)境形成：減少爐頂打水降溫，減少冷凝水；直接將高溫煤氣送入管網(wǎng)，煤氣管道保溫，阻止冷凝水析出。該類措施對生產(chǎn)工藝條件的要求比較苛刻，很難實現(xiàn)。

3 結(jié)語

“綠水青山就是金山銀山”，在國家日益嚴(yán)峻的環(huán)保高壓態(tài)勢下，鋼鐵和化工兩個高污染、高耗能的傳統(tǒng)工業(yè)，需要探尋一條綠色轉(zhuǎn)型的發(fā)展之路，將鋼廠煤氣變?yōu)榛S原料氣，是一個大膽而又跨界的創(chuàng)新模式，山東石橫特鋼和山西立恒鋼鐵的工業(yè)案例證明了這種模式的可行性，鋼化聯(lián)產(chǎn)符合國家綠色可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略。能源是國家工業(yè)發(fā)展進(jìn)步的基石，鋼鐵企業(yè)若能通過鋼化聯(lián)產(chǎn)模式，為國家提供燃料乙醇、燃料氫和LNG 的補(bǔ)充能源，對國家能源安全體系的構(gòu)建具有深遠(yuǎn)意義。