钢铁冶金过程中高炉煤气CO和O2在线监测

我国是钢铁生产大国，近年来生铁产量呈逐年上升趋势。目前, 钢铁工业总能耗已占全国工业总能耗的15%左右, 而钢铁企业生产过程中的能源有效率仅为30%左右。在钢铁联合企业，高炉炼铁又是能耗最高的环节。钢铁工业的节能主要包括减少浪费和增加回收两个方面，其中大力回收生产过程中产生的二次能源（例如副产煤气等）是一个非常重要的途径。钢铁生产过程中的副产煤气资源包括高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气。其中高炉煤气排放量约占64 %, 焦炉气约占29 % , 转炉气约占7 %, 因此高炉煤气的有效利用是钢厂节能降耗的重中之重。

高炉煤气是高炉炼铁过程中的副产煤气，是一种无色、无味、有毒的低热值气体燃料。主要成分为CO、CO2、N2 、H2O、及少量H2，各成分的含量与高炉所用燃料、生铁品种和冶炼工艺密切相关，其常见的组成如表1所示。

其中最具有二次利用价值的CO含量仅为25-30%，而惰性组分CO2和N2约占70%，使得高炉煤气的热值很低，一般仅为730-800×4.18 KJ/Nm3左右，而燃料热值只有达到2200×4.18KJ／Nm3左右，才能满足工业炉理论燃烧温度的要求。

目前，高炉煤气的利用并不充分，大部分冶金工厂高热值煤气紧缺，而高炉煤气富余，存在不同程度的高炉煤气放散现象，达不到煤气111的有效利用。很多钢铁联合企业一方面在放散高炉煤气，一方面又要购入重油、天然气或者烧自产焦油等作为能源补充。高炉自身热风炉会用掉40 %～50% 的高炉煤气, 其余大部分如果放散到大气中，将会造成环境的污染和能源的浪费。国家计委、经贸委、科委颁发的《中国节能技术大纲》中要求, 冶金重点企业高炉煤气排放损失率应为4 %以下。

因高炉煤气中含CO量在30%以下，造成燃烧速度低、火焰长，因此高炉煤气的理论燃烧温度为1400~1500℃。高炉煤气中有大量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2850kJ/m3~3220kJ/m3；冶炼铸造铁时，发热值为3550kJ/m3~4200kJ/m3。

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。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。下面介绍几种常见且实用的高炉煤气利用技术。

　　1、高炉热风炉

高炉热风炉是目前单一使用高炉煤气应用最广泛的工业炉，高炉热风炉凭借炉内耐火砖砌体热容量大所形成的高温环境，使单一高炉煤气能够稳定燃烧。如要获得更高的热风温度，需将高炉煤气和助燃空气预热后送入热风炉燃烧。

　　2、蓄热式轧钢加热炉

蓄热式轧钢加热炉高温空气燃烧技术(HTAC)是将高炉煤气与助燃空气双预热到1000℃以上，使单一高炉煤气的理论燃烧温度达到2200℃以上。高炉煤气与助燃空气的预热是通过蓄热室得到的，与传统蓄热燃烧的区别在于蓄热材料耐高温、耐急冷急热，以获得高温；蓄热体比表面积大，换向周期短至不到1分钟，使蓄热体小型化；排烟温度低于150℃。蓄热室轧钢加热炉效率比常规加热炉提高30%以上，炉内呈贫氧燃烧气氛，钢坯氧化烧损少，有利于提高成材率，燃烧产物中NOx含量低，自动化程度高。

　　3、复热式炼焦炉

复热式炼焦炉直接使用高炉煤气为燃料，将高炉煤气和助燃空气通过蓄热室的格子砖预热到1000℃左右，然后进入燃烧室立火道燃烧，可使炭化室炉墙加热到1100℃以上。

　　4、与高热值气体掺混为混合燃气

高炉煤气可与焦炉煤气、天然气、液化石油气等混合为混合煤气，作为均热炉、加热炉、热处理炉等的燃料，并可由于烧结机点火，也可用于加热热轧的钢锭、预热钢水包等。高炉煤气与高热值气体掺烧是目前钢厂高炉煤气利用技术中除热风炉以外另一种重要的利用方法。

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