以氣代焦 天然氣與冶金市場雙贏

摘 要：能用于冶金的優(yōu)質(zhì)煉焦煤占煤儲量的比例很小，經(jīng)逐年大量開采，儲量銳減，價格上漲；同時，傳統(tǒng)的冶金工業(yè)所排放的氣體是嚴(yán)重的污染源。為緩解優(yōu)質(zhì)煉焦煤的不足和達到日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展了用天然氣代替焦炭的非高爐直接還原煉鐵法，將固體鐵礦石直接還原成海綿鐵。由于天然氣不含灰分、硫、磷等有害雜質(zhì)，從而大大提高了生產(chǎn)效率和鋼鐵質(zhì)。量。本文結(jié)合我國鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀，分析了鋼鐵企業(yè)用能特點，天然氣在煉鐵高爐噴吹，以及鋼鐵冶煉直接還原中使用天然氣的工藝技術(shù)效能優(yōu)勢；進行了天然氣市場價格比較及冶煉應(yīng)用增效推算。提出了在我國天然氣市場發(fā)展早期，首先應(yīng)開發(fā)冶金用氣市場，發(fā)揮天然氣可為終端用戶使用的一次能源優(yōu)勢；通過市場合作，實現(xiàn)互惠雙贏，加快“西氣東輸”步伐的建議。

主題詞：冶金，天然氣，焦炭，替代能源，經(jīng)濟效益，分析

一、鋼鐵企業(yè)用能特點

我國能源消費結(jié)構(gòu)中鋼鐵占18.2%。鋼鐵工業(yè)是耗能大戶，每噸鋼綜合能耗為0.7～0.9t標(biāo)準(zhǔn)煤；聯(lián)合企業(yè)每噸鋼消耗電能400～600kw.h。

鋼鐵生產(chǎn)所用的能源主要有煉焦煤、動力煤、燃料油和天然氣等；而鋼鐵生產(chǎn)工藝主要使用的是焦炭、電力、氣體燃料和蒸汽等。在各種燃料中，氣體燃料的燃燒最容易控制，熱效率也最高，是鋼鐵廠內(nèi)倍受歡迎的燃料。鋼鐵生產(chǎn)的燃料消費成本占總成本的41%，投入的一次能源約有40%轉(zhuǎn)變成為工藝副產(chǎn)煤氣，其中焦?fàn)t煤氣為46%；高爐煤氣為45%；轉(zhuǎn)爐煤氣為9%。鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)車間基本上都使用各種熱值不同的氣體燃料，氣體燃料在鋼鐵生產(chǎn)的熱能平衡中占有重要地位。天然氣中含有大量烴類氣體，熱值高，經(jīng)轉(zhuǎn)化后可得到以H2和CO為主的還原性氣體，供鐵礦石還原培燒、高爐噴吹和鐵礦石的直接還原等，是氣體燃料中最受歡迎的一種。

通常鋼鐵企業(yè)的煉鐵系由焦化、燒結(jié)、高爐工序組成，&127;所消耗的能源占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的30%以上。特別是要用焦炭。我國的煤炭資源雖然豐富，但是用于冶金的焦煤資源不足，保有儲量中焦煤僅占5.9%，而且地理分布不均。焦煤數(shù)量不足，質(zhì)量下降是限制我國鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。80年代以來重點企業(yè)冶金焦炭質(zhì)量不斷下降，近十年中，灰分由13.58%上升到14.58%(比國外高3%～4%)，含硫量由0.66%上升到0.72%。焦炭的質(zhì)量成了影響我國鋼鐵生產(chǎn)的重要因素之一。

近年來，國內(nèi)冶金企業(yè)對焦炭的需求使弱粘結(jié)性和高揮發(fā)份的氣、肥等配焦煤在煉焦配比中不斷增加，導(dǎo)致焦炭碎焦增多，強度質(zhì)量下降。煉焦煤中，焦煤干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf＞20.0～28.0%，煤氣產(chǎn)率Vt=270～310m3/t；肥煤Vdaf＞28.0～37.0%，Vt=310～410m3/t；氣煤Vdaf＞37.0%，Vt=410～1000m3/t。由此，也使先進的燃?xì)猓�蒸汽�?lián)合循環(huán)發(fā)電方式在冶金企業(yè)得到了較好的應(yīng)用。這些都為天然氣以低成本優(yōu)勢進入冶金市場提供了良好的機遇。

二、天然氣與煉鐵高爐噴吹技術(shù)[3～5]

高爐煉鐵是目前鋼鐵冶煉獲得生鐵的主要手段。近年來，為緩解優(yōu)質(zhì)煉焦煤的不足，發(fā)展了綜合噴吹技術(shù)。高爐可以噴吹氣體、液體、固體等各種燃料。氣體燃料有天然氣、焦?fàn)t煤氣等。天然氣的主要成分是CH4（90%以上），焦?fàn)t煤氣的主要成分是H2(55%以上)，液體燃料有重油、柴油、焦油等；它們含碳量高，灰分少，發(fā)熱值高。固體燃料有無煙煤和煙煤，其成分與焦炭基本相同；缺點是灰分高，硫含量高。1981年前，我國重點鋼鐵企業(yè)高爐煉鐵大多數(shù)噴吹重油，此后政策性改油為煤，目前全部為噴吹煤粉。

為提高煉鐵高爐燃料利用率和熱效率，降低后續(xù)煉鋼爐外脫硫等工序成本，目前又發(fā)展了爐身噴吹高溫還原氣體工藝。該工藝是將碳?xì)浠�合物燃料先在爐外分解，制成高溫（1000℃左右）、還原性強的氣體，再從爐腰或爐身下部間接還原激烈反應(yīng)區(qū)噴入高爐，減少

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