本文主要介紹了目前轉(zhuǎn)爐煤氣的回收現(xiàn)狀，同時(shí)介紹了用石灰石代替石灰造渣煉鋼和對低CO濃度的廢氣循環(huán)再利用而生成轉(zhuǎn)爐煤氣的技術(shù)。該方法不但可以增加轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量，也可以顯著提高轉(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)熱值，同時(shí)在減少能量消耗、增加能量收入和減少廢棄物排放等方面也具有重大的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，可以認(rèn)為是一種高效益的轉(zhuǎn)爐煤氣再生。 

轉(zhuǎn)爐煤氣性質(zhì)及回收現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)爐煤氣的主要成分是CO，其含量約為60%~80%，具體成分見表1所示。

表1. 轉(zhuǎn)爐煤氣成分 

目前，國內(nèi)大部分企業(yè)回收轉(zhuǎn)爐煤氣的熱值在6688~7106 kJ/m3，也就是每立方米轉(zhuǎn)爐煤氣相當(dāng)于0.229~0.243kg標(biāo)準(zhǔn)煤。轉(zhuǎn)爐煤氣的主要成分CO是無色無味、易燃易爆的有毒氣體，化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng)，控制不好很容易引起著火、爆炸、中毒等惡性事故。

有文獻(xiàn)指出，轉(zhuǎn)爐煤氣的密度和空氣差不多，能夠長時(shí)間和空氣混合在一起，容易聚集不易擴(kuò)散，其爆炸極限范圍比較大（18.2％～83.2％），所以轉(zhuǎn)爐煤氣的爆炸性是限制其回收的主要因素之一。

回收轉(zhuǎn)爐煤氣的價(jià)值和意義

我國重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)的煤氣回收量逐年增加，但值得指出的是，目前我國近年建立的相當(dāng)多的民營轉(zhuǎn)爐煉鋼企業(yè)沒有設(shè)置轉(zhuǎn)爐煤氣回收裝置，亟需進(jìn)行整頓，這些煉鋼廠在生產(chǎn)中不僅浪費(fèi)了大量的能源，也過多地排放了CO2而加重生態(tài)問題，令人痛心。 

轉(zhuǎn)爐煤氣熱值比較高，含硫量低，是一種優(yōu)質(zhì)的燃料，同時(shí)也是比較好的化工原料。轉(zhuǎn)爐煤氣除了供鋼鐵廠內(nèi)部如烘烤鋼包、熱冷軋、高爐熱風(fēng)爐和石灰窯等使用外，也可供給外部企業(yè)使用如發(fā)電、供熱取暖和化工等方面使用。 

從節(jié)約能量角度考慮，按全國轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量為5億噸、回收量取現(xiàn)在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣回收的企業(yè)的平均值60m3/t計(jì)算，每立方轉(zhuǎn)爐煤氣熱值為0.23kg標(biāo)準(zhǔn)煤，則每年回收的轉(zhuǎn)爐煤氣可以節(jié)約能量約為69億kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，可見是非常大的能量來源，而如果按照世界水平來要求，其數(shù)量更為巨大。

因此，加強(qiáng)對轉(zhuǎn)爐煤氣的回收與管理，不僅可以增加能源生產(chǎn)，而且有利于環(huán)境保護(hù)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，特別是，對于大量進(jìn)口能源的我國來說，回收轉(zhuǎn)爐煤氣無疑在國家能源安全方面也會(huì)起到重要作用。

石灰石代替石灰造渣煉鋼過程的煤氣回收

從減少資源和能源浪費(fèi)、減排粉塵和CO2及降低煉鋼成本出發(fā)，北京科技大學(xué)提出了一種用石灰石代替石灰造渣煉鋼的新方法。在一系列的理論探索和實(shí)驗(yàn)室研究基礎(chǔ)上，已在國內(nèi)兩家鋼鐵企業(yè)成功地進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，新生產(chǎn)方法除可保證煉鋼生產(chǎn)正常進(jìn)行，還可以提高轉(zhuǎn)爐煤氣的產(chǎn)生量。 

用石灰石代替石灰造渣煉鋼與傳統(tǒng)工藝相比，一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是石灰石在轉(zhuǎn)爐內(nèi)分解生成大量的CO2氣體，從而可以增加爐氣生成量和爐內(nèi)碳素來源。由于生成的CO2氣體在煉鋼初期可以參與入爐鐵水中雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，在1200～1600K間標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可以自發(fā)進(jìn)行如下反應(yīng)： 

從式（1）和（2）可以看出，石灰石分解的CO2可以自發(fā)參加轉(zhuǎn)爐內(nèi)的氧化反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為CO，不僅增加了煤氣發(fā)生量，而且也可以提高CO含量。

工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：用石灰石造渣煉鋼與傳統(tǒng)的用石灰造渣煉鋼相比，轉(zhuǎn)爐煤氣中CO含量升高了很多，并且開始回收時(shí)間也可以提前1分鐘左右，從而提高了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收指標(biāo)。實(shí)踐表明，添加石灰石的爐次爐氣中的CO含量明顯比全石灰冶煉高出很多，從而可以說明，用石灰石代替石灰造渣煉鋼可以有效提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量，提高轉(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)熱值。

低CO濃度爐氣循環(huán)利用產(chǎn)生轉(zhuǎn)爐煤氣

目前轉(zhuǎn)爐煤氣的回收要求是，CO濃度要大于30%，O2濃度同時(shí)要小于2%，不能回收的爐氣要在煙氣凈化除塵系統(tǒng)的排放煙囪頂端燃燒后放空。為了充分利用煉鋼過程中產(chǎn)生的因CO濃度過低而排放掉的爐氣，北京科技大學(xué)提出了對現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐煤氣回收設(shè)備進(jìn)行略加改造，把轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中放空的爐氣回收后用作復(fù)吹氣體，讓它再通過爐內(nèi)鐵水與碳等元素反應(yīng)，生成高濃度CO的爐氣的“循環(huán)利用轉(zhuǎn)爐低濃度CO爐氣產(chǎn)生轉(zhuǎn)爐煤氣”系統(tǒng)裝置，結(jié)構(gòu)簡圖如圖a所示。 

圖a.提出的新的轉(zhuǎn)爐煤氣回收模式 

從圖a可以看出，新的轉(zhuǎn)爐煤氣回收模式使低CO濃度而排放的爐氣得到了充分的循環(huán)利用，從而可以達(dá)到增加能源收入和減少CO2排放的目的。

轉(zhuǎn)爐煤氣能源的再生

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)對爐氣主要有兩種處理途徑，一種是成分合格的作為煤氣回收利用，另一種是成分不達(dá)標(biāo)的則要進(jìn)行點(diǎn)燃放散。這種處理辦法無疑會(huì)造成能量的浪費(fèi)和CO2排放量的增加。上面介紹的“用石灰石代替石灰造渣煉鋼”方法，代替的是現(xiàn)在煉鋼操作前煅燒石灰，把CO2放散到大氣中的做法，由此可以在轉(zhuǎn)爐中使石灰石中的CO2自然地、不需人工干預(yù)地反應(yīng)生成CO，可以認(rèn)為是一種能源的自然再生過程； “循環(huán)利用轉(zhuǎn)爐低濃度CO爐氣產(chǎn)生轉(zhuǎn)爐煤氣”方法可以使要放散的爐氣（CO2含量高CO含量低）由人工干預(yù)再生成為高CO含量的轉(zhuǎn)爐煤氣。只要有轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)，這種循環(huán)過程也將會(huì)不斷地進(jìn)行下去，因此在某種意義上可以認(rèn)為這也是一種具有可再生性質(zhì)的能源，這是有別于非工業(yè)過程的自然循環(huán)的能源。其循環(huán)過程可以用圖b表示。 

圖b. 轉(zhuǎn)爐煤氣的可再生過程 

由圖b可見，石灰石中的CO2經(jīng)分解、參與爐內(nèi)反應(yīng)后變成了CO，從而增加轉(zhuǎn)爐煤氣的來源；另一方面，不能被利用的低CO濃度爐氣經(jīng)回收和再次吹入轉(zhuǎn)爐后又一次增加了轉(zhuǎn)爐煤氣的來源。對工藝作很小的改革，就可以獲得一部分再生能源，這是一種值得提倡的工業(yè)生產(chǎn)方法。對人類社會(huì)來說，或許還有許多這樣的生產(chǎn)過程可以改變以獲得再生能源，這是一個(gè)值得探討的新能源領(lǐng)域。

另外，從在煉鋼中作為氧化劑使用的角度來看，充分利用CO2的氧化作用，從而相對減少純氧的使用也可以降低生產(chǎn)純氧的能量消耗。這種新的生產(chǎn)方法充分利用了石灰石分解的和低CO濃度爐氣中的CO2的氧化作用，可以降低噸鋼耗氧量，從而減少純氧的使用，降低了生產(chǎn)純氧的能量消耗。這是煉鋼過程產(chǎn)生再生能源之外的收獲。 

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