太钢煤气系统优化案例

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1、 1 分享最佳实践 创造低碳未来 iipnetwork.org 案例研究四： 太钢煤气系统优化 案例 一、 背景在中国钢铁工业以煤为主的能源的能源结构中，副产煤气将会占总能耗的相当的比例，目前钢铁企业副产煤气约占 企业总能耗的 3040%，是钢铁企业最重要的二次能源。因此，管好用好高炉、焦炉、转炉三种煤气资源，合理回收及高效利用副产煤气是钢铁企业节能减排的首选，对于钢铁企业降低能源消耗具有重要意 义。 本案例以钢铁企业副产煤气作为研究对象，系统分析国内典型钢铁企业在科学回收副产煤气资源、合理调配、高效利用方面的优良做法，编写钢铁行业煤气系统能量系统优化案例研究报告，为国内外钢铁企业在节能减排、

2、减少外部能源等方面提供学习和借鉴的机会。 二、 钢铁企业煤气资源利用现状及分析1. 钢铁企业副产煤气种类及特性 钢铁生产消耗大量的燃料。伴随着炼焦、炼铁、炼钢的生产过程，副产大量焦炉煤气、高炉煤气及转炉煤气。由于产生过程不同，因此各种副产煤气的成分、热值等特性也不相同。高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气的主要特性 参数详见下表。 副产煤气主要特性参数表 煤气组成 % 焦炉煤气 高炉煤气 转炉煤气 H2 5560 1.53.0 56 CO 58 2530 8086 CH4 2328 0.20.5 0.71.6 CnHm 24 1 0.3 CO2 1.53 915 10 N2 35 5560 3.5 O

3、2 0.40.8 0.20.4 0.5 低发热值 kJ/m2 1672018810 32304180 56009218 2 2. 副产煤气在钢铁企业的应 用现状及问题 煤气相对于固体、液体燃料具有燃烧容易控制，效率高、输送简单方便等特点，是钢铁企业最受欢迎的一种燃料，目前，钢铁企业几乎所有生产工序都需要使用副产煤气做为燃料。 尽管中国钢铁行业在提高煤气回收利用水平方面取得了显著成效，但很多钢铁企业在高效合理利用副产煤气方面仍存在很多问题亟待解决，如： 系统节能意识有待加强，很多企业副产煤气在使用过程中普遍存在高质低用现象，部分企业煤气资源放散现象仍比较严重。 总体上仍采用粗放式的能源管理方式，

4、煤气资源管理水平有待加强。 企业管理技术人员节能及创新意识不足，造 成部分先进、成熟的煤气高效利用技术没有在钢铁企业得到广泛的推广和应用。 部分企业能源介质价值与价格严重分离，能源定价机制不合理，内部机制与市场隔离。 等等 三、 太钢实施煤气系统 优化的进展和效果太钢是集铁矿山采掘和钢铁生产、加工、配送、贸易为一体的特大型钢铁联合企业，具备年产 1000 万吨钢（其中 300 万吨不锈钢）的能力。多年来，太钢围绕建设全球最具竞争力的不锈钢企业的战略目标，贯彻全面开放、系统对标的思想，推进工艺、技术、装备、产品的集成创新和升级换代，注重先进节能环保技术消化吸收，最大限度地提高能源资源利 用效率、

5、减少环境污染，以积极推行节能减排、循环利用实现了太钢绿色发展。 特别是在提高副产煤气回收利用水平方面，由于太钢以生产不锈钢为主，深加工产品比例高，高热值煤气消耗量较大，长期以来企业自产高热值焦炉煤气资源不足，必须引进城市煤气和天然气作为生产补充，如果外购燃气突然中断将会企业稳定生产造成重大影响。为此，太钢更加重视积极探索科学回收副产煤气资源，多年来积极探索煤气经济合理运行方式，合理调配煤气资源，提升煤气系统的精细化管理水平，为企业煤气系统安全稳定运行奠定了基础，同时降低了城市能源压力，走出了一条具有 太钢特色的副产煤气利用与减排综合技术创新道路。 1. 太钢煤气回收利用现状 1) 太钢煤气资源

6、现状 2011 年企业焦炭产量 221 万吨，年焦炉煤气发生量 1586 万 GJ，除焦化工序自耗外，其余全部作商品煤气供出，煤气热值 16500kJ/m3。 3 2011 年企业生铁产量 701 万吨，年高炉煤气发生量 3678 万 GJ，除高炉热风炉自耗外，其余全部作商品煤气供出，煤气热值 3500kJ/m3。 2011 年企业转炉钢产量 789 万吨，其中碳钢产量 528 万吨，年转炉煤气回收量 430.93 万 GJ；不锈钢产量 261 万吨，年转炉煤气回 收量 54.1 万 GJ。合计转炉煤气回收量 485 万 GJ，煤气热值7600kJ/m3。 2011 年企业外购天然气 616

7、万 GJ，外购城市焦炉煤气 106 万 GJ，。 2) 太钢煤气资源利用现状 目前，太钢几乎所有生产用户均需要利用副产煤气作为燃料，主要用户包括焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、发电厂及 BOC 公司等。 焦化工序焦化建有 2 座 7.63m70 孔焦炉，煤气使用用户主要包括炼焦、化产及焦炉煤气脱硫脱氢，其中：焦炉为复热式焦炉，采用高炉煤气添加焦炉煤气富化加热方式；焦化回收、精制工艺采用焦炉煤气作为管式炉加热热源；焦炉 煤气脱硫脱氢处理工艺有少量天然气消耗，作为制酸燃料炉燃料。 2011 年焦化工序高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气及天然气消耗占比分别为 74.77%、 18.27%、6.92%和 0.

8、036%，煤气利用情况如下图所示： 烧结工序烧结建有 1 台 450m2和 1 台 660m2烧结机，煤气主要用于烧结机点火，以焦炉煤气为燃料，折合吨烧结矿煤气消耗量约 0.07GJ。 4 炼铁工序炼铁建有 1 座 1650m3、 1 座 1800m3和 1 座 4350m3高炉，煤气主要用于高炉热风炉加热，以高炉煤气和焦炉煤气为燃料。 2011 年炼铁工 序高炉煤气、焦炉煤气消耗占比分别为 86.47%和 13.53%，煤气利用情况如下图所示： 炼钢工序炼钢包括二个炼钢厂，其中炼钢一厂生产特钢，炼钢二厂是太钢的主要炼钢厂，生产不锈钢和碳钢。炼钢厂主要煤气用户包括钢包烘烤、连铸切割、真空室烘烤

9、等，以焦炉煤气和天然气为燃料。 2011 年炼钢工序焦炉煤气、天然气消耗占比分别为 83.33%和 16.67%。炼钢工序煤气利用情况如下图所示： 轧钢工序轧钢工序是太钢耗热量较大的用户之一，轧钢产品品种包括不锈钢和碳钢，煤气用户包括加热炉、热处理炉等各类 工业炉，主要用于钢坯、锻坯等加热，燃料种类为焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气及天然气。 2011 年轧钢焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气和天然气消耗占比分别为 45.49%、 5 21.07%、 10.19 和 23.25%，煤气利用情况如下图所示： 发电厂发电厂是太钢全厂能源生产、保供、再利用的核心和枢纽，集发电、高炉鼓风、供蒸汽为一体，是全厂重

10、要的煤气缓冲用户， 2011 年高炉煤气、焦炉煤气消耗利用的占比分别是 95.49%和6.51%。发电厂煤气利用情况如下图所示： 公司BOC 公司负责太 钢氧气、氮气、氩气、氢气、空气等全部气体的统一供应。其中氢气采用焦炉煤气变压吸附制氢工艺，建有 1 套 800Nm3/h 焦炉煤气吸附制氢设备，利用焦炉煤气提取高纯氢气供太钢轧钢生产， 2011 年 BOC 公司年焦炉煤气消耗量 9.6378 万 GJ。 6 其他其它用户包括物流中心、技术中心等，煤气用量较小，对太钢全厂煤气平衡影响不大。 2011年消耗焦炉煤气 7.9 万 GJ，高炉煤气 1.4 万 GJ。 3) 太钢煤气供需平衡分析 目前

11、，太钢煤气供需达到平衡状态，富余煤气整体综合利用水平较高，其中高炉煤气放散率0.26%，焦炉煤气基本 无放散，远低于行业平均水平，平均转炉煤气回收量 100m3/t，其中北区 180t转炉吨钢煤气回收量达 115m3/t，处于行业同类企业前列。 2. 太钢煤气系统能量优化的进展 1) 加速淘汰落后，升级臵换，从源头上促进能源消耗降低 “十一五”期间，太钢相继淘汰一批高耗能、污染严重的工艺和设备，包括 4.3m 焦炉、 20 吨电炉、 300m3级高炉、横列式轧机、叠轧薄板轧机等，累计淘汰落后炼焦能力 130 万吨、炼铁能力70 万吨、炼钢能力 100 万吨、轧钢能力 90 万吨。 同时，按照生

12、产高效化、能源利用高效化、环保一流化的原则， 对全系统进行升级改造，建成了当今世界工艺技术最先进的 7.63m 焦炉、 450m2烧结机、 4350m3高炉、 160 吨超高功率电炉、180 吨 AOD 炉、 180 吨转炉、 180 吨 LF 炉和板坯连铸机、 2250mm 热连轧、宽幅不锈钢冷轧生产线等，全流程工艺装备达到国际一流水平。 随着一批规模大、装备新的工艺和设备投入使用，太钢整体装备达到世界先进水平，极大提高了能源利用效率，从而推动企业能源消耗的降低。 2) 依靠科技进步，实现煤气资源回收利用效率最大化 通过加强煤气回收、降低煤气用户消耗以及高效回收利用富余煤气等，依靠科 技进步

13、，实现煤气资源回收利用效率最大化，主要表现在以下几方面： （ 1） 采取多种有效措施，提高转炉煤气回收率 转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源，长期以来也是我国二次能源回收利用的薄弱环节之一。提高转炉煤气量，能有效降低炼钢工序生产成本，为实现“负能”炼钢打下基础，而且能极大降低钢铁企业污染物排放总量。因此，“转炉煤气”正成为现代转炉炼钢中的重要技术。 7 太钢自 2002 年开始采用转炉煤气回收技术以来，一直不断采取各种有效措施，提高转炉煤气回收率。太钢按照 6运行模式，结合企业生产实际，明确转炉煤气回收量的潜力，切实 制定解决措施，主要包括： 炼钢降罩操作。太钢对转炉采取降罩炼钢，在转炉煤气回收

14、期实行降罩操作，将活动烟罩与炉口的间隙率降至最低位，防止空气吸入造成二次燃烧， 煤气中 CO 的含量得到显著提高。 优化炉口微压差。 在降罩运行的同时，太钢通过优化炉口微压差、提高降罩到位率，做到降罩到位与炉口微压差调控运行，使转炉煤气在炉口 既不外溢也不吸入空气，避免空气吸入的不良影响，提高转炉煤气品质 。 采用干法除尘。转炉烟气净化回收系统的良好运行是转炉煤气高效回收的前提。太钢 2 台180t 转炉采用 LT 干法除尘工艺，显著降低了系统阻力，提 高了系统能力，炉口微差压控制精确，减少了冒出烟罩和吸入空气燃烧的煤气量，提高了煤气发热值和回收量。较 OG湿法除尘工艺而言，可提高煤气回收量近

15、 30%。 自动化、信息化技术应用。 国内炼钢厂的煤气回收系统，较多使用在线取样分析仪系统进行回收，存在取样管易腐蚀、堵塞，响应时间滞后，维护和标定工作量大，检测信息不完整，影响转炉煤气回收率。太钢使用 NEOM(挪威 )激光在现气体分析仪系统进行煤气回收，仪表精度和灵敏度明显提高，减少了影响煤气回收系统的故障和维护量，提高了煤气回收率。 目前，太钢转炉煤气回收量二钢南区 3 台 80t 转炉小时回收量 3.5 万 Nm3/h，北区 2 台 180t转炉小时回收量 5.5 万 Nm3/h，总回收量达到 8 万 Nm3/h，吨钢平均回收率达 100 m3/吨以上，其中2 台 180t 转炉吨钢煤

16、气回收量 115Nm3/t 钢，达到了国内领先水平。 （ 2） 加大节能技改项目实施，进一步降低各工序煤气消耗 太钢采取一系列工艺节能、工序节能措施，降低煤气用户消耗。主要包括： 利用余热资源替代煤气用于原料库解冻 北方钢铁企业由于气候原因，冬季含有水分的原燃料在运输过程中存在结冻问题，严重影响冬季原料生产供应，通常采用高炉煤气或焦炉煤气作为解 冻热源，每年需消耗大量的解冻用燃料。太钢于 2009 年实施矿粉解冻库烟气余热利用项目，利用高炉、烧结等钢铁冶炼过程中产生的高温烟气替代煤气作为冬季原燃料解冻热源，年可节约使用焦炉煤气 172078GJ，折合标煤约 5850 吨。 采用焦化煤调湿技术节省炼焦耗热量 8 太钢自主研发、自主创新、自主制造实施煤调湿工艺技术，利用干熄焦蒸汽发电后低压蒸汽作