以氣代焦 天然氣與冶金市場雙贏

1、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)所排放的氣體是嚴重的污染源。為緩解優(yōu)質(zhì)煉焦煤的缺乏和到達日趨嚴格的排放標準，開展了用天然氣代替焦炭的非高爐直接復(fù)原煉鐵法，將固體鐵礦石直接復(fù)原成海綿鐵。由于天然氣不含灰分、硫、磷等有害雜質(zhì)，從而大大進步了消費效率和鋼鐵質(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，以及鋼鐵冶煉直接復(fù)原中使用天然氣的工藝技術(shù)效能優(yōu)勢；進展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開展早期，首先應(yīng)開發(fā)冶金用氣市場，發(fā)揮天然氣可為終

2、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構(gòu)造中鋼鐵占18.2%。鋼鐵工業(yè)是耗能大戶，每噸鋼綜合能耗為0.70.9t標準煤；結(jié)合企業(yè)每噸鋼消耗電能400600k.h。鋼鐵消費所用的能源主要有煉焦煤、動力煤、燃料油和天然氣等；而鋼鐵消費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。鋼鐵消費的燃料消費本錢占總本錢的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

3、45%；轉(zhuǎn)爐煤氣為9%。鋼鐵企業(yè)的消費車間根本上都使用各種熱值不同的氣體燃料，氣體燃料在鋼鐵消費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和為主的復(fù)原性氣體，供鐵礦石復(fù)原培燒、高爐噴吹和鐵礦石的直接復(fù)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消費總能耗的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缺乏，保有儲量中焦煤僅占5.9%，而且地理分布不均。焦煤數(shù)量缺乏，質(zhì)量下降是限制我國鋼鐵消費開展的薄弱環(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1

4、3.58%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消費的重要因素之一。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，焦煤枯燥無灰基揮發(fā)分vdaf20.028.0%，煤氣產(chǎn)率vt=2703103/t；肥煤vdaf28.037.0%，vt=3104103/t；氣煤vdaf37.0%，vt=41010003/t。由此，也使先進的燃氣蒸汽結(jié)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本錢優(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

5、噴吹技術(shù)35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)煉焦煤的缺乏，開展了綜合噴吹技術(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h490%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，其成分與焦炭根本一樣；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。為進步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本錢，目前又開展了爐身噴吹高溫復(fù)原氣體工藝。該工藝是將碳氫化合物

6、燃料先在爐外分解，制成高溫1000左右、復(fù)原性強的氣體，再從爐腰或爐身下部間接復(fù)原劇烈反響區(qū)噴入高爐，減少高溫區(qū)的熱支出，可以大幅度地降低高爐燃料消耗。國外煉鐵高爐噴吹由天然氣(1503/t鐵)高溫轉(zhuǎn)換的復(fù)原氣體，使焦比每煉一噸生鐵所需的焦炭量。k=每日燃燒焦炭量/日產(chǎn)生鐵，kg/t)降到了300kg/t鐵以下，高爐利用系數(shù)每立方米高爐有效容積一晝夜消費的生鐵噸數(shù)。v=日產(chǎn)量/有效容積，t/3.d)提到2.4以上(我國平均600kg/t鐵，高爐利用系數(shù)1.7)。前蘇聯(lián)地區(qū)因天然氣資源豐富，高爐冶煉一般都是噴吹天然氣。80年代以來，由于世界天然氣的大量開采、有效輸送，以及價格相對平穩(wěn)，使美國、英

7、國、法國等國家的也有相當(dāng)部分高爐煉鐵選用了噴吹天然氣工藝。日本鋼鐵企業(yè)高爐煉鐵噴吹燃料主要為優(yōu)質(zhì)重油，兼有天然氣?，F(xiàn)有的各種固體燃料因含有灰分等雜質(zhì)，氣化方法都不能提供合格的冶金復(fù)原煤氣。以重油為主的液體燃料對部分氧化法在理論上是可行的，但存在較多問題，尚需進一步試驗開展。冶金復(fù)原煤氣的主要氣體燃料是天然氣、其他還有石油氣及焦?fàn)t煤氣，其轉(zhuǎn)化反響的目的是把h4變成可利用的和h2。焦?fàn)t煤氣的轉(zhuǎn)化尚無定型方法。我國因存在天然氣供給問題，使煉鐵高爐噴吹高溫復(fù)原氣沒有得到很好地開展。無疑，天然氣在高爐煉鐵中有相當(dāng)大的市場空間。三、天然氣與鋼鐵冶煉直接復(fù)原技術(shù)56全世界煉焦煤僅占煤總儲量的10%，隨著逐年

8、大量開采，儲量銳減，價格上漲。據(jù)結(jié)合國環(huán)保組織調(diào)查，傳統(tǒng)的鋼鐵工業(yè)是嚴重的污染源，所排放的有害氣體2、nx、s2造成使全球變暖，海洋擴大的“溫室效應(yīng)。90年代以來，國內(nèi)外逾來逾嚴格的環(huán)境污染排放標準，促使企業(yè)選擇新的消費流程。世界各國冶金工作者致力于開發(fā)用天然氣作復(fù)原劑，開展了不用焦炭的非高爐直接復(fù)原煉鐵法以下簡稱直接復(fù)原法。將鐵礦石在固態(tài)復(fù)原成海綿鐵，也稱為直接復(fù)原鐵dri。直接復(fù)原是在固態(tài)溫度下進展的，得到的直接復(fù)原鐵未能充分滲碳而含碳量較低2%，因此海綿鐵具有鋼的性質(zhì)，而且實際上也多作為廢鋼代用品使用。直接復(fù)原法具有直接把鐵礦石煉成鋼的一步法特征。由于直接復(fù)原渣鐵不能別離，實際消費中直接

9、復(fù)原鐵仍需要用電爐精煉成鋼，但電爐精煉的作用主要是熔化脫出雜質(zhì)和調(diào)整鋼的成分，而不是氧化脫碳。由于是直接復(fù)原和電爐精煉消費鋼，就產(chǎn)生了新的鋼鐵冶金消費短工藝流程。直接復(fù)原對于1510430104t/a特鋼廠具有無限的生命力。直接復(fù)原工業(yè)化試驗起始于20世紀50年代，到60年代后隨著天然氣的大量開采，1968年美國idrex法成功，直接復(fù)原才得到迅速開展。盡管近年來世界鋼鐵消費一直彷徨在8108t/a左右，但采用直接復(fù)原法的短流程鋼鐵企業(yè)產(chǎn)量自1975年以來，卻以平均每年12.31%的速度增長。日本學(xué)者認為，2021年直接復(fù)原電爐法將與高爐轉(zhuǎn)爐法冶煉平分秋色，到達45%以上。1.直接復(fù)原開展的背

10、景直接復(fù)原開展消費海綿鐵客觀原因有：1世界多數(shù)國家嚴重缺乏焦煤，其中不少國家有優(yōu)質(zhì)豐富的鐵礦以及天然氣和煙煤資源，它們因地置宜地借助本國資源開展直接復(fù)原工廠，如委內(nèi)瑞拉、印度尼西亞、墨西哥等國有豐富天然氣及優(yōu)質(zhì)鐵礦，主要開展氣基豎爐，以1995年統(tǒng)計為準產(chǎn)量達2829104t/a，占dri總產(chǎn)量的92%。2隨著電爐流程消費線的開展，電爐鋼產(chǎn)量日益增長，1997年世界鋼產(chǎn)量7.8108t/a，氧氣轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占57%，電爐煉鋼占33%，平爐鋼占13%。近年來世界制鋼消費中連鑄比迅速增長，已占72.7%，鋼鐵結(jié)合企業(yè)自產(chǎn)優(yōu)質(zhì)廢鋼減少，開展3近十年來鋼鐵工業(yè)受到高分子材料及硅酸鹽材料的競爭，世界鋼的總

11、產(chǎn)有停滯不前的趨勢，自1988年到達7.83108t/a后，始終未有打破。但以質(zhì)量、性能及品種產(chǎn)品取勝的小型特殊鋼廠如雨后春筍，蓬勃開展。電爐鋼選擇原料，自然更多地選擇直接復(fù)原鐵，如不銹鋼廠首先選擇低碳粒鐵或低碳海綿鐵作原料。為開展精品，進步附加值，直接復(fù)原低碳海綿鐵用于直接消費電工純鐵、鐵氧體及工業(yè)鐵料。2.氣基豎爐直接復(fù)原氣基idrex法由供料系統(tǒng)、復(fù)原豎爐、煙氣處理、天然氣處理、天然氣重整爐組成。鐵礦石經(jīng)計量后從爐頂布入爐內(nèi)。經(jīng)過預(yù)熱，在復(fù)原區(qū)與工藝燃料天然氣反響，反響約6h即完成冶煉，再由冷空氣直接冷至100以下，最后產(chǎn)品由爐底排出。冶煉產(chǎn)生廢氣仍含約70%h2，通過重整爐，參加補充天

12、然氣裂化處理，使氣體中h2濃度上升到90%95%，溫度為900，重新進入豎爐循環(huán)使用。其反響式為：h4h23h2天然氣裂化反響fe233h22fe3h2fe2332fe32氣基法的能耗低，效率高，質(zhì)量好，易操作，作業(yè)溫度低，產(chǎn)品無需再分眩氣基法消費dri對于天然氣豐富地區(qū)具有生命力。3.氣基dri法主要指標及技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性(1鋼中有害元素sn、sb、as、bi含量大幅度降低，進步了鋼材斷裂韌性、熱加工塑性、冷加工可塑性。(2)鋼中s、p含量降低，進步鋼材沖擊韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變點溫度。3縮短電爐精煉期，進步ni、等有價元素收得率。4降低鋼中h及n含量。(5用dri煉優(yōu)質(zhì)合金鋼熱變形才能良好，合適于作深沖鋼板(見表1)。氣基dri指標表11.焦炭熱值25j/kg，含灰分12%，含硫0.7%。3、理想焦炭熱值價格計算根據(jù)：a.無灰簡單升值：+12%；b