高爐煤氣

高壓鼓風機（羅茨風機）鼓風，通過熱風爐加熱後進入了高爐，這種熱風和焦炭助燃，產生二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙熱的焦炭產生一氧化碳，一氧化碳在上升的過程中，還原了鐵礦石中的鐵元素，使之成為生鐵，這就是鍊鐵的化學過程。鐵水在爐底暫時存留，定時放出用於直接鍊鋼或鑄錠。這時候在高爐的爐氣中，還有大量的過剩的一氧化碳，這種混和氣體，就是“高爐煤氣”。

高爐煤氣成分

高爐煤氣為鍊鐵過程中產生的副產品，主要成分為CO、CO₂、N₂、H2、CH₄等，其中可燃成分CO含量約佔25%左右，H₂、CH₄的含量很少，CO₂、N₂的含量分別佔15%、55%，熱值僅為3500KJ/m3左右。高爐煤氣的成分和熱值與高爐所用的燃料、所煉生鐵的品種及冶煉工藝有關，現代的鍊鐵生產普遍採用大容積、高風温、高冶煉強度、高噴煤粉量的生產工藝，採用這些先進的生產工藝提高了勞動生產率並降低能耗，但所產的高爐煤氣熱值更低，增加了利用難度。高爐煤氣中的CO₂、N₂既不參與燃燒產生熱量，也不能助燃，相反，還吸收大量的燃燒過程中產生的熱量，導致高爐煤氣的理論燃燒温度偏低。高爐煤氣的着火點並不高，似乎不存在着火的障礙，但在實際燃燒過程中，受各種因素的影響，混合氣體的温度必須遠大於着火點，才能確保燃燒的穩定性。高爐煤氣的理論燃燒温度低，參與燃燒的高爐煤氣的量很大，導致混合氣體的升温速度很慢，温度不高，燃燒穩定性不好。

燃燒反應能夠發生的另一條件是氣體分子間能夠發生有效碰撞，即擁有足夠能量的相互之間能夠發生氧化反應的分子間發生的碰撞，大量的CO₂、N₂的存在，減少了分子間發生有效碰撞的幾率，宏觀上表現為燃燒速度慢，燃燒不穩定。

高爐煤氣中存在大量的CO₂、N₂，燃燒過程中基本不參與化學反應，幾乎等量轉移到燃燒產生的煙氣中，燃高爐煤氣產生的煙氣量遠多於燃煤。

高爐煤氣中帶有大量的灰分，灰分含量可達60～80g/Nm³，而水蒸氣通常是飽和的，所以它是一種低級燃料。通常，高爐煤氣在使用前應進行淨化處理，有時與重油或煤粉摻和作為工業爐和鍋爐的燃料 ^[2]  。

高爐煤氣在鋼鐵廠的應用

燒純高爐煤氣鍋爐發電技術、燃氣-蒸汽聯合循環發電機組和高温蓄熱式燃燒技術的研製成功並在鋼鐵企業中的廣泛應用，為高爐煤氣的有效利用提供了很好的途徑 ^[3]  。

高爐煤氣除作為加熱燃料供鋼鐵廠使用外，還能用於發電等其它用途，利用好這部分副產能源不僅能降低企業的能源消耗，還將改善鋼鐵企業對周邊環境的污染。

提高高爐煤氣利用的措施

低熱值高爐煤氣的特點是可燃成分低，燃燒不穩定，燃燒温度低，煙氣量大。火焰穩定直接關係到燃燒的安全性，對低熱值煤氣一般都採用穩定強化燃燒的措施，如富化高爐煤氣或採用換熱器對高爐煤氣和助燃空氣雙預熱等 ^[3]  。

（1）高爐煤氣中不燃成分多，可燃成分較少（約30%左右），發熱值低，一般為3344-4180千焦/標米；

（2）高爐煤氣是無色無味、無臭的氣體，因CO含量很高，所以毒性極大；

（3）燃燒速度慢、火焰較長、焦餅上下温差較小；

（4）用高爐煤氣加熱焦爐時，煤氣中含塵量大，容易堵塞蓄墊室格子磚；

（5）安全規格規定在1米；空氣CO含量不能超過30mg；

（6）着火温度大於700℃。

（7）高爐煤氣含有H₂（1.5-3.0%），CH₄（0.2-0.5%），CO（25-30%），CO₂（9-12%），N₂（55-60%），O₂（0.2-0.4%）；密度為1.29-1.30Kg/Nm3。

一、高爐煤氣需要預熱

同體積的高爐煤氣的發熱量較焦爐煤氣低得多，一般為3300—4200KJ/m3。熱值低的高爐煤氣是不容易燃燒的，為了提高燃燒的熱效應，除了空氣需要預熱外，高爐煤氣也必須預熱。因此使用高爐煤氣加熱時，燃燒系統上升氣流的蓄熱室中，有一半用來預熱空氣，另一半用來預熱煤氣。煤氣與空氣一樣，經過斜道進入燃燒室立火道進行燃燒。

二、燃燒系統的阻力大

用高爐煤氣加熱時，耗熱量高（一般比焦爐煤氣高15%左右），產生的廢氣多，且密度大，因而阻力也較大。而上升氣流雖然供入的空氣量較少，但由於上升氣流僅一半蓄熱室通過空氣，因此上升氣流空氣系統和阻力仍比焦爐煤氣加熱時要大。

三、高爐煤氣燃燒火焰較長

高爐煤氣中的惰性氣體約佔60%以上。因而火焰較長，焦餅上下加熱的均勻性較好。

由於通過蓄熱室預熱的氣體量多，因此蓄熱室、小煙道和分煙道的廢氣温度都較低。小煙道廢氣出口温度一般比使用焦爐煤氣加熱時低40—60℃。

四、高爐煤氣毒性大

高爐煤氣中CO的含量一般為25%—30%，為了防止空氣中CO含量超標，必須保持煤氣設備嚴密。高爐煤氣設備在安裝時應嚴格按規定達到試壓標準，如果閒置較長時間再重新使用前，必須再次進行打壓試漏，確認管道、設備嚴密後才能改用高爐煤氣加熱。日常操作中，還應對交換旋塞定期清洗加油，對水封也應定期檢查，保持滿流狀態，蓄熱室封牆，小煙道與聯接管處的檢查和嚴密工作應經常進行。

高爐煤氣進入交換開閉器後即處於負壓狀態。一旦發現該處出現正壓，應立即查明原因組織人力及時處理，確保高爐煤氣進入交換開閉器後處於負壓狀態。

五、高爐煤氣含塵量大

焦爐所用的高爐煤氣含塵量要求最大不超過15mg/m³。2012年以來由於高壓爐頂和洗滌工藝的改善，高爐煤氣含塵量可降到5mg/m³以下，但長期使用高爐煤氣後，煤氣中的灰塵也會在煤氣通道中沉積下來，使阻力增加，影響加熱的正常調節，因而需要採取清掃措施。

另外，高爐煤氣是經過水洗滌的，它含有飽和水蒸汽。煤氣温度越高，水分就越多，會使煤氣的熱值降低。從計算可知，煤氣温度由20℃升高到40℃時，要保持所供熱量不變，煤氣的表流量約增加12%。因此要求高爐煤氣的温度不應超過35℃。當煤氣温度發生一定變化時，交換機工應立即調整加熱煤氣的表流量，以保證供給焦爐的總熱量的穩定。

高爐煤氣含塵量高，除塵效率要求達到99.96—99.99%方可使含塵濃度5mg/m³—20 mg/m³（標況）的排放使用要求，因而需多級除塵。典型的三級淨化流程是：第一級為粗淨化，多用機械式除塵器，除塵效率為60— 90%，除塵後含塵濃度達1g/m³—4g/m³（標況）；第二級為半精淨化，採用一般濕式洗滌器，既除塵又可降温，温度由100℃降至20℃—30℃，除塵後含塵濃度為0.5g/m³—1.0g/m³（標況）；第三級為精淨化，採用文丘裏洗滌器或電除塵器，除去其中細塵，淨化後含塵濃度可達6mg/m³—20mg/m³（標況）以下。重力除塵器、旋風除塵器已成功地應用小高爐。袋式除塵器三級全乾法淨化流程；能避免洗滌廢水的產生，消除對水系的污染，現已在大高爐上推廣試驗。爐氣中一氧化碳含量高，淨化系統應注意爐氣外泄、防燃、防爆 ^[1]  。