周 卉，楊遂平

(上海基量標(biāo)準(zhǔn)氣體有限公司，上海 200233)

0 引言

鋼鐵企業(yè)在金屬冶煉的工藝過程中，會產(chǎn)生大量的富生煤氣，尤其是高爐煤氣，高爐煤氣成分以N2、CO2和CO為主，其特點是含塵量大、不易著火、燃燒不穩(wěn)定、熱值低、污染大、回收難，過去通常是放散到大氣中，從而造成了資源浪費和環(huán)境污染。有些工廠是利用煤氣鍋爐燃燒煤氣發(fā)電進(jìn)行回收，但是通常效率不高，而且排放也比較大。目前先進(jìn)的煤氣回收裝置就是采用燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電(CCPP:Combined Cycle Power Plant)技術(shù)，使循環(huán)效率大大提高，CO2排放量也大大降低，其節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益明顯。

1.節(jié)能效果。通常鋼鐵企業(yè)的高熱值煤氣自用不足，而低熱值煤氣又大量富余而無有效的利用途徑，因此不得不大量放散。2014年1～2月份，重點統(tǒng)計鋼鐵企業(yè)高爐煤氣累計產(chǎn)生量為1313.08億m3，高爐煤氣利用率為96.93%，折合標(biāo)煤達(dá)1500萬t。目前標(biāo)煤價格波動大，價格也高，如按去年的標(biāo)煤價格800元/t計，年產(chǎn)高爐煤氣熱量價值達(dá)120億元。若將上述煤氣全部回收利用CCPP發(fā)電，回收的熱能可降低綜合能耗。

2.減少對環(huán)境的污染。高爐煤氣含塵量大，高爐煤氣中存在大量的CO2、N2，燃燒過程中基本不參與化學(xué)反應(yīng)，幾乎等量轉(zhuǎn)移到燃燒產(chǎn)生的煙氣中，高爐煤氣產(chǎn)生的煙氣量遠(yuǎn)多于燃煤，嚴(yán)重影響環(huán)境質(zhì)量。CCPP的發(fā)電對減少排放，治理霧霾都有著重要意義。

3.CCPP供電成本低。一般來說，按回收原本需要放散的高爐煤氣來發(fā)電，對高爐煤氣的價值不計作運行成本，則CCPP的發(fā)電成本約為每度0.07～0.08元。如果高爐煤氣計入運行成本，則根據(jù)鋼鐵企業(yè)對高爐煤氣的定價計算煤氣的費用成本。

相對從電網(wǎng)購電而言，運行CCPP自備供電后，可節(jié)省外付電費，可大大降低生產(chǎn)噸鋼電力成本。

4.收益率高，投資回收期短。收益與回收主要是對照從電網(wǎng)購電的價格或外供的銷售價格。一般全投資內(nèi)部財務(wù)收益率在25%以上，投資回收期在3年之內(nèi)。

CCPP根據(jù)機(jī)型性能要求，BFG低位熱值的范圍要求在3060～3140 kJ/m3，如果低于這個范圍，則需要摻入一定的COG，而高于這個范圍，則要摻入一定的N2，以保證熱值達(dá)到其設(shè)計值范圍內(nèi)。因此，BFG與COG的成分檢測對于熱值的計算起到關(guān)鍵作用，本文介紹了BFG與COG的成分分析的具體流程。

1 高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣成分(見表1)

表1 高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣化學(xué)成分Table 1 The chemical composition of BFG and COG

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

儀器:GC-910(TCD)氣相色譜儀、GC-910(FID)氣相色譜儀。

氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)由上?；繕?biāo)準(zhǔn)氣體有限公司配制(見表2)。

2.2 分析流程

無機(jī)部分組分由GC-910(TCD)氣相色譜儀檢測，取樣、進(jìn)樣氣路系統(tǒng)流程圖見圖1。

有機(jī)部分組分由GC-910(FID)氣相色譜儀檢測。

表2 氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)列表Table 2 The list of standard gas

圖1 GC-910(TCD)氣相色譜儀色譜氣路系統(tǒng)流程圖Fig.1 The flow chart of GC-910(TCD)gas chromatograph

2.3 分析條件(見表3)

表3 分析條件表Table 3 The experimental condition

2.4 譜圖

圖2 BFG-FIDFig.2 BFG-FID

圖3 BFG-TCDFig.3 BFG-TCD

圖4 COG-FIDFig.4 COG-FID

圖5 COG-TCDFig.5 COG-TCD

2.5 檢測結(jié)果列表

表4 分析結(jié)果表Table 4 The results of the analysis

3 熱值計算

表5 燃?xì)饨M分氣體的熱值Table 5 The calorific value of gas components

根據(jù)表4的分析結(jié)果計算BFG低位熱值為3632 kJ/m3，COG低位熱值為21285 kJ/m3。

表6 微量元素分析結(jié)果表Table 6 The results of the analysis Trace elements

4 結(jié)論與討論

1.實踐證明，利用高爐煤氣發(fā)電項目，不僅可以緩解企業(yè)用電的緊張局面，而且可以減少CO對環(huán)境的污染，取得節(jié)能、增電、改善環(huán)境的效果，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和綜合社會效益。采用氣象色譜法(熱導(dǎo)、氫火焰檢測器)可全面分析高爐、焦?fàn)t煤氣成分，為熱值計算提供有利參考。

2.目前，煤氣中微量元素的排放和控制主要集中于燃煤煙氣中有害微量元素的排放及控制技術(shù)，為有效預(yù)測和控制煤氣中有害微量元素對發(fā)電設(shè)備的腐蝕和磨損，燃?xì)庵形⒘吭氐臋z測也尤為重要，采用原子吸收分光光度法、離子色譜法對燃?xì)庵薪饘匐x子和NH3以及HCl進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)見表6。

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