高炉煤气成分研究

高压鼓风机鼓风，通过热风炉加热后进入了高炉，这种热风和焦炭助燃，产生二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙热的焦炭产生一氧化碳，一氧化碳在上升的过程中，还原了铁矿石中的铁元素，使之成为生铁，这就是炼铁的化学过程。铁水在炉底暂时存留，定时放出用于直接炼钢或铸锭。这时候在高炉的炉气中，还有大量的过剩的一氧化碳，这种混合气体，就是“高炉煤气”。

1.高炉煤气成分

高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分别占15%、55%，热值仅为3500KJ/m3左右。高炉煤气的成分和热值与高炉所用的燃料、所炼生铁的品种及冶炼工艺有关，现代的炼铁生产普遍采用大容积、高风温、高冶炼强度、高喷煤粉量的生产工艺，采用这些先进的生产工艺提高了劳动生产率并降低能耗，但所产的高炉煤气热值更低，增加了利用难度。高炉煤气中的CO2、N2既不参与燃烧产生热量，也不能助燃，相反，还吸收大量的燃烧过程中产生的热量，导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气的着火点并不高，似乎不存在着火的障碍，但在实际燃烧过程中，受各种因素的影响，混合气体的温度必须远大于着火点，才能确保燃烧的稳定性。高炉煤气的理论燃烧温度低，参与燃烧的高炉煤气的量很大，导致混合气体的升温速度很慢，温度不高，燃烧稳定性不好。

燃烧反应能够发生的另一条件是气体分子间能够发生有效碰撞，即拥有足够能量的相互之间能够发生氧化反应的分子间发生的碰撞，大量的CO2、N2的存在，减少了分子间发生有效碰撞的几率，宏观上表现为燃烧速度慢，燃烧不稳定。

高炉煤气中存在大量的CO2、N2，燃烧过程中基本不参与化学反应，几乎等量转移到燃烧产生的烟气中，燃高炉煤气产生的烟气量远多于燃煤。

高炉富氧时煤气混合成分能够检测出CO、CO2、H2、CH4、N2等成分,为何停止富氧后只能检测出CO2及O2。

2.高炉煤气特性

（1）高炉煤气中不燃成分多，可燃成分较少（约30%左右），发热值低，一般为3344-4180千焦/标米；

（2）高炉煤气是无色无味、无臭的气体，因CO含量很高，所以毒性极大；

（3）燃烧速度慢、火焰较长、焦饼上下温差较小；

（4）用高炉煤气加热焦炉时，煤气中含尘量大，容易堵塞蓄垫室格子砖；

（5）安全规格规定在1米；空气CO含量不能超过30mg；

（6）着火温度大于700℃。

（7）高炉煤气含有H2（1.5-3.0%），CH4（0.2-0.5%），CO（25-30%），CO2（9-12%），N2（55-60%），O2（0.2-0.4%）；密度为1.29-1.30Kg/Nm3。

3.高炉煤气加热特点

一、高炉煤气需要预热

同体积的高炉煤气的发热量较焦炉煤气低得多，一般为3300—4200KJ/m3。热值低的高炉煤气是不容易燃烧的，为了提高燃烧的热效应，除了空气需要预热外，高炉煤气也必须预热。因此使用高炉煤气加热时，燃烧系统上升气流的蓄热室中，有一半用来预热空气，另一半用来预热煤气。煤气与空气一样，经过斜道进入燃烧室立火道进行燃烧。

二、燃烧系统的阻力大

用高炉煤气加热时，耗热量高（一般比焦炉煤气高15%左右），产生的废气多，且密度大，因而阻力也较大。而上升气流虽然供入的空气量较少，但由于上升气流仅一半蓄热室通过空气，因此上升气流空气系统和阻力仍比焦炉煤气加热时要大。

三、高炉煤气燃烧火焰较长

高炉煤气中的惰性气体约占60%以上。因而火焰较长，焦饼上下加热的均匀性较好。

由于通过蓄热室预热的气体量多，因此蓄热室、小烟道和分烟道的废气温度都较低。小烟道废气出口温度一般比使用焦炉煤气加热时低40—60℃。

四、高炉煤气毒性大

高炉煤气中CO的含量一般为25%—30%，为了防止空气中CO含量超标，必须保持煤气设备严密。高炉煤气设备在安装时应严格按规定达到试压标准，如果闲置较长时间再重新使用前，必须再次进行打压试漏，确认管道、设备严密后才能改用高炉煤气加热。日常操作中，还应对交换旋塞定期清洗加油，对水封也应定期检查，保持满流状态，蓄热室封墙，小烟道与联接管处的检查和严密工作应经常进行。

高炉煤气进入交换开闭器后即处于负压状态。一旦发现该处出现正压，应立即查明原因组织人力及时处理，确保高炉煤气进入交换开闭器后处于负压状态。

五、高炉煤气含尘量大

焦炉所用的高炉煤气含尘量要求最大不超过15mg/m3。2012年以来由于高压炉顶和洗涤工艺的改善，高炉煤气含尘量可降到5mg/m3以下，但长期使用高炉煤气后，煤气中的灰尘也会在煤气通道中沉积下来，使阻力增加，影响加热的正常调节，因而需要采取清扫措施。

另外，高炉煤气是经过水洗涤的，它含有饱和水蒸汽。煤气温度越高，水分就越多，会使煤气的热值降低。从计算可知，煤气温度由20℃升高到40℃时，要保持所供热量不变，煤气的表流量约增加12%。因此要求高炉煤气的温度不应超过35℃。当煤气温度发生一定变化时，交换机工应立即调整加热煤气的表流量，以保证供给焦炉的总热量的稳定。

4.高炉煤气除尘

高炉煤气含尘量高，除尘效率要求达到99.96—99.99%方可使含尘浓度5mg/m3—20 mg/m3（标况）的排放使用要求，因而需多级除尘。典型的三级净化流程是：第一级为粗净化，多用机械式除尘器，除尘效率为60— 90%，除尘后含尘浓度达1g/m3—4g/m3（标况）；第二级为半精净化，采用一般湿式洗涤器，既除尘又可降温，温度由100℃降至20℃—30℃，除尘后含尘浓度为0.5g/m3—1.0g/m3（标况）；第三级为精净化，采用文丘里洗涤器或电除尘器，除去其中细尘，净化后含尘浓度可达6mg/m3—20mg/m3（标况）以下。重力除尘器、旋风除尘器已成功地应用小高炉。袋式除尘器三级全干法净化流程；能避免洗涤废水的产生，消除对水系的污染，现已在大高炉上推广试验。炉气中一氧化碳含量高，净化系统应注意炉气外泄、防燃、防爆  。

5.高炉煤气的应用

高炉煤气中带有大量的灰分，灰分含量可达60～80g/Nm3，而水蒸气通常是饱和的，所以它是一种低级燃料。通常，高炉煤气在使用前应进行净化处理，有时与重油或煤粉掺和作为工业炉和锅炉的燃料 。

高炉煤气在钢铁厂的应用

烧纯高炉煤气锅炉发电技术、燃气-蒸汽联合循环发电机组和高温蓄热式燃烧技术的研制成功并在钢铁企业中的广泛应用，为高炉煤气的有效利用提供了很好的途径 。

高炉煤气除作为加热燃料供钢铁厂使用外，还能用于发电等其它用途，利用好这部分副产能源不仅能降低企业的能源消耗，还将改善钢铁企业对周边环境的污染。

提高高炉煤气利用的措施

低热值高炉煤气的特点是可燃成分低，燃烧不稳定，燃烧温度低，烟气量大。火焰稳定直接关系到燃烧的安全性，对低热值煤气一般都采用稳定强化燃烧的措施，如富化高炉煤气或采用换热器对高炉煤气和助燃空气双预热等。

6.高炉煤气成分有关问答

问：高炉富氧时煤气混合成分能够检测出CO、CO2、H2、CH4、N2等成分,为何停止富氧后只能检测出CO2及O2呢。

回答：1、上述情况，应该是极特殊的现象，估计是煤气成分化验不准确。

因为毫无疑问，任何高炉不管是否富氧，混合煤气（应该是除尘器取样）中肯定是含有N2和CO的，停止富氧后，混合煤气中只能检测出CO2及O2，不能检测出CO和N2，这是绝对不可能的；如果是这样的话，那高炉在停止富氧后的煤气利用率就是100%或者是无穷大了，这是不可能的。

2、混合煤气中检测出微量的H2和CH4是很正常的，与是否富氧关系不大。

因为不管是否富氧，高炉冶炼条件下风口前氧气浓度都是不足的，焦炭和煤粉中的固定碳，绝大部分只能发生不完全燃烧生成CO，其中焦炭的燃烧率约65~72%（大约有28~35%的焦炭参与直接还原）、煤粉的燃烧率约为78~88%，其中H2和CH4主要是煤粉中的挥发份分解形成，在风口前高温作用下，燃烧率很高，一小部分参与直接还原。富氧后由于提高了风口前理论燃烧温度，更加有利于固定碳和挥发份中的碳氢化合物和甲烷的燃烧，同时由于吨铁煤气量减少，  因此富氧后混合煤气的CO2略微升高、CO略微降低、H2和CH4应该显著降低，与上述说的现象正好相反才对。