蒸汽循環發電中高爐煤氣成分檢測方法探討

周 卉，楊遂平

(上海基量標準氣體有限公司，上海 200233)

0 引言

鋼鐵企業在金屬冶煉的工藝過程中，會產生大量的富生煤氣，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境污染。有些工廠是利用煤氣鍋爐燃燒煤氣發電進行回收，但是通常效率不高，而且排放也比較大。目前先進的煤氣回收裝置就是采用燃氣—蒸汽聯合循環發電(CCPP:Combined Cycle Power Plant)技術，使循環效率大大提高，CO2排放量也大大降低，其節能效果和經濟效益明顯。

1.節能效果。通常鋼鐵企業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，重點統計鋼鐵企業高爐煤氣累計產生量為1313.08億m3，高爐煤氣利用率為96.93%，折合標煤達1500萬t。目前標煤價格波動大，價格也高，如按去年的標煤價格800元/t計，年產高爐煤氣熱量價值達120億元。若將上述煤氣全部回收利用CCPP發電，回收的熱能可降低綜合能耗。

2.減少對環境的污染。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反應，幾乎等量轉移到燃燒產生的煙氣中，高爐煤氣產生的煙氣量遠多于燃煤，嚴重影響環境質量。CCPP的發電對減少排放，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電，對高爐煤氣的價值不計作運行成本，則CCPP的發電成本約為每度0.07～0.08元。如果高爐煤氣計入運行成本，則根據鋼鐵企業對高爐煤氣的定價計算煤氣的費用成本。

相對從電網購電而言，運行CCPP自備供電后，可節省外付電費，可大大降低生產噸鋼電力成本。

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

CCPP根據機型性能要求，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，以保證熱值達到其設計值范圍內。因此，BFG與COG的成分檢測對于熱值的計算起到關鍵作用，本文介紹了BFG與COG的成分分析的具體流程。

1 高爐煤氣、焦爐煤氣成分(見表1)

表1 高爐煤氣和焦爐煤氣化學成分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。

氣體標準物質由上海基量標準氣體有限公司配制(見表2)。

2.2 分析流程

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

有機部分組分由GC-910(FID)氣相色譜儀檢測。

表2 氣體標準物質列表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 檢測結果列表

表4 分析結果表Table 4 The results of the analysis

3 熱值計算

表5 燃氣組分氣體的熱值Table 5 The calorific value of gas components

根據表4的分析結果計算BFG低位熱值為3632 kJ/m3，COG低位熱值為21285 kJ/m3。

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

4 結論與討論

1.實踐證明，利用高爐煤氣發電項目，不僅可以緩解企業用電的緊張局面，而且可以減少CO對環境的污染，取得節能、增電、改善環境的效果，為企業創造可觀的經濟效益和綜合社會效益。采用氣象色譜法(熱導、氫火焰檢測器)可全面分析高爐、焦爐煤氣成分，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，為有效預測和控制煤氣中有害微量元素對發電設備的腐蝕和磨損，燃氣中微量元素的檢測也尤為重要，采用原子吸收分光光度法、離子色譜法對燃氣中金屬離子和NH3以及HCl進行檢測，數據見表6。

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