1高炉煤气的特点
高炉煤气是高炉炼铁的副产品。其主要成分为N2、CO2和CO，特点是含尘量大，不易着火，燃烧不稳定，热值低，一般为3000~3800kJ/m3(见表1)。其产量波动较大，尤其是高炉停炉或待料时。高炉煤气的主要用户是高炉热风炉、焦炉、电站锅炉和烧高焦混合气的轧钢炉。由于高炉煤气热值低，一般企业在煤气平衡不好时首先选择放散高炉煤气，所以高炉煤气放散率一般作为衡量一个企业煤气平衡措施和水平的标志[1]。表2显示了近年来中国重点钢铁企业对副产煤气的利用情况[2]。由于炼铁产能的增加，高炉煤气产量逐年增加，高炉煤气的利用不容乐观。
高炉煤气在钢铁厂的应用
高炉煤气因其热值低、粉尘和水分高、压力波动大等因素，难以满足钢铁企业的生产需要。在大多数钢铁厂中，除了高炉热风炉、焦炉等用户外，大量的剩余气体都白白消散了。然而，在先进的钢铁企业中，除了加热生产设备外，很大一部分高炉煤气用于发电或蒸汽。表3显示了近年来中国宝钢高炉煤气的利用情况。可以看出高炉煤气的排放量在逐年减少。2004年，宝钢高炉煤气60.89%用于各种工业炉加热，35.00%用于电站锅炉发电，排放率仅为0.13%，远低于全国平均水平。日本新日铁高炉煤气43%用于加热各种工业炉，57%用于发电；焦炉煤气80%用于工业炉加热，20%用于发电；64%的转炉煤气用于工业炉加热，36%用于发电。排放全为零，气体重复利用率约为100%[3]。钢铁企业中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燃烧技术的成功开发和广泛应用，为高炉煤气的有效利用提供了很好的途径。如世界首座大容量单烧低热值高炉煤气的宝钢燃气-蒸汽联合循环机组的建成，有效利用了宝钢每年排放的约20亿m3高炉煤气，不仅解决了大型钢铁联合企业的煤气平衡问题，还对环境保护起到了积极作用。
2.1纯高炉煤气锅炉发电技术
燃烧高炉煤气是钢铁企业的一项新技术，利用大量低热值高炉煤气发电。在不影响锅炉安全运行的情况下，通过调节发电负荷来增加或减少高炉煤气的消耗，既有效利用了高炉煤气资源，又可以作为缓冲用户及时调节煤气管网的压力波动。首钢纯高炉煤气锅炉发电技术应用以来，年生产蒸汽57.6 &次；04 t，产生4320 &次；104kW & bullh，节省17.6 &倍；104t标准煤，年综合效益4000多万元。目前国内主要有杭州锅炉厂、江西锅炉厂、无锡锅炉厂，还有130~220t/h高温高压电站锅炉机组。该技术已在鞍钢、马钢、武钢、沙钢、梅钢、安阳钢铁等公司得到广泛应用。
2.2燃气-蒸汽联合循环发电
燃气-蒸汽联合循环发电(CCPP)的工作原理是将除尘后的低热值煤气(高炉煤气)与空煤气混合后在汽轮机的燃烧室中燃烧，产生高温高压的气体推动汽轮机组做功发电；高温气体进入余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮机做功发电。此外，过剩的转炉煤气和焦炉煤气还可用于低热值煤气的热电联产，进行综合利用，提高发电效率。该技术是国际上热电转换效率高的副产品燃气发电系统，一般由高炉煤气或混合煤气供应系统、燃气轮机系统、余热锅炉系统、蒸汽轮机系统和发电机组系统组成。与常规锅炉发电机组相比，CCPP热电转换效率提高近10%，达到45%以上(见表4)，大大降低了发电成本，节能效果显著，具有良好的经济效益和环境效益。目前，宝钢、通钢、济钢已全部投产，鞍钢的CCPP正在建设中，预计2007年投入使用。
2.3高温蓄热式燃烧技术(HTAC)
高温空燃气蓄热式燃烧技术(HTAC)是一种全新的燃烧技术，又称无焰燃烧技术，具有高效回收烟气、高温预热空燃气、节能效果明显等诸多优点。其特点是最大限度回收烟气热量，实现超高温燃烧(助燃空气体预热至1000℃以上)和超贫氧浓度(燃料处于低氧浓度)，从而实现燃料化学能的高效利用和燃烧产物的低NOx排放。从根本上提高了加热炉的能源利用率(热效率提高了85%)，不仅减少了钢铁企业过剩高炉煤气的排放，还节约了能源。它是满足当前资源和环境要求的先进技术。近年来，蓄热式火焰炉发展迅速，我国已建成、投产或新建蓄热式火焰炉200多座。
3提高高炉煤气利用率的措施
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。火焰稳定性直接关系到燃烧的安全性。低热值煤气一般采取稳定和强化燃烧的措施，如富化高炉煤气或用换热器预热高炉煤气和助燃空煤气。
3.1高炉煤气的浓缩
炼铁过程中产生的大量高炉煤气也用作高炉热风炉的燃料，一般占煤气产量的40%左右。但随着高炉焦比的降低，高炉煤气热值已降至3300 kJ/m3以下[4]。显然，如果不采取其他附加措施，用这种高炉煤气是不可能获得高风温的。为了获得较高的风温，国内外基本上都采用富集高炉煤气的方法，即一些高热值煤气(如焦炉煤气、转炉煤气等。)混合以获得高鼓风温度。宝钢2号高炉转炉煤气与鞍钢部分高炉焦炉煤气混烧，均通过获得高风温满足生产要求。
3.2采用双预热，提高高炉煤气利用率。
在高炉煤气不预热的情况下，很难满足工业加热要求，因此大量高炉煤气因不能利用而被释放。如果对这些低热值气体及其助燃空气体进行预热，完全可以满足工业加热的高温要求，不仅可以节省大量燃料，还可以减少对大气环境的污染，扩大低热值气体的应用范围[5]。耗能设备(如加热炉、热处理炉等)的燃料利用系数。)是指留在炉内的热量(炉子的有效热量和热损失之和)与供给炉子的燃料燃烧热之比，或者在热力设备中，物料获得的有效能量和设备的热损失之和与燃料燃烧热之比称为燃料利用系数[6]。可以看出，预热燃料和空气体可以提高燃料利用系数。如果将高温烟气回收用于预热空煤气和高炉煤气，可以提高高炉煤气的利用系数，使低热值高炉煤气得到更广泛的利用。
4结论
(1)高炉煤气是一种清洁气体燃料，先进钢铁企业全部回收利用。提高高炉煤气利用率，优化钢铁厂能源结构，实现钢铁企业煤气零排放是节能方向之一。
(2)高炉煤气除了用作钢铁厂的加热燃料外，还可用于其他用途，如发电。利用好这种副产品能源，不仅可以降低企业的能源消耗，还可以改善钢铁企业对周围环境的污染。
(3)高炉煤气的富集和助燃空煤气、煤气的双重预热，可以提高高炉煤气的利用效率，克服高炉煤气热值低、燃烧困难的问题，增加高炉煤气的消耗，减少高炉煤气的排放。
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