蒸汽循环发电中高炉煤气成分检测方法探讨

周 卉，杨遂平

(上海基量标准气体有限公司，上海 200233)

0 引言

钢铁企业在金属冶炼的工艺过程中，会产生大量的富生煤气，尤其是高炉煤气，高炉煤气成分以N2、CO2和CO为主，其特点是含尘量大、不易着火、燃烧不稳定、热值低、污染大、回收难，过去通常是放散到大气中，从而造成了资源浪费和环境污染。有些工厂是利用煤气锅炉燃烧煤气发电进行回收，但是通常效率不高，而且排放也比较大。目前先进的煤气回收装置就是采用燃气—蒸汽联合循环发电(CCPP:Combined Cycle Power Plant)技术，使循环效率大大提高，CO2排放量也大大降低，其节能效果和经济效益明显。

1.节能效果。通常钢铁企业的高热值煤气自用不足，而低热值煤气又大量富余而无有效的利用途径，因此不得不大量放散。2014年1～2月份，重点统计钢铁企业高炉煤气累计产生量为1313.08亿m3，高炉煤气利用率为96.93%，折合标煤达1500万t。目前标煤价格波动大，价格也高，如按去年的标煤价格800元/t计，年产高炉煤气热量价值达120亿元。若将上述煤气全部回收利用CCPP发电，回收的热能可降低综合能耗。

2.减少对环境的污染。高炉煤气含尘量大，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，高炉煤气产生的烟气量远多于燃煤，严重影响环境质量。CCPP的发电对减少排放，治理雾霾都有着重要意义。

3.CCPP供电成本低。一般来说，按回收原本需要放散的高炉煤气来发电，对高炉煤气的价值不计作运行成本，则CCPP的发电成本约为每度0.07～0.08元。如果高炉煤气计入运行成本，则根据钢铁企业对高炉煤气的定价计算煤气的费用成本。

相对从电网购电而言，运行CCPP自备供电后，可节省外付电费，可大大降低生产吨钢电力成本。

4.收益率高，投资回收期短。收益与回收主要是对照从电网购电的价格或外供的销售价格。一般全投资内部财务收益率在25%以上，投资回收期在3年之内。

CCPP根据机型性能要求，BFG低位热值的范围要求在3060～3140 kJ/m3，如果低于这个范围，则需要掺入一定的COG，而高于这个范围，则要掺入一定的N2，以保证热值达到其设计值范围内。因此，BFG与COG的成分检测对于热值的计算起到关键作用，本文介绍了BFG与COG的成分分析的具体流程。

1 高炉煤气、焦炉煤气成分(见表1)

表1 高炉煤气和焦炉煤气化学成分Table 1 The chemical composition of BFG and COG

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

仪器:GC-910(TCD)气相色谱仪、GC-910(FID)气相色谱仪。

气体标准物质由上海基量标准气体有限公司配制(见表2)。

2.2 分析流程

无机部分组分由GC-910(TCD)气相色谱仪检测，取样、进样气路系统流程图见图1。

有机部分组分由GC-910(FID)气相色谱仪检测。

表2 气体标准物质列表Table 2 The list of standard gas

图1 GC-910(TCD)气相色谱仪色谱气路系统流程图Fig.1 The flow chart of GC-910(TCD)gas chromatograph

2.3 分析条件(见表3)

表3 分析条件表Table 3 The experimental condition

2.4 谱图

图2 BFG-FIDFig.2 BFG-FID

图3 BFG-TCDFig.3 BFG-TCD

图4 COG-FIDFig.4 COG-FID

图5 COG-TCDFig.5 COG-TCD

2.5 检测结果列表

表4 分析结果表Table 4 The results of the analysis

3 热值计算

表5 燃气组分气体的热值Table 5 The calorific value of gas components

根据表4的分析结果计算BFG低位热值为3632 kJ/m3，COG低位热值为21285 kJ/m3。

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

4 结论与讨论

1.实践证明，利用高炉煤气发电项目，不仅可以缓解企业用电的紧张局面，而且可以减少CO对环境的污染，取得节能、增电、改善环境的效果，为企业创造可观的经济效益和综合社会效益。采用气象色谱法(热导、氢火焰检测器)可全面分析高炉、焦炉煤气成分，为热值计算提供有利参考。

2.目前，煤气中微量元素的排放和控制主要集中于燃煤烟气中有害微量元素的排放及控制技术，为有效预测和控制煤气中有害微量元素对发电设备的腐蚀和磨损，燃气中微量元素的检测也尤为重要，采用原子吸收分光光度法、离子色谱法对燃气中金属离子和NH3以及HCl进行检测，数据见表6。

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