煤制天然氣豎爐法前景可期

與高爐流程相比，豎爐直接還原鐵—廢鋼電爐流程的流程短，單套設備產能可達到年產250萬 噸 ， 節 能 和 減 排CO2、 SO2、 NOx效 果 顯 著 ，是鋼鐵工業擺脫焦煤資源和燒結工藝的羈絆、實現綠色低碳的一項先進的煉鐵技術，是我國直接還原煉鐵技術的主要發展方向之一，也是傳統鋼鐵產業轉型升級的一條途徑。

■直接還原鐵需求將有大增長

近10年來，我國的鋼產量平均年增長率達到7.5%～16%，我國的鋼鐵蓄積量也以超過16%的年增長率迅速增加。據專家預測，到2015年我國的鋼鐵蓄積量將達到90億噸。隨著鋼產量增長速度放緩和廢鋼鐵產生量的增加，鋼鐵料消耗及轉爐與電爐的比例會向著廢鋼鐵比重增大的方向變化。若2015 年廢鋼單耗按200千克/噸、粗鋼產量按7.5億噸計算，煉鋼廢鋼需求量將達1.5億噸；若2020年廢鋼單耗按300千克/噸、粗鋼產量按8億噸計算， 煉鋼廢鋼需求將達2.4億噸。使用廢鋼的比例上升后，對純凈的鐵源直接還原鐵的需求將有爆發性增長。

受到資源的制約，我國直接還原鐵(DRI)產量不到全球直接還原鐵產量的1.5%，也不到全國高爐生鐵產量的千分之二。目前我國DRI的產量不足80萬噸，廢鋼比逐漸提高將推動中國DRI的發展。根據中國廢鋼鐵應用協會估計，近期我國DRI的市場需求量為1500～2000萬噸。因此迫切須要充分利用國內資源，大力發展非高爐煉鐵技術，加快發展我國的直接還原產業，提高短流程電爐煉鋼的比例，降低鋼鐵流程的產品綜合能耗，促進鋼鐵工業可持續發展。

■發展適應國情的直接還原工藝

近幾年處理大型高爐無法使用的含鋅、鉛和堿金屬高的鋼鐵廠含鐵塵泥的轉底爐工藝在中國發展較快。轉底爐的共性缺點是生產率不高，爐內的氧化性氣氛使產品再氧化及原料雜質含量高，使其產品的金屬化率等指標不容易達到市售DRI產品的標準，轉底爐的鐵產品高回收率、低成本渣鐵分離技術還不成熟，因此很難受到廣泛重視。但是煤基轉底爐直接還原技術不用焦炭、燒結礦，可以完全使用非煉焦煤，可以直接處理傳統高爐煉鐵流程很難利用的各類低品質難選的含鐵資源，如含硅、鋁、鎂、鈦等量很高的氧化物，含鐵45%～50%的難選且難還原的赤鐵礦、釩鈦磁鐵礦、有色金屬冶煉含鐵廢渣（煉銅渣、赤泥、硫酸渣等），在 國內眾多的低品質含鐵資源綜合利用工程中有較好的推廣應用前景。

由于我國天然氣儲量和產量難以滿足經濟的發展要求，發展煤制天然氣是一條緩解我國天然氣供求矛盾的有效途徑。煤制天然氣具有清潔、高效等優點， 美國、丹麥等許多國家在幾十年前就開始大力發展煤制天然氣產業，2008年韓國浦項投資9億美元建設煤制天然氣項目。在市場需求和天然氣價格大幅上漲的拉動下，以及政府部門的大力支持下，大量投資流向煤制天然氣工程，煤制天然氣的技術也不斷發展成熟，我國目前正在建設、2016年陸續投產的煤炭深加工煤制天然氣示范項目產量將達700億立方米/年以上。

根據我國的資源狀況，直接還原鐵產業應該首先發展與大型直接還原豎爐裝置有效聯接的低成本煤制氣工藝（包括甲烷化），盡早建設形成30～200萬噸/年DRI的煤制氣大型豎爐直接還原無焦煉鐵生產示范線；其次應進一步開發、完善處理低品質難選礦或難選含鐵廢渣的煤基轉底爐技術裝備，使其能夠低成本、低能耗地生產出合格的廢鋼替代品。

■大型氣基豎爐直接還原法具優勢

生產經驗表明，高功率電爐冶煉時爐料中搭配30%～50%直接還原鐵，可提高生產率10%～25%，提高作業率25%～30%，比高爐—轉爐流程可多減排CO240%～65%，鋼材的物理性能明顯提高。

根據煤化工專家介紹，在煤制天然氣成本中，原材料和燃料動力費用約占60%，如果采用單位天然氣發生量投資最低，氧耗、電耗最低的碎煤固定床加壓氣化工藝建設煤制天然氣項目，在煤礦坑口使用含稅價格為170元/噸褐煤，煤制天然氣的生產成本為1.06元/立方米（已扣除副產品收入 0.468元/立方米）。如果采用含稅價為340元/噸的高硫煤、次煙煤在鋼鐵廠生產煤制天然氣，其單位成本約為1.28元/立方米，再采用燃氣—蒸汽循 環熱電聯供機組發電，1立方米天然氣可發電4千瓦時，電價可以控制在0.32元/kW·h以下。通常大型豎爐—電爐短流程煉鋼工藝生產每噸鋼須消耗天然氣約370立方米，耗電約420kW·h。如果鋼鐵企業能夠掌控一部分廉價煤炭資源，就能控制煤制天然氣的生產成本，能夠保證煤制天然氣—豎爐—電爐煉鋼生產的成本競爭力持平或超過傳統鋼鐵流程，同時獲得天然氣代替焦炭、原煤的環境效益。

目前在我國富產煤炭的東北、華北、西北的大多數鋼鐵企業，若政府支持鋼鐵企業與煤炭生產企業的部分產能整合，通過天然氣管網形成原煤—天然氣— 鋼鐵產業鏈，就能夠建成大型煤制天然氣—生產DRI—煤氣發電—電爐聯產和短流程鋼鐵企業，有助于為傳統大型鋼鐵聯合企業轉型、升級換代和鋼鐵產品清潔生產提供一種模式，減少或完全擺脫鋼鐵廠對焦化、燒結兩個最大污染源的依賴。

豎爐直接還原煉鐵不需要焦炭和燒結礦，產品品質優良，可以自用也有大量外銷的市場。高爐煉鐵最大的優勢是單臺設備的年產能可達到300萬噸，受到大型鋼鐵企業的青睞。為了在產能上能夠與傳統高爐相媲美，2011年初美國紐柯鋼鐵公司開始建設年產250萬噸DRI的天然氣豎爐，預計2013年底投產。2013年7月，奧鋼聯與西門子簽約，投資5.5億歐元在美國德克薩斯州休斯敦建設年產200萬噸HBI（熱壓鐵）的直接還原豎爐，計劃2016年投 產。可以預見，10年內豎爐直接還原法就可能實現單臺設備年產300萬噸DRI。在中國的內蒙古或遼寧西部可能出現由鋼鐵企業出資、與采煤企業合營的煤化工企業，在煤礦坑口生產低成本的煤制天然氣，通過天然氣管道輸送到環渤海的鋼鐵廠，建設采用大型直接還原豎爐生產海綿鐵、采用電爐煉鋼、實現發電自給的新 型短流程綠色鋼鐵企業的示范工程，可代替一部分目前使用焦炭、燒結礦的鋼鐵產能。