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引言
在高爐噴吹煤粉時(shí)，主要綜合考慮工業(yè)分析指標(biāo)、發(fā)熱量、煤粉可磨性等，確保高爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定，且保證高爐的安全性。煤中水分會(huì)影響噴吹煤粉的燃燒性能和熱值， 而煤中揮發(fā)分與煤粉著火點(diǎn)有一定聯(lián)系，揮發(fā)分含量偏低會(huì)導(dǎo)致其著火溫度高，影響煤粉的噴吹性能。煤中灰分指標(biāo)對(duì)高爐噴吹過(guò)程有更大影響，灰分過(guò)多會(huì)包裹即將燃燒的煤粉顆粒，影響未燃煤粉的燃燒，還會(huì)影響高爐排渣，增加造渣過(guò)程所需的石灰石用量，發(fā)熱量大小反映出噴吹煤粉燃燒過(guò)程獲得能量供應(yīng)冶煉的能力。在高爐冶煉過(guò)程中煤的低位發(fā)熱量越高越好，可減少焦炭的使用量，降低焦比，提高煤焦置換比。煤粉可磨性反映出塊煤在磨碎成煤粉過(guò)程中所需要的機(jī)械功以及其破碎的難易程度。一般來(lái)說(shuō)，噴吹煤粉的可磨性指數(shù)處于50～90比較適合。
當(dāng)前正面臨著化石能源不斷縮減的情況，使得我國(guó)鋼鐵市場(chǎng)遭遇了極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。深入推行的節(jié)能減排理念要求背景下，進(jìn)一步突出了降低煉鋼成本的必要性與重要性，是當(dāng)前企業(yè)在發(fā)展歷程中必不可缺的關(guān)鍵性階段，對(duì)此，企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不僅要注重對(duì)燃料的改變，同時(shí)還要不斷提高煉鋼水平以及對(duì)相關(guān)設(shè)備的優(yōu)化。促使企業(yè)現(xiàn)狀得以改善并將資金投入減少的目的達(dá)成，如此一來(lái)即可實(shí)現(xiàn)資源利用效率的提升，又能幫助企業(yè)獲取更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，為自身的健康、穩(wěn)定及可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
隨著高爐噴煤技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)煙煤具有反應(yīng)熱值高、安全性能較好等優(yōu)點(diǎn)，因此可以成為高爐噴吹的主要碳原料。但無(wú)煙煤具有著火點(diǎn)較高、燃燒性能較差、資源比較匱乏等缺點(diǎn)，因此需要找到合適的燃料替代。低變質(zhì)煤低溫?zé)峤猱a(chǎn)物半焦（蘭炭）用于高爐噴吹，可降低焦比，節(jié)約煉鐵成本，從性?xún)r(jià)比來(lái)看，半焦具有價(jià)格低、噴吹性能優(yōu)良等特點(diǎn)，可節(jié)約成本; 從分布資源來(lái)看，用于生產(chǎn)半焦的煤遠(yuǎn)比噴吹常用優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤資源豐富，采購(gòu)難度較小，值得推廣使用。鑒于半焦的資源和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，通過(guò)半焦部分或完全替代無(wú)煙煤進(jìn)行高爐噴吹，可大幅降低成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
半焦（蘭炭）用作高爐噴吹替代燃料的優(yōu)勢(shì)分析：
相比于其他噴吹用煤, 半焦的全水分含量較低。全水分含量低會(huì)提高煤的發(fā)熱量, 而且降低風(fēng)口燃燒區(qū)的吸熱補(bǔ)償, 間接提高了噴吹量。 由表3可知, 半焦的灰分較低, 與無(wú)煙煤的灰分相當(dāng), 灰分低可保證煤粉中可燃組分含量, 對(duì)降低高爐中石灰石的消耗量, 提高噴吹過(guò)程經(jīng)濟(jì)性十分有利。半焦揮發(fā)分在10%左右, 基本無(wú)爆炸性。另外, 碳含量較高、發(fā)熱量高, 可以獲得較高焦炭置換比。
從表4可以看出,與其他3種煤相比,半焦的碳含量最高, 在噴吹煤粉中處于最好水平。氫含量較低,這主要是由于熱解揮發(fā)分大量脫除導(dǎo)致。氮含量、氧含量較低,比典型無(wú)煙煤的氧含量還要低。最重要的是半焦中的硫含量最低,這對(duì)保證生鐵和鋼的質(zhì)量,降低生產(chǎn)能耗和SOx、NOx 排放,提高高爐利用系數(shù),降低高爐運(yùn)行成本是十分有利的。
發(fā)熱量：發(fā)熱量是評(píng)價(jià)噴吹煤最重要的指標(biāo)。礦石熔化及還原需要還原劑和大熱量,噴入高爐的煤粉發(fā)熱量越高,在爐內(nèi)放出熱量越多,置換的焦炭量也越多。一般半焦的發(fā)熱量較高,達(dá)29.399 ~ 32.355MJ/kg(煙煤發(fā)熱量在20.9~ 32.5MJ/kg,無(wú)煙煤發(fā)熱量在25.68 ~ 32.21 MJ/kg)。這可充分發(fā)揮噴吹煤粉替代焦炭用作熱源的作用,而且可以有效提高高爐產(chǎn)量。
有害元素：鉀鈉化合物是強(qiáng)堿性化合物,金屬沸點(diǎn)低,進(jìn)入高爐會(huì)在高溫區(qū)氣化,而在中低溫區(qū)凝聚。煤中鉀、鈉含量過(guò)高,會(huì)在爐內(nèi)循環(huán)累積,引起煤氣流阻塞,甚至結(jié)瘤損壞高爐爐襯,縮短高爐壽命[高雪生,馮廣斌,曹鋒,袁苗苗.關(guān)于影響高爐壽命因素的分析[J].煉鐵,2014(3):31-34.]。焦炭吸收堿金屬后,會(huì)降低焦炭強(qiáng)度,促使焦炭熔解反應(yīng),影響高爐冶煉。因此,煤中鉀、鈉總量應(yīng)越低越好。半焦中鉀、鈉含量不高,在合理范圍（見(jiàn)表6）。
著火點(diǎn)：與目前國(guó)內(nèi)典型噴吹煤種相比,半焦的燃燒性能也不差,可以使噴入高爐的煤粉在有限空間和時(shí)間內(nèi)盡可能多地燃燒。另外,半焦的多孔狀結(jié)構(gòu)有效提高了半焦比表面積, 加速半焦燃燒,提高半焦燃燒穩(wěn)定性及燃盡率[姜秀民,楊海平,劉輝等.粉煤顆粒粒度對(duì)燃燒特性影響熱分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2002(12):142-145, 160.]。
灰熔融性：從灰熔融性(表8)來(lái)看,半焦的變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動(dòng)溫度都要比煙煤和無(wú)煙煤低。
半焦（蘭炭）應(yīng)用于混合噴吹實(shí)例： 1、寶鋼高爐噴吹試驗(yàn)：根據(jù)包鋼煉鐵廠實(shí)際生產(chǎn)情況，在七系統(tǒng)進(jìn)行噴吹半焦的工業(yè)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)研究半焦性能指標(biāo)的變化，將工業(yè)試驗(yàn)期調(diào)整為3個(gè)階段，第1階段為在高爐中全半焦噴吹，試驗(yàn)時(shí)間為23h; 第2階段為90%半焦＋10%煙煤的混合噴吹，試驗(yàn)時(shí)間為14h；第3階段為85%半焦＋15% 煙煤的混合噴吹，試驗(yàn)時(shí)間為24h，最終試驗(yàn)結(jié)論： （4） 半焦的煤資源豐富，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)量充足，成本較低。充分發(fā)揮包鋼區(qū)域優(yōu)勢(shì)，利用半焦資源，不僅可以降低包鋼煉鐵系統(tǒng)生產(chǎn)成本，而且對(duì)于地區(qū)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展有積極作用。 來(lái)源：《半焦在包鋼高爐噴吹工藝中的應(yīng)用研究》付利俊 李曉炅 孫睿( 內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司，包頭 014010) 通過(guò)設(shè)備優(yōu)化，達(dá)到大比例噴吹半焦（蘭炭），實(shí)現(xiàn)降本實(shí)例： 2021年梅鋼為貫徹落實(shí)綠色低碳發(fā)展要求，梅鋼決定采用清潔燃料蘭炭大比例替代無(wú)煙煤進(jìn)行制粉噴吹。為滿(mǎn)足高爐正常生產(chǎn)的噴煤量需求，梅鋼通過(guò)新建設(shè)一套制粉系統(tǒng)，以補(bǔ)充現(xiàn)有噴煤系統(tǒng)煤粉量的不足等問(wèn)題。歷時(shí)5個(gè)月，梅山鋼鐵大高爐新建制粉系統(tǒng)順利投產(chǎn)，助力梅山鋼鐵提質(zhì)增效。梅鋼為實(shí)現(xiàn)煉鐵工序高效率與低成本的同頻共振，完成了2號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)的改造，改變了不能?chē)姶堤m炭的歷史，實(shí)現(xiàn)高爐80%的大比例蘭炭噴吹，節(jié)省有限的高爐煤炭指標(biāo)，降低燃料使用成本。（來(lái)源：寶鋼工程、梅山鋼鐵、江蘇省鋼鐵行業(yè)協(xié)會(huì)） 內(nèi)蒙古正能化工集團(tuán)有限公司是國(guó)內(nèi)高爐噴吹蘭炭這一特種蘭炭品類(lèi)的開(kāi)拓者和品牌引領(lǐng)者，也是梅鋼噴吹蘭炭的生產(chǎn)供應(yīng)企業(yè)。從2018年起，正能集團(tuán)的“天焦”噴吹蘭炭就大量供應(yīng)梅鋼，取得了較好的成效。2020年，為推動(dòng)蘭炭在鋼企領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，梅鋼和正能作為主要參與者，起草制定了《高爐噴吹蘭炭技術(shù)要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)已于2020年12月28日發(fā)布實(shí)施。 “上下游”聯(lián)動(dòng)，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新“賦能” 中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)黨委書(shū)記、執(zhí)行會(huì)長(zhǎng)何文波曾表態(tài)：“在鋼鐵工藝生產(chǎn)流程中，要注意節(jié)能降耗以及資源綜合利用，同時(shí)還要通過(guò)加強(qiáng)跨行業(yè)的合作來(lái)推動(dòng)節(jié)能減排。”何文波說(shuō)：“就鋼鐵行業(yè)來(lái)說(shuō)，我比較關(guān)注的是鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新的問(wèn)題。鋼鐵行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜，涉及多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，如果能把全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新作用充分發(fā)揮出來(lái)，將形成推動(dòng)行業(yè)科技創(chuàng)新的“催化劑”，發(fā)生“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，相信這對(duì)于行業(yè)加快攻克“卡脖子”技術(shù)有極大的推動(dòng)效應(yīng)?！?/strong>
2021年是中國(guó)共產(chǎn)黨成立100周年，是“十四五”開(kāi)局之年。為擴(kuò)大蘭炭在鋼企中的深度應(yīng)用，推進(jìn)智慧制造和低成本冶煉，引領(lǐng)蘭炭行業(yè)與鋼鐵企業(yè)上下游之間的深度融合，實(shí)現(xiàn)蘭炭企業(yè)與鋼鐵企業(yè)雙方價(jià)值最大化，正能集團(tuán)將尋求下游具有穩(wěn)定和大批量需求的鋼鐵企業(yè)與正能集團(tuán)形成深度戰(zhàn)略合作。希望下游用戶(hù)鋼鐵企業(yè)能通過(guò)參股正能集團(tuán)旗下的蘭炭公司的方式，雙方形成利益共同體。在雙方互相鎖定的前提下，實(shí)現(xiàn)鎖定上游煤礦資源，也就能夠?qū)崿F(xiàn)專(zhuān)一性定制化生產(chǎn)以滿(mǎn)足鋼企用戶(hù)特定蘭炭性能指標(biāo)需求，進(jìn)一步降低蘭炭成本，滿(mǎn)足鋼企自身穩(wěn)定的蘭炭供應(yīng)量保障，抵御由于市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)給雙方企業(yè)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
響應(yīng)國(guó)家政策號(hào)召，順應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，推進(jìn)煤炭清潔化利用，助力鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排，是“天焦噴吹蘭炭”不斷研發(fā)，堅(jiān)持創(chuàng)新升級(jí)的動(dòng)力源泉。正能集團(tuán)會(huì)一如既往的堅(jiān)持不斷革新技術(shù)，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，為廣大合作伙伴提供更節(jié)能、更高效的清潔能源。
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