高炉喷吹煤粉如何更经济

高炉生产的主要燃料是焦炭，但焦炭存在着焦煤资源日益短缺、价格昂贵、炼焦过程污染大等一系列问题。以喷吹相对廉价的煤粉替代部分冶金焦是目前高炉炼铁行业的主流做法。喷吹煤粉不仅可以减少焦炭的使用、降低炼铁生产成本，而且能灵活调剂高炉炉况、节约能源、减少污染等。按煤粉与焦炭的差价和煤焦置换比计算，喷吹煤粉可实现比较大的经济效益；而喷吹用烟煤与喷吹用无烟煤之间有着200元/吨～300元/吨的差价，实现烟煤混喷则可以在此基础上进一步降低铁水生产成本。

　　沙钢5800m3高炉是目前国内有效炉容最大的高炉，该高炉设计燃料比为490kg/t，其中焦比为290kg/t，煤比为200kg/t，最高风温为1310℃。现阶段该高炉最高日产量达到1.4428万吨左右，喷煤量在110t/h左右，煤比在180kg/t左右，烟煤配比最高时达到54%，混合煤粉挥发分为22.9%。现阶段烟煤配比为44%，煤粉挥发分在18%左右，固定碳含量在72%左右。沙钢通过提煤降焦、烟煤混喷，实现了比较大的经济效益。

　　烟煤混喷更有意义

　　现在国内外高炉基本上都已实现喷煤，按煤的种类大致可分为喷吹全无烟煤、喷吹全烟煤、喷吹烟煤与无烟煤的混合煤粉3类。目前国内大部分规模以上钢铁企业是喷吹烟煤与无烟煤的混合煤粉，少数企业是喷吹全无烟煤，个别企业喷吹全烟煤。针对3类煤种的特性，进行以下几个方面的对比：

　　从安全角度比较分析：目前行业普遍认为无灰基（可燃基）挥发分小于10%为基本无爆炸性煤，大于10%为有爆炸性煤，大于25%为强爆炸性煤。从安全的角度来讲，大部分无烟煤挥发分较低，着火点较高，不易自燃；大部分烟煤挥发分较高，着火点较低，极易引起自燃和爆炸；而混合煤粉则是烟煤与无烟煤按一定比例混合磨制而成的，各项性能都比较适中。由此可知，喷吹无烟煤安全系数最高、最保险，喷吹混合煤粉次之，喷吹烟煤最低。 

　　从硬件投资角度对比分析：由于喷吹无烟煤安全系数较高，对硬件设备的要求就不是很高。而喷吹混合煤粉、烟煤，即干燥无灰基挥发分含量高于10%的煤粉，GB16543—2008《高炉喷吹烟煤系统防爆安全规程》中对相关制粉、喷吹设备、煤粉输送介质等都提出了比较高的要求，从而导致初期投资较高。例如，磨制干燥无灰基挥发分含量高于10%的混合煤的制粉系统，应设氧含量、一氧化碳在线检测装置；输粉、喷吹系统的加压、流化介质应采用氮气或其他惰化气体等。

　　从工艺控制的角度对比分析： GB16543—2008《高炉喷吹烟煤系统防爆安全规程》明确规定，制粉系统应采用惰化气体作为干燥介质，负压系统磨煤机入口氧含量小于或等于8%，末端出口氧含量小于或等于12%，煤粉仓内氧含量小于或等于12%。磨煤机出口温度不应超过80℃，应急情况不得超过85℃。因此，磨制烟煤或干燥无灰基挥发分含量高于10%的煤粉时，对制粉和喷吹的温度、氧含量等数据的过程控制要求相对更高。

　　从原煤采购价格来对比分析：根据沙钢5800m3高炉的原煤采购价格对比发现，无烟煤采购价格明显高于烟煤采购价格。同样的喷煤量，喷吹无烟煤的成本价格最高。由于混合煤粉是由无烟煤与烟煤按比例混合磨制而成，喷吹混合煤的价格较无烟煤相对便宜，而直接喷吹烟煤是最廉价的。

　　综合对比分析：通过以上几点对比，不难看出，喷吹烟煤是最廉价的；喷吹无烟煤是最安全的；喷吹烟煤、混合煤的设备投资费用是相对比较高的，工艺过程控制比较严格。既然如此，为什么大部分的企业选择烟煤混喷这一模式？这不得不说一下原煤的特性，固定碳、挥发分是喷吹煤的两项主要指标，通常无烟煤固定碳含量较高，但挥发分普遍较低，着火点较高；而烟煤固定碳含量略低，挥发分较高，着火点较低。

　　以往研究发现，挥发分是有利于燃烧的，煤粉中挥发分所占的比例直接影响到煤粉的燃烧性能。尤其在高炉喷煤中，由于煤粉在风口前燃烧的空间为1.5米～2.0米（燃烧带），煤粉在燃烧带停留的时间只有0.01秒～0.04秒。煤粉要在这样短的时间内完全燃烧，就要求煤粉具备良好的燃烧性能。毫无疑问，挥发分略高的煤粉更容易在这么短的时间内充分燃烧。一般认为，煤粉的燃烧率为80%～85%，即未燃煤粉占15%～20%。未燃烧煤粉的行为，一是进入炉渣，增加炉渣黏度；二是进入高炉中心和上方，附在炉料表面和空隙，降低炉料透气性，对高炉炉况顺行造成不利影响。但如果挥发分过高，煤粉在风口前燃烧反而会吸收更多的热，需要更多的热补偿，降低煤粉发热值，影响煤焦置换比。

　　原煤中的固定碳含量决定了煤粉的发热值，发热值直接影响到煤焦置换比；而挥发分决定了煤粉的燃烧性能，煤粉的燃烧性能也会直接影响到煤焦置换比，如果煤粉的燃烧效率过低，还会影响高炉炉况。通常无烟煤固定碳含量高，挥发分低，单纯喷吹无烟煤，煤焦置换比是比较高的。但受燃烧性能影响，大煤量喷吹后，煤粉燃烧率降低，高炉燃料比可能出现停滞不降，甚至炉况会产生波动。通常烟煤挥发分高、固定碳含量低，单纯喷吹烟煤，能够保证煤粉的燃烧性能。但烟煤本身固定碳含量低，发热值较低，煤焦置换比也会比较低，因而即使大煤量喷吹、大煤比之下，综合燃料比可能仍较高。而使用一定比例的烟煤搭配无烟煤，既能够保证煤粉足够的燃烧性能，又能够保证煤粉足够的发热值，确保了煤焦置换比，打破了喷吹单一煤种的制约“瓶颈”。

　　如何体现喷煤的经济性

　　高炉炼铁是一个系统工程，我们不能单纯地只看到某一个指标或者部分数据，不能仅凭煤比或者烟煤比例来诠释喷煤的经济性。喷煤可以降低高炉一定的焦比，但煤比并不足以衡量高炉冶炼效益的标准。如果煤比很高，燃料比却降不下来，则根本谈不上经济炼铁。烟煤混喷确实可以产生比较大的经济效益，但由于煤种不同，原煤成分不同，单纯的一个烟煤比例并不能体现喷煤的经济性。提煤是为了降焦，降低综合燃料比。在保证高炉燃料比或降低燃料比的前提下，进一步提高煤比，才能说明这煤粉喷进去是有效的，做的是有用功，产生了效益。

　　根据高炉对煤粉的接受程度，探索合理的喷煤比。煤种的不同、高炉具体操作方针的不同、炉况的波动，都会影响高炉对煤粉的接受程度。从高炉冶炼的角度来讲，向高炉适量喷吹煤粉可以改善高炉顺行状况。而大量喷吹煤粉的目的，主要是目前较大的煤焦差价，通过提煤降焦可以明显降低铁水成本。国内钢铁企业中，煤比接近或达到200kg/t的高炉也有不少。通过提高送风温度可以补偿煤粉中挥发分在高炉风口前的热吸收，加大风口富氧可以保证煤粉足够的燃烧性能，故现在提倡的“大喷煤、高风温、大富氧”是保证高炉进一步降低燃料比的“三大法宝”。

　　烟煤混喷的效益。烟煤配比的前提是保证足够的煤焦置换比，而不是由于烟煤价格比较便宜，烟煤配得越多越好。当然，纯粹从配煤的角度来讲，烟煤配得越多肯定越便宜。但从高炉生产的角度来说，在保证高炉燃料比或燃料比下降的前提下，尽可能地提高烟煤比例，才能体现经济喷煤的价值。

　　固定碳与燃料比的关系。沙钢5800m3高炉自2009年投产之初就实现了烟煤混喷，烟煤比例从开始时的20%不断上调至2012年的44%，当时混合煤粉的挥发分为18%左右，固定碳含量为73%左右。从2013年3月开始，沙钢尝试着上调烟煤比例，最高时烟煤比例达到54%，混合煤粉挥发分为20%左右，固定碳为70%左右。由于这期间混合煤粉的固定碳含量较低，高炉燃料比明显上升，且高炉产量也出现一定程度下滑。沙钢进一步分析了高炉燃料比上升的原因，发现燃料比的上升基本是煤比上升造成的。

　　煤粉的磨制、喷吹环节，只能使煤粉的粒度、水分等物理性能得到控制。而煤粉的固定碳、挥发分、硫分、可磨性等性能只能在原煤采购过程中得到控制。固定碳、挥发分直接影响煤粉燃烧性能和煤焦置换比。可磨性关系到制粉系统的台时产量，影响到制粉效率。硫分直接影响到钢铁性能，铁水中硫分过高会对炼钢造成影响。

　　目前行业内，喷吹用原煤的质量标准主要依据为QN YFCL 05-015-2006《高炉喷吹用无烟煤企业内控标准》。该标准制定的时候，可能国内大部分钢铁企业仍是以喷吹单一无烟煤为主，不能满足当前烟煤相关技术要求。沙钢在2009年开始烟煤混喷后，以QN YFCL 05-015-2006《高炉喷吹用无烟煤企业内控标准》为基准，结合沙钢喷吹用煤实际情况，完善修订了QN YFCL 05-015-2010《高炉喷吹用煤企业内控标准》，在QN YFCL 05-015-2006《高炉喷吹用无烟煤企业内控标准》基础上，新增了高炉喷吹用烟煤的技术要求和试验方法，为烟煤混喷提供了烟煤质量控制依据。