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高爐噴吹
我國(guó)目前高爐噴吹原料主要有無(wú)煙煤、低揮發(fā)分煙煤、高揮發(fā)分煙煤三種類型。無(wú)煙煤具有無(wú)爆炸性、置換比較高的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是著火點(diǎn)高、可磨性不好、燃燒性差，影響噴煤比的提高。并且我國(guó)無(wú)煙煤資源比較短缺，其來(lái)源與煤質(zhì)性能都難以長(zhǎng)久保持。與無(wú)煙煤相比，高揮發(fā)分煙煤具有著火點(diǎn)低、可磨性好、燃燒性好等優(yōu)點(diǎn)，但因揮發(fā)分高，爆炸性很強(qiáng)，不宜單獨(dú)噴吹，而且其置換比比較低。蘭炭是以優(yōu)質(zhì)侏羅紀(jì)不粘煤和弱粘煤為原料，采用中低溫干餾工藝生產(chǎn)的一種高固定碳含量的固體物質(zhì)，在高爐噴吹方面燃燒性能好，反應(yīng)性好，置換率較高。
2009年3月，中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院開展了“蘭炭沫進(jìn)行高爐噴吹應(yīng)用試驗(yàn)”。試驗(yàn)在中鋼鞍山煉鐵廠3200立方米高爐進(jìn)行，通過(guò)配比5%、10%、15%噴吹蘭炭沫的方法均取得成功，試驗(yàn)認(rèn)為蘭炭具有特低灰、特低硫、特低磷、可磨性適宜、爆炸性弱、反應(yīng)性高等特點(diǎn)完全滿足高爐噴吹用煤技術(shù)需求，是一種非常理想的高爐噴吹原料。
高爐噴吹蘭炭的意義
開發(fā)蘭炭在冶金中的應(yīng)用技術(shù)符合當(dāng)前國(guó)家能源優(yōu)化戰(zhàn)略的總體需要。煤轉(zhuǎn)化成蘭炭的過(guò)程實(shí)際上就是煤的干餾過(guò)程，在這一過(guò)程中能得到優(yōu)質(zhì)的煤焦油和煤氣。由于煤與煤焦油之間的燃燒過(guò)程污染物的控制和價(jià)格差異，可以看出蘭炭產(chǎn)業(yè)本身具有節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。同時(shí)，高爐噴吹用蘭炭有利于企業(yè)節(jié)煤降焦，高爐使用半焦帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益將非常顯著。
蘭炭在生產(chǎn)中被廣泛使用，其中在高爐噴吹的使用是比較具有發(fā)展前景的。從性價(jià)比來(lái)看，蘭炭的質(zhì)量和冶金性能優(yōu)于貧煤和貧瘦煤；從資源儲(chǔ)量來(lái)看，我國(guó)的優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤，貧煤，貧瘦煤的資源量相對(duì)短缺。因此，可作為無(wú)煙煤，貧煤、貧瘦煤代用品的蘭炭市場(chǎng)前景巨大，我國(guó)有豐富的蘭炭資源，隨著我國(guó)交通設(shè)施的不斷改善，中西部地區(qū)的優(yōu)質(zhì)蘭炭可以很方便的運(yùn)輸?shù)綎|部的煤炭消耗企業(yè)當(dāng)中。
無(wú)煙煤燃燒性能和反應(yīng)性能卻相對(duì)較差，不利于噴煤量的提高；煙煤的煤焦置換比較低，噴吹系統(tǒng)安全性較差。而蘭炭在高爐噴吹方面燃燒性能和反應(yīng)性能較好，置換比較高，能夠滿足高爐噴吹用煤的技術(shù)要求。
因此，不管是從國(guó)家發(fā)展角度還是經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益來(lái)看，高爐噴吹用蘭炭代替部分無(wú)煙煤是可行的，且意義重大的。
減煤換煤，“降焦減排”是關(guān)鍵
我國(guó)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，高爐煉鐵消耗能源占整個(gè)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程能耗的60%～70%。特別是 2013 年開始，鋼鐵企業(yè)面臨前所未有的窘境， 面對(duì)更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和逐漸惡化的外部原料條件，全面實(shí)施節(jié)能減排、降本增效、降低高爐燃料比責(zé)無(wú)旁貸的成了煉鐵生產(chǎn)提高競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇?？刂其撹F行業(yè)燃煤污染除了嚴(yán)格控制煤炭消費(fèi)總量、強(qiáng)化治污改造的同時(shí)，應(yīng)將提高優(yōu)質(zhì)清潔煤炭使用比例作為一項(xiàng)重要舉措，實(shí)現(xiàn)大氣污染物的超低排放的同時(shí)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。
在高爐煉鐵生產(chǎn)中，噴吹煤粉是降低焦炭消耗和煉鐵成本的重要措施，而高爐噴吹蘭炭的作用則是在降低焦比的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步節(jié)省噴吹用煤的成本，從而達(dá)到節(jié)煤和降焦的雙重目的。使用蘭炭能夠擴(kuò)大高爐噴吹用煤的種類，削減鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
北京科技大學(xué)2014年完成了蘭炭高爐混合噴吹應(yīng)用研究、蘭炭作為燒結(jié)燃料對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)量及質(zhì)量的影響研究、蘭炭替代焦丁在高爐中的應(yīng)用研究，研究表明：
龍鋼高爐噴吹蘭炭生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)
通過(guò)對(duì)2012年7月龍鋼高爐噴吹蘭炭生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：噴吹蘭炭沫可以優(yōu)化煤的結(jié)果組成，改善煤的煤質(zhì)性能，提高煤的可磨性，降低煤的爆炸性，使煤的著火點(diǎn)升高，有助于提高煤的安全性。噸鐵的消耗碳量略有增加，煤粉的燃燒率提高，煤粉對(duì)CO2的反應(yīng)增強(qiáng)，對(duì)焦炭的保護(hù)作用相應(yīng)加強(qiáng)，可達(dá)到進(jìn)一步降低焦比的效果。
試驗(yàn)所用原料的工業(yè)分析如上圖，結(jié)合龍鋼高爐噴吹用煤的指標(biāo)要求可以看出：在試驗(yàn)原料中，無(wú)煙煤的固定碳含量略低于指標(biāo)要求，蘭炭固定碳含量最高，所以高爐噴蘭炭粉要比煤粉放出熱量多，置換比也要高一些。
由此可見，用蘭炭替代煤粉用于高爐噴吹可以起到節(jié)煤降焦的作用，因此從工業(yè)分析的角度來(lái)看，蘭炭具有灰分較低、硫含量低、固定碳含量較高、發(fā)熱量較高的特點(diǎn)，比煤的性能優(yōu)越，更適宜用作高爐噴吹。
如上圖所示，在煤中，高揮發(fā)煙煤因其揮發(fā)分含量大，灰分含量最少，因此其返回火焰長(zhǎng)度最長(zhǎng)，為650mm，屬于強(qiáng)爆炸性煤；煙煤和無(wú)煙煤，因其揮發(fā)分比較低，其返回火焰長(zhǎng)度都在400mm以下，屬于易燃又具有爆炸性的煤；蘭炭因其揮發(fā)分含量很低，因此其返回長(zhǎng)度較小，為80~200mm。
可見蘭炭?jī)H有微弱的爆炸性，因此用蘭炭替代高爐噴吹用煤有助于提高噴吹安全性。
結(jié)合上面三張圖可知，試驗(yàn)用蘭炭的著火點(diǎn)高于大部分煤，可見蘭炭用于高爐噴吹中比較安全，但不容易氣化和燃燒。配加蘭炭后，煤的著火點(diǎn)增加。
由此可見蘭炭替代高爐噴吹用煤有助于提高噴吹的安全性。
在噴煤過(guò)程中，煤粉的燃燒性能決定著煤粉在風(fēng)口處短暫時(shí)間內(nèi)完全燃燒的程度以及煤粉置換比的高低。如上圖所示，可以看出無(wú)煙煤的燃燒率較低，為38%，蘭炭的燃燒率為55%，比無(wú)煙煤高。還可以看出混合試樣的燃燒率大于各單一組分的質(zhì)量加權(quán)平均值，這主要是由于在燃燒過(guò)程中，煤粉和蘭炭之間能夠起到相互催化作用，降低燃燒反應(yīng)的活化能，加速燃燒反應(yīng)過(guò)程，從而提高燃燒率。
蘭炭對(duì)煤燃燒率的影響如上圖所示，配加蘭炭后，煤的燃燒率增加。
由此可見，用蘭炭替代煤粉噴吹有助于改善煤粉的燃燒過(guò)程，減少未燃煤粉量，提高爐內(nèi)透氣性，降低爐渣粘度，從而提高冶煉效果。
通過(guò)上圖可以看出龍鋼高爐噴吹蘭炭后煤粉的燃燒速率提高，高爐煤氣中CO含量提高了約0.2個(gè)百分點(diǎn)，CO2與CO的比值減少，可見煤粉對(duì)CO2的反應(yīng)性增強(qiáng)，對(duì)焦炭的保護(hù)作用相應(yīng)加強(qiáng)，可達(dá)到進(jìn)一步降低焦比的效果；同時(shí)，由于蘭炭熱值較高，因此高爐內(nèi)部熱能相對(duì)過(guò)剩，使得高爐煤氣中CO含量提高，由此可見燃料比也進(jìn)一步降低。
龍鋼用蘭炭沫代替煤粉前后混煤價(jià)格和噴煤成本對(duì)比如下圖，高爐噴吹蘭炭前后高爐煉鐵經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如圖2，可以看出，噴吹蘭炭前后高爐煤比下降，混煤總價(jià)下降，噸鐵成本降低了14.13元/噸，因此從噴煤消耗煤粉的角度來(lái)說(shuō)，以龍鋼年產(chǎn)生鐵400萬(wàn)噸計(jì)算，可節(jié)約噴吹用煤成本5652萬(wàn)元。
圖1
圖2
由上圖進(jìn)一步可知，1#、2#、3#、4#四座高爐的平均綜合焦比下降了2.18kg/t，以龍鋼焦炭平均價(jià)格1242.5元/噸來(lái)計(jì)算，生產(chǎn)噸鐵可降低焦炭成本2.71元.
因此，從噴煤消耗焦炭的角度分析，以龍鋼年產(chǎn)400萬(wàn)噸計(jì)算，每年可節(jié)約焦炭成本1084萬(wàn)元。同時(shí)蘭炭相較于無(wú)煙煤資源更加豐富，質(zhì)量更加穩(wěn)定。因此，如果后續(xù)在生產(chǎn)中進(jìn)一步增加蘭炭的配比，減少煤粉（尤其是無(wú)煙煤）的用量，那么創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)更加可觀。
鋼鐵企業(yè)用能結(jié)構(gòu)中有80%以上是煤炭。高爐煉鐵能耗占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)能源消耗的49.4%，高爐煉鐵用能的78%是來(lái)自碳素（即焦炭和煤粉）燃燒。使用蘭炭替代無(wú)煙煤，可以減少焦炭的消耗，從而減小CO2的排放；減少硫化物的隨高爐煤氣排出，還有助于降低燃料比。 蘭炭是由原煤經(jīng)中低溫干餾時(shí)揮發(fā)分被大量析出，部分硫、氮等元素提前釋放，因此蘭炭硫、氮、灰分、揮發(fā)分含量大幅降低，全琉、灰分等主要排污指標(biāo)優(yōu)于大部分無(wú)煙煤和原料煤，具有明顯的減霾效果。
從指標(biāo)上看如下圖
按照2億噸鐵水的年產(chǎn)量計(jì)算，使用蘭炭替代無(wú)煙煤作高爐噴吹、燒結(jié)燃料和焦丁，可利用蘭炭每年約1500萬(wàn)噸以上。較使用原煤可減少CO2排放約58萬(wàn)噸/年；按原煤含硫量 0.7%、蘭炭含硫量0.35%計(jì)算，可少向脫硫系統(tǒng)中引入S02約10萬(wàn)噸/年。蘭炭應(yīng)用于高爐領(lǐng)域，使得煉鐵過(guò)程中的焦比和生鐵成本降低，減少了焦?fàn)t的數(shù)量和焦?fàn)t設(shè)備的投入，不但能夠節(jié)約基建成本，而且緩減了煉焦過(guò)程中對(duì)環(huán)境的破壞。
高爐燃料求“精”，更要“穩(wěn)” 原燃料質(zhì)量的波動(dòng)是影響大型高爐生產(chǎn)波動(dòng)的重要原因。相較于中小鍋爐，大型高爐需要比中小高爐更加優(yōu)質(zhì)的原燃料、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾砗途?xì)的操作技術(shù)。特別是原燃料的穩(wěn)定性，是影響特大型高爐穩(wěn)定順行的限制性環(huán)節(jié)之一。 雖然蘭炭可以用于高爐噴出，但是由于原料煤和熱解工藝的不同，造成其性能存在很大差異，傳統(tǒng)蘭炭企業(yè)由于蘭炭質(zhì)量的差異性和單爐規(guī)模小，易造成不同批次間的規(guī)格指標(biāo)不穩(wěn)定。高爐噴吹一次投料大、規(guī)格控制嚴(yán)，鋼鐵企業(yè)需要與原煤相對(duì)固定、生產(chǎn)規(guī)模較大的蘭炭企業(yè)開展長(zhǎng)期、穩(wěn)定的合作。 價(jià)格非“王道”，品質(zhì)才是根本。目前很多鋼企一味壓低蘭炭?jī)r(jià)格，由此中間商供應(yīng)給鋼企的蘭炭品質(zhì)極差，而較差的品質(zhì)無(wú)助于提升替代量，同時(shí)也降低鋼企產(chǎn)品質(zhì)量，由此也會(huì)拉低鋼鐵價(jià)格，從而形成惡性循環(huán)。 “天焦煉鐵蘭炭“解決了鋼鐵企業(yè)的四大顧慮：企業(yè)實(shí)力雄厚、固定的工藝和原料確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、持續(xù)供應(yīng)力強(qiáng)、可定制化生產(chǎn)。正能集團(tuán)深耕國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)多年，目前擁有國(guó)內(nèi)單企最大的蘭炭產(chǎn)能，近年來(lái)，通過(guò)不斷研發(fā)升級(jí)蘭炭的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)研發(fā)出了專供鋼鐵企業(yè)的“天焦煉鐵蘭炭”，是正能集團(tuán)的核心品牌蘭炭產(chǎn)品，2019年，榮獲全國(guó)質(zhì)量信譽(yù)保證 · 暢銷品牌以及中國(guó)著名品牌稱號(hào)。為國(guó)內(nèi)眾多鋼鐵企業(yè)提供“一對(duì)一”形式的專業(yè)化定制特種蘭炭供應(yīng)，助力鋼鐵企業(yè)在節(jié)焦降耗，生產(chǎn)更高品質(zhì)的鋼鐵產(chǎn)品。 原料選用優(yōu)質(zhì)晚侏羅紀(jì)不粘煤和長(zhǎng)焰煤，還將傳統(tǒng)蘭炭的“哈氏可磨性”大幅度提高到60以上，讓鋼企代焦比例更高！ 以指標(biāo)選礦，優(yōu)選大型煤礦建立穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關(guān)系，最大幅度增加單批次的原煤采購(gòu)量，最大限度地保障了蘭炭性能的相對(duì)穩(wěn)定性。 正能集團(tuán)年360萬(wàn)噸的蘭炭規(guī)劃產(chǎn)能是我國(guó)目前已建成的單企產(chǎn)能最大者，單批次投料大，在性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)持續(xù)供應(yīng)。 2020年初，正能集團(tuán)先后為華東地區(qū)某著名鋼鐵企業(yè)連續(xù)2批次累計(jì)定制化生產(chǎn)供應(yīng)2.8萬(wàn)噸的“天焦煉鐵蘭炭”，又為華東另一著名鋼鐵企業(yè)定制化生產(chǎn)供應(yīng)1.5萬(wàn)噸的“天焦煉鐵蘭炭”，為疫情之下的鋼鐵企業(yè)解決了“燃煤”之急。鋼鐵企業(yè)不僅需要符合標(biāo)準(zhǔn)的燃料，更加需要一個(gè)資質(zhì)過(guò)硬，能夠持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)的合作供應(yīng)商。現(xiàn)在，越來(lái)越多的鋼鐵企業(yè)開始選擇天焦蘭炭定制化生產(chǎn)用于鋼鐵制造，不僅是因?yàn)楦哔|(zhì)量，更是為穩(wěn)定供應(yīng)，保障生產(chǎn)選擇一個(gè)強(qiáng)有力的“后盾”！ 天焦煉鐵蘭炭 連續(xù)供應(yīng)能力強(qiáng)！ 性能穩(wěn)定！ 哈氏可磨性更好！
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