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高爐噴吹
我國目前高爐噴吹原料主要有無煙煤、低揮發(fā)分煙煤、高揮發(fā)分煙煤三種類型。無煙煤具有無爆炸性、置換比較高的優(yōu)點，其缺點是著火點高、可磨性不好、燃燒性差，影響噴煤比的提高。并且我國無煙煤資源比較短缺，其來源與煤質性能都難以長久保持。與無煙煤相比，高揮發(fā)分煙煤具有著火點低、可磨性好、燃燒性好等優(yōu)點，但因揮發(fā)分高，爆炸性很強，不宜單獨噴吹，而且其置換比比較低。蘭炭是以優(yōu)質侏羅紀不粘煤和弱粘煤為原料，采用中低溫干餾工藝生產的一種高固定碳含量的固體物質，在高爐噴吹方面燃燒性能好，反應性好，置換率較高。
2009年3月，中鋼集團鞍山熱能研究院開展了“蘭炭沫進行高爐噴吹應用試驗”。試驗在中鋼鞍山煉鐵廠3200立方米高爐進行，通過配比5%、10%、15%噴吹蘭炭沫的方法均取得成功，試驗認為蘭炭具有特低灰、特低硫、特低磷、可磨性適宜、爆炸性弱、反應性高等特點完全滿足高爐噴吹用煤技術需求，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)蘭炭在冶金中的應用技術符合當前國家能源優(yōu)化戰(zhàn)略的總體需要。煤轉化成蘭炭的過程實際上就是煤的干餾過程，在這一過程中能得到優(yōu)質的煤焦油和煤氣。由于煤與煤焦油之間的燃燒過程污染物的控制和價格差異，可以看出蘭炭產業(yè)本身具有節(jié)能減排、循環(huán)經濟等特點。同時，高爐噴吹用蘭炭有利于企業(yè)節(jié)煤降焦，高爐使用半焦帶來的經濟效益和環(huán)境效益將非常顯著。
蘭炭在生產中被廣泛使用，其中在高爐噴吹的使用是比較具有發(fā)展前景的。從性價比來看，蘭炭的質量和冶金性能優(yōu)于貧煤和貧瘦煤；從資源儲量來看，我國的優(yōu)質無煙煤，貧煤，貧瘦煤的資源量相對短缺。因此，可作為無煙煤，貧煤、貧瘦煤代用品的蘭炭市場前景巨大，我國有豐富的蘭炭資源，隨著我國交通設施的不斷改善，中西部地區(qū)的優(yōu)質蘭炭可以很方便的運輸到東部的煤炭消耗企業(yè)當中。
無煙煤燃燒性能和反應性能卻相對較差，不利于噴煤量的提高；煙煤的煤焦置換比較低，噴吹系統安全性較差。而蘭炭在高爐噴吹方面燃燒性能和反應性能較好，置換比較高，能夠滿足高爐噴吹用煤的技術要求。
因此，不管是從國家發(fā)展角度還是經濟、環(huán)境效益來看，高爐噴吹用蘭炭代替部分無煙煤是可行的，且意義重大的。
減煤換煤，“降焦減排”是關鍵
我國鋼鐵企業(yè)生產過程中，高爐煉鐵消耗能源占整個鋼鐵企業(yè)生產過程能耗的60%～70%。特別是 2013 年開始，鋼鐵企業(yè)面臨前所未有的窘境， 面對更加激烈的市場競爭和逐漸惡化的外部原料條件，全面實施節(jié)能減排、降本增效、降低高爐燃料比責無旁貸的成了煉鐵生產提高競爭力的必然選擇?？刂其撹F行業(yè)燃煤污染除了嚴格控制煤炭消費總量、強化治污改造的同時，應將提高優(yōu)質清潔煤炭使用比例作為一項重要舉措，實現大氣污染物的超低排放的同時，進一步降低生產成本。
在高爐煉鐵生產中，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上，進一步節(jié)省噴吹用煤的成本，從而達到節(jié)煤和降焦的雙重目的。使用蘭炭能夠擴大高爐噴吹用煤的種類，削減鋼鐵企業(yè)的生產成本，提高企業(yè)競爭力。
北京科技大學2014年完成了蘭炭高爐混合噴吹應用研究、蘭炭作為燒結燃料對燒結礦產量及質量的影響研究、蘭炭替代焦丁在高爐中的應用研究，研究表明：
龍鋼高爐噴吹蘭炭生產實驗
通過對2012年7月龍鋼高爐噴吹蘭炭生產實驗結果可知：噴吹蘭炭沫可以優(yōu)化煤的結果組成，改善煤的煤質性能，提高煤的可磨性，降低煤的爆炸性，使煤的著火點升高，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CO2的反應增強，對焦炭的保護作用相應加強，可達到進一步降低焦比的效果。
試驗所用原料的工業(yè)分析如上圖，結合龍鋼高爐噴吹用煤的指標要求可以看出：在試驗原料中，無煙煤的固定碳含量略低于指標要求，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，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，因此其返回火焰長度最長，為650mm，屬于強爆炸性煤；煙煤和無煙煤，因其揮發(fā)分比較低，其返回火焰長度都在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，因此其返回長度較小，為80~200mm。
可見蘭炭僅有微弱的爆炸性，因此用蘭炭替代高爐噴吹用煤有助于提高噴吹安全性。
結合上面三張圖可知，試驗用蘭炭的著火點高于大部分煤，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。
在噴煤過程中，煤粉的燃燒性能決定著煤粉在風口處短暫時間內完全燃燒的程度以及煤粉置換比的高低。如上圖所示，可以看出無煙煤的燃燒率較低，為38%，蘭炭的燃燒率為55%，比無煙煤高。還可以看出混合試樣的燃燒率大于各單一組分的質量加權平均值，這主要是由于在燃燒過程中，煤粉和蘭炭之間能夠起到相互催化作用，降低燃燒反應的活化能，加速燃燒反應過程，從而提高燃燒率。
蘭炭對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程，減少未燃煤粉量，提高爐內透氣性，降低爐渣粘度，從而提高冶煉效果。
通過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個百分點，CO2與CO的比值減少，可見煤粉對CO2的反應性增強，對焦炭的保護作用相應加強，可達到進一步降低焦比的效果；同時，由于蘭炭熱值較高，因此高爐內部熱能相對過剩，使得高爐煤氣中CO含量提高，由此可見燃料比也進一步降低。
龍鋼用蘭炭沫代替煤粉前后混煤價格和噴煤成本對比如下圖，高爐噴吹蘭炭前后高爐煉鐵經濟指標如圖2，可以看出，噴吹蘭炭前后高爐煤比下降，混煤總價下降，噸鐵成本降低了14.13元/噸，因此從噴煤消耗煤粉的角度來說，以龍鋼年產生鐵400萬噸計算，可節(jié)約噴吹用煤成本5652萬元。
圖1
圖2
由上圖進一步可知，1#、2#、3#、4#四座高爐的平均綜合焦比下降了2.18kg/t，以龍鋼焦炭平均價格1242.5元/噸來計算，生產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400萬噸計算，每年可節(jié)約焦炭成本1084萬元。同時蘭炭相較于無煙煤資源更加豐富，質量更加穩(wěn)定。因此，如果后續(xù)在生產中進一步增加蘭炭的配比，減少煤粉（尤其是無煙煤）的用量，那么創(chuàng)造的經濟效益將會更加可觀。
鋼鐵企業(yè)用能結構中有80%以上是煤炭。高爐煉鐵能耗占鋼鐵聯合企業(yè)能源消耗的49.4%，高爐煉鐵用能的78%是來自碳素（即焦炭和煤粉）燃燒。使用蘭炭替代無煙煤，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。 蘭炭是由原煤經中低溫干餾時揮發(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優(yōu)于大部分無煙煤和原料煤，具有明顯的減霾效果。
從指標上看如下圖
按照2億噸鐵水的年產量計算，使用蘭炭替代無煙煤作高爐噴吹、燒結燃料和焦丁，可利用蘭炭每年約1500萬噸以上。較使用原煤可減少CO2排放約58萬噸/年；按原煤含硫量 0.7%、蘭炭含硫量0.35%計算，可少向脫硫系統中引入S02約10萬噸/年。蘭炭應用于高爐領域，使得煉鐵過程中的焦比和生鐵成本降低，減少了焦爐的數量和焦爐設備的投入，不但能夠節(jié)約基建成本，而且緩減了煉焦過程中對環(huán)境的破壞。
高爐燃料求“精”，更要“穩(wěn)” 原燃料質量的波動是影響大型高爐生產波動的重要原因。相較于中小鍋爐，大型高爐需要比中小高爐更加優(yōu)質的原燃料、嚴謹的管理和精細的操作技術。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，傳統蘭炭企業(yè)由于蘭炭質量的差異性和單爐規(guī)模小，易造成不同批次間的規(guī)格指標不穩(wěn)定。高爐噴吹一次投料大、規(guī)格控制嚴，鋼鐵企業(yè)需要與原煤相對固定、生產規(guī)模較大的蘭炭企業(yè)開展長期、穩(wěn)定的合作。 價格非“王道”，品質才是根本。目前很多鋼企一味壓低蘭炭價格，由此中間商供應給鋼企的蘭炭品質極差，而較差的品質無助于提升替代量，同時也降低鋼企產品質量，由此也會拉低鋼鐵價格，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)實力雄厚、固定的工藝和原料確保產品質量穩(wěn)定、持續(xù)供應力強、可定制化生產。正能集團深耕國內冶金行業(yè)領域內多年，目前擁有國內單企最大的蘭炭產能，近年來，通過不斷研發(fā)升級蘭炭的生產工藝，生產研發(fā)出了專供鋼鐵企業(yè)的“天焦煉鐵蘭炭”，是正能集團的核心品牌蘭炭產品，2019年，榮獲全國質量信譽保證 · 暢銷品牌以及中國著名品牌稱號。為國內眾多鋼鐵企業(yè)提供“一對一”形式的專業(yè)化定制特種蘭炭供應，助力鋼鐵企業(yè)在節(jié)焦降耗，生產更高品質的鋼鐵產品。 原料選用優(yōu)質晚侏羅紀不粘煤和長焰煤，還將傳統蘭炭的“哈氏可磨性”大幅度提高到60以上，讓鋼企代焦比例更高！ 以指標選礦，優(yōu)選大型煤礦建立穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關系，最大幅度增加單批次的原煤采購量，最大限度地保障了蘭炭性能的相對穩(wěn)定性。 正能集團年360萬噸的蘭炭規(guī)劃產能是我國目前已建成的單企產能最大者，單批次投料大，在性能穩(wěn)定的基礎上實現持續(xù)供應。 2020年初，正能集團先后為華東地區(qū)某著名鋼鐵企業(yè)連續(xù)2批次累計定制化生產供應2.8萬噸的“天焦煉鐵蘭炭”，又為華東另一著名鋼鐵企業(yè)定制化生產供應1.5萬噸的“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)不僅需要符合標準的燃料，更加需要一個資質過硬，能夠持續(xù)穩(wěn)定供應的合作供應商。現在，越來越多的鋼鐵企業(yè)開始選擇天焦蘭炭定制化生產用于鋼鐵制造，不僅是因為高質量，更是為穩(wěn)定供應，保障生產選擇一個強有力的“后盾”！ 天焦煉鐵蘭炭 連續(xù)供應能力強！ 性能穩(wěn)定！ 哈氏可磨性更好！
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