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引言
在高爐噴吹煤粉時，主要綜合考慮工業(yè)分析指標、發(fā)熱量、煤粉可磨性等，確保高爐各項經(jīng)濟技術(shù)指標穩(wěn)定，且保證高爐的安全性。煤中水分會影響噴吹煤粉的燃燒性能和熱值， 而煤中揮發(fā)分與煤粉著火點有一定聯(lián)系，揮發(fā)分含量偏低會導致其著火溫度高，影響煤粉的噴吹性能。煤中灰分指標對高爐噴吹過程有更大影響，灰分過多會包裹即將燃燒的煤粉顆粒，影響未燃煤粉的燃燒，還會影響高爐排渣，增加造渣過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程獲得能量供應冶煉的能力。在高爐冶煉過程中煤的低位發(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程中所需要的機械功以及其破碎的難易程度。一般來說，噴吹煤粉的可磨性指數(shù)處于50～90比較適合。
當前正面臨著化石能源不斷縮減的情況，使得我國鋼鐵市場遭遇了極為嚴峻的挑戰(zhàn)。深入推行的節(jié)能減排理念要求背景下，進一步突出了降低煉鋼成本的必要性與重要性，是當前企業(yè)在發(fā)展歷程中必不可缺的關(guān)鍵性階段，對此，企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中，不僅要注重對燃料的改變，同時還要不斷提高煉鋼水平以及對相關(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成，如此一來即可實現(xiàn)資源利用效率的提升，又能幫助企業(yè)獲取更強的競爭力，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)的不斷進步，無煙煤具有反應熱值高、安全性能較好等優(yōu)點，因此可以成為高爐噴吹的主要碳原料。但無煙煤具有著火點較高、燃燒性能較差、資源比較匱乏等缺點，因此需要找到合適的燃料替代。低變質(zhì)煤低溫熱解產(chǎn)物半焦（蘭炭）用于高爐噴吹，可降低焦比，節(jié)約煉鐵成本，從性價比來看，半焦具有價格低、噴吹性能優(yōu)良等特點，可節(jié)約成本; 從分布資源來看，用于生產(chǎn)半焦的煤遠比噴吹常用優(yōu)質(zhì)無煙煤資源豐富，采購難度較小，值得推廣使用。鑒于半焦的資源和價格優(yōu)勢，通過半焦部分或完全替代無煙煤進行高爐噴吹，可大幅降低成本，經(jīng)濟效益明顯。
半焦（蘭炭）用作高爐噴吹替代燃料的優(yōu)勢分析：
相比于其他噴吹用煤, 半焦的全水分含量較低。全水分含量低會提高煤的發(fā)熱量, 而且降低風口燃燒區(qū)的吸熱補償, 間接提高了噴吹量。 由表3可知, 半焦的灰分較低, 與無煙煤的灰分相當, 灰分低可保證煤粉中可燃組分含量, 對降低高爐中石灰石的消耗量, 提高噴吹過程經(jīng)濟性十分有利。半焦揮發(fā)分在10%左右, 基本無爆炸性。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)分大量脫除導致。氮含量、氧含量較低,比典型無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),降低高爐運行成本是十分有利的。
發(fā)熱量：發(fā)熱量是評價噴吹煤最重要的指標。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29.399 ~ 32.355MJ/kg(煙煤發(fā)熱量在20.9~ 32.5MJ/kg,無煙煤發(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：鉀鈉化合物是強堿性化合物,金屬沸點低,進入高爐會在高溫區(qū)氣化,而在中低溫區(qū)凝聚。煤中鉀、鈉含量過高,會在爐內(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,會降低焦炭強度,促使焦炭熔解反應,影響高爐冶煉。因此,煤中鉀、鈉總量應越低越好。半焦中鉀、鈉含量不高,在合理范圍（見表6）。
著火點：與目前國內(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.粉煤顆粒粒度對燃燒特性影響熱分析[J].中國電機工程學報,2002(12):142-145, 160.]。
灰熔融性：從灰熔融性(表8)來看,半焦的變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度都要比煙煤和無煙煤低。
半焦（蘭炭）應用于混合噴吹實例： 1、寶鋼高爐噴吹試驗：根據(jù)包鋼煉鐵廠實際生產(chǎn)情況，在七系統(tǒng)進行噴吹半焦的工業(yè)試驗。根據(jù)試驗研究半焦性能指標的變化，將工業(yè)試驗期調(diào)整為3個階段，第1階段為在高爐中全半焦噴吹，試驗時間為23h; 第2階段為90%半焦＋10%煙煤的混合噴吹，試驗時間為14h；第3階段為85%半焦＋15% 煙煤的混合噴吹，試驗時間為24h，最終試驗結(jié)論： （4） 半焦的煤資源豐富，生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)量充足，成本較低。充分發(fā)揮包鋼區(qū)域優(yōu)勢，利用半焦資源，不僅可以降低包鋼煉鐵系統(tǒng)生產(chǎn)成本，而且對于地區(qū)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展有積極作用。 來源：《半焦在包鋼高爐噴吹工藝中的應用研究》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) 通過設(shè)備優(yōu)化，達到大比例噴吹半焦（蘭炭），實現(xiàn)降本實例： 2021年梅鋼為貫徹落實綠色低碳發(fā)展要求，梅鋼決定采用清潔燃料蘭炭大比例替代無煙煤進行制粉噴吹。為滿足高爐正常生產(chǎn)的噴煤量需求，梅鋼通過新建設(shè)一套制粉系統(tǒng)，以補充現(xiàn)有噴煤系統(tǒng)煤粉量的不足等問題。歷時5個月，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。梅鋼為實現(xiàn)煉鐵工序高效率與低成本的同頻共振，完成了2號高爐噴煤系統(tǒng)的改造，改變了不能噴吹蘭炭的歷史，實現(xiàn)高爐80%的大比例蘭炭噴吹，節(jié)省有限的高爐煤炭指標，降低燃料使用成本。（來源：寶鋼工程、梅山鋼鐵、江蘇省鋼鐵行業(yè)協(xié)會） 內(nèi)蒙古正能化工集團有限公司是國內(nèi)高爐噴吹蘭炭這一特種蘭炭品類的開拓者和品牌引領(lǐng)者，也是梅鋼噴吹蘭炭的生產(chǎn)供應企業(yè)。從2018年起，正能集團的“天焦”噴吹蘭炭就大量供應梅鋼，取得了較好的成效。2020年，為推動蘭炭在鋼企領(lǐng)域的應用和發(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》團體標準，該標準已于2020年12月28日發(fā)布實施。 “上下游”聯(lián)動，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新“賦能” 中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會黨委書記、執(zhí)行會長何文波曾表態(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，同時還要通過加強跨行業(yè)的合作來推動節(jié)能減排?！?/strong>何文波說：“就鋼鐵行業(yè)來說，我比較關(guān)注的是鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新的問題。鋼鐵行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈復雜，涉及多個行業(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，將形成推動行業(yè)科技創(chuàng)新的“催化劑”，發(fā)生“鏈式反應”，相信這對于行業(yè)加快攻克“卡脖子”技術(shù)有極大的推動效應?！?/strong>
2021年是中國共產(chǎn)黨成立100周年，是“十四五”開局之年。為擴大蘭炭在鋼企中的深度應用，推進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，實現(xiàn)蘭炭企業(yè)與鋼鐵企業(yè)雙方價值最大化，正能集團將尋求下游具有穩(wěn)定和大批量需求的鋼鐵企業(yè)與正能集團形成深度戰(zhàn)略合作。希望下游用戶鋼鐵企業(yè)能通過參股正能集團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，實現(xiàn)鎖定上游煤礦資源，也就能夠?qū)崿F(xiàn)專一性定制化生產(chǎn)以滿足鋼企用戶特定蘭炭性能指標需求，進一步降低蘭炭成本，滿足鋼企自身穩(wěn)定的蘭炭供應量保障，抵御由于市場價格波動給雙方企業(yè)帶來的風險。
響應國家政策號召，順應國家經(jīng)濟發(fā)展趨勢，推進煤炭清潔化利用，助力鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排，是“天焦噴吹蘭炭”不斷研發(fā)，堅持創(chuàng)新升級的動力源泉。正能集團會一如既往的堅持不斷革新技術(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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