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1、高炉喷吹燃料成本优化及成本预测高炉喷吹燃料成本优化及成本预测北京科技大学教授、博北京科技大学教授、博导导、副院、副院长长中国金属学会中国金属学会 炼铁炼铁分会秘分会秘书长书长张建良张建良2012年年11月月4日日联系电话：联系电话：010-62332364 13910019986邮箱：邮箱：张建良2/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测高炉喷吹燃料概况高炉喷吹燃料概况 高炉喷煤成本优化高炉喷煤成本优化高炉喷煤成本预测高炉喷煤成本预测张建良3/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况 高炉炼铁面临环境、资源、成本等各方面的巨高炉炼铁面临环境、资源、成本等各方面的巨大压
2、力！大压力！张建良4/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测将气体、液体或固体燃料通过专门的设备从风口喷入高将气体、液体或固体燃料通过专门的设备从风口喷入高炉，以取代高炉炉料中部分焦炭的一种高炉强化冶炼技炉，以取代高炉炉料中部分焦炭的一种高炉强化冶炼技术。术。1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况1.1 高炉喷吹燃料高炉喷吹燃料张建良5/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况 气体燃料：气体燃料包括天然气、焦炉煤气、发生炉气体燃料：气体燃料包括天然气、焦炉煤气、发生炉煤气等。煤气等。天然气的主要成分是甲烷天然气的主要成分是甲烷(CH(CH4 4),),在高炉风口区转化
3、成在高炉风口区转化成COCO和和H H2 2;焦炉煤气主要成分是焦炉煤气主要成分是H H2 2(50-60%)(50-60%)和和CHCH4 4(20-30%);(20-30%);发生炉煤气除含有发生炉煤气除含有COCO，H H2 2，CHCH4 4等可燃成分和等可燃成分和N N2 2，COCO2 2等不等不可燃成分外，还含有相当部分的水和杂质，用于高炉喷吹可燃成分外，还含有相当部分的水和杂质，用于高炉喷吹时需净化处理。时需净化处理。高炉喷吹气体的种类和数量主要取决于当地资源条件高炉喷吹气体的种类和数量主要取决于当地资源条件!张建良6/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测 液体燃料：常用于喷吹的
4、有重油，有时还有柴油、焦油。液体燃料：常用于喷吹的有重油，有时还有柴油、焦油。重油是石油分馏提取汽油、柴油、煤油后剩下的产品重油是石油分馏提取汽油、柴油、煤油后剩下的产品,可燃物可燃物多，含碳多，含碳86-89%86-89%，氢，氢10-12%10-12%，硫、灰分、水分少。重油发热量，硫、灰分、水分少。重油发热量高，火焰辐射能力强，喷吹效果好，贮存方便，喷吹设备简单，高，火焰辐射能力强，喷吹效果好，贮存方便，喷吹设备简单，易于操作控制，是适宜高炉喷吹的优质燃料。易于操作控制，是适宜高炉喷吹的优质燃料。国外高炉多喷吹重油，但受资源限制。国外高炉多喷吹重油，但受资源限制。1.高炉高炉喷喷吹燃料概
5、况吹燃料概况张建良7/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测 固体燃料：固体燃料包括煤粉、半焦（兰炭）、废塑料、固体燃料：固体燃料包括煤粉、半焦（兰炭）、废塑料、废橡胶、生物质等。废橡胶、生物质等。常用于喷吹的是固定碳高，发热值高的无烟粉煤。高炉喷常用于喷吹的是固定碳高，发热值高的无烟粉煤。高炉喷吹用煤应满足低灰分、低硫分、低水分、适宜挥发分产率等吹用煤应满足低灰分、低硫分、低水分、适宜挥发分产率等质量要求。质量要求。从国内外高炉生产实践看，高炉喷吹煤种的范围很广，包从国内外高炉生产实践看，高炉喷吹煤种的范围很广，包括无烟煤、贫瘦煤、烟煤、褐煤等。如德国蒂森公司喷吹过括无烟煤、贫瘦煤、烟煤、褐煤等
6、。如德国蒂森公司喷吹过从挥发分为从挥发分为9%9%的无烟煤到挥发分达的无烟煤到挥发分达50%50%的褐煤。的褐煤。1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况张建良8/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况 废橡胶和烟煤在风口前燃烧过程类似，只是废橡胶中碳氢废橡胶和烟煤在风口前燃烧过程类似，只是废橡胶中碳氢化合物含量更高，脱气吸热过程更加剧烈，结焦和残焦燃烧化合物含量更高，脱气吸热过程更加剧烈，结焦和残焦燃烧过程相对较弱；过程相对较弱；废塑料不含固定碳，在风口长链碳氢化合物脱气裂解成小废塑料不含固定碳，在风口长链碳氢化合物脱气裂解成小分子碳氢化合物，小分子碳氢化合物继续
7、分解和氧化，最终分子碳氢化合物，小分子碳氢化合物继续分解和氧化，最终产物主要为产物主要为COCO和和H H2 2；通过高炉风口喷吹生物质和木炭可代替煤粉等化石还原剂，通过高炉风口喷吹生物质和木炭可代替煤粉等化石还原剂，减少减少CO2排放。排放。张建良9/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测可改善高炉操作，提高生铁产量，降低生铁成本；可改善高炉操作，提高生铁产量，降低生铁成本；高炉炼铁是以冶金焦作为燃料和还原剂的，喷吹高炉炼铁是以冶金焦作为燃料和还原剂的，喷吹燃料在风口区的高温下转化为燃料在风口区的高温下转化为CO和和H2，可以代替，可以代替风口燃烧的部分焦炭，一般可取代风口燃烧的部分焦炭，一般可
8、取代20%30%，高，高的可达的可达50%，成为当代高炉降低焦比的主要措施；，成为当代高炉降低焦比的主要措施；喷吹燃料可促进高炉采用高风温和富氧鼓风，这喷吹燃料可促进高炉采用高风温和富氧鼓风，这几项技术相结合，已成为强化高炉冶炼的重要途径。几项技术相结合，已成为强化高炉冶炼的重要途径。1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况1.2 高炉喷吹燃料的意义高炉喷吹燃料的意义张建良10/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测能保证连续、稳定、均匀的喷入炉内；能保证连续、稳定、均匀的喷入炉内；计量准确，调节灵活；计量准确，调节灵活；设备简单，安全可靠。设备简单，安全可靠。1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况1.
9、3 1.3 高炉冶炼对所喷吹燃料的工艺及设备要求高炉冶炼对所喷吹燃料的工艺及设备要求张建良11/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测烧结矿球团矿烧结矿球团矿块矿和焦炭块矿和焦炭CO2脱除脱除除尘除尘出气出气铁水和渣铁水和渣氧气氧气CO2热风炉热风炉燃烧尾气燃烧尾气1200C固体燃料固体燃料(煤粉煤粉,废塑料废塑料/轮胎轮胎,木炭木炭,半焦半焦,生物质生物质,等等)气体燃料气体燃料(天然气天然气,焦炉煤气焦炉煤气,发生炉煤气发生炉煤气,等等)液体燃料液体燃料(重油重油,柴油柴油,焦油焦油,等等)1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况1.4 高炉喷吹燃料示意图高炉喷吹燃料示意图张建良12/52高炉喷吹
10、燃料成本优化及成本预测1.5 国外喷吹燃料发展历程国外喷吹燃料发展历程早在早在19世纪，欧洲、美国就有人提出了高炉喷吹世纪，欧洲、美国就有人提出了高炉喷吹燃料的设想；燃料的设想；直到直到20世纪中叶才在工业上逐步实现，世纪中叶才在工业上逐步实现，1947年法年法国纳维一梅松工厂试验向高炉喷吹燃料油；国纳维一梅松工厂试验向高炉喷吹燃料油；1948年前苏联捷尔仁斯基工厂向高炉喷吹煤粉；年前苏联捷尔仁斯基工厂向高炉喷吹煤粉；1957年前苏联彼得洛夫斯基工厂在高炉上喷吹天年前苏联彼得洛夫斯基工厂在高炉上喷吹天然气。然气。1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况张建良13/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测
11、前苏联、美国天然气资源丰富则大量喷吹天然前苏联、美国天然气资源丰富则大量喷吹天然气，气，60年代世界市场油价便宜，各国在高炉上年代世界市场油价便宜，各国在高炉上大量喷吹重油；大量喷吹重油；70年代末因油价高涨，大部分高炉停止喷油，年代末因油价高涨，大部分高炉停止喷油，逐步转为喷煤；逐步转为喷煤；1990年日本、德国有年日本、德国有2/3的高炉在喷煤，喷吹的高炉在喷煤，喷吹量一般为量一般为5080kg/t铁，到铁，到1998年有的已超过年有的已超过200kg/t铁。铁。世界各国根据自己的资源条件和市场上燃料价世界各国根据自己的资源条件和市场上燃料价格喷吹不同燃料。格喷吹不同燃料。1.高炉高炉喷喷
12、吹燃料概况吹燃料概况张建良14/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测中国从中国从50年代末开始在高炉上喷油；年代末开始在高炉上喷油；60年代初大部分高炉已实现喷油；年代初大部分高炉已实现喷油；1964年首钢和鞍钢在高炉上喷吹无烟煤成功；年首钢和鞍钢在高炉上喷吹无烟煤成功；1966年首钢年首钢3座高炉全年平均喷煤量达座高炉全年平均喷煤量达159kg/t；重钢在重钢在60年代喷吹过天然气，有的厂喷吹过焦油、年代喷吹过天然气，有的厂喷吹过焦油、沥青；沥青；60年代末，逐步转为喷煤粉；年代末，逐步转为喷煤粉；1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况1.6 中国喷吹燃料发展历程中国喷吹燃料发展历程张建良15/
13、52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况中国高炉喷吹燃料的特点是：中国高炉喷吹燃料的特点是：采用喷吹燃料的高炉多，重采用喷吹燃料的高炉多，重点企业中点企业中90以上的高炉已喷吹煤粉，喷吹煤种有无烟煤、以上的高炉已喷吹煤粉，喷吹煤种有无烟煤、烟煤和二者的混合煤，喷吹量一般在烟煤和二者的混合煤，喷吹量一般在80100kg/t，宝山钢，宝山钢铁公司等的大型高炉的喷吹量已达到铁公司等的大型高炉的喷吹量已达到200kg/t以上。以上。张建良16/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测碳和氢高的燃料喷入高炉，在风口区碳和氢高的燃料喷入高炉，在风口区2000左右的高温下迅速分解，转
14、化为以左右的高温下迅速分解，转化为以CO和和H为主的为主的气体产物，放出热量，参加还原过程，使高炉冶气体产物，放出热量，参加还原过程，使高炉冶炼每吨生铁的焦炭消耗相应降低。炼每吨生铁的焦炭消耗相应降低。由于喷吹燃料与风口区焦炭在化学成分和温由于喷吹燃料与风口区焦炭在化学成分和温度上的差异，每度上的差异，每kg重油、煤粉，每立方米天然气重油、煤粉，每立方米天然气所替代的焦炭数量所替代的焦炭数量(即置换比即置换比)也有所不同。也有所不同。1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况1.7 不同喷吹燃料比较不同喷吹燃料比较张建良17/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测主要是燃料自身的碳、氢含量；主要是燃料自
15、身的碳、氢含量；其次，与高炉风口区的赤热焦炭其次，与高炉风口区的赤热焦炭(约约1500)相比，喷相比，喷吹燃料的温度只有吹燃料的温度只有5080，两者相差，两者相差14201450；另外，喷吹燃料主要为各种碳氢化合物，它们在高另外，喷吹燃料主要为各种碳氢化合物，它们在高温下迅速分解并吸收大量热量。温下迅速分解并吸收大量热量。天然气天然气 重油重油 煤粉煤粉 粒煤粒煤 废废塑料塑料 生生态态水煤水煤 1.121.66 1.20 0.790.90 0.660.98 约约1.00 0.47 各种喷吹燃料的置换比各种喷吹燃料的置换比影响置换比的因素影响置换比的因素1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况张
16、建良18/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测 不同燃料热值不同不同燃料热值不同:每每kg煤粉约为煤粉约为30100kJ；每每kg重油约为重油约为38900kJ；每每kg废轮胎热值约为废轮胎热值约为35000KJ；每；每kg废塑料热值约废塑料热值约为为32000KJ；每立方米天然气；每立方米天然气为为69340kJ。1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况张建良19/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测 高炉喷吹燃料时，因喷入燃料温度低及在高炉喷吹燃料时，因喷入燃料温度低及在高温下分解吸热，对高炉风口区和炉缸热平衡高温下分解吸热，对高炉风口区和炉缸热平衡产生影响。为了维持高炉冶炼正常进行，在喷产生影响
17、。为了维持高炉冶炼正常进行，在喷吹燃料时，要相应提高风温或富氧。吹燃料时，要相应提高风温或富氧。对应关系如下表：对应关系如下表：1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况喷吹燃料量喷吹燃料量煤粉煤粉1kg重油重油1kg天然气天然气1m3提高风温提高风温/2-2.52-2.53-43-45-65-6富氧富氧/%0.04-0.050.04-0.050.06-0.080.06-0.080.10-0.120.10-0.1220/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测燃料的燃料的喷吹和燃烧喷吹和燃烧特性特性灰的软化和灰的软化和熔融特性熔融特性造粒造粒特性特性 粒度分布粒度分布和比表面积和比表面积高炉喷吹燃高
18、炉喷吹燃料的反应性料的反应性 模拟高炉条件模拟高炉条件下燃烧特性下燃烧特性1.8高炉喷吹燃料喷吹和燃烧特性高炉喷吹燃料喷吹和燃烧特性1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况21/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.9 高炉喷吹燃料工艺流程高炉喷吹燃料工艺流程1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况并罐喷煤工艺并罐喷煤工艺22/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况串罐喷煤工艺串罐喷煤工艺23/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况喷吹粒煤制备工艺喷吹粒煤制备工艺24/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测喷喷吹吹重重
19、油油和和生生物物质质工工艺艺1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况生物质生物质渣渣钢液钢液球团球团CP:焦炉，焦炉，SP:烧结厂，烧结厂，ST:热风炉，热风炉，PU:生物质分解单元，生物质分解单元，BF:高炉，高炉，BOF:转炉，转炉，PP：电厂：电厂废钢废钢石灰石石灰石25/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测废废塑塑料料制制粒粒及及喷喷吹吹工工艺艺1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况26/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况某某钢钢厂厂喷喷吹吹废废塑塑料料废废轮轮胎胎工工艺艺流流程程27/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测废废塑塑料料在在高高
20、炉炉中中的的作作用用1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况高炉喷吹废塑料高炉喷吹废塑料高炉过程化学反应高炉过程化学反应28/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测巴西巴西Aperam South America 公司喷吹木炭加工工艺公司喷吹木炭加工工艺1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况木炭供应木炭供应自动倾斜卡车自动倾斜卡车筛分系统筛分系统15mm木炭运输皮带木炭运输皮带筛分系统筛分系统（9-15mm）皮带运输皮带运输9-15mm木炭颗粒木炭颗粒小粒度木炭存储小粒度木炭存储木炭喷吹木炭喷吹29/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况高炉喷吹焦炉煤气工艺流
21、程高炉喷吹焦炉煤气工艺流程30/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测喷吹煤粉、废塑料、废轮胎、天然气、重油等燃料时作用：喷吹煤粉、废塑料、废轮胎、天然气、重油等燃料时作用：环保：环保：增加增加H H2 2的间接还原的间接还原节能：节能：降低热储备区温度（下图）降低热储备区温度（下图）1.10 高炉喷吹不同燃料的作用高炉喷吹不同燃料的作用1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况31/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测风口风口炉顶炉顶块矿块矿,焦炭焦炭气体气体273 1273 2273 温度温度 K离风口的距离离风口的距离气体气体(空气空气,O2,H2)固体固体（矿石矿石,焦炭焦炭）热储备区
22、热储备区热交换热交换化学反应化学反应热储备区的平衡反应：热储备区的平衡反应：C+CO2=2CO(H)FeO+CO=Fe+CO2(+H)FeO+H2=Fe+H2O(+H)1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况32/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1 1）固固态态富富氢氢燃燃料料如如废废塑塑料料、废废轮轮胎胎、烟烟煤煤、褐褐煤煤、生生物物质质等等的的挥挥发发分分高高，燃燃烧烧率率高高，喷喷入入高高炉炉后后在在风风口口前前迅迅速速热热解解、完完全全燃燃烧烧，可可以以提提高高喷喷吹吹量量。气气、液液燃燃料料则则直直接接在在风风口口热热解解并并燃烧；燃烧；2 2）富富氢氢燃燃料料产产生生的的煤煤气
23、气量量大大，风风口口前前煤煤气气流流速速增增加加，容容易易穿穿透中心，炉缸边缘与中心温度梯度降低，炉缸温度均匀；透中心，炉缸边缘与中心温度梯度降低，炉缸温度均匀；3 3）煤煤气气中中H H2 2含含量量增增加加，可可以以改改善善煤煤气气利利用用，并并利利于于提提高高间间接接还原还原。高炉高炉富氢燃料富氢燃料的优点：的优点：1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况33/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1 1）使使用用价价格格低低廉廉的的煤煤粉粉替替代代价价格格昂昂贵贵的的焦焦炭炭，有有效效降降低低铁铁水成本水成本；2 2）可代替加湿鼓风作为下部调剂的有效手段）可代替加湿鼓风作为下部调剂的有效
24、手段；3 3）煤粉）煤粉在风口带在风口带裂解吸热为高风温和富氧提供了有利条件裂解吸热为高风温和富氧提供了有利条件；4 4）提高煤气流对矿石料层的还原效率）提高煤气流对矿石料层的还原效率；5 5）缓解主焦煤资源的紧张，降低了焦炉基建设施的投资）缓解主焦煤资源的紧张，降低了焦炉基建设施的投资；6 6）有效控制）有效控制了了焦炉的数量，减少焦炉的数量，减少了了环境污染。环境污染。高炉喷煤的优点：高炉喷煤的优点：1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况34/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测1.11 高炉喷吹燃料实现低碳炼铁的发展趋势高炉喷吹燃料实现低碳炼铁的发展趋势1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料
25、概况重整重整氧气高炉氧气高炉生物质或生物质或富氢气体富氢气体氧气氧气CO2存储存储CO2脱除脱除除尘除尘出气出气生物质生物质烧结矿烧结矿,块矿块矿,球团矿和焦炭球团矿和焦炭生物质生物质煤和冷煤和冷空气空气铁水和渣铁水和渣35/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测 2011年我国生铁总产量年我国生铁总产量6.3亿吨亿吨。生铁产能的。生铁产能的快速增长造成高品质燃料供应紧张和价格大幅快速增长造成高品质燃料供应紧张和价格大幅度上涨，钢铁厂效益不断下滑。度上涨，钢铁厂效益不断下滑。喷吹低价燃料，以煤喷吹低价燃料，以煤代焦，降低高炉炼铁代焦，降低高炉炼铁的综合燃料成本的综合燃料成本 喷喷吹吹传传统统
26、的无的无烟煤和烟煤和混煤技混煤技术较为术较为成熟，成熟，成本高成本高高高炉炉炼炼铁铁成成本本压压力力钢钢铁铁厂厂效效益益褐煤、烟褐煤、烟煤、煤、兰兰炭炭等等喷喷吹技吹技术术相相对对薄薄弱，能更弱，能更有效的有效的节节约约成本成本开发低价燃料喷吹技术，喷吹低价燃料代替无烟煤和混开发低价燃料喷吹技术，喷吹低价燃料代替无烟煤和混煤，能最大限度节约燃料成本，有效降低炼铁成本！煤，能最大限度节约燃料成本，有效降低炼铁成本！1.12 高炉喷吹低成本燃料的重要性高炉喷吹低成本燃料的重要性1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况36/52张建良高炉喷吹燃料成本优化及成本预测从高炉冶炼工艺看，褐煤和烟煤更适合喷吹，
27、因为它们燃烧性从高炉冶炼工艺看，褐煤和烟煤更适合喷吹，因为它们燃烧性能好，有利于煤粉在高炉内的燃烧，有利于提高喷煤比。尤其能好，有利于煤粉在高炉内的燃烧，有利于提高喷煤比。尤其是全烟煤的喷吹，更是现代高炉燃料喷吹的一个重要方向。是全烟煤的喷吹，更是现代高炉燃料喷吹的一个重要方向。喷吹烟煤的喷吹烟煤的重要性重要性烟煤来源广泛，价格低，可就近取材，也能节省运费烟煤来源广泛，价格低，可就近取材，也能节省运费烟煤煤质较软，可磨性好，能节省磨煤能耗烟煤煤质较软，可磨性好，能节省磨煤能耗烟煤的挥发分高，煤粉燃烧率高，喷入高炉后在风口烟煤的挥发分高，煤粉燃烧率高，喷入高炉后在风口前迅速热解、完全燃烧，可以提
28、高喷煤量。前迅速热解、完全燃烧，可以提高喷煤量。喷吹烟煤产生的煤气量大，风口前煤气流速增加，容喷吹烟煤产生的煤气量大，风口前煤气流速增加，容易穿透中心，炉缸边缘与中心温度梯度降低，炉缸温易穿透中心，炉缸边缘与中心温度梯度降低，炉缸温度均匀。度均匀。烟煤的氢含量高，煤气中烟煤的氢含量高，煤气中H H2 2含量增加，可以改善煤气含量增加，可以改善煤气利用，并利于提高间接还原。利用，并利于提高间接还原。1.高炉高炉喷喷吹燃料概况吹燃料概况张建良37/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测2.1 高炉喷煤煤种的选择高炉喷煤煤种的选择燃烧性燃烧性反应性反应性元素分析元素分析工业分析工业分析粒度组成粒度组成风
29、口喷流特性风口喷流特性碳氧原子比碳氧原子比灰熔融特性温度灰熔融特性温度煤粉着火点煤粉着火点可磨性可磨性喷吹煤粉安全性能：喷吹煤粉安全性能：爆炸性，着火点；爆炸性，着火点；煤粉高效利用煤粉高效利用影响燃烧性的因素影响燃烧性的因素燃烧后效果燃烧后效果有害元素的分析有害元素的分析也是不可忽略的喷吹煤粉评价因素也是不可忽略的喷吹煤粉评价因素有效发热值有效发热值未燃煤粉保护未燃煤粉保护焦炭的能力焦炭的能力生成更多生成更多COCO风口结焦特性：风口结焦特性：灰成分；灰成分；煤粉粘结性；煤粉粘结性；灰熔融特性温度；灰熔融特性温度；FactSage FactSage 软件对风口结渣特性的预测；软件对风口结渣特
30、性的预测；2.高炉高炉喷喷煤成本煤成本优优化化张建良38/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测2.2 高炉喷煤时煤粉在高炉中的利用高炉喷煤时煤粉在高炉中的利用煤粉煤粉风口前燃烧风口前燃烧未燃煤粉未燃煤粉参加碳的气化反应参加碳的气化反应生铁渗碳生铁渗碳混在渣中影响渣的黏度和流动性混在渣中影响渣的黏度和流动性沉积在软熔带和料柱中恶化透气性沉积在软熔带和料柱中恶化透气性随煤气逸出炉外随煤气逸出炉外C+CO2=2COC+FeO=Fe+CO非铁元素还原非铁元素还原3Fe+C=Fe3C有有 效效 利利 用用未未 被被 利利 用用燃烧率燃烧率反应性反应性煤粉综合利用煤粉综合利用高高效效喷喷吹吹重重点点研研究究
31、2.高炉高炉喷喷煤成本煤成本优优化化张建良39/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测烟煤来源广泛，价格低，可就近取材，也能节省运费；烟煤来源广泛，价格低，可就近取材，也能节省运费；褐煤、烟煤煤质较软，可磨性好，能节省磨煤能耗；褐煤、烟煤煤质较软，可磨性好，能节省磨煤能耗；褐煤、烟煤较高的挥发分和较好的燃烧性、反应性。褐煤、烟煤较高的挥发分和较好的燃烧性、反应性。因此，越来越多的高炉开始喷吹烟煤、褐煤等煤种；此外，优化配煤因此，越来越多的高炉开始喷吹烟煤、褐煤等煤种；此外，优化配煤是实现高煤比和高置换比的有效途径。实践表明，通过烟煤、褐煤、是实现高煤比和高置换比的有效途径。实践表明，通过烟煤、褐煤
32、、贫瘦煤、无烟煤、兰炭等合理搭配，能够降低综合燃料成本和高炉炼贫瘦煤、无烟煤、兰炭等合理搭配，能够降低综合燃料成本和高炉炼铁成本。铁成本。2.高炉高炉喷喷煤成本煤成本优优化化2.3 高炉喷煤煤种的优化配置高炉喷煤煤种的优化配置张建良40/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测高炉喷吹煤粉需要合理高炉喷吹煤粉需要合理的煤比，高比例喷吹烟煤表面上煤粉成的煤比，高比例喷吹烟煤表面上煤粉成本较低，但由于其热值低、煤焦置换比低，在上本较低，但由于其热值低、煤焦置换比低，在上限煤比基本稳定的生产条件下，若煤粉热值不足，限煤比基本稳定的生产条件下，若煤粉热值不足，则需要通过焦炭补充，造成高炉焦比上升则需要通过焦
33、炭补充，造成高炉焦比上升，高炉燃料成本上升。因此在选用喷吹，高炉燃料成本上升。因此在选用喷吹煤配比时，不能单纯考虑煤粉成煤配比时，不能单纯考虑煤粉成本，从燃料成本角度考本，从燃料成本角度考虑更为合理。虑更为合理。2.4 技术经济分析技术经济分析2.高炉高炉喷喷煤成本煤成本优优化化张建良41/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测煤煤 比比0200焦焦 比比5000150煤比和焦比的关系煤比和焦比的关系2.高炉高炉喷喷煤成本煤成本优优化化张建良42/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测炉容为炉容为2000m2000m3 3以上煤比及焦比相应关系以上煤比及焦比相应关系高置换比高置换比低置换比低置换比拐点
34、拐点170kg/t2.高炉高炉喷喷煤成本煤成本优优化化张建良43/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测炉容为炉容为6012000m6012000m3 3煤比及焦比相应关系煤比及焦比相应关系大型高炉煤焦置换比大，中小高炉较低一些（斜率）大型高炉煤焦置换比大，中小高炉较低一些（斜率）大型高炉煤焦置换比变化更为稳定（带宽）大型高炉煤焦置换比变化更为稳定（带宽）2.高炉高炉喷喷煤成本煤成本优优化化张建良44/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测2.5 2.5 高炉喷吹煤粉经济效益评价高炉喷吹煤粉经济效益评价X Xm m 喷吹喷吹1 1吨煤粉的经济效益；吨煤粉的经济效益；J Jj j 外购外购1 1吨焦炭的
35、到厂含税价；吨焦炭的到厂含税价；J Jm m 外购外购1 1吨喷吹煤的到厂含税价；吨喷吹煤的到厂含税价；Y 1Y 1吨焦炭或喷吹煤的含税运费；吨焦炭或喷吹煤的含税运费；S Sj j 焦炭税率；焦炭税率；S Sm m 喷吹煤税率；喷吹煤税率；C Cm m 磨制和喷吹磨制和喷吹1 1吨煤粉的加工成本吨煤粉的加工成本S Sy y 运费税率；运费税率；L LS S 入炉前过筛中的碎焦率；入炉前过筛中的碎焦率；J JS S 碎焦的内部折算成本；碎焦的内部折算成本；W Wj j 购入焦炭的计价含水率；购入焦炭的计价含水率；W Wm m 购入喷吹煤的计价含水率；购入喷吹煤的计价含水率；H Hmjmj 焦煤置
36、换比；焦煤置换比；与煤粉性质密切相关，如何使与煤粉性质密切相关，如何使煤粉高效利用，增加其置换比煤粉高效利用，增加其置换比2.高炉高炉喷喷煤成本煤成本优优化化张建良45/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测3.1 高炉喷煤经济性评价模型高炉喷煤经济性评价模型经济评价模型经济评价模型建立在单煤性质和高炉操作参数基础上；建立在单煤性质和高炉操作参数基础上；通过固定已知烟煤煤种的配比来进行计算，得出焦比和综合燃料成通过固定已知烟煤煤种的配比来进行计算，得出焦比和综合燃料成本与实际喷煤的方案进行对比优化；本与实际喷煤的方案进行对比优化；通过对煤粉基本性能、矿石和焦炭成分等的调整来降低焦比和综合通过对煤粉
37、基本性能、矿石和焦炭成分等的调整来降低焦比和综合燃料成本；燃料成本；通过模型对各种配比混合煤粉性价比进行综合评价、排序，对炼铁通过模型对各种配比混合煤粉性价比进行综合评价、排序，对炼铁厂喷吹煤结构优化提供指导，实现厂喷吹煤结构优化提供指导，实现降低焦比和综合燃料成本，降低炼降低焦比和综合燃料成本，降低炼铁成本铁成本的目的。的目的。3.高炉高炉喷喷煤成本煤成本预测预测张建良46/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测3.2 高炉喷煤经济性评价模型各模块介绍高炉喷煤经济性评价模型各模块介绍3.高炉高炉喷喷煤成本煤成本预测预测成分录入模成分录入模块：通过本块：通过本模块将不同模块将不同种类煤粉的种类煤粉
38、的性能指标录性能指标录入数据库，入数据库，以备优化配以备优化配煤时进行选煤时进行选择。择。张建良47/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测3.高炉高炉喷喷煤成本煤成本预测预测优化配煤计算模优化配煤计算模块：通过对需要块：通过对需要配煤的煤种的选配煤的煤种的选择，限定各单煤择，限定各单煤的基本性能指标，的基本性能指标，以目标混煤的成以目标混煤的成本较低、燃烧率本较低、燃烧率较高、灰分较低、较高、灰分较低、硫含量较低等为硫含量较低等为目标函数，进行目标函数，进行优化配煤计算。优化配煤计算。张建良48/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测3.高炉高炉喷喷煤成本煤成本预测预测此界面为优化此界面为优化配煤计
39、算后所配煤计算后所得的混煤的配得的混煤的配比及混煤的基比及混煤的基本性能、指标，本性能、指标，可将计算结果可将计算结果保存并保存并EXCEL表格输出。表格输出。张建良49/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测3.高炉高炉喷喷煤成本煤成本预测预测指定配比计算指定配比计算模块：通过此模块：通过此模块可以根据模块可以根据炼铁厂喷煤需炼铁厂喷煤需要对所需煤种要对所需煤种按一定比例进按一定比例进行混合，计算行混合，计算出混煤的基本出混煤的基本性能和指标。性能和指标。张建良50/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测3.高炉高炉喷喷煤成本煤成本预测预测焦比和综合燃料成焦比和综合燃料成本计算模块：根据本计算模块：
40、根据优化配煤计算或指优化配煤计算或指定配比计算所得混定配比计算所得混煤的指标，结合入煤的指标，结合入炉矿、焦炭的成分炉矿、焦炭的成分及高炉物料平衡和及高炉物料平衡和热平衡，输入焦炭热平衡，输入焦炭价格及煤比，即可价格及煤比，即可计算出该高炉的焦计算出该高炉的焦比及综合燃料成本。比及综合燃料成本。计算结果可输出与计算结果可输出与保存。保存。张建良51/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测3.高炉高炉喷喷煤成本煤成本预测预测在高炉优化配煤成本预测在高炉优化配煤成本预测基础上，可以对其它喷吹燃料的相关性能进行基础上，可以对其它喷吹燃料的相关性能进行实验测定，结合高炉基本参数、焦炭和矿石成分等，对实验测定，结合高炉基本参数、焦炭和矿石成分等，对高炉喷吹其它燃料的成本及综合燃高炉喷吹其它燃料的成本及综合燃料成本进行预测。料成本进行预测。张建良52/52高炉喷吹燃料成本优化及成本预测