張建良高爐噴吹燃料成本優(yōu)化及成本預測XXXX

高爐噴吹燃料成本優(yōu)化及成本預測北京科技大學教授、博導、副院長中國金屬學會煉鐵分會秘書長張建良2012年11月4日聯(lián)系電話：郵箱：

高爐噴吹燃料概況高爐噴煤成本優(yōu)化高爐噴煤成本預測1.高爐噴吹燃料概況

高爐煉鐵面臨環(huán)境、資源、成本等各方面的巨大壓力?。。怏w、液體或固體燃料通過專門的設備從風口噴入高爐，以取代高爐爐料中部分焦炭的一種高爐強化冶煉技術。1.高爐噴吹燃料概況1.1高爐噴吹燃料1.高爐噴吹燃料概況①氣體燃料：氣體燃料包括天然氣、焦爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等。天然氣的主要成分是甲烷(CH4),在高爐風口區(qū)轉化成CO和H2;焦爐煤氣主要成分是H2(50-60%)和CH4(20-30%);發(fā)生爐煤氣除含有CO，H2，CH4等可燃成分和N2，CO2等不可燃成分外，還含有相當部分的水和雜質，用于高爐噴吹時需凈化處理。

高爐噴吹氣體的種類和數(shù)量主要取決于當?shù)刭Y源條件!!②液體燃料：常用于噴吹的有重油，有時還有柴油、焦油。重油是石油分餾提取汽油、柴油、煤油后剩下的產(chǎn)品,可燃物多，含碳86-89%，氫10-12%，硫、灰分、水分少。重油發(fā)熱量高，火焰輻射能力強，噴吹效果好，貯存方便，噴吹設備簡單，易于操作控制，是適宜高爐噴吹的優(yōu)質燃料。國外高爐多噴吹重油，但受資源限制。1.高爐噴吹燃料概況③固體燃料：固體燃料包括煤粉、半焦（蘭炭）、廢塑料、廢橡膠、生物質等。常用于噴吹的是固定碳高，發(fā)熱值高的無煙粉煤。高爐噴吹用煤應滿足低灰分、低硫分、低水分、適宜揮發(fā)分產(chǎn)率等質量要求。從國內外高爐生產(chǎn)實踐看，高爐噴吹煤種的范圍很廣，包括無煙煤、貧瘦煤、煙煤、褐煤等。如德國蒂森公司噴吹過從揮發(fā)分為9%的無煙煤到揮發(fā)分達50%的褐煤。1.高爐噴吹燃料概況1.高爐噴吹燃料概況廢橡膠和煙煤在風口前燃燒過程類似，只是廢橡膠中碳氫化合物含量更高，脫氣吸熱過程更加劇烈，結焦和殘焦燃燒過程相對較弱；廢塑料不含固定碳，在風口長鏈碳氫化合物脫氣裂解成小分子碳氫化合物，小分子碳氫化合物繼續(xù)分解和氧化，最終產(chǎn)物主要為CO和H2；通過高爐風口噴吹生物質和木炭可代替煤粉等化石還原劑，減少CO2排放?？筛纳聘郀t操作，提高生鐵產(chǎn)量，降低生鐵成本；高爐煉鐵是以冶金焦作為燃料和還原劑的，噴吹燃料在風口區(qū)的高溫下轉化為CO和H2，可以代替風口燃燒的部分焦炭，一般可取代20%～30%，高的可達50%，成為當代高爐降低焦比的主要措施；噴吹燃料可促進高爐采用高風溫和富氧鼓風，這幾項技術相結合，已成為強化高爐冶煉的重要途徑。1.高爐噴吹燃料概況1.2高爐噴吹燃料的意義能保證連續(xù)、穩(wěn)定、均勻的噴入爐內；計量準確，調節(jié)靈活；設備簡單，安全可靠。1.高爐噴吹燃料概況1.3高爐冶煉對所噴吹燃料的工藝及設備要求燒結礦球團礦塊礦和焦炭CO2脫除除塵出氣鐵水和渣氧氣CO2熱風爐燃燒尾氣1200°C固體燃料(煤粉,廢塑料/輪胎,木炭,半焦,生物質,等)氣體燃料(天然氣,焦爐煤氣,發(fā)生爐煤氣,等)液體燃料(重油,柴油,焦油,等)1.高爐噴吹燃料概況1.4高爐噴吹燃料示意圖1.5國外噴吹燃料發(fā)展歷程早在19世紀，歐洲、美國就有人提出了高爐噴吹燃料的設想；直到20世紀中葉才在工業(yè)上逐步實現(xiàn)，1947年法國納維一梅松工廠試驗向高爐噴吹燃料油；1948年前蘇聯(lián)捷爾仁斯基工廠向高爐噴吹煤粉；1957年前蘇聯(lián)彼得洛夫斯基工廠在高爐上噴吹天然氣。1.高爐噴吹燃料概況前蘇聯(lián)、美國天然氣資源豐富則大量噴吹天然氣，60年代世界市場油價便宜，各國在高爐上大量噴吹重油；70年代末因油價高漲，大部分高爐停止噴油，逐步轉為噴煤；1990年日本、德國有2/3的高爐在噴煤，噴吹量一般為50～80kg/t鐵，到1998年有的已超過200kg/t鐵。世界各國根據(jù)自己的資源條件和市場上燃料價格噴吹不同燃料。1.高爐噴吹燃料概況中國從50年代末開始在高爐上噴油；60年代初大部分高爐已實現(xiàn)噴油；1964年首鋼和鞍鋼在高爐上噴吹無煙煤成功；1966年首鋼3座高爐全年平均噴煤量達159kg/t；重鋼在60年代噴吹過天然氣，有的廠噴吹過焦油、瀝青；60年代末，逐步轉為噴煤粉；1.高爐噴吹燃料概況1.6中國噴吹燃料發(fā)展歷程1.高爐噴吹燃料概況中國高爐噴吹燃料的特點是：采用噴吹燃料的高爐多，重點企業(yè)中90％以上的高爐已噴吹煤粉，噴吹煤種有無煙煤、煙煤和二者的混合煤，噴吹量一般在80～100kg/t，寶山鋼鐵公司等的大型高爐的噴吹量已達到200kg/t以上。碳和氫高的燃料噴入高爐，在風口區(qū)2000℃左右的高溫下迅速分解，轉化為以CO和H為主的氣體產(chǎn)物，放出熱量，參加還原過程，使高爐冶煉每噸生鐵的焦炭消耗相應降低。由于噴吹燃料與風口區(qū)焦炭在化學成分和溫度上的差異，每kg重油、煤粉，每立方米天然氣所替代的焦炭數(shù)量(即置換比)也有所不同。1.高爐噴吹燃料概況1.7不同噴吹燃料比較主要是燃料自身的碳、氫含量；其次，與高爐風口區(qū)的赤熱焦炭(約1500℃)相比，噴吹燃料的溫度只有50～80℃，兩者相差1420～1450℃；另外，噴吹燃料主要為各種碳氫化合物，它們在高溫下迅速分解并吸收大量熱量。天然氣

重油

煤粉

粒煤

廢塑料

生態(tài)水煤1.12～1.661.200.79～0.900.66～0.98約1.000.47各種噴吹燃料的置換比影響置換比的因素1.高爐噴吹燃料概況③不同燃料熱值不同:每kg煤粉約為30100kJ；每kg重油約為38900kJ；每kg廢輪胎熱值約為35000KJ；每kg廢塑料熱值約為32000KJ；每立方米天然氣為69340kJ。1.高爐噴吹燃料概況④高爐噴吹燃料時，因噴入燃料溫度低及在高溫下分解吸熱，對高爐風口區(qū)和爐缸熱平衡產(chǎn)生影響。為了維持高爐冶煉正常進行，在噴吹燃料時，要相應提高風溫或富氧。對應關系如下表：1.高爐噴吹燃料概況噴吹燃料量煤粉1kg重油1kg天然氣1m3提高風溫/℃2-2.53-45-6富氧/%0.04-0.050.06-0.080.10-0.12燃料的噴吹和燃燒特性灰的軟化和熔融特性造粒特性

粒度分布和比表面積高爐噴吹燃料的反應性

模擬高爐條件下燃燒特性1.8高爐噴吹燃料噴吹和燃燒特性1.高爐噴吹燃料概況1.9高爐噴吹延燃料工藝么流程1.高爐噴乎吹燃料拍概況并罐噴煤主工藝1.高爐噴吹真燃料概況串罐噴煤渴工藝1.高爐噴吹購燃料概況噴吹粒煤垂制備工藝噴吹重油和肅生物質工藝1.高爐噴吹酷燃料概況生物質渣鋼液球團CP:焦爐，SP:燒結廠，ST:熱風爐，PU:生物質分把解單元，BF:高爐，BOF旦:轉爐，PP：電廠廢鋼石灰石廢塑料易制粒及袖噴吹工藝1.高爐噴吹卵燃料概況1.高爐噴機吹燃料抬概況某鋼廠噴甘吹廢塑料厲廢輪胎工藝流程廢塑料在敞高爐中的蜘作用1.高爐噴吹劑燃料概況高爐噴恢吹廢塑洋料高爐過程魚化學反應巴西Aper自amS尺outh揮Ame疊rica公司噴胖吹木炭鼻加工工醬藝1.高爐噴豎吹燃料冒概況木炭供應自動傾曉斜卡車篩分系對統(tǒng)<15m遵m木炭運輸周皮帶篩分系統(tǒng)（9-15婚mm）皮帶運規(guī)輸9-15暴mm木炭顆虹粒小粒度木牌炭存儲木炭噴吹1.高爐噴湖吹燃料拿概況高爐噴友吹焦爐碌煤氣工匙藝流程噴吹煤粉季、廢塑料噴、廢輪胎作、天然氣臉、重油等毅燃料時作降用：環(huán)保：增加H2的間接還豈原節(jié)能：降低熱儲念備區(qū)溫度摘（下圖）1.1物0高爐噴吹梯不同燃料翠的作用1.高爐噴吹筐燃料概況風口爐頂塊礦,焦炭氣體2731273227失3溫度[K]離風口的儀距離氣體(空氣,O2,H2)固體（礦石,焦炭）熱儲備區(qū)?熱交換?化學反研應熱儲備刮區(qū)的平米衡反應校：?C+宏CO2=2C爐O(－ΔH)?FeO歡+唱CO君=F款e+撐CO2(+ΔH應)?FeO壇+H2=F及e+切H2O(歉+ΔH夫)1.高爐噴就吹燃料每概況1）固態(tài)富德氫燃料具如廢塑捏料、廢破輪胎、叨煙煤、談褐煤、搖生物質石等的揮殼發(fā)分高脊，燃燒忌率高，拳噴入高列爐后在添風口前嫂迅速熱駱解、完騙全燃燒首，可以概提高噴狡吹量。砍氣、液緒燃料則釣直接在線風口熱劑解并燃肥燒；2）富氫燃牧料產(chǎn)生麻的煤氣社量大，乖風口前亂煤氣流膚速增加差，容易勁穿透中殿心，爐沾缸邊緣金與中心軌溫度梯諷度降低壓，爐缸暈溫度均沫勻；3）煤氣中H2含量增加蛛，可以改命善煤氣利真用，并利亦于提高間凈接還原。高爐富氫燃蠢料的優(yōu)點：1.高爐噴吹證燃料概況1）使用西價格低裕廉的煤雙粉替代杏價格昂貴的焦炭，俱有效降低莫鐵水成本；2）可代替趁加濕鼓風任作為下部啄調劑的有磁效手段；3）煤粉在風口縣帶裂解吸熱蔬為高風溫蔥和富氧提鬼供了有利以條件；4）提高煤桂氣流對礦牧石料層的贈還原效率；5）緩解主恰焦煤資源詳?shù)木o張，盼降低了焦死爐基建設斑施的投資；6）有效控皆制了焦爐的跌數(shù)量，偏減少了環(huán)境污染計。高爐噴辜煤的優(yōu)騙點：1.高爐噴吹炮燃料概況1.11高爐噴吹抹燃料實現(xiàn)辨低碳煉鐵遼的發(fā)展趨及勢1.高爐噴闖吹燃料棕概況重整氧氣高爐生物質春或富氫氣體氧氣CO2存儲CO2脫除除塵出氣生物質燒結礦,塊礦,球團礦和榆焦炭生物質煤和冷宣空氣鐵水和渣2011年我國生鐵總產(chǎn)量6.3億噸。生鐵產(chǎn)能的快速增長造成高品質燃料供應緊張和價格大幅度上漲，鋼鐵廠效益不斷下滑。噴吹低價燃料，以煤代焦，降低高爐煉鐵的綜合燃料成本

噴吹傳統(tǒng)的無煙煤和混煤技術較為成熟，成本高高爐煉鐵成本壓力鋼鐵廠效益褐煤、煙煤、蘭炭等噴吹技術相對薄弱，能更有效的節(jié)約成本開發(fā)低價燃料噴吹技術，噴吹低價燃料代替無煙煤和混煤，能最大限度節(jié)約燃料成本，有效降低煉鐵成本！?。?.12高爐噴吹低成本燃料的重要性1.高爐噴注吹燃料躁概況從高爐冶汗煉工藝看贊，褐煤和杯煙煤更適干合噴吹，注因為它們秧燃燒性能寄好，有利咽于煤粉在鞠高爐內的弄燃燒，有倘利于提高封噴煤比。脖尤其是全她煙煤的噴成吹，更是昏現(xiàn)代高爐質燃料噴吹森的一個重志要方向。噴吹煙煤的重要性煙煤來源廣泛，價格低，可就近取材，也能節(jié)省運費煙煤煤質較軟，可磨性好，能節(jié)省磨煤能耗煙煤的揮發(fā)分高，煤粉燃燒率高，噴入高爐后在風口前迅速熱解、完全燃燒，可以提高噴煤量。噴吹煙煤產(chǎn)生的煤氣量大，風口前煤氣流速增加，容易穿透中心，爐缸邊緣與中心溫度梯度降低，爐缸溫度均勻。煙煤的氫含量高，煤氣中H2含量增加，可以改善煤氣利用，并利于提高間接還原。1.高爐噴吹漫燃料概況2.1高爐噴煤穿煤種的選澆擇燃燒性反應性元素分析工業(yè)分爪析粒度組滾成風口噴流卵特性碳氧原倍子比灰熔融特依性溫度煤粉著湯火點可磨性噴吹煤粉蠟安全性能哄：爆炸性留，著火選點；煤粉高效貞利用影響燃封燒性的撓因素燃燒后脫效果有害元痰素的分吧析也是不可療忽略的噴濟吹煤粉評敬價因素有效發(fā)熱斯值未燃煤曉粉保護焦炭的能萌力生成更漿多CO風口結茶焦特性貿：灰成分忽；眾煤責粉粘結摩性；灰熔融普特性溫沉度；Fac血tSa月ge軟件對風填口結渣特歉性的預測湖；2.高爐噴繭煤成本護優(yōu)化2.2高爐噴此煤時煤盆粉在高甩爐中的魔利用煤粉風口前燃燒未燃煤粉參加碳的氣化反應生鐵滲碳混在渣中影響渣的黏度和流動性沉積在軟熔帶和料柱中惡化透氣性隨煤氣逸出爐外C+CO2=2COC+FeO=Fe+CO非鐵元素還原3[Fe]+C=[Fe3C]有效利用未被利用燃燒率反應性｛煤粉綜合利用｛高效噴吹重點研究2.高爐噴煤午成本優(yōu)化煙煤來源罵廣泛，價靜格低，可輔就近取材躬，也能節(jié)繭省運費；褐煤、煙窄煤煤質較漢軟，可磨彼性好，能載節(jié)省磨煤考能耗；褐煤、厲煙煤較節(jié)高的揮疫發(fā)分和貞較好的她燃燒性印、反應莖性。因此，貍越來越露多的高波爐開始狐噴吹煙驕煤、褐刷煤等煤國種；此冊外，優(yōu)拿化配煤度是實現(xiàn)頸高煤比鉤和高置切換比的額有效途群徑。實誤踐表明集，通過神煙煤、懇褐煤、中貧瘦煤熄、無煙托煤、蘭沃炭等合杯理搭配糞，能夠前降低綜勞合燃料射成本和淹高爐煉轎鐵成本區(qū)。2.高爐噴地煤成本問優(yōu)化2.3高爐噴煤命煤種的優(yōu)建化配置高爐噴吹尾煤粉需要眠合理的煤比準，高比顛例噴吹拳煙煤表碰面上煤鑰粉成本較低圾，但由襖于其熱紗值低、抹煤焦置食換比低撇，在上蔑限煤比情基本穩(wěn)劍定的生巧產(chǎn)條件爺下，若紗煤粉熱臉值不足死，則需福要通過英焦炭補霞充，造至成高爐影焦比上栽升，高爐柏燃料成石本上升聰。因此防在選用架噴吹煤配比時匠，不能單甚純考慮煤但粉成本，從燃促料成本角資度考慮更為合炮理。2.4技術經(jīng)校濟分析2.高爐噴煤貍成本優(yōu)化煤比0200焦比5000150煤比和焦翠比的關系2.高爐噴勾煤成本舊優(yōu)化爐容為2000愚m3以上煤比泥及焦比相晚應關系高置換跡比低置換比拐點170k排g/t2.高爐噴廈煤成本末優(yōu)化爐容為601計——2磁000聞m3煤比及焦迫比相應關儲系大型高瘦爐煤焦違置換比杠大，中嘗小高爐逗較低一扎些（斜插率）大型高爐徐煤焦置換盈比變化更償為穩(wěn)定（熔帶寬）2.高爐噴章煤成本赴優(yōu)化2.5高爐噴吹幸煤粉經(jīng)濟縫效益評價Xm噴吹1噸煤粉的初經(jīng)濟效益達；Jj外購1噸焦炭猾的到廠雹含稅價陽；Jm外購1噸噴吹煤碑的到廠含堡稅價；Y1噸焦炭或欠噴吹煤的市含稅運費股；Sj焦炭稅掩率；Sm噴吹煤雹稅率；Cm磨制和死噴吹1噸煤粉奏的加工測成本Sy運費稅梳率；LS入爐前烘過篩中報的碎焦恨率；JS碎焦的內捷部折算成道本；Wj購入焦炭煎的計價含固水率；Wm購入噴吹縱煤的計價房誠含水率；Hmj焦煤置詞換比；與煤粉性啄質密切相夠關，如何違使煤粉高什效利用，赴增加其置吸換比2.高爐噴想煤成本添優(yōu)化3.1高爐噴煤叢經(jīng)濟性評值價模型經(jīng)濟評餓價模型建立在擱單煤性鎖質和高雖爐操作畢參數(shù)基衰礎上；通過固定耐已知煙煤譯煤種的配冷比來進行遲計算，得廳出焦比和時綜合燃料角成本與實瘦際噴煤的艱方案進行測對比優(yōu)化艦；通過對慶煤粉基吹本性能販、礦石懂和焦炭真成分等置的調整六來降低斃焦比和教綜合燃小料成本狂；通過模帥型對各室種配比夜混合煤食粉性價隆比進行顯綜合評雹價、排摟序，對常煉鐵廠包噴吹煤濫結構優(yōu)妻化提供紛指導，淡實現(xiàn)降低焦但比和綜稈合燃料百成本，殘降低煉蹈鐵成本的目的下。3.高爐噴煤剛成本預測3.2高爐噴煤關經(jīng)濟性評芽價模型各掌模塊介紹3.高爐噴煤獎成本預測成分錄入財模塊：通到過本模塊框將不同種拖類煤粉的蘋性能指標巷錄入數(shù)據(jù)枯庫，以備料優(yōu)化配煤波時進行選晉擇。3.高爐噴濾煤成本要預測優(yōu)化配煤位計算模塊脫：通過對互需要配煤糠的煤種的爹選擇，限賓定各單煤櫻的基本性市能指標，譯以目標混關煤的成本詢較低、燃檔燒率較高升、灰分較捐低、硫含鍬量較低等攔為目標函畜數(shù)，進行駁優(yōu)化配煤像計算。3.高爐噴損煤成本鉤預測此界面為棍優(yōu)化配煤匪計算后所植得的混煤松的配比及靈混煤的基繡本性能、步指標，可高將計算結海果保存并EXC框EL表格輸險出。3.高爐噴煤誤成本預測指定配比直計算模塊撤：通過此胸模塊可以培根據(jù)煉鐵哀廠噴煤需匠要對所需轟煤種按一偵定比例進滋行混合，條計算出混腥煤的基本解性能和指免標。3.高爐噴煤解成本預測焦比和綜癢合燃料成拔本計算模評塊：根據(jù)香優(yōu)化配煤財計算或指貪定配比計睬算所得混霸煤的指標適，結合入丸爐礦、焦初炭的成分做及高爐物鎖料平衡和憶熱平衡，挎輸入焦炭著價格及煤蘿比，即可貨計算出該搭高爐的焦聯(lián)比及綜合汁燃料成本瞎。計算結桌果可輸出券與保存。3.高爐噴毅煤成本環(huán)預測在高爐傳優(yōu)化配抬煤成本甲預測基礎上鋸，可以議對其它騾噴吹燃強料的相寶關性能倚進行實驗測倒定，結怪合高爐賠基本參容數(shù)、焦垂炭和礦即石成分鳴等，對蛾高爐噴御吹其它擾燃料的經(jīng)成本及鏟綜合燃料成本進搶行預測。謝謝！9、靜夜四尖無鄰，荒淡居舊業(yè)貧噴。。4月-鑒234月-2載3Fri碰day劈燕,A累pri鳴l2銜8,僑202鞋310、雨中返黃葉樹刷，燈下六白頭人站。。14:繼24:頂1314:孟24:辣1314:2票44/2歌8/2馬023童2:數(shù)24:咸13德PM11、以我獨拳沈久，愧作君相見頻卻。。4月-2仙314:叢24:雕1314:2徑4Apr-雀2328-A私pr-2銀312、故人巷江海別獵，幾度皂隔山川壇。。14:2值4:1314:趟24:損1314:2財4Frid繞ay,杰Apri醉l28寧,20脆2313、乍見翻守疑夢，相運悲各問年水。。4月-2輕34月-2傍314:睜24:三1314:智24:晝13Apr場il斤28,傘20光2314、他鄉(xiāng)柿生白發(fā)利，舊國歉見青山揪。。28船四月薄202貓32:24牙:13罰下午14:2尤4:134月-楚2315、比不村了得就川不比，受得不到拒的就不丹要。。騾。四月文232:2貫4下戚午4月-2惑314:2林4Apr爽il綱28,光20托2316、行動將出成果拆，工作似出財富器。。202泄3/4差/28現(xiàn)14場:24枝:1314:眨24:漸1328A優(yōu)pril擦202地317、做前，口能夠環(huán)視糠四周；做裙時，你只或能或者最魯好沿著以殺腳為起點流的射線向飽前。。2:24供:13壯下午2:2暴4下抓午14:威24:染134月-2超39、沒有膚失敗，善只有暫泰時停止社成功！旋。4月-蠅234月-酒23Fri域day繳,A拋pri折l2勇8,謙202忘310、很多首事情努謙力了未約必有結顯果，但雜是不努野力卻什普么改變叛也沒有米。。14:2蘿4:1314:2或4:1314:2兵44/2鈔8/2齡023揀2:胖24:晉13磚PM11、成功就耕是日復一姻日那一點唱點小小努盤力的積累謠。。4月-莖2314:誘24:肅1314:2桂4Apr哥-2328-A苗pr-2礎312、世間標成事，愈不求其貞絕對圓當滿，留溪一份不督足，可糖得無限彩完美。涉。14:2垮4:1314:2注4:1314:2國4Fri碧day頭,A訓pri貪l2運8,駐202彩313、不知香必積寺，數(shù)聾里入云峰呼。。4月-2嚴34月-2示314:2暗4:1314:枝24:飾13Apri秧l28錦,20梳2314、意志堅詞強的人能劈燕把世界放鉤在手中像網(wǎng)泥塊一樣屢任意揉捏毫。28四駐月20北232:2勵4:1走3下擾午14:2皂4:134月-2河315、楚塞三擊湘接，荊閉門九派通蕩。。。四月2話32:24撿下午4月-2異314:夾24Apri盾l28片,20漠2316、少年十盞五二十時義，步行奪概得胡馬騎寇。。202扛3/4召/28蠶14肥:24熔:1314:2周4:1328旗Apr消il稿202凱317、空山新粱雨后，天昏氣晚來秋他。。2:24居:13辛下午2