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高炉喷吹
我国目前高炉喷吹原料主要有无烟煤、低挥发分烟煤、高挥发分烟煤三种类型。无烟煤具有无爆炸性、置换比较高的优点，其缺点是着火点高、可磨性不好、燃烧性差，影响喷煤比的提高。并且我国无烟煤资源比较短缺，其来源与煤质性能都难以长久保持。与无烟煤相比，高挥发分烟煤具有着火点低、可磨性好、燃烧性好等优点，但因挥发分高，爆炸性很强，不宜单独喷吹，而且其置换比比较低。兰炭是以优质侏罗纪不粘煤和弱粘煤为原料，采用中低温干馏工艺生产的一种高固定碳含量的固体物质，在高炉喷吹方面燃烧性能好，反应性好，置换率较高。
2009年3月，中钢集团鞍山热能研究院开展了“兰炭沫进行高炉喷吹应用试验”。试验在中钢鞍山炼铁厂3200立方米高炉进行，通过配比5%、10%、15%喷吹兰炭沫的方法均取得成功，试验认为兰炭具有特低灰、特低硫、特低磷、可磨性适宜、爆炸性弱、反应性高等特点完全满足高炉喷吹用煤技术需求，是一种非常理想的高炉喷吹原料。
高炉喷吹兰炭的意义
开发兰炭在冶金中的应用技术符合当前国家能源优化战略的总体需要。煤转化成兰炭的过程实际上就是煤的干馏过程，在这一过程中能得到优质的煤焦油和煤气。由于煤与煤焦油之间的燃烧过程污染物的控制和价格差异，可以看出兰炭产业本身具有节能减排、循环经济等特点。同时，高炉喷吹用兰炭有利于企业节煤降焦，高炉使用半焦带来的经济效益和环境效益将非常显著。
兰炭在生产中被广泛使用，其中在高炉喷吹的使用是比较具有发展前景的。从性价比来看，兰炭的质量和冶金性能优于贫煤和贫瘦煤；从资源储量来看，我国的优质无烟煤，贫煤，贫瘦煤的资源量相对短缺。因此，可作为无烟煤，贫煤、贫瘦煤代用品的兰炭市场前景巨大，我国有丰富的兰炭资源，随着我国交通设施的不断改善，中西部地区的优质兰炭可以很方便的运输到东部的煤炭消耗企业当中。
无烟煤燃烧性能和反应性能却相对较差，不利于喷煤量的提高；烟煤的煤焦置换比较低，喷吹系统安全性较差。而兰炭在高炉喷吹方面燃烧性能和反应性能较好，置换比较高，能够满足高炉喷吹用煤的技术要求。
因此，不管是从国家发展角度还是经济、环境效益来看，高炉喷吹用兰炭代替部分无烟煤是可行的，且意义重大的。
减煤换煤，“降焦减排”是关键
我国钢铁企业生产过程中，高炉炼铁消耗能源占整个钢铁企业生产过程能耗的60%～70%。特别是 2013 年开始，钢铁企业面临前所未有的窘境， 面对更加激烈的市场竞争和逐渐恶化的外部原料条件，全面实施节能减排、降本增效、降低高炉燃料比责无旁贷的成了炼铁生产提高竞争力的必然选择。控制钢铁行业燃煤污染除了严格控制煤炭消费总量、强化治污改造的同时，应将提高优质清洁煤炭使用比例作为一项重要举措，实现大气污染物的超低排放的同时，进一步降低生产成本。
在高炉炼铁生产中，喷吹煤粉是降低焦炭消耗和炼铁成本的重要措施，而高炉喷吹兰炭的作用则是在降低焦比的基础上，进一步节省喷吹用煤的成本，从而达到节煤和降焦的双重目的。使用兰炭能够扩大高炉喷吹用煤的种类，削减钢铁企业的生产成本，提高企业竞争力。
北京科技大学2014年完成了兰炭高炉混合喷吹应用研究、兰炭作为烧结燃料对烧结矿产量及质量的影响研究、兰炭替代焦丁在高炉中的应用研究，研究表明：
龙钢高炉喷吹兰炭生产实验
通过对2012年7月龙钢高炉喷吹兰炭生产实验结果可知：喷吹兰炭沫可以优化煤的结果组成，改善煤的煤质性能，提高煤的可磨性，降低煤的爆炸性，使煤的着火点升高，有助于提高煤的安全性。吨铁的消耗碳量略有增加，煤粉的燃烧率提高，煤粉对CO2的反应增强，对焦炭的保护作用相应加强，可达到进一步降低焦比的效果。
试验所用原料的工业分析如上图，结合龙钢高炉喷吹用煤的指标要求可以看出：在试验原料中，无烟煤的固定碳含量略低于指标要求，兰炭固定碳含量最高，所以高炉喷兰炭粉要比煤粉放出热量多，置换比也要高一些。
由此可见，用兰炭替代煤粉用于高炉喷吹可以起到节煤降焦的作用，因此从工业分析的角度来看，兰炭具有灰分较低、硫含量低、固定碳含量较高、发热量较高的特点，比煤的性能优越，更适宜用作高炉喷吹。
如上图所示，在煤中，高挥发烟煤因其挥发分含量大，灰分含量最少，因此其返回火焰长度最长，为650mm，属于强爆炸性煤；烟煤和无烟煤，因其挥发分比较低，其返回火焰长度都在400mm以下，属于易燃又具有爆炸性的煤；兰炭因其挥发分含量很低，因此其返回长度较小，为80~200mm。
可见兰炭仅有微弱的爆炸性，因此用兰炭替代高炉喷吹用煤有助于提高喷吹安全性。
结合上面三张图可知，试验用兰炭的着火点高于大部分煤，可见兰炭用于高炉喷吹中比较安全，但不容易气化和燃烧。配加兰炭后，煤的着火点增加。
由此可见兰炭替代高炉喷吹用煤有助于提高喷吹的安全性。
在喷煤过程中，煤粉的燃烧性能决定着煤粉在风口处短暂时间内完全燃烧的程度以及煤粉置换比的高低。如上图所示，可以看出无烟煤的燃烧率较低，为38%，兰炭的燃烧率为55%，比无烟煤高。还可以看出混合试样的燃烧率大于各单一组分的质量加权平均值，这主要是由于在燃烧过程中，煤粉和兰炭之间能够起到相互催化作用，降低燃烧反应的活化能，加速燃烧反应过程，从而提高燃烧率。
兰炭对煤燃烧率的影响如上图所示，配加兰炭后，煤的燃烧率增加。
由此可见，用兰炭替代煤粉喷吹有助于改善煤粉的燃烧过程，减少未燃煤粉量，提高炉内透气性，降低炉渣粘度，从而提高冶炼效果。
通过上图可以看出龙钢高炉喷吹兰炭后煤粉的燃烧速率提高，高炉煤气中CO含量提高了约0.2个百分点，CO2与CO的比值减少，可见煤粉对CO2的反应性增强，对焦炭的保护作用相应加强，可达到进一步降低焦比的效果；同时，由于兰炭热值较高，因此高炉内部热能相对过剩，使得高炉煤气中CO含量提高，由此可见燃料比也进一步降低。
龙钢用兰炭沫代替煤粉前后混煤价格和喷煤成本对比如下图，高炉喷吹兰炭前后高炉炼铁经济指标如图2，可以看出，喷吹兰炭前后高炉煤比下降，混煤总价下降，吨铁成本降低了14.13元/吨，因此从喷煤消耗煤粉的角度来说，以龙钢年产生铁400万吨计算，可节约喷吹用煤成本5652万元。
图1
图2
由上图进一步可知，1#、2#、3#、4#四座高炉的平均综合焦比下降了2.18kg/t，以龙钢焦炭平均价格1242.5元/吨来计算，生产吨铁可降低焦炭成本2.71元.
因此，从喷煤消耗焦炭的角度分析，以龙钢年产400万吨计算，每年可节约焦炭成本1084万元。同时兰炭相较于无烟煤资源更加丰富，质量更加稳定。因此，如果后续在生产中进一步增加兰炭的配比，减少煤粉（尤其是无烟煤）的用量，那么创造的经济效益将会更加可观。
钢铁企业用能结构中有80%以上是煤炭。高炉炼铁能耗占钢铁联合企业能源消耗的49.4%，高炉炼铁用能的78%是来自碳素（即焦炭和煤粉）燃烧。使用兰炭替代无烟煤，可以减少焦炭的消耗，从而减小CO2的排放；减少硫化物的随高炉煤气排出，还有助于降低燃料比。 兰炭是由原煤经中低温干馏时挥发分被大量析出，部分硫、氮等元素提前释放，因此兰炭硫、氮、灰分、挥发分含量大幅降低，全琉、灰分等主要排污指标优于大部分无烟煤和原料煤，具有明显的减霾效果。
从指标上看如下图
按照2亿吨铁水的年产量计算，使用兰炭替代无烟煤作高炉喷吹、烧结燃料和焦丁，可利用兰炭每年约1500万吨以上。较使用原煤可减少CO2排放约58万吨/年；按原煤含硫量 0.7%、兰炭含硫量0.35%计算，可少向脱硫系统中引入S02约10万吨/年。兰炭应用于高炉领域，使得炼铁过程中的焦比和生铁成本降低，减少了焦炉的数量和焦炉设备的投入，不但能够节约基建成本，而且缓减了炼焦过程中对环境的破坏。
高炉燃料求“精”，更要“稳” 原燃料质量的波动是影响大型高炉生产波动的重要原因。相较于中小锅炉，大型高炉需要比中小高炉更加优质的原燃料、严谨的管理和精细的操作技术。特别是原燃料的稳定性，是影响特大型高炉稳定顺行的限制性环节之一。 虽然兰炭可以用于高炉喷出，但是由于原料煤和热解工艺的不同，造成其性能存在很大差异，传统兰炭企业由于兰炭质量的差异性和单炉规模小，易造成不同批次间的规格指标不稳定。高炉喷吹一次投料大、规格控制严，钢铁企业需要与原煤相对固定、生产规模较大的兰炭企业开展长期、稳定的合作。 价格非“王道”，品质才是根本。目前很多钢企一味压低兰炭价格，由此中间商供应给钢企的兰炭品质极差，而较差的品质无助于提升替代量，同时也降低钢企产品质量，由此也会拉低钢铁价格，从而形成恶性循环。 “天焦炼铁兰炭“解决了钢铁企业的四大顾虑：企业实力雄厚、固定的工艺和原料确保产品质量稳定、持续供应力强、可定制化生产。正能集团深耕国内冶金行业领域内多年，目前拥有国内单企最大的兰炭产能，近年来，通过不断研发升级兰炭的生产工艺，生产研发出了专供钢铁企业的“天焦炼铁兰炭”，是正能集团的核心品牌兰炭产品，2019年，荣获全国质量信誉保证 · 畅销品牌以及中国著名品牌称号。为国内众多钢铁企业提供“一对一”形式的专业化定制特种兰炭供应，助力钢铁企业在节焦降耗，生产更高品质的钢铁产品。 原料选用优质晚侏罗纪不粘煤和长焰煤，还将传统兰炭的“哈氏可磨性”大幅度提高到60以上，让钢企代焦比例更高！ 以指标选矿，优选大型煤矿建立稳定的战略合作关系，最大幅度增加单批次的原煤采购量，最大限度地保障了兰炭性能的相对稳定性。 正能集团年360万吨的兰炭规划产能是我国目前已建成的单企产能最大者，单批次投料大，在性能稳定的基础上实现持续供应。 2020年初，正能集团先后为华东地区某著名钢铁企业连续2批次累计定制化生产供应2.8万吨的“天焦炼铁兰炭”，又为华东另一著名钢铁企业定制化生产供应1.5万吨的“天焦炼铁兰炭”，为疫情之下的钢铁企业解决了“燃煤”之急。钢铁企业不仅需要符合标准的燃料，更加需要一个资质过硬，能够持续稳定供应的合作供应商。现在，越来越多的钢铁企业开始选择天焦兰炭定制化生产用于钢铁制造，不仅是因为高质量，更是为稳定供应，保障生产选择一个强有力的“后盾”！ 天焦炼铁兰炭 连续供应能力强！ 性能稳定！ 哈氏可磨性更好！
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