高炉喷煤技术的发展与煤炭市场
2002-11-12 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
一、概述
高炉喷煤是20世纪60年代开始大规模应用于钢铁工业生产的炼铁新技术。随着石油危机、环保和炼焦煤资源日益短缺等问题，高炉喷煤已不仅是高炉调剂的一项重要手段，同时还是弥补焦炭不足的主要措施。就世界范围而言，高炉喷煤已成为高炉技术发展的必然趋势。
喷煤技术的发展趋势是喷煤量大幅度提高，焦比大幅度降低。欧洲和日本高炉的喷煤已达到150-200kg/t铁，在有些高炉上则达到250kg/t铁。国外许多高炉喷吹烟煤，将烟煤、无烟煤甚至褐煤进行混配喷吹。我国是世界上应用喷煤技术较早的国家，经“九五”期间的技术进步，全国大中型高炉的喷煤量平均在100-110 kg/t铁，有个别高炉则达到250kg /t铁的世界先进水平。
目前，我国钢铁工业1/3以上焦炉的炉龄已老化，一些钢铁企业的焦炭生产能力明显不足。由于焦炉建设投资大、污染严重且难以治理，而且又需要依赖优质炼焦煤的供应，因而难以大量建设新的焦炉和改造旧的焦炉。面对我国钢铁工业出现的焦炭缺口，大量喷吹粉煤 技术是一项最为经济实用的措施。
自1992年以来，我国生铁产量一直列居世界首位，在1亿t左右。高炉喷煤以无烟煤为主，仅个别钢铁企业的高炉混喷少量烟煤。随着喷煤技术的进步，烟煤的喷吹量将大幅度增加。为此，高炉喷煤技术的发展也为煤炭企业的非炼焦煤的洗选加工和销售带来市场机遇。
二、高炉喷煤技术发展的特点
目前，在国内外高炉喷煤的技术应用中，除喷煤比不断加大外，还出现下列特点。
（1）喷煤率提高。许多钢铁公司喷煤的目标是争取喷煤率达到50％（喷煤比 250kg／t铁，焦比250kg／t铁）。英国某公司、荷兰霍戈尔钢铁公司、意大利伊耳瓦钢铁公司联合在英国克列夫兰厂进行大喷煤量试验，取得了月平均喷煤率35％-40％，年平均喷煤率30％-35%的成绩，并有喷煤率短期达到 50％的记录。
（2）喷吹煤种一般为烟煤或无烟煤与烟煤的混合煤。因为烟煤的挥发分高，燃烧性能好，所以得到广泛应用。国外高炉喷吹用烟煤，挥发分一般在30％左右甚至更高，灰分＜10％。
（3）喷煤系统形式多样。喷吹系统的种类较多，大体上可分为并联罐系列和串联罐系列，其他系统基本上是在这两种系统的基础上派生出来的。制粉系统主要采用中速磨煤机，取消粗粉分离器，采用一次布袋收粉，工艺向简单化、紧凑化方向发展。
（4）技术开发得到加强。主要着眼于煤粉燃烧性能以及喷吹煤粉对高炉冶炼过程影响的研究。
目前，我国重点钢铁企业的80座左右的高炉和地方企业的100余座高炉已采用了喷煤技术，全国高炉喷煤总量逐年增加。自1998年以来，我国高炉喷煤技术取得了明显进展，主要表现在：高炉喷煤工艺装备有较大进步，部分重点钢铁企业的喷煤系统都采用了先进技术，喷煤工艺和装备的整体水平有所提高，我国喷煤的综合技术水平得到提高；高炉喷吹烟煤技术已基本过关，目前，鞍钢、宝钢、酒钢、苏钢和石钢等企业的高炉都可以喷吹烟煤；高炉富氧喷煤技术也取得进展。
但从总体水平来看，我国喷煤还不普及，喷煤装备技术水平参差不齐。全国平均喷煤比不高，与国际先进水平相差很远。高炉喷煤技术的采用对我国资源、环境和交通压力的缓解作用 还没有充分发挥。因此，炼铁行业规划每年要以100万t的速度增加喷煤量，在2000年全国大中型高炉的喷煤比平均达100-110kg／t铁、喷煤总量超过1000万t基础上，“十五”末全国喷煤比平均将达200kg／t铁，喷煤总量超过2000万t。
三、高炉喷煤对煤质的要求
高炉喷吹用煤应能满足高炉冶炼工艺要求和对提高喷吹量和置换比有利，以便替代更多的焦炭。高炉喷吹对煤质性能的要求及相关的指标有：工业分析指标、发热量、粒度及均匀性、可磨性、燃烧性、爆炸性、反应性、灰熔点、着火点、煤岩结构、灰成分分析、比表面积和密度等。归结起来主要有以下几方面。
（1）煤的灰分越低越好，灰分含量应相同或低于使用的焦炭灰分，一般要求A＜15％。我国目前喷吹的煤粉一般灰分含量与焦炭灰分含量相当，或煤的灰分含量略大于焦炭灰分含量。在这两种情况下，喷吹煤粉形成的渣量要比全焦冶炼时大些，因为在两者灰分含量相同时，只有置换比为1.0时，两者灰分形成的渣量相等，而在置换比小于1.0时，喷吹煤粉灰分形成 的渣量将大于置换焦炭形成的渣量。但这种差异也只占灰分形成渣量的一小部分，例如吨铁 渣量在490kg/t左右，喷煤比为150kg／t铁, 置换比0.8kg／kg，两者灰分均为13％，则增 加的渣量为3.9kg/t左右，占灰分形成渣量的10％，占吨铁总渣量的0.8％左右。如果喷吹 煤粉灰分高于焦炭灰分，则增加的渣量将多些，例如煤粉灰分为15%，则增加的渣量为10.5k g/t左右，增加的渣量占吨铁总渣量的 2.15％，所以要求喷吹煤粉的灰分越低越好。
（2）硫含量越低越好，煤的含硫量应与使用焦炭的含硫量相同（或低于），一般要求S＜1.0％。煤的含硫量变化的结果与灰分变化结果相同，若煤的含硫量高于使用的焦炭含硫量，所增加的渣量更多。
（3）胶质层越薄越好，Y＜10mm，这样可避免在喷吹过程中结焦、堵塞喷枪和风口影响喷吹和高炉正常生产。利用Y值可以指导配煤炼焦、一般Y值大的烟煤均用于炼焦，Y值极低或为0的烟煤可做为高炉喷吹用煤，如果用Y值大的煤来喷吹不仅浪费了炼焦煤，而且在高炉风口易结焦，造成风口烧坏或堵塞喷枪。
（4）煤的可磨性好，现高炉喷煤需要将煤磨到一定细度，可磨性好，则制粉消耗的电能就少，可降低喷吹费用。目前认为，喷吹无烟煤时，粒度应小些，-200目的应达到70％-80％ ；而喷吹烟煤粒度则可大些，-200目的达到60％-65％即可，而内在水分含量高的烟煤，在 高炉富氧率较高时，粒度还可以更粗些，例如西欧一些高炉喷吹的这种烟煤平均粒度达到 0.5mm。
（5）煤的燃烧性能好（即其着火点低，反应性好等），可使喷入高炉的煤粉能在有限空间 和时间内尽可能多地气化，少量未及气化的煤粉也因反应性好而与高炉煤气中的CO2和H2O反 应而气化，不给高炉冶炼带来麻烦。另外燃烧性能好的煤也可以磨得粗一些，即-200目占的 比例少一些，这为降低磨煤能耗和费用提供了条件。高炉喷吹反应性好的煤，不仅可提高煤粉燃烧率，扩大喷吹量，而且风口区未燃烧的煤粉在高炉的其他部位参加了与CO2的气化反应，减少了焦炭的气化反应。煤的气化反应活性比焦炭气化反应强得多．这就在某种程度上对焦炭强度起到了保护作用。
（6）煤的发热量越高越好，喷入高炉的煤粉是以其放出的热量和形成的还原气体CO、H2来代替焦炭在高炉内提供热源和还原剂。因此煤的发热量越高，在高炉内放出的热量越多， 置换的焦炭量也越多。
总之，以喷吹煤的性能要求来对照生产用的各种煤，可以发现任何一种煤都不能达到全部要求，只能满足其中的1-3项。另外各种煤源由于产地远近、开采方法、运输方式等不同，其价格也不相同，为了获得较全面的喷吹效果和经济效果只有利用配煤才能达到。国内外配煤常用含碳量高、发热量高的无烟煤和挥发分高、易燃的长焰煤配合，使混合煤的挥发分达到 20％-25％，灰分在12％以下，这样能充分发挥两种煤的优点以取得良好的喷吹效果。
四、煤炭洗选加工及销售领域的市场机遇
我国煤炭洗选加工在改革开放以来发展很快，设计原煤入选能力已达到500Ｍt/a。特别是经 过“九五”期间的重点科技攻关，新技术、新设备、新工艺得到大力推广应用。以重介旋流器、浮选柱等为代表的设备大型化，促进了选煤工艺的简单化、自动化，提高了煤炭洗选产品的数量效率和质量效率，使煤炭企业适应市场的能力进一步增强。
（1） 煤炭企业应把握钢铁企业高炉喷煤技术发展和喷煤量增加的趋势，积极开发高炉喷煤 的市场，扩大弱粘结煤的应用。
（2） 煤炭洗选加工能力已完全适应高炉喷煤市场的要求，选煤厂可以直接生产和销售高炉喷煤产品。选煤厂通过洗选 不同煤种和煤质的煤，再进行合理的配煤，可获得最佳的喷煤产品。
（3） 全国大中型高炉的喷煤比在“十五”末平均将达200kg／t铁，喷煤总量将超过2000万t。2001年我国的生铁产量达到1.6-1.7亿t，作为高炉喷煤的煤炭产品销售市场将会进一步 扩大。
（4） 我国现在每年出口的煤炭产品有近百万吨是用于高炉喷煤的。随着环境保护力度在世界范围的加大，国外的焦炭生产量逐渐减少。世界各大钢铁公司都将扩大喷煤量作为弥补焦炭不足、减少环境污染和降低成本的主要手段。我国大量的弱粘结煤可以挤进国际高炉喷煤市场，扩大煤炭产品的出口量。
五、结语
我国煤炭资源丰富，但炼焦煤资源比例较低。随着消耗量的增加，炼焦煤资源日益紧缺。从环境保护和煤炭资源合理利用的可持续发展战略的角度出发，应对炼焦煤资源实行保护和限制性开采，扩大弱粘结煤的利用范围和开发研究。
高炉喷煤是弱粘结烟煤利用的一个主要领域。煤炭的生产、销售等部门应有针对性地做好喷煤市场的开发研究，扩大弱粘结烟煤在高炉喷煤市场中的份额。此外，为适应高炉喷煤技术的发展，选煤厂可以直接生产出符合喷吹要求的产品，运到高炉前利用，节省炼铁系统 的炉前制备，做到煤炭、钢铁两行业共同获利。
高炉喷煤是20世纪60年代开始大规模应用于钢铁工业生产的炼铁新技术。随着石油危机、环保和炼焦煤资源日益短缺等问题，高炉喷煤已不仅是高炉调剂的一项重要手段，同时还是弥补焦炭不足的主要措施。就世界范围而言，高炉喷煤已成为高炉技术发展的必然趋势。
喷煤技术的发展趋势是喷煤量大幅度提高，焦比大幅度降低。欧洲和日本高炉的喷煤已达到150-200kg/t铁，在有些高炉上则达到250kg/t铁。国外许多高炉喷吹烟煤，将烟煤、无烟煤甚至褐煤进行混配喷吹。我国是世界上应用喷煤技术较早的国家，经“九五”期间的技术进步，全国大中型高炉的喷煤量平均在100-110 kg/t铁，有个别高炉则达到250kg /t铁的世界先进水平。
目前，我国钢铁工业1/3以上焦炉的炉龄已老化，一些钢铁企业的焦炭生产能力明显不足。由于焦炉建设投资大、污染严重且难以治理，而且又需要依赖优质炼焦煤的供应，因而难以大量建设新的焦炉和改造旧的焦炉。面对我国钢铁工业出现的焦炭缺口，大量喷吹粉煤 技术是一项最为经济实用的措施。
自1992年以来，我国生铁产量一直列居世界首位，在1亿t左右。高炉喷煤以无烟煤为主，仅个别钢铁企业的高炉混喷少量烟煤。随着喷煤技术的进步，烟煤的喷吹量将大幅度增加。为此，高炉喷煤技术的发展也为煤炭企业的非炼焦煤的洗选加工和销售带来市场机遇。
二、高炉喷煤技术发展的特点
目前，在国内外高炉喷煤的技术应用中，除喷煤比不断加大外，还出现下列特点。
（1）喷煤率提高。许多钢铁公司喷煤的目标是争取喷煤率达到50％（喷煤比 250kg／t铁，焦比250kg／t铁）。英国某公司、荷兰霍戈尔钢铁公司、意大利伊耳瓦钢铁公司联合在英国克列夫兰厂进行大喷煤量试验，取得了月平均喷煤率35％-40％，年平均喷煤率30％-35%的成绩，并有喷煤率短期达到 50％的记录。
（2）喷吹煤种一般为烟煤或无烟煤与烟煤的混合煤。因为烟煤的挥发分高，燃烧性能好，所以得到广泛应用。国外高炉喷吹用烟煤，挥发分一般在30％左右甚至更高，灰分＜10％。
（3）喷煤系统形式多样。喷吹系统的种类较多，大体上可分为并联罐系列和串联罐系列，其他系统基本上是在这两种系统的基础上派生出来的。制粉系统主要采用中速磨煤机，取消粗粉分离器，采用一次布袋收粉，工艺向简单化、紧凑化方向发展。
（4）技术开发得到加强。主要着眼于煤粉燃烧性能以及喷吹煤粉对高炉冶炼过程影响的研究。
目前，我国重点钢铁企业的80座左右的高炉和地方企业的100余座高炉已采用了喷煤技术，全国高炉喷煤总量逐年增加。自1998年以来，我国高炉喷煤技术取得了明显进展，主要表现在：高炉喷煤工艺装备有较大进步，部分重点钢铁企业的喷煤系统都采用了先进技术，喷煤工艺和装备的整体水平有所提高，我国喷煤的综合技术水平得到提高；高炉喷吹烟煤技术已基本过关，目前，鞍钢、宝钢、酒钢、苏钢和石钢等企业的高炉都可以喷吹烟煤；高炉富氧喷煤技术也取得进展。
但从总体水平来看，我国喷煤还不普及，喷煤装备技术水平参差不齐。全国平均喷煤比不高，与国际先进水平相差很远。高炉喷煤技术的采用对我国资源、环境和交通压力的缓解作用 还没有充分发挥。因此，炼铁行业规划每年要以100万t的速度增加喷煤量，在2000年全国大中型高炉的喷煤比平均达100-110kg／t铁、喷煤总量超过1000万t基础上，“十五”末全国喷煤比平均将达200kg／t铁，喷煤总量超过2000万t。
三、高炉喷煤对煤质的要求
高炉喷吹用煤应能满足高炉冶炼工艺要求和对提高喷吹量和置换比有利，以便替代更多的焦炭。高炉喷吹对煤质性能的要求及相关的指标有：工业分析指标、发热量、粒度及均匀性、可磨性、燃烧性、爆炸性、反应性、灰熔点、着火点、煤岩结构、灰成分分析、比表面积和密度等。归结起来主要有以下几方面。
（1）煤的灰分越低越好，灰分含量应相同或低于使用的焦炭灰分，一般要求A＜15％。我国目前喷吹的煤粉一般灰分含量与焦炭灰分含量相当，或煤的灰分含量略大于焦炭灰分含量。在这两种情况下，喷吹煤粉形成的渣量要比全焦冶炼时大些，因为在两者灰分含量相同时，只有置换比为1.0时，两者灰分形成的渣量相等，而在置换比小于1.0时，喷吹煤粉灰分形成 的渣量将大于置换焦炭形成的渣量。但这种差异也只占灰分形成渣量的一小部分，例如吨铁 渣量在490kg/t左右，喷煤比为150kg／t铁, 置换比0.8kg／kg，两者灰分均为13％，则增 加的渣量为3.9kg/t左右，占灰分形成渣量的10％，占吨铁总渣量的0.8％左右。如果喷吹 煤粉灰分高于焦炭灰分，则增加的渣量将多些，例如煤粉灰分为15%，则增加的渣量为10.5k g/t左右，增加的渣量占吨铁总渣量的 2.15％，所以要求喷吹煤粉的灰分越低越好。
（2）硫含量越低越好，煤的含硫量应与使用焦炭的含硫量相同（或低于），一般要求S＜1.0％。煤的含硫量变化的结果与灰分变化结果相同，若煤的含硫量高于使用的焦炭含硫量，所增加的渣量更多。
（3）胶质层越薄越好，Y＜10mm，这样可避免在喷吹过程中结焦、堵塞喷枪和风口影响喷吹和高炉正常生产。利用Y值可以指导配煤炼焦、一般Y值大的烟煤均用于炼焦，Y值极低或为0的烟煤可做为高炉喷吹用煤，如果用Y值大的煤来喷吹不仅浪费了炼焦煤，而且在高炉风口易结焦，造成风口烧坏或堵塞喷枪。
（4）煤的可磨性好，现高炉喷煤需要将煤磨到一定细度，可磨性好，则制粉消耗的电能就少，可降低喷吹费用。目前认为，喷吹无烟煤时，粒度应小些，-200目的应达到70％-80％ ；而喷吹烟煤粒度则可大些，-200目的达到60％-65％即可，而内在水分含量高的烟煤，在 高炉富氧率较高时，粒度还可以更粗些，例如西欧一些高炉喷吹的这种烟煤平均粒度达到 0.5mm。
（5）煤的燃烧性能好（即其着火点低，反应性好等），可使喷入高炉的煤粉能在有限空间 和时间内尽可能多地气化，少量未及气化的煤粉也因反应性好而与高炉煤气中的CO2和H2O反 应而气化，不给高炉冶炼带来麻烦。另外燃烧性能好的煤也可以磨得粗一些，即-200目占的 比例少一些，这为降低磨煤能耗和费用提供了条件。高炉喷吹反应性好的煤，不仅可提高煤粉燃烧率，扩大喷吹量，而且风口区未燃烧的煤粉在高炉的其他部位参加了与CO2的气化反应，减少了焦炭的气化反应。煤的气化反应活性比焦炭气化反应强得多．这就在某种程度上对焦炭强度起到了保护作用。
（6）煤的发热量越高越好，喷入高炉的煤粉是以其放出的热量和形成的还原气体CO、H2来代替焦炭在高炉内提供热源和还原剂。因此煤的发热量越高，在高炉内放出的热量越多， 置换的焦炭量也越多。
总之，以喷吹煤的性能要求来对照生产用的各种煤，可以发现任何一种煤都不能达到全部要求，只能满足其中的1-3项。另外各种煤源由于产地远近、开采方法、运输方式等不同，其价格也不相同，为了获得较全面的喷吹效果和经济效果只有利用配煤才能达到。国内外配煤常用含碳量高、发热量高的无烟煤和挥发分高、易燃的长焰煤配合，使混合煤的挥发分达到 20％-25％，灰分在12％以下，这样能充分发挥两种煤的优点以取得良好的喷吹效果。
四、煤炭洗选加工及销售领域的市场机遇
我国煤炭洗选加工在改革开放以来发展很快，设计原煤入选能力已达到500Ｍt/a。特别是经 过“九五”期间的重点科技攻关，新技术、新设备、新工艺得到大力推广应用。以重介旋流器、浮选柱等为代表的设备大型化，促进了选煤工艺的简单化、自动化，提高了煤炭洗选产品的数量效率和质量效率，使煤炭企业适应市场的能力进一步增强。
（1） 煤炭企业应把握钢铁企业高炉喷煤技术发展和喷煤量增加的趋势，积极开发高炉喷煤 的市场，扩大弱粘结煤的应用。
（2） 煤炭洗选加工能力已完全适应高炉喷煤市场的要求，选煤厂可以直接生产和销售高炉喷煤产品。选煤厂通过洗选 不同煤种和煤质的煤，再进行合理的配煤，可获得最佳的喷煤产品。
（3） 全国大中型高炉的喷煤比在“十五”末平均将达200kg／t铁，喷煤总量将超过2000万t。2001年我国的生铁产量达到1.6-1.7亿t，作为高炉喷煤的煤炭产品销售市场将会进一步 扩大。
（4） 我国现在每年出口的煤炭产品有近百万吨是用于高炉喷煤的。随着环境保护力度在世界范围的加大，国外的焦炭生产量逐渐减少。世界各大钢铁公司都将扩大喷煤量作为弥补焦炭不足、减少环境污染和降低成本的主要手段。我国大量的弱粘结煤可以挤进国际高炉喷煤市场，扩大煤炭产品的出口量。
五、结语
我国煤炭资源丰富，但炼焦煤资源比例较低。随着消耗量的增加，炼焦煤资源日益紧缺。从环境保护和煤炭资源合理利用的可持续发展战略的角度出发，应对炼焦煤资源实行保护和限制性开采，扩大弱粘结煤的利用范围和开发研究。
高炉喷煤是弱粘结烟煤利用的一个主要领域。煤炭的生产、销售等部门应有针对性地做好喷煤市场的开发研究，扩大弱粘结烟煤在高炉喷煤市场中的份额。此外，为适应高炉喷煤技术的发展，选煤厂可以直接生产出符合喷吹要求的产品，运到高炉前利用，节省炼铁系统 的炉前制备，做到煤炭、钢铁两行业共同获利。
