我国高炉喷煤现状及供求趋势分析

1、我国高炉喷吹煤现状及发展趋势

　　喷吹煤粉是现代高炉炼铁生产广泛采用的新技术，也是高炉炉况调节的重要手段。我国是世界上较早采用高炉喷煤技术的国家之一，由于我国国内煤炭资源较为丰富，因此在近些年我国高炉喷煤技术得到迅速发展。

　　从20世纪60年代开始高炉喷煤，到70年代，我国高炉喷煤技术以其资源广、喷吹量大、时间长、效益显著而受到国际钢铁界的关注，高炉喷煤普及率和喷煤量在国际上一度处于领先水平。30年代，由于受喷煤设备、自动化计量手段落后以及煤炭质量较差等问题影响，我国高炉平均喷煤比徘徊在50-60kg/t。90年代以来，高炉喷煤技术纳入国家科技攻关计划，大型高炉全部设置喷煤装置，喷煤高炉不断增加，喷煤工艺改造步伐加快，喷吹安全技术、均匀喷吹技术、氧煤强化燃烧技术、计量控制、制粉和喷吹系统计算控制等都取得了很大进步，大喷煤成为我国高炉炼铁技术发展的主流。从1995年起，我国高炉煤比逐步提高，1995年重点企业平均喷煤比仅为58.5 kg/t，到上世纪末已达到118 kg/t，翻了二番，2002年达到了125kg/t。全国高炉喷煤总量也不断增加，1998年全国喷煤总量达750万t，2001年喷煤量为1360万t，2002年达到了1400万t以上。

　　在我国四大钢铁企业中，目前首钢平均煤比为130kg/t；武钢平均喷煤比为120kg/t；鞍钢平均喷煤比为135 kg/t，其中3号高炉喷煤比最高月度记录为203 kg/t；宝钢喷煤起步较晚，1992年才开始在2号高炉试验喷煤，但发展迅速，从1999年至今，3座高炉平均喷煤已连续4年稳定在200kg/t以上的水平，其中1号高炉喷煤比平均230kg/t，最高月度达260.6 kg/t，居世界领先水平，宝钢提出要力争在5年内喷煤比达到300kg/t。在大中型钢铁企业逐年扩大喷煤量的同时，一些中小高炉，特别是300-380 m³高炉喷煤量也在迅速提高。“十五”期间，我国钢铁行业提出的喷煤比奋斗目标是:大中型高炉达到150 kg/t；小高炉普遍开始喷煤，平均达到100kg/t。许多企业正在新增和改造设备，扩大喷煤能力，并通过采取提高风温、富氧和改善炉料质量等措施，以增加喷煤量，预计到2005年，全国喷煤总量将达到1800万t以上；到2010年，总量将达到2150-2250万t。

2、高炉喷吹煤的质量要求以及煤种的选择

2.1 质量要求

　　在喷吹煤粉化学成分及工艺性质的具体要求上，我国钢铁企业对煤种选择特别重视以下八个方面的指标和性能：

　　（1）灰分。灰分越高，置换比越低，灰分每提高l%，高炉燃料比提高2%，因此灰分至少要比高炉用焦炭灰分低2%。

　　（2）硫分。硫在煤中是一种较为有害的元素，在燃烧中形成SO₂和SO₃两种有害物质，同时还会影响生铁和钢的质量。随着铁水预处理技术的发展，高炉对硫负荷的要求可适当放宽，但一般应小于1%。

　　（3）固定碳。这是煤种选择的主要依据之一，对高炉而言，碳比氢价值高，因为含碳高的无烟煤分解吸热低于烟煤，而含氢高的烟煤其氢以碳氢化合物或水的形态进入高炉，分解吸收大量热量；在高炉风口前碳燃烧生成CO，当CO还原铁矿石中铁氧化物时是微放热过程，而氢还原铁氧化物时是吸热过程；再者高炉内氢的利用率比碳低，仅有一半左右。氢的惟一优点是扩散性好，可提高加速还原反应速度，起催化剂作用。

　　（4）灰熔点。高炉喷煤应选择高灰熔点煤，煤的灰熔点高，不易在风口结渣，有利于煤粉燃烧。

　　（5）可磨性。煤的可磨性对高炉喷吹效果虽然没有直接影响，但HGI较小，表明煤的硬度大，会给制粉工艺带来一定困难，增加动力消耗，同时使喷吹设备，特别是喷枪寿命降低。目前，制粉系统大多还在延用球磨机制粉，能力小、耗电多、环保差，制粉能力不高，随着高炉容积逐步增加及喷煤水平不断提高，制粉能力出现不足，反过来又制约了喷煤比的继续提高，因而高炉大多选择可磨性较好的煤种。一般来说，可磨性指数在60-95为宜，但可磨性指数在90以上的烟煤磨机内容易产生粘结现象。

　　（6）燃烧性。煤粉在高炉风口前是否燃烧完全直接关系到置换比的高低和喷煤量的扩大。粉煤燃烧既受风温、煤量、富氧、粒度等的影响，又受煤粉本身的组分、煤质等影响，因而不同高炉会存在不同情况，但一般来说，随着煤比的提高，煤粉的燃烧率降低，未燃煤粉增多会降低炉内透气性、透液性，使炉渣粘稠，并增加了悬料的可能性，同时，过多的未燃煤粉随炉渣及炉顶煤气排出，会导致煤焦置换比降低。

　　（7）反应性。这是个很重要的性能，特别是随着对高炉喷煤的进一步了解，反应性在喷煤中的意义更为明显。高炉喷煤后，煤粉不可能在1-2 ms内燃尽，总有一定量的未燃碳进入炉缸，它们如不被吸收（燃烧、气化）则会造成炉缸堆积，使操作困难。反应性实质上是表示煤中未燃碳与CO₂作用能力。在高炉中上部有大量CO₂存在，它们与下降的焦炭发生气化反应，消耗焦炭中的碳，降低焦炭强度。在大幅度喷煤时，作为料柱骨架的焦炭已大大减少，形成的未燃碳活性高，粒度细且反应性好的未燃煤粉将优先被气化，从而减少焦炭的气化反应，使焦炭有较高强度。因此高炉喷吹要选择反应性好的煤。

　　（8）爆炸性。煤的爆炸性与煤的可燃基挥发分高低及煤粉粒度大小有关。煤的可燃基挥发分小于10%时，煤粉没有爆炸性；当挥发分大于10%时，有一定爆炸性；当挥发分大于25%时，就有很强的爆炸性，爆炸性与煤粒度大小成反比。

2.2 煤种的选择

　　从上个世纪80年代末至今，我国和世界上大多数国家在高炉喷吹选用煤种上走出了不同的路径。

　　（1）国际上，从提高喷煤效率出发，正由单一喷吹烟煤向实行混合喷吹转移，且在大幅提高低挥发分煤混合比。由于世界上无烟煤等低挥发分煤炭资源分布不均匀，欧盟各国、亚洲日本、韩国等主要产钢国高炉喷吹起步时大多采用挥发分极高的廉价气煤，但高挥发分气煤容易降低置换比，因而钢厂经过多年喷吹实践，普遍希望采用混合喷吹的方式，把挥发分降到20%左右，以提高喷煤效率。加之这些国家的钢厂都较早地掌握了富氧、高风温喷吹技术，所以随着煤比的提高，从合理性选择的角度出发，近年来纷纷推行混合喷吹，增加了低挥发分煤喷吹比例。

　　（2）在我国，从煤炭比价出发，正由单一喷吹无烟煤向实行混合喷吹方式转移，且在提高烟煤喷吹比例。鞍钢、首钢是我国最早试验喷吹煤粉的两个钢厂，1963年鞍钢喷吹烟煤发生了爆炸，而首钢在1964年喷吹无烟煤却获得了成功，受其影响，在此后近20年的时间内，大多数高炉都采用无烟煤喷吹，并且其技术设备比较简单，安全性好，效果较为明显。只是到了最近10来年，随着我国高炉喷吹实践经验日渐丰富，喷吹工艺和装备明显得到改善，一些小高炉为提高企业效益，才开始试验喷吹烟煤，并逐步形成了一整套烟煤喷吹安全技术，一些大钢厂如宝钢，从国外引进了先进的喷吹装置和技术，又把烟煤喷吹在我国高炉的应用大大向前推进了一步。

　　目前，我国高炉对喷吹煤种的选择大致可以分为两种情况：一是华北、东北地区的钢厂，因所在地烟煤资源较为丰富，有掺加烟煤喷吹增长的趋势。我国煤炭资源虽然十分丰富，但分布并不均衡，低挥发分贫瘦煤、无烟煤大多分布在中西部地区，而大中型钢厂则多数分布在东部地区，这就造成低挥发分煤从中西部向东部运输，成本较高，因此钢厂倾向于掺加本地廉价烟煤喷吹，以降低综合成本。二是东部沿海地区一些钢厂，由于当地煤炭资源短缺，不论是烟煤或者无烟煤，都主要依赖从中西部地区调入，因而无烟煤、烟煤比价关系不太明显，所以采用的喷吹方式与国际高炉界基本一致，大多实行混喷，且无烟煤喷吹比例高于烟煤，如我国国内目前喷煤比最高的宝钢就是采用混合喷吹方式，混喷比例为无烟煤：烟煤＝6：4。总的来说，我国高炉已普遍掌握了高风温、富氧喷吹技术，烟煤喷吹技术和装备都已成熟，加之烟煤资源相对丰富、分布广泛，采用混合喷吹的手段，掺加烟煤喷吹比例有增长趋势。

　　从理论上讲，所有煤种都可用于高炉喷吹，但由于焦煤、肥煤是宝贵的炼焦煤，同时，高炉喷吹具有结焦性的煤容易导致风口结焦，因此，高炉喷吹用煤主要包括无烟煤、贫煤、瘦煤和气煤。无烟煤发热量高，理论置换比高，我国一些高炉在喷吹实践中得出的经验数据为，100%喷吹烟煤条件下，煤焦置换比为0.7-0.75；而100%喷吹无烟煤条件下，煤焦置换比为0.8-0.9，由此可见，喷吹无烟煤比烟煤可多置换约20%的焦炭。但无-烟煤燃烧性差，尤其是在煤比较高时，过多的未燃煤粉不仅影响高炉顺行，还会降低置换比。目前我国单独喷吹无烟煤煤比最高的是马鞍山钢铁公司，喷煤比为160kg/t。

　　烟煤燃烧性好，可磨性指数一般比无烟煤高，有利于提高煤比，但高炉环境下，烟煤燃烧热比无烟煤低，理论置换比低，而且单独喷吹高挥发分烟煤，还存在如下不利因素：①回旋区不稳定，不利于高炉顺行；②具有爆炸性，给安全生产带来隐患；⑧风温、富氧较低的高炉大量喷吹烟煤，容易导致理论燃烧温度大幅降低，高炉下部热量不足而上部热量过剩。鉴于上述情况，我国高炉经过多年实践后，倾向于混合喷吹，认为混煤的理论置换比等于单一煤种理论置换比的加权平均数，但燃烧率都比加权平均值高，与单独喷吹无烟煤相比，混喷在牺牲少量置换比的条件下获得了较高的煤比，降低了生产成本，因此混喷的效益要高于单一煤种。一种普遍的看法是，高挥发分、低灰分烟煤的掺配比例不超过40%，而无烟煤的掺配比例要达到60%-
70%，当混合后的煤粉挥发分为20%左右时，能达到最好的喷吹效果。

3、我国高炉喷吹煤的供应

　　（1）无烟煤。我国无烟煤预测储量为4740亿t，约占全国煤炭总资源量10%，2002年全国无烟煤总产量为2.03亿t，其中山西省占31.83%，河南省占17.97%，贵州省占10.76%。由于贵州省地处我国西南内陆，位置偏远，受开采条件、煤质等因素影响，综合利用成本较高。除贵州省以外，我国无烟煤主要集中在六个煤炭企业（见表1）。

　　（2）半无烟煤。我国半无烟煤资源预测储量l468亿t，其中山西省储藏比例最大，占40%，并且开发强度最大，年产量约5000万t，贵州、宁夏、云南等省区因质量较差，地理位置偏僻，基本未得到开发，目前我国半无烟煤产量最大的两个企业都在山西，分别为西山煤电集团和潞安矿业集团。①西山煤电集团，年产半无烟煤800多万t，V_daf为13%-16%，低中灰、低硫，可磨性指数>65。②潞妄矿业集团，年产半无烟煤1300多万t，V_daf为10%-13%，低中灰、低硫，可磨性指数>65。西山煤电集团主要生产炼焦煤，目前在尝试开发高炉喷吹煤；潞安矿业集团煤炭储量以贫煤、瘦煤为主，大多用于发电，但近年来该企业正在积极开发高炉喷吹煤，年产量已达150万t，并开始在国内一些钢厂试用。

　　（3）烟煤。过去我国已开发喷吹煤的主要是年产量在100万t以下的一些小烟煤矿井，由于其地处钢厂附近，运输方便，可就地供应，但随着近几年我国推行“调控总量，关井压产”政策，小煤窑纷纷关闭，产量严重萎缩，即使保留生产的矿井因受价格、市场波动的影响，产量、质量很不稳定。大的烟煤矿区中，兖州、神华、大同等近年来也开始生产喷吹1煤，兖州矿区年产非微弱粘结性煤约700万t，其中年出口250万t，主要用作配焦煤，也可作高炉喷吹；神华矿区目前年产洗精煤265万t，其中出口近200万t，部分用作配焦煤，也有一部分用作高炉喷吹；大同矿区年产喷吹煤仅40万t。从目前我国国内动力煤过剩状况分析，今后开发烟煤喷吹可能呈增加趋势，如淮北矿区，虽然从资源合理利用性看，更适于作炼焦煤或配焦煤，但该矿区所处华东地区高炉喷吹煤市场增长较快，受其影响，也在积极开发喷吹煤。

4、结语

　　（1）自1990年以来，我国钢铁工业长期保持快速增长，态势，粗钢产量平均以每年7.95%的速度上升，2002年粗钢产量达到1.82亿t，同比增长19.73%，年产生铁1.7亿t，同比增长9.77%。预测今后几年还将保持较高的增速，今年钢产量预计达到2亿t。同时，为降低生铁成本，缓解焦炭供应紧张局面，各钢厂会继续提高喷煤比，增加对喷吹煤的需求。

　　（2）近年来，随着澳大利亚、加拿大两国优质炼焦煤价格大幅上升，日、韩等煤炭主要进口国，减少了优质炼焦煤进口量，取而代之向我国大量采购低挥发分喷吹煤和高灰分焦煤。

　　（3）我国国内产业布局和资源配置状况决定了贫煤、瘦煤等资源将更多地用于发电。近十年间在河北、山西、山东、河南、湖北等省建设的电厂设计煤种都是贫煤、瘦煤，并造成了这部分资源的短缺；由于作为电煤销售与高炉喷吹煤相比，综合效益较好，煤矿从自身利益出发，增加喷吹煤产量的积极性不大。我国煤炭专家也倾向于以贫煤、瘦煤发电。所以从近期看，高炉喷吹煤仍以无烟煤为主，从长远看，烟煤的利用比例会逐步扩大。

　　（4）综上所述，短期内我国低挥发分喷吹煤资源供应偏紧，难以充分满足国内外市场需求。

作者：裴西平（山西阳泉煤业集团有限责任公司）