張建良-高爐噴吹燃料成本優(yōu)化及成本預(yù)測ppt課件

1、高爐噴吹燃料本錢優(yōu)化及本錢預(yù)測北京科技大學(xué)教授、博導(dǎo)、副院長中國金屬學(xué)會 煉鐵分會秘書長張建良2021年11月4日聯(lián)絡(luò)10019986郵箱： 高爐噴吹燃料概略 高爐噴煤本錢優(yōu)化高爐噴煤本錢預(yù)測1. 高爐噴吹燃料概略 高爐煉鐵面臨環(huán)境、資源、本錢等各方面的宏大壓力！將氣體、液體或固體燃料經(jīng)過專門的設(shè)備從風(fēng)口噴入高爐，以取代高爐爐料中部分焦炭的一種高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)。1. 高爐噴吹燃料概略1.1 高爐噴吹燃料1. 高爐噴吹燃料概略 氣體燃料：氣體燃料包括天然氣、焦?fàn)t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(fēng)口區(qū)轉(zhuǎn)化成C

2、O和H2; 焦?fàn)t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(dāng)部分的水和雜質(zhì)，用于高爐噴吹時需凈化處置。 高爐噴吹氣體的種類和數(shù)量主要取決于當(dāng)?shù)刭Y源條件! 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，火焰輻射才干強(qiáng)，噴吹效果好，儲存方便，噴吹設(shè)備簡單，易于操作控制，是適宜高爐噴吹的優(yōu)質(zhì)燃料。國外高爐多噴吹重油，但受資源限制。1. 高爐噴吹燃料概略 固體燃料：固體燃料包括

3、煤粉、半焦蘭炭、廢塑料、廢橡膠、生物質(zhì)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(yīng)滿足低灰分、低硫分、低水分、適宜揮發(fā)分產(chǎn)率等質(zhì)量要求。 從國內(nèi)外高爐消費實際看，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(dá)50%的褐煤。1. 高爐噴吹燃料概略1. 高爐噴吹燃料概略 廢橡膠和煙煤在風(fēng)口前熄滅過程類似，只是廢橡膠中碳?xì)浠衔锖扛?，脫氣吸熱過程更加猛烈，結(jié)焦和殘焦熄滅過程相對較弱； 廢塑料不含固定碳，在風(fēng)口長鏈碳?xì)浠衔锩摎饬呀獬尚》肿犹細(xì)浠衔?，小分子碳?xì)浠衔锢^續(xù)分解和氧化，最終產(chǎn)物主要為CO和H2； 經(jīng)過

4、高爐風(fēng)口噴吹生物質(zhì)和木炭可替代煤粉等化石復(fù)原劑，減少CO2排放?？筛纳聘郀t操作，提高生鐵產(chǎn)量，降低生鐵本錢；高爐煉鐵是以冶金焦作為燃料和復(fù)原劑的，噴吹燃料在風(fēng)口區(qū)的高溫下轉(zhuǎn)化為CO和H2，可以替代風(fēng)口熄滅的部分焦炭，普通可取代20%30%，高的可達(dá)50%，成為當(dāng)代高爐降低焦比的主要措施；噴吹燃料可促進(jìn)高爐采用高風(fēng)溫暖富氧鼓風(fēng)，這幾項技術(shù)相結(jié)合，已成為強(qiáng)化高爐冶煉的重要途徑。1. 高爐噴吹燃料概略1.2 高爐噴吹燃料的意義能保證延續(xù)、穩(wěn)定、均勻的噴入爐內(nèi)；計量準(zhǔn)確，調(diào)理靈敏；設(shè)備簡單，平安可靠。1. 高爐噴吹燃料概略1.3 高爐冶煉對所噴吹燃料的工藝及設(shè)備要求燒結(jié)礦球團(tuán)礦塊礦和焦炭CO2脫除除塵

5、出氣鐵水和渣氧氣CO2熱風(fēng)爐熄滅尾氣1200C固體燃料(煤粉, 廢塑料/輪胎,木炭, 半焦,生物質(zhì),等)氣體燃料(天然氣, 焦?fàn)t煤氣, 發(fā)生爐煤氣,等)液體燃料( 重油, 柴油, 焦油, 等)1. 高爐噴吹燃料概略1.4 高爐噴吹燃料表示圖1.5 國外噴吹燃料開展歷程早在19世紀(jì)，歐洲、美國就有人提出了高爐噴吹燃料的想象；直到20世紀(jì)中葉才在工業(yè)上逐漸實現(xiàn)，1947年法國納維一梅松工廠實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. 高爐噴吹燃料概略前蘇聯(lián)、美國天然氣資源豐富那么大量噴吹天然氣，60年代世界市場油價廉價

6、，各國在高爐上大量噴吹重油；70年代末因油價高漲，大部分高爐停頓噴油，逐漸轉(zhuǎn)為噴煤；1990年日本、德國有2/3的高爐在噴煤，噴吹量普通為5080kg/t鐵，到1998年有的已超越200kg/t鐵。世界各國根據(jù)本人的資源條件和市場上燃料價錢噴吹不同燃料。1. 高爐噴吹燃料概略中國從50年代末開場在高爐上噴油；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勝利；1966年首鋼3座高爐全年平均噴煤量達(dá)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，逐漸轉(zhuǎn)為噴煤粉；1. 高爐噴吹燃料概略1.6 中國噴吹燃料開展歷程1. 高爐噴吹燃料概略中國高爐

7、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，噴吹量普通在80100kg/t，寶山鋼鐵公司等的大型高爐的噴吹量已到達(dá)200kg/t以上。碳和氫高的燃料噴入高爐，在風(fēng)口區(qū)2000左右的高溫下迅速分解，轉(zhuǎn)化為以CO和H為主的氣體產(chǎn)物，放出熱量，參與復(fù)原過程，使高爐冶煉每噸生鐵的焦炭耗費相應(yīng)降低。由于噴吹燃料與風(fēng)口區(qū)焦炭在化學(xué)成分和溫度上的差別，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. 高爐噴吹燃料概略1.7 不同噴吹燃料比較主要是燃料本身的碳、氫含量；其次，與高爐風(fēng)口區(qū)的赤熱焦炭(約1500)相

8、比，噴吹燃料的溫度只需5080，兩者相差14201450；另外，噴吹燃料主要為各種碳?xì)浠衔铮鼈冊诟邷叵卵杆俜纸獠⑽沾罅繜崃?。天然?重油 煤粉 粒煤 廢塑料 生態(tài)水煤 1.121.66 1.20 0.790.90 0.660.98 約1.00 0.47 各種噴吹燃料的置換比影響置換比的要素1. 高爐噴吹燃料概略 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. 高爐噴吹燃料概略 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(fēng)口區(qū)和爐缸熱平

9、衡產(chǎn)生影響。為了維持高爐冶煉正常進(jìn)展，在噴吹燃料時，要相應(yīng)提高風(fēng)溫或富氧。對應(yīng)關(guān)系如下表：1. 高爐噴吹燃料概略噴吹燃料量煤粉1kg重油1kg天然氣1m3提高風(fēng)溫/2-2.53-45-6富氧/%0.04-0.050.06-0.080.10-0.12燃料的噴吹和熄滅特性灰的軟化和熔融特性造粒特性 粒度分布和比外表積高爐噴吹燃料的反響性 模擬高爐條件下熄滅特性1.8高爐噴吹燃料噴吹和熄滅特性1. 高爐噴吹燃料概略1.9 高爐噴吹燃料工藝流程1. 高爐噴吹燃料概略并罐噴煤工藝1. 高爐噴吹燃料概略串罐噴煤工藝1. 高爐噴吹燃料概略噴吹粒煤制備工藝噴吹重油和生物質(zhì)工藝1. 高爐噴吹燃料概略生物質(zhì)渣鋼液

10、球團(tuán)CP:焦?fàn)t，SP:燒結(jié)廠，ST:熱風(fēng)爐，PU:生物質(zhì)分解單元，BF:高爐，BOF:轉(zhuǎn)爐，PP：電廠廢鋼石灰石廢塑料制粒及噴吹工藝1. 高爐噴吹燃料概略1. 高爐噴吹燃料概略某鋼廠噴吹廢塑料廢輪胎工藝流程廢塑料在高爐中的作用1. 高爐噴吹燃料概略高爐噴吹廢塑料高爐過程化學(xué)反響巴西Aperam South America 公司噴吹木炭加工工藝1. 高爐噴吹燃料概略木炭供應(yīng)自動傾斜卡車篩分系統(tǒng)15mm木炭運輸皮帶篩分系統(tǒng)9-15mm皮帶運輸9-15mm木炭顆粒小粒度木炭存儲木炭噴吹1. 高爐噴吹燃料概略高爐噴吹焦?fàn)t煤氣工藝流程噴吹煤粉、廢塑料、廢輪胎、天然氣、重油等燃料時作用：環(huán)保：添加H2的間

11、接復(fù)原節(jié)能：降低熱貯藏區(qū)溫度以下圖1.10 高爐噴吹不同燃料的作用1. 高爐噴吹燃料概略風(fēng)口爐頂塊礦, 焦炭氣體273 1273 2273 溫度 K離風(fēng)口的間隔氣體(空氣, O2, H2)固體礦石, 焦炭熱貯藏區(qū)熱交換化學(xué)反響熱貯藏區(qū)的平衡反響：C+ CO2 = 2CO(H)FeO + CO = Fe + CO2(+H )FeO + H2 = Fe + H2O (+H )1. 高爐噴吹燃料概略1固態(tài)富氫燃料如廢塑料、廢輪胎、煙煤、褐煤、生物質(zhì)等的揮發(fā)分高，熄滅率高，噴入高爐后在風(fēng)口前迅速熱解、完全熄滅，可以提高噴吹量。氣、液燃料那么直接在風(fēng)口熱解并熄滅；2富氫燃料產(chǎn)生的煤氣量大，風(fēng)口前煤氣流速

12、添加，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；3煤氣中H2含量添加，可以改善煤氣利用，并利于提高間接復(fù)原。高爐富氫燃料的優(yōu)點：1. 高爐噴吹燃料概略1運用價錢低廉的煤粉替代價錢昂貴的焦炭，有效降低鐵水本錢；2可替代加濕鼓風(fēng)作為下部調(diào)劑的有效手段；3煤粉在風(fēng)口帶裂解吸熱為高風(fēng)溫暖富氧提供了有利條件；4提高煤氣流對礦石料層的復(fù)原效率；5緩解主焦煤資源的緊張，降低了焦?fàn)t基建立施的投資；6有效控制了焦?fàn)t的數(shù)量，減少了環(huán)境污染。高爐噴煤的優(yōu)點：1. 高爐噴吹燃料概略1.11 高爐噴吹燃料實現(xiàn)低碳煉鐵的開展趨勢1. 高爐噴吹燃料概略重整氧氣高爐生物質(zhì)或富氫氣體氧氣CO2存儲CO2脫除除塵出

13、氣生物質(zhì)燒結(jié)礦,塊礦,球團(tuán)礦和焦炭生物質(zhì)煤和冷空氣鐵水和渣 2021年我國生鐵總產(chǎn)量6.3億噸。生鐵產(chǎn)能的快速增長呵斥高質(zhì)量燃料供應(yīng)緊張和價錢大幅度上漲，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本錢 噴吹傳統(tǒng)的無煙煤和混煤技術(shù)較為成熟，本錢高高爐煉鐵本錢壓力鋼鐵廠效益褐煤、煙煤、蘭炭等噴吹技術(shù)相對薄弱，能更有效的節(jié)約本錢開發(fā)低價燃料噴吹技術(shù)，噴吹低價燃料替代無煙煤和混煤，能最大限制節(jié)約燃料本錢，有效降低煉鐵本錢！1.12 高爐噴吹低本錢燃料的重要性1. 高爐噴吹燃料概略從高爐冶煉工藝看，褐煤和煙煤更適宜噴吹，由于它們熄滅性能好，有利于煤粉在高爐內(nèi)的熄滅，有利于提高噴煤

14、比。尤其是全煙煤的噴吹，更是現(xiàn)代高爐燃料噴吹的一個重要方向。噴吹煙煤的重要性煙煤來源廣泛，價錢低，可就近取材，也能節(jié)省運費煙煤煤質(zhì)較軟，可磨性好，能節(jié)省磨煤能耗煙煤的揮發(fā)分高，煤粉熄滅率高，噴入高爐后在風(fēng)口前迅速熱解、完全熄滅，可以提高噴煤量。噴吹煙煤產(chǎn)生的煤氣量大，風(fēng)口前煤氣流速添加，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含量添加，可以改善煤氣利用，并利于提高間接復(fù)原。1. 高爐噴吹燃料概略2.1 高爐噴煤煤種的選擇熄滅性反響性元素分析工業(yè)分析粒度組成風(fēng)口噴流特性碳氧原子比灰熔融特性溫度煤粉著火點可磨性噴吹煤粉平安性能：爆炸性，著火點；煤粉高效利用

15、影響熄滅性的要素熄滅后效果有害元素的分析也是不可忽略的噴吹煤粉評價要素有效發(fā)熱值未燃煤粉維護(hù)焦炭的才干生成更多CO風(fēng)口結(jié)焦特性：灰成分； 煤粉粘結(jié)性； 灰熔融特性溫度； FactSage 軟件對風(fēng)口結(jié)渣特性的預(yù)測； 2. 高爐噴煤本錢優(yōu)化2.2 高爐噴煤時煤粉在高爐中的利用煤粉風(fēng)口前熄滅未燃煤粉參與碳的氣化反響生鐵滲碳混在渣中影響渣的黏度和流動性堆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非鐵元素復(fù)原3Fe+C=Fe3C有 效 利 用未 被 利 用熄滅率反響性煤粉綜合利用高效噴吹重點研究2. 高爐噴煤本錢優(yōu)化煙煤來源廣泛，價錢低，可就近取材，也能節(jié)省運費

16、；褐煤、煙煤煤質(zhì)較軟，可磨性好，能節(jié)省磨煤能耗；褐煤、煙煤較高的揮發(fā)分和較好的熄滅性、反響性。因此，越來越多的高爐開場噴吹煙煤、褐煤等煤種；此外，優(yōu)化配煤是實現(xiàn)高煤比和高置換比的有效途徑。實際闡明，經(jīng)過煙煤、褐煤、貧瘦煤、無煙煤、蘭炭等合理搭配，可以降低綜合燃料本錢和高爐煉鐵本錢。2. 高爐噴煤本錢優(yōu)化2.3 高爐噴煤煤種的優(yōu)化配置高爐噴吹煤粉需求合理的煤比，高比例噴吹煙煤外表上煤粉成本較低，但由于其熱值低、煤焦置換比低，在上限煤比根本穩(wěn)定的消費條件下，假設(shè)煤粉熱值缺乏，那么需求經(jīng)過焦炭補(bǔ)充，呵斥高爐焦比上升，高爐燃料本錢上升。因此在選用噴吹煤配比時，不能單純思索煤粉成本，從燃料本錢角度考慮更

17、為合理。2.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析2. 高爐噴煤本錢優(yōu)化煤 比0200焦 比5000150煤比和焦比的關(guān)系2. 高爐噴煤本錢優(yōu)化爐容為2000m3以上煤比及焦比相應(yīng)關(guān)系高置換比低置換比拐點170kg/t2. 高爐噴煤本錢優(yōu)化爐容為6012000m3煤比及焦比相應(yīng)關(guān)系大型高爐煤焦置換比大，中小高爐較低一些斜率大型高爐煤焦置換比變化更為穩(wěn)定帶寬2. 高爐噴煤本錢優(yōu)化2.5 高爐噴吹煤粉經(jīng)濟(jì)效益評價Xm 噴吹1噸煤粉的經(jīng)濟(jì)效益；Jj 外購1噸焦炭的到廠含稅價；Jm 外購1噸噴吹煤的到廠含稅價；Y 1噸焦炭或噴吹煤的含稅運費；Sj 焦炭稅率；Sm 噴吹煤稅率；Cm 磨制和噴吹1噸煤粉的加工本錢Sy 運費稅率

18、；LS 入爐前過篩中的碎焦率；JS 碎焦的內(nèi)部折算本錢；Wj 購入焦炭的計價含水率；Wm 購入噴吹煤的計價含水率；Hmj 焦煤置換比；與煤粉性質(zhì)親密相關(guān)，如何使煤粉高效利用，添加其置換比2. 高爐噴煤本錢優(yōu)化3.1 高爐噴煤經(jīng)濟(jì)性評價模型經(jīng)濟(jì)評價模型建立在單煤性質(zhì)和高爐操作參數(shù)根底上；經(jīng)過固定知煙煤煤種的配比來進(jìn)展計算，得出焦比和綜合燃料本錢與實踐噴煤的方案進(jìn)展對比優(yōu)化；經(jīng)過對煤粉根本性能、礦石和焦炭成分等的調(diào)整來降低焦比和綜合燃料本錢；經(jīng)過模型對各種配比混合煤粉性價比進(jìn)展綜合評價、排序，對煉鐵廠噴吹煤構(gòu)造優(yōu)化提供指點，實現(xiàn)降低焦比和綜合燃料本錢，降低煉鐵本錢的目的。3. 高爐噴煤本錢預(yù)測3.2 高爐噴煤經(jīng)濟(jì)性評價模型各模塊引見3. 高爐噴煤本錢預(yù)測成分錄入模塊：經(jīng)過本模塊將不同種類煤粉的性能目的錄入數(shù)據(jù)庫，以備優(yōu)化配煤時進(jìn)展選擇。3. 高爐噴煤本錢預(yù)測優(yōu)化配煤計算模塊：經(jīng)過對需求配煤的煤種的選擇，限定各單煤的根本性能目的，以目的混煤的本錢較低、熄滅率較高、灰分較低、硫含量較低等為目的函數(shù)，進(jìn)展優(yōu)化配煤計算。3. 高爐噴煤本錢預(yù)測此界面為優(yōu)化配煤計算后所得的混煤的配比及混煤的根