劉文權(quán) 蘇步新 畢傳光 洪建國
高爐噴煤是鋼鐵企業(yè)降低成本、提高競爭力的重要手段，但由于使用煤受到煤價、環(huán)保政策等因素限制，鋼鐵企業(yè)采用性能優(yōu)良、價格更具經(jīng)濟(jì)性的蘭炭作為替代燃料。使用蘭炭替代無煙煤用于高爐噴吹、用作燒結(jié)燃料和焦丁，可以提升環(huán)保效益。按照每年2億噸鐵水產(chǎn)量計算，可利用蘭炭約1500萬噸/年，較使用原煤減少二氧化碳排放約58萬噸/年；按原煤含硫量0.7%、蘭炭含硫量0.35%計算，可減少向脫硫系統(tǒng)中引入二氧化硫約10萬噸/年。
高爐噴吹蘭炭具有多方面優(yōu)勢
蘭炭是以侏羅紀(jì)時期形成的不黏煤和弱黏煤為原料，采用中低溫干餾工藝生產(chǎn)的高固定碳含量的固體物質(zhì)，是一種新型優(yōu)質(zhì)燃料，具有固定碳高，鋁、硫、磷低等優(yōu)點(diǎn)。通常情況下，平均每噸蘭炭價格比煤粉價格低100元~200元。蘭炭作為高爐噴吹燃料，有利于降低鐵水成本，對企業(yè)有重要的經(jīng)濟(jì)意義。2014年，北京科技大學(xué)進(jìn)行的在煉鐵領(lǐng)域高爐混合噴吹蘭炭應(yīng)用研究和蘭炭替代焦丁在高爐中的應(yīng)用研究表明，蘭炭有效熱值和反應(yīng)性均超出無煙煤，具有成本優(yōu)勢。
蘭炭是經(jīng)中、低溫干餾炭化除去煤中焦油物質(zhì)和大部分揮發(fā)分后的半焦產(chǎn)品，具有硫分低、灰分低、氣化效率高、反應(yīng)性好、燃燒性能好等特點(diǎn)。在生產(chǎn)中，蘭炭經(jīng)中、低溫干餾時，其揮發(fā)分會大量析出，部分硫、氮等元素提前釋放。因此蘭炭中硫、氮、灰分、揮發(fā)分含量大幅降低，并且仍保留有煤的特性。其固定碳高，灰分、硫、磷等含量均較低，且無任何黏結(jié)性，化學(xué)活性優(yōu)于焦炭，流動性和噴流特性指數(shù)優(yōu)于煙煤，在高爐噴吹方面燃燒性能和反應(yīng)性能俱佳，置換比較高，能夠滿足高爐噴吹用煤的技術(shù)要求。
高爐噴吹使用蘭炭可減少對無煙煤的依賴、降低焦比，顯著提高噴吹過程中的安全性。同時，蘭炭的冶金性能穩(wěn)定且較好，灰熔特性較好，不易堵槍，用于高爐噴吹過程更容易控制。
蘭炭替代無煙煤和煙煤有利于高爐噴吹原料的資源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在長三角地區(qū)，受限煤政策的影響，高爐噴吹蘭炭對實現(xiàn)蘭炭資源綜合利用、煉鐵生產(chǎn)節(jié)能減排、減少二氧化硫及二氧化碳排放具有重要意義。2014年，北京科技大學(xué)完成了蘭炭在煉鐵領(lǐng)域高爐混合噴吹蘭炭應(yīng)用研究和蘭炭替代焦丁在高爐中的應(yīng)用研究，研究表明：蘭炭中硫（≤0.3%）、鋅（≤0.01%）、鈉（0.045%~0.055%）、鉀（0.0096%~0.043%）等有害元素含量較少，可以減少高爐入爐硫負(fù)荷，進(jìn)而減少高爐脫硫耗熱，有助于降低燃耗和二氧化碳排放量。
多家鋼企開展高爐噴吹蘭炭試驗
目前，我國寶鋼、南鋼、鞍鋼、新興鑄管、包鋼、酒鋼等多家鋼企已開展過高爐噴吹蘭炭的研究與試驗。
其中，寶鋼2號高爐噴吹蘭炭生產(chǎn)試驗，通過工業(yè)分析、可磨性、爆炸性和著火點(diǎn)等實驗室研究表明，蘭炭對高爐制粉的出力和噴吹過程無明顯影響，且對高爐爐況順行亦不產(chǎn)生影響，蘭炭可替代部分無煙煤用于高爐噴吹。
2018年，新興鑄管在3號高爐燃料比不變的情況下，由于煤粉利用率提高，高爐焦比降低。綜合分析表明，在蘭炭資源充足時，噴吹蘭炭可以改善髙爐指標(biāo)，降低煉鐵成本。當(dāng)混合煤中蘭炭比例為10%時，噸鐵燃料成本降低1.43元；當(dāng)混合煤中蘭炭比例增加到20%時，噸鐵燃料成本降低1.92元。
太鋼開展高爐使用蘭炭替代無煙煤噴吹的可行性研究和工業(yè)試驗，并將其用到生產(chǎn)中。可行性研究及工業(yè)試驗結(jié)果表明：蘭炭各項基礎(chǔ)性能符合噴吹煤粉的要求，具備高爐噴吹的使用條件。高爐生產(chǎn)實踐表明：噴吹煤粉中蘭炭比例達(dá)到15%~20%，最高25%，有利于降低鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)成本。2017年太鋼高爐配加蘭炭煤后，噴吹用煤價格降低17元/噸、噸鐵燃料成本降低13元。
高爐噴吹蘭炭發(fā)展建議
雖然國內(nèi)外的鋼鐵企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在蘭炭替代無煙煤進(jìn)行噴吹方面取得一定成果，但仍需要在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用方面進(jìn)行更多研究，從而滿足企業(yè)更多需求。同時，噴吹蘭炭技術(shù)剛剛起步，采用高爐噴吹蘭炭的企業(yè)不多，蘭炭供應(yīng)端可能會影響蘭炭的總體質(zhì)量，導(dǎo)致蘭炭燃燒性能參差不齊，從而在工業(yè)應(yīng)用進(jìn)度上制約高爐噴吹蘭炭技術(shù)發(fā)展。
在技術(shù)方面，蘭炭存在水分含量高且固定碳含量較低、主要成分波動較大的問題；蘭炭水分偏高，會增加干燥消耗的熱量；蘭炭可磨指數(shù)偏低，為保證噴吹煤粉粒度，會增加磨煤機(jī)的電耗和對磨輥的磨損，并影響出力（在磨機(jī)能力有富余的情況下，對生產(chǎn)組織不存在影響）。由于蘭炭結(jié)構(gòu)特性，在生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)，蘭炭對磨煤機(jī)出口管道和噴槍金屬軟管磨損增加，易出現(xiàn)磨漏情況。
筆者建議，應(yīng)成立國家級減煤技術(shù)創(chuàng)新中心，致力于研究、推廣蘭炭用于燒結(jié)、高爐噴吹等；根據(jù)鋼企個性化需求，實行蘭炭定制化，將高爐噴吹蘭炭哈氏可磨系數(shù)提升至58～60，使其與無煙煤可磨系數(shù)灰分、揮發(fā)分相當(dāng)，實現(xiàn)50%~100%替代高爐噴吹煤；制定高爐噴吹蘭炭的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，推動高爐噴吹蘭炭技術(shù)發(fā)展更加規(guī)范有序。
