關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會(huì)煤礦智能化委員會(huì)年會(huì)暨千人智庫(kù)科創(chuàng)服務(wù)站工作會(huì)的通知

表5-4噴吹參數(shù)

   表5-5風(fēng)口部位相關(guān)參數(shù)

表5-6 實(shí)際測(cè)得的煤粉燃燒率

將天津鐵廠1號(hào)高爐和2號(hào)高爐的各項(xiàng)參數(shù)以及所用煤粉的各項(xiàng)參數(shù)輸入到所應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型中，從而計(jì)算出理論煤粉燃燒率，其結(jié)果見圖5-1和圖5-2。

圖5-1 天津鐵廠1號(hào)高爐富氧條件下的煤粉燃燒率

圖5-2 天津鐵廠2號(hào)高爐富氧條件下的煤粉燃燒率

由圖可知利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算所得出的煤粉在高爐內(nèi)的理論燃燒率和實(shí)際測(cè)量的煤粉燃燒率非常接近，這說明所建立的數(shù)學(xué)模型比較符合實(shí)際，在此數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上計(jì)算出來的理論值具有工程應(yīng)用的指導(dǎo)意義。

6）燃燒模型的計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)上面給出的模型及邊界條件，對(duì)三種煤在不同風(fēng)溫、不同煤比、不同富氧率、不同顆粒、不同灰分的條件下進(jìn)行了計(jì)算，然后分別對(duì)一種無煙煤和一種煙煤進(jìn)行了計(jì)算，如表6-1所示，共計(jì)計(jì)算了116個(gè)工況。得到了速度場(chǎng)，溫度云圖、煤粉軌跡、CO濃度云圖以及燃燒率等結(jié)果。典型的計(jì)算結(jié)果示于圖6-1至圖6-9。

表6-1  116個(gè)計(jì)算工況的參數(shù)

圖6-1  1250℃風(fēng)溫時(shí)速度場(chǎng)             圖6-2  900℃風(fēng)溫時(shí)煤粉軌跡

圖6-3  900℃風(fēng)溫時(shí)溫度云圖              圖6-4  1250℃風(fēng)溫時(shí)CO濃度場(chǎng)

  圖6-5 不同煤比下溫度對(duì)燃燒率的影響  圖6-6 不同風(fēng)溫下富氧率對(duì)燃燒率的影響（煤比為200kg/t鐵）

 圖6-7  煙煤和無煙煤燃燒率對(duì)比  

  圖6-8  不同粒度的燃燒率             圖6-9  灰分對(duì)燃燒率的影響

通過計(jì)算得到以下結(jié)論：

a.三種煤。五陽煤燃燒率最高，其次是漳村煤，常村煤比漳村煤燃燒率低一點(diǎn)，但是差距很小。這種燃燒率的差距主要原因是揮發(fā)分及灰分的影響。

b.煤比。煤比越高燃燒率越低；在富氧1%的情況下，煤比為150kg/t鐵時(shí)，理論燃燒溫度最高；主要是因?yàn)楫?dāng)煤比太大，而富氧率不高時(shí)，煤粉揮發(fā)分析出要吸收熱量，導(dǎo)致風(fēng)口熱量不足；煤比越高回旋區(qū)內(nèi)CO濃度越大。

c.富氧。富氧率越高，燃燒率越高，對(duì)應(yīng)的理論然燃燒溫度也越高。富氧率提高，回旋區(qū)內(nèi)CO濃度成降低趨勢(shì)。

d.風(fēng)溫。風(fēng)溫提高，燃燒率升高；理論燃燒溫度也隨風(fēng)溫的提高而顯著升高，而且提高的幅度較大；風(fēng)溫提高，CO濃度有所增加，但是增加的幅度不是很大。

e.高煤比，高風(fēng)溫配合高富氧率使回旋區(qū)內(nèi)理論燃燒溫度最高，燃燒率也是最高的。

f.煙煤和無煙煤。煙煤的燃燒率遠(yuǎn)大于無煙煤的燃燒率，主要是因?yàn)闊熋旱膿]發(fā)分比無煙煤大很多；噴吹煙煤時(shí)回旋區(qū)內(nèi)CO濃度，比噴吹無煙煤大很多。

g.粒度。粒度越大燃燒率越低，理論燃燒溫度越低，CO濃度越低，煤粉越不容易擴(kuò)散；但是當(dāng)粒度減小到一定程度時(shí)，燃燒率變化趨于平緩。

h.灰分。灰分越高，燃燒率越低，理論燃燒溫度也越低。

i.揮發(fā)分和灰分比較。灰分對(duì)燃燒率的影響要大于揮發(fā)分的影響；也就是灰分增加一定百分比對(duì)燃燒率造成的負(fù)影響，要大于揮發(fā)分增加相同百分比對(duì)燃燒率的正面影響。

j.通過計(jì)算給出了溫度場(chǎng)，濃度場(chǎng)，速度場(chǎng)和煤粉的軌跡；給出了一組比較直觀的圖片。

7）貧煤、貧瘦煤燃燒促進(jìn)劑研究開發(fā)

<1> 煤粉燃燒促進(jìn)劑的要求

    為提高煤粉燃燒性能，添加燃燒促進(jìn)劑是一種有效手段。煤粉燃燒促進(jìn)劑是通過一定的方法混合在煤粉中能夠強(qiáng)化煤粉燃燒，提高燃燒率的單一物質(zhì)或混合物質(zhì)。作為高爐噴吹燃燒促進(jìn)劑應(yīng)達(dá)到以下要求：

a.具有破壞煤的大分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)性質(zhì)。煤結(jié)構(gòu)研究表明，煤分子結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜的大分子結(jié)構(gòu)類型。燃燒過程是其大分子結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵斷裂的化學(xué)過程。因此，燃燒促進(jìn)劑應(yīng)對(duì)煤的大分子結(jié)構(gòu)有破壞作用，從而促進(jìn)煤的燃燒。

b.提供活性氧。煤粉燃燒過程首先是揮發(fā)分的燃燒，以后才是殘?zhí)康娜紵?。揮發(fā)性氣體在燃燒過程中消耗了氧，煤粉周圍氧含量降低不利于殘?zhí)康娜紵?。因此，燃燒促進(jìn)劑應(yīng)能在一定程度上提供活性氧以補(bǔ)充氧的消耗。

c.燃燒促進(jìn)劑的熱分解溫度要盡可能與煤粉著火溫度相一致。如果熱分解溫度太高，不能起到促進(jìn)作用；反之，在較低溫度下就分解，其促燃作用得不到充分發(fā)揮。

d.一般情況下化學(xué)物質(zhì)的熱分解具有吸熱效應(yīng)，燃燒促進(jìn)劑在熱分解的過程中同樣需要吸熱，為保證煤粉燃燒釋放出的熱量能夠充分被利用，要求促進(jìn)劑熱分解時(shí)吸熱作用要小，以免過量的熱被促進(jìn)劑消耗。

e.本試驗(yàn)研究的燃燒促進(jìn)劑主要是應(yīng)用于高爐噴吹用煤，因此必須考慮其對(duì)高爐的影響。一些對(duì)高爐不利的元素，例如鉀，鈉等元素應(yīng)被排除在外。

f.添加方便。促進(jìn)劑要均勻添加到噴吹煤粉之中。 如何結(jié)合高爐噴煤制粉、輸送、噴吹等工藝過程，將促進(jìn)劑加進(jìn)去是促進(jìn)劑使用過程中要解決的重要問題。選擇促進(jìn)劑必須考慮其添加使用的便利性。

g.安全。高爐噴煤工藝對(duì)煤粉的爆炸性是有嚴(yán)格要求的，而且煤粉制備形成、輸送、噴吹設(shè)備內(nèi)氧含量和溫度都要進(jìn)行檢測(cè)控制。煤粉燃燒促進(jìn)劑在這些過程中不能導(dǎo)致形成爆炸的因素，如釋放氧氣，提高溫度，產(chǎn)生火花等。

<2> 試驗(yàn)用的促進(jìn)劑

促進(jìn)劑種類繁多，它包括堿金屬、堿土金屬和過渡元素的氧化物、氫氧化物及其鹽類，其中應(yīng)用最多的是堿金屬、堿土金屬的鹽類。

選用促進(jìn)劑應(yīng)盡量做到廢物利用。不少工農(nóng)業(yè)廢物可能是性能優(yōu)良的促進(jìn)劑，例如含有大量Ca（OH）₂的造紙黑液 、用完廢棄的電石、含有NaOH的石灰水、農(nóng)家廢棄的草木灰等等，甚至鍋爐渣和水分除渣的廢水，都可用做促進(jìn)劑，就地取材，因地制宜，設(shè)計(jì)適合局部地區(qū)使用的促進(jìn)劑配方是非常重要的。對(duì)于高爐噴吹用煤燃燒促進(jìn)劑，應(yīng)首先能促進(jìn)氣相燃燒，加快揮發(fā)分燃燒，迅速補(bǔ)充熱解溫度，提高燃燒溫度。

 此次試驗(yàn)研究選取了一號(hào)促進(jìn)劑,、二號(hào)促進(jìn)劑，三號(hào)促進(jìn)劑，四號(hào)促進(jìn)劑，五號(hào)促進(jìn)劑進(jìn)行研究，其中靜態(tài)燃燒促進(jìn)劑為一號(hào)促進(jìn)劑、二號(hào)促進(jìn)劑和三號(hào)促進(jìn)劑；噴吹燃燒促進(jìn)劑為一號(hào)促進(jìn)劑、 二號(hào)促進(jìn)劑、三號(hào)促進(jìn)劑和四號(hào)促進(jìn)劑；爆炸性能試驗(yàn)用促進(jìn)劑為一號(hào)促進(jìn)劑、 二號(hào)促進(jìn)劑、三號(hào)促進(jìn)劑、五號(hào)促進(jìn)劑。

<3> 促進(jìn)劑對(duì)煤粉靜態(tài)燃燒性能的影響

 將煤粉放入馬弗爐中靜態(tài)燃燒，然后用灰分失重法計(jì)算出煤粉在馬弗爐中的燃燒率。一號(hào)促進(jìn)劑，二號(hào)促進(jìn)劑，三號(hào)促進(jìn)劑三種物質(zhì)的不同添加比例用于常村煤的燃燒率示于表7-1。

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，常村煤煤粉的燃燒率與一號(hào)促進(jìn)劑添加量幾乎成線性增加關(guān)系。當(dāng)添加量達(dá)到6%時(shí)，燃燒率可提高10%以上。添加量較低時(shí)，二號(hào)促進(jìn)劑的促燃效果不夠明顯，而當(dāng)其添加量超過2%時(shí)，其促燃作用增強(qiáng)。三號(hào)促進(jìn)劑含量較低時(shí)，對(duì)煤粉燃燒有一定的促進(jìn)作用，然后，隨著含量的增加，煤粉的燃燒率迅速降低。對(duì)于所試驗(yàn)的三種促進(jìn)劑來講一號(hào)促進(jìn)劑助燃效果最好，其次是二號(hào)促進(jìn)劑，三號(hào)促進(jìn)劑效果最差。

表7-1 靜態(tài)燃燒試驗(yàn)的燃燒率結(jié)果

<4> 促進(jìn)劑對(duì)煤粉噴吹燃燒性能的影響

噴吹燃燒試驗(yàn)是在如圖7-1所示煤粉燃燒性測(cè)試裝置上進(jìn)行的。 試驗(yàn)所用的煤為常村煤，試驗(yàn)內(nèi)容示于表7-2，其中每個(gè)試驗(yàn)工況試驗(yàn)2次。

圖7-1 燃燒裝置示意圖

表7-2 噴吹燃燒試驗(yàn)工況

噴吹燃燒試驗(yàn)的數(shù)據(jù)見表7-3。煤粉的噴吹燃燒率隨一號(hào)促進(jìn)劑添加量增加而增加，但當(dāng)一號(hào)促進(jìn)劑添加量較低（＜2%）時(shí)，燃燒率增加較緩慢，而當(dāng)其添加量繼續(xù)增加時(shí)，煤粉燃燒率可以顯著提高，加入5%的一號(hào)促進(jìn)劑可使燃燒率提高大約25%。與靜態(tài)燃燒相比，煤粉噴吹燃燒所對(duì)應(yīng)的燃燒率較高。

二號(hào)促進(jìn)劑對(duì)常村煤粉燃燒有促進(jìn)效應(yīng)，且燃燒率隨著二號(hào)促進(jìn)劑添加量增加而增加，當(dāng)二號(hào)促進(jìn)劑添加量達(dá)到5%時(shí)，煤粉燃燒率可增加12%。從表7－3可知二號(hào)促進(jìn)劑添加量在2%左右時(shí)，其促燃效果最差。

加入1%的三號(hào)促進(jìn)劑時(shí)燃燒率能提高6%左右，當(dāng)增加三號(hào)促進(jìn)劑的添加量時(shí)燃燒率明顯下降。

四號(hào)促進(jìn)劑對(duì)煤的燃燒促進(jìn)作用不明顯，并且加入過多四號(hào)促進(jìn)劑使煤的灰分增加，不利于煤粉燃燒，燃燒率也相應(yīng)下降。其變化趨勢(shì)與靜態(tài)燃燒率的變化趨勢(shì)基本相同。

表7-3 噴吹燃燒試驗(yàn)結(jié)果

無論是靜態(tài)燃燒試驗(yàn)還是噴吹燃燒試驗(yàn)，四種促進(jìn)劑中一號(hào)促進(jìn)劑的效果最好，在半工業(yè)試驗(yàn)中加入3%、5%的一號(hào)促進(jìn)劑使常村煤的燃燒率分別提高14%、25%。這主要是由于一號(hào)促進(jìn)劑中的陽離子的促燃作用和促進(jìn)劑熱分解出活性氧兩者共同作用起到了提高燃燒率的作用。

二號(hào)促進(jìn)劑對(duì)常村煤的促燃效果也較好，在半工業(yè)試驗(yàn)中最多使常村煤的燃燒率提高了10%左右。其原因主要是二號(hào)促進(jìn)劑中的陽離子的促燃作用，因而提高了煤粉燃燒率。

三號(hào)促進(jìn)劑和四號(hào)促進(jìn)劑都有一定的促燃作用，并且都表現(xiàn)在添加量小于2%的情況下，當(dāng)添加過量時(shí)都使得燃燒率下降。這主要是兩方面的原因造成的：第一，三號(hào)促進(jìn)劑和四號(hào)促進(jìn)劑的促燃作用主要是由于其離子交換造成的，并不是靠釋放出活性氧來提高煤粉燃燒率的。這兩種促進(jìn)劑在高溫下分解量有限，因此添加過量時(shí)加重了煤樣的灰分，最終表現(xiàn)為燃燒率下降。第二，由于本次試驗(yàn)均采用直接添加促進(jìn)劑的方法，機(jī)械混合的分散性很差，以至于這兩種物質(zhì)促燃效果不明顯，如果采用浸漬加入的方法三、四號(hào)促進(jìn)劑的促燃效果應(yīng)該要比目前的機(jī)械混合好。

<5> 促進(jìn)劑對(duì)煤粉爆炸性能影響的試驗(yàn)研究

本課題對(duì)常村煤粉加入一號(hào)促進(jìn)劑，二號(hào)促進(jìn)劑，三號(hào)促進(jìn)劑，五號(hào)促進(jìn)劑后的爆炸性能在返回火焰測(cè)量?jī)x進(jìn)行試驗(yàn)，為煤粉燃燒促進(jìn)劑的工業(yè)應(yīng)用提供安全性能依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于表7-4。返回火焰長(zhǎng)度由光電轉(zhuǎn)換器測(cè)得后直接將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)記錄并打印出結(jié)果，其結(jié)果顯示原煤返回火焰長(zhǎng)度為零，不具爆炸性。由于此次試驗(yàn)采用的常村煤揮發(fā)分較低，原煤的返回火焰長(zhǎng)度為零；加了一號(hào)促進(jìn)劑，二號(hào)促進(jìn)劑和三號(hào)促進(jìn)劑的煤粉存在返回火焰現(xiàn)象，但最長(zhǎng)的火焰長(zhǎng)度也不超過10mm，說明不具有明顯的爆炸性，可以保證高爐噴吹的安全可行。

表7-4  添加促進(jìn)劑后返回火焰長(zhǎng)度

8）貧瘦煤用于高爐噴吹的工業(yè)性試驗(yàn)研究

從1999年開始先后在鄂城鋼鐵公司、天鐵冶金集團(tuán)公司、武漢鋼鐵公司、唐山鋼鐵公司、首鋼集團(tuán)等鋼鐵公司的煉鐵廠近二十座高爐上進(jìn)行了長(zhǎng)期的工業(yè)試驗(yàn)。高爐容積有大有小，代表性強(qiáng)，煤比都達(dá)到100kg/t鐵以上，高的大于200kg/t鐵。

<1> 天鐵集團(tuán)煉鐵廠貧煤、貧瘦煤?jiǎn)螄?/span>工業(yè)試驗(yàn)

天鐵集團(tuán)煉鐵廠共有爐容300立方米到743立方米高爐5座，總?cè)莘e2600立方米，年生產(chǎn)鐵約250萬噸。從1999年開始高爐噴吹貧煤、貧瘦煤。采取的工藝為原煤從煤場(chǎng)通過原料槽和給煤機(jī)送到球磨機(jī)粉碎，然后由粗粉分離器和細(xì)粉分離器分離將粒度合格的煤粉收集到粉煤倉(cāng)，再通過倉(cāng)式泵將煤粉通過輸粉總管道以及煤粉分配器送到各高爐的風(fēng)口，經(jīng)噴槍噴入高爐風(fēng)口回旋區(qū)。

工業(yè)試驗(yàn)首先在300立方米高爐上進(jìn)行低比例添加貧煤、貧瘦煤的噴吹試驗(yàn)，然后逐漸提高添加比例，直至全部采用貧煤、貧瘦煤噴吹，最后擴(kuò)展至5座高爐全部噴吹貧煤、貧瘦煤。期間配合貧煤、貧瘦煤工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)合天鐵高爐噴煤系統(tǒng)的具體情況研發(fā)了高壓容器的充壓和流化均使用氮?dú)狻⒖刂浦品巯到y(tǒng)氧氣含量、全負(fù)壓制粉等適應(yīng)的噴吹安全技術(shù)。

5座高爐全部噴吹貧煤、貧瘦煤后，在熱風(fēng)平均富氧1%～2%；平均煤比150kg/t鐵，最高到180 kg/t鐵，置換比為0.9以上；高爐日利用系數(shù)達(dá)到2.5。

<2> 鄂城鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司貧煤、貧瘦煤?jiǎn)螄姽I(yè)試驗(yàn)

鄂城鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司是湖北省最大的建筑鋼材基地，高爐總?cè)莘e為1544立方米，1999年開始高爐貧煤、貧瘦煤噴吹試驗(yàn)。制粉系統(tǒng)采用“風(fēng)掃磨”流程。噴吹工藝為采用單罐并列、總管加分配器。

鄂鋼煉鐵廠在高爐噴吹過程中，對(duì)單噴貧煤、貧瘦煤、單噴無煙煤、噴混合煤等方式的噴吹效果進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)與分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：?jiǎn)螄姶地毭骸⒇毷菝罕绕渌麅煞N方式的噴吹效果更為顯著，經(jīng)濟(jì)上更為合理。因此從2001年開始，鄂鋼煉鐵廠高爐噴煤全部采用貧煤、貧瘦煤，年噴煤總量達(dá)到30多萬噸。置換比達(dá)到0.85，利用系數(shù)達(dá)到2.4至2.66。

<3> 武鋼煉鐵廠貧瘦煤與無煙煤混合噴吹工業(yè)試驗(yàn)

武鋼煉鐵廠有高爐5座，總?cè)莘e為10949立方米。噴吹工藝流程原為無煙末煤場(chǎng)通過原料槽和給煤機(jī)送到球磨機(jī)粉碎，然后由粗粉分離器和細(xì)粉分離器分離將粒度合適的煤粉收集到粉煤倉(cāng)，再通過倉(cāng)式泵將煤粉通過輸粉管道以及煤粉分配器送到各高爐的風(fēng)口，經(jīng)噴槍噴入高爐風(fēng)口回旋區(qū)。

武鋼技術(shù)中心根據(jù)貧煤、貧瘦煤的燃燒特性和安全特性，確定了貧瘦煤配煤比例按10％、20％、30％逐步提高，最高為40％，混合煤粉的揮發(fā)分不大于12％，進(jìn)行了一系列的工業(yè)性試驗(yàn)。

混合煤噴吹工業(yè)試驗(yàn)是將混合煤粉制備好后，送到高爐噴吹站進(jìn)行噴吹?；旌厦悍塾芍品坶g的倉(cāng)式泵送到高爐噴吹站的過程中沒有出現(xiàn)輸送困難或管道堵塞及輸粉管道壓力大幅波動(dòng)的異?，F(xiàn)象。這說明混合煤粉的輸送性能比較好。

高爐噴吹站在試驗(yàn)期間，噴吹壓力穩(wěn)定，噴吹罐出煤速度穩(wěn)定，噴煤槍噴煤順暢，混煤噴吹試驗(yàn)期間未出現(xiàn)噴煤槍堵塞，燒毀的故障，同樣反映出混合煤粉良好的流動(dòng)性。

試驗(yàn)期間將考察選取的煤樣進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)分析和工業(yè)成分分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同貧瘦煤配比混煤的哈氏可磨性試驗(yàn)、不同配比混合煤粉的爆炸性試驗(yàn)、不同配比混合煤粉的最低著火溫度試驗(yàn)等。通過考察噴吹貧瘦煤過程中的工況、主要的技術(shù)指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算與分析，可以得出貧瘦煤適用于高爐噴吹，是一種優(yōu)良的煤種。通過以上試驗(yàn)可得出如下結(jié)論：

a.從煤質(zhì)分析可以看出潞安貧瘦煤和鶴壁貧瘦煤都是低揮發(fā)分、低灰分、低硫的優(yōu)質(zhì)貧瘦煤，焦作無煙煤是一種低灰分、低硫的無煙煤，將此兩種煤粉混合噴吹是可行的。

b.隨著貧瘦煤在混煤比例中的增加，可磨性逐漸變好，在貧瘦煤不同的配比時(shí)，各種貧瘦煤對(duì)混合煤的可磨性的提高能力是不一樣的。

c.焦作無煙煤無爆炸性，潞安常村貧煤、漳村貧瘦煤、鶴壁四礦貧瘦煤、鶴壁六礦貧瘦煤都為弱爆炸性的貧瘦煤。隨著貧瘦煤配比的增加，混合煤的爆炸性逐漸有所升高，若貧瘦煤的混合比例不超過40%，其混合煤在制粉和噴吹過程中是不會(huì)出現(xiàn)爆炸性的。

d.以最低著火溫度為393℃的焦作無煙煤為基礎(chǔ)，隨著貧瘦煤的配比增加，最低著火溫度逐漸降低。

e.混煤噴吹有利于提高球磨機(jī)的生產(chǎn)能力，降低制粉能耗，此次試驗(yàn)在嚴(yán)格限制球磨機(jī)產(chǎn)量的情況下，球磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量最高增加了15%，在正常生產(chǎn)情況下，當(dāng)貧瘦煤混合比為30%時(shí)，球磨機(jī)產(chǎn)量可提高20%～30%；混煤粉在輸送和噴吹過程中性能優(yōu)良，說明該混合煤粉具有較好的流動(dòng)性；混煤噴吹較原無煙煤噴吹更有利于提高噴煤量，降低焦比，提高置換比，4#高爐和5#高爐焦比分別下降了17.23kg/t鐵和8.44kg/t鐵，噴煤置換比分別提高了5%和7%。

（3）特點(diǎn)：與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的比較

我國(guó)高爐過去常噴吹無煙煤。對(duì)無煙煤的噴吹性能進(jìn)行研究表明，無煙煤具有固定碳高、熱值高、置換比高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)以及著火溫度高、燃燒性較差、燃燒率相對(duì)低等缺點(diǎn)，且我國(guó)無煙煤儲(chǔ)量少，造成無煙煤供不應(yīng)求，價(jià)格持續(xù)升高。因此，全噴無煙煤將面臨著煤源缺乏、可選擇性差、燃燒率低以及爐內(nèi)未燃煤粉難消化等難題。目前我國(guó)噴吹無煙煤的高爐噴煤量少，效益不高，從而影響了無煙煤作為高爐噴吹用煤的效果與前景。貧煤、貧瘦煤與無煙煤相比具有著火溫度低、燃燒性好、可磨性（HGI）高、硫分低、發(fā)熱量高等優(yōu)點(diǎn)，由于其揮發(fā)分、燃燒率都比無煙煤高，所以吸熱量和要求的熱補(bǔ)償量比無煙煤多。如表1和圖1所示。

表1  無煙煤與貧煤、貧瘦煤的各項(xiàng)噴吹性能比較

圖1  無煙煤和高爐噴吹貧煤貧瘦煤的相關(guān)技術(shù)參數(shù)比較圖

1989年鞍鋼進(jìn)行了大量基礎(chǔ)研究，并對(duì)噴煤工藝進(jìn)行了全面的技術(shù)改造，解決了噴吹高揮發(fā)性煙煤的安全技術(shù)問題。1991年寶鋼引進(jìn)日本噴吹煙煤技術(shù)，從此噴吹煙煤的鋼鐵企業(yè)逐漸增加。研究和應(yīng)用實(shí)踐表明高揮發(fā)分煙煤爆炸危險(xiǎn)性大，安全設(shè)施投入大，而且在噴槍頭及風(fēng)口管壁上易粘附結(jié)渣。因此，我國(guó)發(fā)展噴吹煙煤和無煙煤的混合煤。由于混煤比例和性質(zhì)是各個(gè)鋼鐵廠根據(jù)自己的高爐技術(shù)條件和原料條件確定的，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無法逐一比較。

國(guó)外高爐風(fēng)溫水平高，并且均具備一定程度的富氧，高爐提供熱補(bǔ)償?shù)哪芰?qiáng)，因此有條件噴吹高揮發(fā)分煙煤。其研究方向主要針對(duì)如何提高煙煤的利用效率。我國(guó)高爐的原燃料質(zhì)量和提供熱補(bǔ)償能力這兩方面均低于國(guó)外，沒有條件完全噴吹高揮發(fā)分煙煤。在研究開發(fā)方面，國(guó)內(nèi)外關(guān)于高爐噴煤的理論與技術(shù)研究主要集中在對(duì)無煙煤和高揮發(fā)分煙煤的性能研究領(lǐng)域。在已公開發(fā)表的文獻(xiàn)和專利中有噴吹粉煤和細(xì)鐵礦石的貧煤、貧瘦煤燃燒性能以及噴吹合理粒徑、噴吹過程常規(guī)燃燒和富氧燃燒研究成果、高爐回旋區(qū)狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型；噴吹粉煤和細(xì)鐵礦石的高爐回旋區(qū)狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型；高爐回旋區(qū)粉煤燃燒的理論分析；基于多相流概念的煉鐵高爐瞬時(shí)數(shù)學(xué)模型；模擬高爐回旋區(qū)噴吹粉煤流和粉煤燃燒的三維數(shù)值模擬；在熱空氣流中添加化學(xué)燃燒助劑對(duì)粉煤的熱解影響；高爐噴吹單粉煤燃燒效率的改進(jìn)及燃燒機(jī)理，以及采用氧擴(kuò)散控制燃燒率等問題；在試驗(yàn)高爐上進(jìn)行風(fēng)口富氧和800～1000℃情況下粉煤噴吹燃燒試驗(yàn)，以獲取粉煤的燃燒效率等等方面的研究。   

而在噴吹貧煤、貧瘦煤的研究方面，目前的研究主要集中在對(duì)貧煤、貧瘦煤的煤質(zhì)特性分析和市場(chǎng)前景分析兩方面，尚無針對(duì)高爐噴吹貧煤、貧瘦煤的系統(tǒng)研究。

本項(xiàng)目系統(tǒng)地研究了貧煤、貧瘦煤的顯微結(jié)構(gòu)、燃燒性能、輸送性能、安全性能，創(chuàng)建了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤的系列集成技術(shù)，為高爐噴吹貧煤、貧瘦煤提供了完善的基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)，填補(bǔ)了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤煤種中基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)方面的空白。系統(tǒng)地研究了貧煤、貧瘦煤噴吹安全行為研究，開發(fā)了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤安全監(jiān)控系統(tǒng)，解決了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤的安全瓶頸問題。創(chuàng)建了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤風(fēng)口回旋區(qū)燃燒數(shù)學(xué)模型，可以系統(tǒng)地預(yù)測(cè)回旋區(qū)速度、溫度、一氧化碳濃度以及煤粉燃燒率，并在高爐上得到了實(shí)際應(yīng)用，可廣泛用于不同高爐噴吹貧煤、貧瘦煤確定噴煤指標(biāo)、優(yōu)化噴煤操作工藝，大量節(jié)省高昂的工業(yè)試驗(yàn)費(fèi)用。開發(fā)成功了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤的專用燃燒促進(jìn)劑?？萍疾樾卤砻?，以上研究國(guó)內(nèi)外尚無類同報(bào)導(dǎo)。

過去，在煤炭與冶金行業(yè)貧煤、貧瘦煤被認(rèn)為只宜用作動(dòng)力煤，價(jià)格低廉。經(jīng)過本項(xiàng)目基礎(chǔ)研究開發(fā)，發(fā)現(xiàn)其是一種優(yōu)質(zhì)的高爐噴吹煤種，并且形成了完善的噴吹工藝和安全控制系統(tǒng)，因此得到冶金行業(yè)的廣泛歡迎。煤炭行業(yè)也由此得到了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。2006年僅潞安集團(tuán)生產(chǎn)貧煤、貧瘦煤590萬噸，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益11.1億元。由于貧煤、貧瘦煤的可磨性好，燃燒性好，爆炸性弱，制粉成本低，置換比高，安全設(shè)施投入少，因此冶金行業(yè)噴吹貧煤、貧瘦煤的效益優(yōu)于噴吹無煙煤與混合煤。自2003年以來潞安生產(chǎn)的噴吹煤共為冶金行業(yè)增加了50億元的效益。（圖2顯示了近三年武鋼、天鐵和鄂鋼采用貧煤、貧瘦煤高爐噴吹后新增經(jīng)濟(jì)效益情況。）

我國(guó)約有1500億噸的貧煤、貧瘦煤資源，冶金行業(yè)每年的噴吹煤需求量在6000萬噸以上，因此貧煤、貧瘦煤擁有巨大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

圖2  武鋼、天鐵和鄂鋼采用貧煤、貧瘦煤后新增經(jīng)濟(jì)效益

（4）應(yīng)用情況

潞安礦業(yè)集團(tuán)1997年開始研究開發(fā)高爐噴吹貧煤、貧瘦煤技術(shù)以來，先后在鄂鋼、天津鐵廠、唐鋼、武鋼等企業(yè)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)取得成功后，目前已在全國(guó)20余家鋼鐵公司大面積推廣應(yīng)用，并銷售到日本、韓國(guó)等國(guó)外的一些鋼鐵公司。

潞安貧煤、貧瘦煤儲(chǔ)量大，質(zhì)量穩(wěn)定，2006年生產(chǎn)煤炭3000余萬噸，可為高爐噴吹用煤提供穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。2002年——2006年潞安銷售噴吹煤產(chǎn)品1279.45萬噸，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，晉東南地區(qū)的郭莊煤礦、襄垣煤礦等地方煤炭企業(yè)也生產(chǎn)銷售貧煤、貧瘦煤產(chǎn)品。將低價(jià)位的煤變成了高附加值的產(chǎn)品，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用高爐噴吹貧煤、貧瘦煤技術(shù)，大大降低了制粉能耗，有利于提高噴煤量，降低焦比，從而降低煉鐵成本。據(jù)測(cè)算，2006年全國(guó)高爐噴吹貧煤、貧瘦煤1156萬噸，每噸鐵節(jié)約成本70.95元，取得經(jīng)濟(jì)效益50余億元。通過高爐噴吹貧煤、貧瘦煤實(shí)踐表明，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足高爐噴吹的要求，并有利于控制環(huán)境污染，是一種理想的高爐噴吹用煤。

我國(guó)是煉鐵大國(guó)，年噴煤量持續(xù)快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)將達(dá)到每年6000萬噸。同時(shí)我國(guó)有約1500億噸的貧煤、貧瘦煤儲(chǔ)量，貧煤、貧瘦煤高爐噴吹技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)成功，為資源豐富的低價(jià)值煤帶來高附加值的巨大市場(chǎng)空間，通過技術(shù)的轉(zhuǎn)讓和輻射，對(duì)于我國(guó)節(jié)約焦煤戰(zhàn)略資源，實(shí)現(xiàn)煉鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高鋼鐵質(zhì)量，節(jié)能降耗具有重大的促進(jìn)作用。因此，該成果具有非常廣闊的推廣應(yīng)用前景。

發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn)：（1）第一次對(duì)貧煤和貧瘦煤的理化性能、顯微結(jié)構(gòu)、噴吹性能以及輸送性能進(jìn)行全面的研究與分析，豐富了高爐噴吹用煤的技術(shù)數(shù)據(jù)；成功地將貧煤、貧瘦煤開發(fā)成為優(yōu)質(zhì)噴吹煤。

（2）首次系統(tǒng)地確定了貧煤、貧瘦煤爆炸行為參數(shù)，研究了煤比、富氧、風(fēng)溫等噴煤工藝因素對(duì)貧煤、貧瘦煤爆炸行為的關(guān)系，揭示了貧煤、貧瘦煤噴吹安全行為特征，開發(fā)了貧煤、貧瘦煤噴吹安全監(jiān)控平臺(tái)，形成了系統(tǒng)的貧煤、貧瘦煤噴吹安全控制技術(shù)。    

（3）采用紅外熱像等先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)貧煤、貧瘦煤在高爐內(nèi)的燃燒方式、常規(guī)燃燒以及富氧燃燒進(jìn)行了系統(tǒng)研究，首次揭示了貧煤、貧瘦煤噴吹燃燒特性。

    （4）首次建立了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤煤粉在風(fēng)口回旋區(qū)的燃燒數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同成分、不同粒徑的貧煤、貧瘦煤煤粉在不同風(fēng)溫、煤比、富氧率條件下風(fēng)口回旋區(qū)的軌跡、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、CO濃度場(chǎng)以及燃燒率進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，為指導(dǎo)冶煉行業(yè)各種高爐噴吹貧煤、貧瘦煤操作和工藝優(yōu)化提供了技術(shù)手段。

（5）首次研制成功了提高貧煤、貧瘦煤煤粉燃燒效果的五種促進(jìn)劑，并在不同添加比例條件下對(duì)貧煤、貧瘦煤煤粉進(jìn)行了靜態(tài)燃燒、噴吹燃燒試驗(yàn)以及爆炸性試驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

應(yīng)用情況：潞安礦業(yè)集團(tuán)1997年開始研究開發(fā)高爐噴吹貧煤、貧瘦煤技術(shù)以來，先后在鄂鋼、天津鐵廠、唐鋼、武鋼等企業(yè)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)取得成功后，目前已在全國(guó)20余家鋼鐵公司大面積推廣應(yīng)用，并銷售到日本、韓國(guó)等國(guó)外的一些鋼鐵公司。

潞安貧煤、貧瘦煤儲(chǔ)量大，質(zhì)量穩(wěn)定，2006年生產(chǎn)煤炭3000余萬噸，可為高爐噴吹用煤提供穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。2002年——2006年潞安銷售噴吹煤產(chǎn)品1279.45萬噸，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，晉東南地區(qū)的郭莊煤礦、襄垣煤礦等地方煤炭企業(yè)也生產(chǎn)銷售貧煤、貧瘦煤產(chǎn)品。將低價(jià)位的煤變成了高附加值的產(chǎn)品，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用高爐噴吹貧煤、貧瘦煤技術(shù)，大大降低了制粉能耗，有利于提高噴煤量，降低焦比，從而降低煉鐵成本。據(jù)測(cè)算，2006年全國(guó)高爐噴吹貧煤、貧瘦煤1156萬噸，每噸鐵節(jié)約成本70.95元，取得經(jīng)濟(jì)效益50余億元。通過高爐噴吹貧煤、貧瘦煤實(shí)踐表明，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足高爐噴吹的要求，并有利于控制環(huán)境污染，是一種理想的高爐噴吹用煤。

我國(guó)是煉鐵大國(guó)，年噴煤量持續(xù)快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)將達(dá)到每年6000萬噸。同時(shí)我國(guó)有約1500億噸的貧煤、貧瘦煤儲(chǔ)量，貧煤、貧瘦煤高爐噴吹技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)成功，為資源豐富的低價(jià)值煤帶來高附加值的巨大市場(chǎng)空間，通過技術(shù)的轉(zhuǎn)讓和輻射，對(duì)于我國(guó)節(jié)約焦煤戰(zhàn)略資源，實(shí)現(xiàn)煉鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高鋼鐵質(zhì)量，節(jié)能降耗具有重大的促進(jìn)作用。因此，該成果具有非常廣闊的推廣應(yīng)用前景。

社會(huì)效益：貧煤、貧瘦煤高爐噴吹技術(shù)的研究成果對(duì)貧煤、貧瘦煤在高爐上的推廣應(yīng)用起到了巨大的促進(jìn)作用，為科學(xué)合理利用國(guó)家資源、提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和冶金企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，促進(jìn)了煤炭行業(yè)和冶金行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。研究成果對(duì)于我國(guó)開發(fā)利用煤炭資源、調(diào)整煤炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，開拓煤炭應(yīng)用市場(chǎng)、穩(wěn)定高爐噴吹煤源、提高噴煤效益、降低焦炭消耗、減小環(huán)境污染，具有巨大的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

獎(jiǎng)勵(lì)情況：

專利情況：“用于高爐噴吹的貧瘦煤的優(yōu)化處理方法”項(xiàng)目成功獲得國(guó)家專利號(hào)（中國(guó)  ZL200410030866.3）