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高炉喷煤
高炉喷吹辅助燃料是现代高炉炼铁生产广泛采用的新技术，同时它还是现代高炉炉况调节所不可缺少的重要手段之一。喷吹的燃料可以是重油、煤粉、粒煤或天然气，其中，喷吹煤粉日益受到各个国家或地区的高度重视。这项技术在近几十年中取得了明显的进步，而且，在相关的炼铁新工艺中，也不断地得到了推广和应用。
喷吹煤粉是高炉技术进步的合理选择，而且应当将高风温、富氧鼓风和喷吹煤粉有机结合起来后，不仅节焦和增产两方面同时获益，而且这种有机结合也成为一种不可缺少的高炉下部调剂手段。
追求经济效益、降低生铁成本，是高炉喷煤技术发展的另一个重要原因。由于焦炭和煤粉的差价越来越大，因此，喷煤所取代的焦炭越多，经济效益越好。
完整的高炉喷煤工艺流程应包括原煤储运系统、制粉系统、煤粉输送系统、喷吹系统、供气系统和煤粉计量系统，最新设计的高炉喷煤系统还包括整个喷煤系统的计算机控制中心。
高炉喷煤的重大意义
高炉喷吹煤粉是炼铁系统结构优化的中心环节，是国内外高炉炼铁技术发展的大趋势，也是我国钢铁工业发展的三大重要技术路线之一，所以，我们应当努力提高喷煤比。
高炉喷煤的意义
(1)减少炼焦过程对环境的污染。高炉喷煤代替焦炭，就减少了高炉炼铁对焦炭的需求。减少焦炭的需求，就可以使焦炉少生产焦炭。焦炉少生产焦炭或少建焦炉，就可以减少对环境的污染。
(2)缓解我国主焦煤的短缺，优化炼铁系统用能结构。炼焦配煤一般需要配50％以上的主焦煤，以满足高炉炼铁对焦炭质量方面的要求。喷吹煤粉的煤种广泛，可以不使用主焦煤。这就缓解了我国主焦煤的短缺，同时也降低了炼铁系统的购煤成本。
(3)高炉喷煤可以实现结构节能。2006年我国重点钢铁企业焦化工序能耗为123.41kgce／t，喷煤的制粉和喷吹所需的能耗在20~35kgce／t。高炉每喷吹1t煤粉，就可以产生炼铁系统用能结构节约lOOkgce／t的效果。
(4)高炉喷煤可降低炼铁系统的投资。据统计，国外建设喷煤车间的投资是焦化厂单位投资的25％~30％，转换为冶金焦的单位投资是30％~40％；中国喷煤车间的单位投资是焦化厂建设单位投资的12％~16％，为冶金焦部分投资的15％~20％。所以，在新建和扩容高炉时，喷煤车间必须同步实施，这样会有较大的经济效益。
(5)煤粉代替焦炭会有巨大的经济效益。目前，焦炭和煤粉的每吨价差在400~500元。一个年产400万t的炼铁企业，如果喷煤比在130kg／t，就可以年喷吹52万t煤粉，代替的等量的焦炭，可以产生年降低208~260万元的炼铁成本。
(6)提高企业劳动生产率，降低生产运行费。喷煤车间的员工人数和生产运行费用要比焦化厂少，这样就可以产生因高炉喷煤而提高钢铁企业劳动生产率、障低生产运行费用的效果。
高炉喷煤技术的意义
高炉喷煤对现代高炉炼铁技术来说是具有革命性的重大措施。它是高炉炼铁能否与其他炼铁方法竞争，继续生存和发展的关键技术，其意义具体表现为：
（1）以价格低廉的煤粉部分替代价格昂贵而日趋匮乏的冶金焦炭，使高炉炼铁焦比降低，生铁成本下降；
（2）喷煤是调剂炉况热制度的有效手段；
（3）喷煤可改善高炉炉缸工作状态，使高炉稳定顺行；
（4）喷吹的煤粉在风口前气化燃烧会降低理论燃烧温度，为维持高炉冶炼所必需的T理，需要补偿，这就为高炉使用高风温和富氧鼓风创造了条件；
（5）喷吹煤粉气化过程中放出比焦炭多的氢气，提高了煤气的还原能力和穿透扩散能力，有利于矿石还原和高炉操作指标的改善；
（6）喷吹煤粉替代部分冶金焦炭，既缓和了焦煤的需求，也减少了炼焦设施，可节约基建投资，尤其是部分运转时间已达30年需要大修的焦炉，由于以煤粉替代焦炭而减少焦炭需求量，需大修的焦炉可停产而废弃；
（7）喷煤粉代替焦炭，减少焦炉座数和生产的焦炭量，从而可降低炼焦生产对环境的污染。
原煤储运系统
为保证高炉喷煤作业的连续性和有效性，在喷煤工艺系统中，首先要考虑的是建立合适的原煤储运系统，该系统应包括综合煤场、煤棚、储运方式。为控制原煤粒度和除去原煤中的杂物，在原煤储运过程中还必须设置筛分破碎装置和除铁器。筛分破碎即可以控制磨煤机入口的原煤粒度，又可以去除某些纤维状物质。而除铁器则主要用于清除煤中的磁性金属杂物。
制粉系统
煤粉制备是指在许可的经济条件下，通过磨煤机将原煤加工成粒度和含水量均符合高炉喷吹需要的煤粉。制粉系统主要由给料、干燥与研磨、收粉与除尘几部分组成。在烟煤制粉中，还必须设置相应的惰化防爆抑爆及相应的监测控制装置。
煤粉的输送
煤粉的输送有两种方式可供选择，即采用煤粉罐装专用卡车或采用管道气力输送，而气力输送连续性好、能力大且密封性好，是高炉喷煤中最普遍采用的煤粉输送方式。依据粉气比μ的不同，管道气力输送又分为浓相输送（μ>40kg/kg）和稀相输送(μ=10-30kg/kg)。目前，国内广泛采用的是稀相输送。浓相输送不仅可以降低喷煤设备费用和能量消耗，而且有利于改善管道内气固相的均匀分布，有利于提高煤粉的计量精确度，是煤粉输送技术的发展方向。
喷吹系统
喷吹系统由不同形式的喷吹罐组和相应的钟阀、流化装置等组成。煤粉喷吹通常是在喷吹罐组内充以压缩空气，在自混合器引入二次压缩空气将煤粉经管道和喷枪喷入高炉风口。其中，喷吹罐组可以采用并列式布置，装煤与喷煤交替进行；也可以采用重叠式布置，底罐只作喷吹罐，装煤则通过上罐及其均排压装置来完成。
供气系统
供气系统是高炉喷煤工艺系统中不可缺少的组成部分，主要涉及压缩空气、氮气、氧气和少量的蒸汽。压缩空气主要用于煤的输送和喷吹，同时也为一些气动设备提供动力。氮气和蒸汽主要用于维持系统的安全正常运行，如烟煤制粉和喷吹时采用氮气和蒸汽惰化、灭火等，系统防潮采用蒸汽保温等。而氧气则用于富氧鼓风或氧煤喷吹。
煤粉计量
煤粉计量结果既决定着喷煤操作及设备配置的形式，同时又受喷吹工艺条件的影响，它是高炉操作人员掌握和了解喷煤效果，并根据炉况变化实施调节的重要依据。煤粉计量水平的高低，直接反映了高炉喷煤技术的发展水平。目前煤粉计量主要有两类，即喷吹罐计量和单支管计量。喷吹罐计量，尤其是重叠罐的计量，是高炉实现喷煤自动化的前提，而单支管计量技术则是实现风口均匀喷吹或根据炉况变化实施自动调节的主要保证。实现煤粉计量的连续化和提高煤粉计量的准确性是煤粉计量技术的发展方向。
控制系统
随着喷煤量的增加，喷煤系统的设备启动频率增高，操作间隙时间减少，喷吹操作周期缩短，手动操作已不能适应生产要求，尤其是当高炉喷吹烟煤或采用多煤种配煤混合喷吹时，高炉喷煤系统广泛采用了计算机控制和自动化操作。根据实际生产条件，控制系统可以将制粉与喷吹分开，形成两个相对独立的控制站，再经高炉中央控制中心用计算机加以分类控制；也可以将制粉和喷吹设计为一个操作控制站，集中在高炉中央控制中心，与高炉采用同一方式控制。
喷煤工艺
喷煤工艺流程的种类繁多，特点各异，通常可根据下述方法加以分类。
按喷吹方式分按喷吹方式可分为直接喷吹和间接喷吹。
直接喷吹方式是将喷吹罐设置在制粉系统的煤仓下面，直接将煤粉喷入高炉风口，高炉附近无需喷吹站。其特点是节省喷吹站的投资及相应的操作维护费用。这种方式中小高炉采用较多。
间接喷吹则是将制备好的煤粉，经专用输煤管道或罐车送入高炉附近的喷吹站，再由喷吹站将煤粉喷入高炉。其特点是投资较大，设备配置复杂，除喷吹罐组外，还必须配制相应的收粉、除尘装置。
按喷吹罐布置形式分按喷吹罐布置形式可分为并列式喷吹和串罐式喷吹，通过罐的顺序倒换或交叉倒换来保证高炉不间断喷煤。
为便于处理喷吹事故，通常并列罐数最好为3个。并列式喷吹若采用顺序倒罐，则对喷吹的稳定性会产生一定的影响，而采用交叉倒罐则可改善喷吹的稳定性，但后者必须配备精确的测量和控制手段。另外，并列式喷吹占地面积大，但喷吹称量简单，投资较重叠式的要小。因此，常用于小高炉直接喷吹流程系统。
串罐式喷吹是将两个主体罐重叠设置而形成的喷吹系统。其中，下罐亦称为喷吹罐，它总是处于向高炉喷煤的高压工作状态。而上罐也称为加料罐，它仅当向下罐装粉时才处于与下罐相连通的高压状态，而其本身在装粉称量时，则处于常压状态。装卸煤粉的倒罐操作须通过连接上下罐的均排压装置来实现。根据实际需要，串罐可以采用单系列，也可以采用多系列，以满足大型高炉多风口喷煤的需要。串罐式喷吹装置占地小，喷吹距离短，喷吹稳定性好，但称量复杂，投资亦较并列式的大。这种喷吹装置是目前国内外大型高炉采用较多的一种喷吹装置。
高炉喷吹粒煤工艺
80年代以来，英国、法国、美国的少数高炉采用了喷吹粒煤工艺。粒煤的平均粒度约0.6ｍｍ，最大颗粒2-3ｍｍ。1991年10月，英国斯肯索帕厂维多利亚高炉喷吹粒煤的月平均喷煤量达到了201kg/t铁。此时的煤焦置换比仍然比较高（0.93-1.0t/t），炉顶煤气中含尘量仍保持在7kg/t铁左右（说明粒煤全部在炉内消化），高炉操作顺行。由于喷吹粒煤具有磨煤机投资低，电耗少以及制煤、喷吹安全性好的优点，加上喷煤量也能达到200kg/t铁，国内有些工厂也想采用喷吹粒煤工艺，其中唐钢已经引进了二手设备，供2500m3高炉使用，目前正在安装调试，不久将投入运行。
如果国内其他工厂也想采用粒煤工艺，建议先要考虑一下本厂的实际情况，与国外高炉对照一下，需要多高的喷煤量，是否具备了喷吹粒煤的条件：
１ 英国斯肯索帕厂的原燃料条件本来就很好，为了将喷煤量提高到200kg/t铁，焦炭Ｍ40强度从原来的82%－83％提高到86.3％，Ｍ10＝5.7％（年平均），烧结矿ISO强度从72％提高到76％。显然，中国大部分高炉的原燃料尚未达到这种上好条件，也就不能要求达到同样的喷煤量。
２ 喷吹粒煤并不是什么煤种都一样，参照国外经验，宜选择含有较多结晶水的高挥发份烟煤或褐煤，因为这种粒煤具有较强的急热爆裂性，在风口前燃烧时会产生爆裂而进一步被粉碎。根据德国亚森大学的试验结果，即使用了有较强爆裂性的煤种，粒煤在风口前的燃烧率也仅为烟煤粉的70％左右。如果选用普通烟煤或无烟煤，那么粒煤的燃烧率就会更低达不到粉煤的喷煤量，在喷吹等同煤量时，进入炉内的未燃粒煤就会相应增多，要充分注意喷吹粒煤燃烧率低这一特点。
３ 维多利亚高炉喷吹201kg/t铁粒煤时的风温为1139℃，富氧率为8.52％（相当于100Nm3/t铁氧气）而宝钢3号高炉1998年5月月平均喷吹混合煤粉197kg/t铁，风温1199℃，富氧率仅为2.2％（相当于30Nm3/t铁氧气）。在我国目前电价和制氧成本较高的情况下，富氧量的多少是决定高炉喷煤经济效益的主要因素，因此必须根据本厂条件计算以煤代焦降低铁水成本和富氧增加铁水成本两笔经济账。过多的富氧会使高炉喷煤变成得不偿失。
４ 在相同燃烧率的条件下，喷吹带有较多结晶水的粒煤在风口前的燃烧生成热量要比一般烟煤少（比无烟煤更少），为了满足高炉操作必需的最低理论燃烧温度，必然要有更多的热量补偿手段枣富氧和风温。如要降低昂贵的富氧量，必须要有高风温（1％富氧率，约相当于75℃风温）。显然，我国的大部分高炉目前都还不具备高风温的条件，因此，喷吹粒煤与喷吹粉煤相比，更加无法期望较高的喷煤量。
５ 国外喷吹粒煤一般都采用多支管间接喷吹工艺，每根支管的喷煤量都有调节手段，如果要改成总管加分配器直接喷吹工艺，由于粒煤的粒度较粗而且粒级差别比粉煤大，分配器的分配均匀度能否达到喷吹粉煤时的水平还有待于摸索。
总之，是否采用粒煤工艺要结合工厂本身的条件，最好对粒煤的燃烧机理以及本厂高炉消化未燃粒煤的能力进行必要的研究和试验，同时要在经济上进行全面的计算比较，然后才能决定取舍。当然，根据唐钢2500m3高炉今后喷吹粒煤的示范和经验来确定本厂是否采用粒煤工艺将是更为重要的依据。
四风道喷煤管
四风道煤粉燃烧器(喷煤管)是近年来开发成功的新型燃烧设备。性能更优越。对我国煤质、设备配置有良好的适应性。是替代进口燃烧器的最佳首选产品。
主要特点是：
★一次风用量少，可达8%以下。
☆燃烧速度快，热力稳定。
★对不同煤质适应性强，可烧劣质煤、褐煤、挥发份4－5％的无烟煤。
☆火焰活泼有力、形状规整、窑内温度分布合理。火焰参数可灵活调节。
★煤粉通道采用陶瓷复合层，磨损极小。
☆头部采用高强耐热材料精密加。各风道不变、火焰决不跑偏。
★适用于水泥厂任何回转窑窑型。
☆主要设计参数：外风速：160—270m/s
风压：15-29kPa
旋流风速：120—245m/s
风压：15-22kPa
煤风速：25—31m/s
一次风量：6—8%
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