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        燒結(jié)固體燃料性?xún)r(jià)比測(cè)算模型

        2022-12-21 06:18:16
        中國(guó)鋼鐵業(yè) 2022年9期

        劉 紅

        1.燒結(jié)固體燃料使用情況

        1.1 燒結(jié)固體燃料分類(lèi)

        鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中的燃料分固體燃料和氣體燃料兩類(lèi),其中固體燃料主要為焦粉、煤粉、蘭炭、CDQ粉等含碳物質(zhì)。固體燃料特點(diǎn)為固定炭含量高,灰份、硫份、揮發(fā)分低等。M鋼燒結(jié)生產(chǎn)的固體燃料為焦粉、燒結(jié)無(wú)煙煤和料場(chǎng)CDQ粉。

        1.2 使用及消耗情況

        近年來(lái),M鋼在燒結(jié)固體燃料使用方面,以完全消耗高爐焦炭篩下的焦粉和料場(chǎng)CDQ粉為首要任務(wù),不足部分用外采無(wú)煙精煤補(bǔ)充。南北區(qū)燒結(jié)使用固體燃耗消耗,焦粉和燒結(jié)無(wú)煙煤比例為:南區(qū)75%,25%;北區(qū)80%,20%(見(jiàn)表1)。

        表1 2021年M鋼南北區(qū)消耗情況%

        2.焦粉和燒結(jié)無(wú)煙精煤性?xún)r(jià)比測(cè)算

        2.1 焦粉和燒結(jié)無(wú)煙精煤質(zhì)量情況(見(jiàn)表2)

        表2 2021年7-12月M鋼焦粉和燒結(jié)煤成分 %

        粒度:焦粉主要為焦炭篩下物,焦炭篩齒間距23mm。篩下物經(jīng)焦丁篩篩分后為焦粉,統(tǒng)一返燒結(jié)。焦丁齒間距17mm,焦粉粒級(jí)<17mm。燒結(jié)無(wú)煙煤粒級(jí)小于6.3mm約占90%以上。

        發(fā)熱值:燒結(jié)用無(wú)煙煤發(fā)熱值>29MJ/kg。焦粉發(fā)熱值無(wú)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

        無(wú)煙煤粉的S含量一般低于焦粉,而其N(xiāo)含量高于焦粉。根據(jù)與安徽工大的研究表明,燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的NOx主要為燃料型NOx,其中NO占90%左右,N02占5%~10%,N20占1%左右。固體燃料類(lèi)別、氮含量及其分配是燃料型NOx形成最主要的影響因素。以煤代焦后,燒結(jié)煙氣中二氧化硫排放總量下降,但氮氧化物的排放總量將有升高(見(jiàn)表3)。

        表3 M鋼燒結(jié)用焦粉和無(wú)煙煤元素分析結(jié)果 %

        2.2 燒結(jié)固體燃料分析

        2.2.1 焦粉和燒結(jié)用無(wú)煙煤配比對(duì)固耗影響

        由于燒結(jié)固體燃料在燒結(jié)過(guò)程的主要作用是提供熱量,在不考慮配礦變化的前提下,燒結(jié)固耗與焦粉配比的呈反比關(guān)系,焦粉比例的提高有助于降低燒結(jié)固體燃耗(見(jiàn)圖1)。

        圖1 2021年燒結(jié)固耗與焦粉使用比例趨勢(shì)圖 %

        影響固體燃耗結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)表明,隨著無(wú)煙煤粉配用量的大幅增加(配比50%、100%),垂直燒結(jié)速度加快,燒結(jié)生產(chǎn)率提高,燒結(jié)礦強(qiáng)度指標(biāo)變差,固體燃耗升高。用無(wú)煙煤粉全部替代焦粉后,燒結(jié)生產(chǎn)率升高,轉(zhuǎn)鼓指數(shù)則呈下降趨勢(shì),燒結(jié)礦固體燃耗升高,主要原因是由于所用無(wú)煙煤粉的固定碳含量比焦粉低。隨無(wú)煙煤粉配用量的上升,還原粉化指標(biāo)略微好轉(zhuǎn),還原度有所下降;軟化、熔融、滴下溫度基本相近。

        2.2.2 焦粉和燒結(jié)用無(wú)煙煤的比較

        焦粉的含碳量高于燒結(jié)無(wú)煙精煤,發(fā)熱值高,且在燒結(jié)工藝生產(chǎn)工程中,能夠降低煙氣量,降低氮氧化物排放。燒結(jié)無(wú)煙精煤在粒度方面優(yōu)于焦粉。燒結(jié)固體燃料粒級(jí)要求小于3mm需達(dá)85%以上,因此為滿(mǎn)足工藝的粒度要求,燒結(jié)無(wú)煙煤和焦粉使用前,均需進(jìn)行破碎加工。由于焦粉強(qiáng)度遠(yuǎn)高于無(wú)煙煤,破碎焦粉的加工成本也高于燒結(jié)無(wú)煙煤。

        2.2.3 焦粉回收

        根據(jù)企業(yè)常年跟蹤的情況,焦炭返粉率數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。在實(shí)際生產(chǎn)中,為平衡廠內(nèi)消耗,燒結(jié)使用焦粉與燒結(jié)用無(wú)煙煤的比例為:南區(qū)維持在75%:25%;北區(qū)維持80%:20%。料場(chǎng)CDQ粉為焦化回收的焦粉、焦丁等。

        表4 M鋼焦炭返粉率情況 %

        2.2.4 成本測(cè)算

        高爐焦粉為焦炭篩分后的產(chǎn)物,依據(jù)采購(gòu)合同約定的質(zhì)量指標(biāo)規(guī)則,焦末<8%不扣款,也就是說(shuō)焦粉價(jià)格與焦炭同價(jià)??紤]篩分加工過(guò)程、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用,則焦粉實(shí)際費(fèi)用應(yīng)高于采購(gòu)焦炭?jī)r(jià)格。設(shè)定燒結(jié)固體燃料不考慮少量有機(jī)CnH2n+2化合物等影響因素,則應(yīng)為固定碳主要發(fā)熱值。

        ①燒結(jié)固耗定碳測(cè)算:

        燒結(jié)固耗中總碳量=8 4.4 5 8%×焦粉比例+77.304%×燒結(jié)無(wú)煙煤比例

        可以得出,燒結(jié)固定碳范圍在7 7.3 0 4%~84.458%之間波動(dòng),隨燒結(jié)焦粉比例增高固體燃料中的含碳上升,隨燒結(jié)焦粉比例減少而下降。實(shí)踐表明,煤粉配比比例占燃料的40%左右比較合適【1】。

        以固定碳折算煤焦置換比為:77.304÷84.458=0.91。依據(jù)寶鋼以煤代焦的相關(guān)研究數(shù)據(jù),大安山煤?jiǎn)魏拿刻岣?kg/t-s,固體燃耗上升0.2157kg/t-s【2】,即大安山煤與焦粉的置換比約為0.82。以煉鐵廠生產(chǎn)系統(tǒng)提供的折合標(biāo)煤系數(shù):焦0.936 ,無(wú)煙煤 0.831,煤焦置換比為:0.831÷0.936=0.88。

        ② 燒結(jié)固耗價(jià)格測(cè)算:

        設(shè)煤焦差價(jià)為X,焦粉比例為Y,則焦粉價(jià)格=(燒結(jié)用無(wú)煙煤價(jià)格+X),燒結(jié)無(wú)煙煤粉比例=1-Y。

        燒結(jié)固體燃耗價(jià)格=(燒結(jié)用無(wú)煙煤價(jià)格+X)×Y+燒結(jié)無(wú)煙煤價(jià)格×(1-Y)=XY+燒結(jié)無(wú)煙煤價(jià)格,即焦粉比例增大,焦粉與煤粉之間價(jià)差增大,也必然增加燒結(jié)固體燃耗的價(jià)格。

        ③焦粉銷(xiāo)售平衡點(diǎn)測(cè)算:

        設(shè)焦粉外售價(jià)格為Z,實(shí)際價(jià)格為焦炭?jī)r(jià)格M,篩分、運(yùn)輸?shù)入s費(fèi)為N,則損失費(fèi)用=M+N-Z。

        通過(guò)提高無(wú)煙煤使用比例,降低焦粉使用比例,促使價(jià)差等于或大于損失費(fèi)用,這是控制燒結(jié)固體燃料成本降低的根本。即M+N-Z≦焦粉價(jià)格×焦粉比例-煤粉×煤粉比例時(shí),為最為經(jīng)濟(jì)。

        以上結(jié)果未考慮:燒結(jié)無(wú)煙煤中氫含量,可以替代部分碳;100%燒結(jié)無(wú)煙煤帶來(lái)的煙氣量增加,和氮氧化物排放量增加;焦粉回收使用中的運(yùn)輸、破碎加工過(guò)程費(fèi)用;焦粉銷(xiāo)售中轉(zhuǎn)運(yùn)輸、存儲(chǔ)、損耗等費(fèi)用。

        3.結(jié)論

        (1)充分利用市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng),測(cè)算焦粉銷(xiāo)售平衡點(diǎn),企業(yè)可以通過(guò)提高無(wú)煙煤使用比例,降低焦粉使用比例,促使價(jià)差等于或大于損失費(fèi)用,達(dá)到燒結(jié)固體燃料成本降低的目標(biāo)。

        (2)滿(mǎn)足燒結(jié)固體燃耗的固定碳不低于80%的技術(shù)要求,焦粉與燒結(jié)用無(wú)煙煤的比例為60%焦粉+40%煤粉。

        (3)在滿(mǎn)足燒結(jié)煙氣量和氮氧化物排放達(dá)標(biāo)要求的條件下,鋼鐵企業(yè)按固體燃耗和回收焦粉數(shù)量,可以測(cè)算能夠銷(xiāo)售的焦粉數(shù)量。

        (4)以穩(wěn)定組產(chǎn)為原則,焦粉銷(xiāo)售需要具備焦粉中轉(zhuǎn)的堆存場(chǎng)地等條件。如果焦粉回收使用工藝流程為閉環(huán),流程開(kāi)口需要考慮環(huán)保因素。燒結(jié)無(wú)煙精煤采購(gòu)增量,物流接卸和堆存能力也需要同步增加。

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