燒結固體燃料性價比測算模型

劉 紅

1.燒結固體燃料使用情況

1.1 燒結固體燃料分類

鋼鐵企業在燒結生產過程中的燃料分固體燃料和氣體燃料兩類，其中固體燃料主要為焦粉、煤粉、蘭炭、CDQ粉等含碳物質。固體燃料特點為固定炭含量高，灰份、硫份、揮發分低等。M鋼燒結生產的固體燃料為焦粉、燒結無煙煤和料場CDQ粉。

1.2 使用及消耗情況

近年來，M鋼在燒結固體燃料使用方面，以完全消耗高爐焦炭篩下的焦粉和料場CDQ粉為首要任務，不足部分用外采無煙精煤補充。南北區燒結使用固體燃耗消耗，焦粉和燒結無煙煤比例為：南區75%，25%；北區80%，20%（見表1）。

表1 2021年M鋼南北區消耗情況%

2.焦粉和燒結無煙精煤性價比測算

2.1 焦粉和燒結無煙精煤質量情況（見表2）

表2 2021年7-12月M鋼焦粉和燒結煤成分 %

粒度：焦粉主要為焦炭篩下物，焦炭篩齒間距23mm。篩下物經焦丁篩篩分后為焦粉，統一返燒結。焦丁齒間距17mm，焦粉粒級＜17mm。燒結無煙煤粒級小于6.3mm約占90%以上。

發熱值：燒結用無煙煤發熱值＞29MJ/kg。焦粉發熱值無檢測數據。

無煙煤粉的S含量一般低于焦粉，而其N含量高于焦粉。根據與安徽工大的研究表明，燒結過程中產生的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（見表3）。

表3 M鋼燒結用焦粉和無煙煤元素分析結果 %

2.2 燒結固體燃料分析

2.2.1 焦粉和燒結用無煙煤配比對固耗影響

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

圖1 2021年燒結固耗與焦粉使用比例趨勢圖 %

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

2.2.2 焦粉和燒結用無煙煤的比較

焦粉的含碳量高于燒結無煙精煤，發熱值高，且在燒結工藝生產工程中，能夠降低煙氣量，降低氮氧化物排放。燒結無煙精煤在粒度方面優于焦粉。燒結固體燃料粒級要求小于3mm需達85%以上，因此為滿足工藝的粒度要求，燒結無煙煤和焦粉使用前，均需進行破碎加工。由于焦粉強度遠高于無煙煤，破碎焦粉的加工成本也高于燒結無煙煤。

2.2.3 焦粉回收

根據企業常年跟蹤的情況，焦炭返粉率數據見表4。在實際生產中，為平衡廠內消耗，燒結使用焦粉與燒結用無煙煤的比例為：南區維持在75%：25%；北區維持80%：20%。料場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 成本測算

高爐焦粉為焦炭篩分后的產物，依據采購合同約定的質量指標規則，焦末＜8%不扣款，也就是說焦粉價格與焦炭同價。考慮篩分加工過程、運輸等費用，則焦粉實際費用應高于采購焦炭價格。設定燒結固體燃料不考慮少量有機CnH2n+2化合物等影響因素，則應為固定碳主要發熱值。

①燒結固耗定碳測算：

燒結固耗中總碳量=8 4.4 5 8%×焦粉比例+77.304%×燒結無煙煤比例

可以得出，燒結固定碳范圍在7 7.3 0 4%～84.458%之間波動，隨燒結焦粉比例增高固體燃料中的含碳上升，隨燒結焦粉比例減少而下降。實踐表明，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。依據寶鋼以煤代焦的相關研究數據，大安山煤單耗每提高1kg/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。以煉鐵廠生產系統提供的折合標煤系數：焦0.936 ，無煙煤 0.831，煤焦置換比為：0.831÷0.936=0.88。

② 燒結固耗價格測算：

設煤焦差價為X，焦粉比例為Y,則焦粉價格=(燒結用無煙煤價格+X)，燒結無煙煤粉比例=1-Y。

燒結固體燃耗價格=(燒結用無煙煤價格+X)×Y+燒結無煙煤價格×（1-Y）=XY+燒結無煙煤價格，即焦粉比例增大，焦粉與煤粉之間價差增大，也必然增加燒結固體燃耗的價格。

③焦粉銷售平衡點測算：

設焦粉外售價格為Z，實際價格為焦炭價格M，篩分、運輸等雜費為N，則損失費用=M+N-Z。

通過提高無煙煤使用比例，降低焦粉使用比例，促使價差等于或大于損失費用，這是控制燒結固體燃料成本降低的根本。即M+N-Z≦焦粉價格×焦粉比例-煤粉×煤粉比例時，為最為經濟。

以上結果未考慮：燒結無煙煤中氫含量，可以替代部分碳；100%燒結無煙煤帶來的煙氣量增加，和氮氧化物排放量增加；焦粉回收使用中的運輸、破碎加工過程費用；焦粉銷售中轉運輸、存儲、損耗等費用。

3.結論

（1）充分利用市場價格波動，測算焦粉銷售平衡點，企業可以通過提高無煙煤使用比例，降低焦粉使用比例，促使價差等于或大于損失費用，達到燒結固體燃料成本降低的目標。

（2）滿足燒結固體燃耗的固定碳不低于80%的技術要求，焦粉與燒結用無煙煤的比例為60%焦粉+40%煤粉。

（3）在滿足燒結煙氣量和氮氧化物排放達標要求的條件下，鋼鐵企業按固體燃耗和回收焦粉數量，可以測算能夠銷售的焦粉數量。

（4）以穩定組產為原則，焦粉銷售需要具備焦粉中轉的堆存場地等條件。如果焦粉回收使用工藝流程為閉環，流程開口需要考慮環保因素。燒結無煙精煤采購增量，物流接卸和堆存能力也需要同步增加。