烧结固体燃料性价比测算模型

刘 红

1.烧结固体燃料使用情况

1.1 烧结固体燃料分类

钢铁企业在烧结生产过程中的燃料分固体燃料和气体燃料两类，其中固体燃料主要为焦粉、煤粉、兰炭、CDQ粉等含碳物质。固体燃料特点为固定炭含量高，灰份、硫份、挥发分低等。M钢烧结生产的固体燃料为焦粉、烧结无烟煤和料场CDQ粉。

1.2 使用及消耗情况

近年来，M钢在烧结固体燃料使用方面，以完全消耗高炉焦炭筛下的焦粉和料场CDQ粉为首要任务，不足部分用外采无烟精煤补充。南北区烧结使用固体燃耗消耗，焦粉和烧结无烟煤比例为：南区75%，25%；北区80%，20%（见表1）。

表1 2021年M钢南北区消耗情况%

2.焦粉和烧结无烟精煤性价比测算

2.1 焦粉和烧结无烟精煤质量情况（见表2）

表2 2021年7-12月M钢焦粉和烧结煤成分 %

粒度：焦粉主要为焦炭筛下物，焦炭筛齿间距23mm。筛下物经焦丁筛筛分后为焦粉，统一返烧结。焦丁齿间距17mm，焦粉粒级＜17mm。烧结无烟煤粒级小于6.3mm约占90%以上。

发热值：烧结用无烟煤发热值＞29MJ/kg。焦粉发热值无检测数据。

无烟煤粉的S含量一般低于焦粉，而其N含量高于焦粉。根据与安徽工大的研究表明，烧结过程中产生的NOx主要为燃料型NOx，其中NO占90%左右，N02占5%～10%，N20占1%左右。固体燃料类别、氮含量及其分配是燃料型NOx形成最主要的影响因素。以煤代焦后，烧结烟气中二氧化硫排放总量下降，但氮氧化物的排放总量将有升高（见表3）。

表3 M钢烧结用焦粉和无烟煤元素分析结果 %

2.2 烧结固体燃料分析

2.2.1 焦粉和烧结用无烟煤配比对固耗影响

由于烧结固体燃料在烧结过程的主要作用是提供热量，在不考虑配矿变化的前提下，烧结固耗与焦粉配比的呈反比关系，焦粉比例的提高有助于降低烧结固体燃耗（见图1）。

图1 2021年烧结固耗与焦粉使用比例趋势图 %

影响固体燃耗结构的试验表明，随着无烟煤粉配用量的大幅增加（配比50%、100%），垂直烧结速度加快，烧结生产率提高，烧结矿强度指标变差，固体燃耗升高。用无烟煤粉全部替代焦粉后，烧结生产率升高，转鼓指数则呈下降趋势，烧结矿固体燃耗升高，主要原因是由于所用无烟煤粉的固定碳含量比焦粉低。随无烟煤粉配用量的上升，还原粉化指标略微好转，还原度有所下降；软化、熔融、滴下温度基本相近。

2.2.2 焦粉和烧结用无烟煤的比较

焦粉的含碳量高于烧结无烟精煤，发热值高，且在烧结工艺生产工程中，能够降低烟气量，降低氮氧化物排放。烧结无烟精煤在粒度方面优于焦粉。烧结固体燃料粒级要求小于3mm需达85%以上，因此为满足工艺的粒度要求，烧结无烟煤和焦粉使用前，均需进行破碎加工。由于焦粉强度远高于无烟煤，破碎焦粉的加工成本也高于烧结无烟煤。

2.2.3 焦粉回收

根据企业常年跟踪的情况，焦炭返粉率数据见表4。在实际生产中，为平衡厂内消耗，烧结使用焦粉与烧结用无烟煤的比例为：南区维持在75%：25%；北区维持80%：20%。料场CDQ粉为焦化回收的焦粉、焦丁等。

表4 M钢焦炭返粉率情况 %

2.2.4 成本测算

高炉焦粉为焦炭筛分后的产物，依据采购合同约定的质量指标规则，焦末＜8%不扣款，也就是说焦粉价格与焦炭同价。考虑筛分加工过程、运输等费用，则焦粉实际费用应高于采购焦炭价格。设定烧结固体燃料不考虑少量有机CnH2n+2化合物等影响因素，则应为固定碳主要发热值。

①烧结固耗定碳测算：

烧结固耗中总碳量=8 4.4 5 8%×焦粉比例+77.304%×烧结无烟煤比例

可以得出，烧结固定碳范围在7 7.3 0 4%～84.458%之间波动，随烧结焦粉比例增高固体燃料中的含碳上升，随烧结焦粉比例减少而下降。实践表明，煤粉配比比例占燃料的40%左右比较合适【1】。

以固定碳折算煤焦置换比为：77.304÷84.458=0.91。依据宝钢以煤代焦的相关研究数据，大安山煤单耗每提高1kg/t-s，固体燃耗上升0.2157kg/t-s【2】，即大安山煤与焦粉的置换比约为0.82。以炼铁厂生产系统提供的折合标煤系数：焦0.936 ，无烟煤 0.831，煤焦置换比为：0.831÷0.936=0.88。

② 烧结固耗价格测算：

设煤焦差价为X，焦粉比例为Y,则焦粉价格=(烧结用无烟煤价格+X)，烧结无烟煤粉比例=1-Y。

烧结固体燃耗价格=(烧结用无烟煤价格+X)×Y+烧结无烟煤价格×（1-Y）=XY+烧结无烟煤价格，即焦粉比例增大，焦粉与煤粉之间价差增大，也必然增加烧结固体燃耗的价格。

③焦粉销售平衡点测算：

设焦粉外售价格为Z，实际价格为焦炭价格M，筛分、运输等杂费为N，则损失费用=M+N-Z。

通过提高无烟煤使用比例，降低焦粉使用比例，促使价差等于或大于损失费用，这是控制烧结固体燃料成本降低的根本。即M+N-Z≦焦粉价格×焦粉比例-煤粉×煤粉比例时，为最为经济。

以上结果未考虑：烧结无烟煤中氢含量，可以替代部分碳；100%烧结无烟煤带来的烟气量增加，和氮氧化物排放量增加；焦粉回收使用中的运输、破碎加工过程费用；焦粉销售中转运输、存储、损耗等费用。

3.结论

（1）充分利用市场价格波动，测算焦粉销售平衡点，企业可以通过提高无烟煤使用比例，降低焦粉使用比例，促使价差等于或大于损失费用，达到烧结固体燃料成本降低的目标。

（2）满足烧结固体燃耗的固定碳不低于80%的技术要求，焦粉与烧结用无烟煤的比例为60%焦粉+40%煤粉。

（3）在满足烧结烟气量和氮氧化物排放达标要求的条件下，钢铁企业按固体燃耗和回收焦粉数量，可以测算能够销售的焦粉数量。

（4）以稳定组产为原则，焦粉销售需要具备焦粉中转的堆存场地等条件。如果焦粉回收使用工艺流程为闭环，流程开口需要考虑环保因素。烧结无烟精煤采购增量，物流接卸和堆存能力也需要同步增加。