§1 高炉喷煤概论长期以来，开发摆脱或降低对焦炭依赖的炼铁技术一直在走着两条并行的路线一条是开发新的炼铁工艺，从根本上改变能源结构，完全不用焦炭，如熔融还原、直接还原工艺等另一条就是在不根本改变高炉工艺的前提下，采用某种技术措施用其它燃料替代部分焦炭，如喷煤、喷油、喷吹天然气等8高炉应少用焦炭，因此，高炉喷煤工艺因需而生所谓高炉喷煤，就是指从高炉风口向炉内喷吹磨细了的煤粉（无烟煤、烟煤或无烟煤、烟煤混合物以及褐煤），以代替焦炭向高炉提供热量和还原剂1.1 高炉喷吹煤粉技术发展的必要性（1）高炉喷吹煤粉技术的发展背景1）冶金煤炭资源的经济合理地利用，客观上对高炉喷煤技术的开发与应用提出了最为迫切的要求2）冶金焦炭供需紧张3）资源、价格因素：煤与重油价格变化的对比来看，煤的价格相对低且平稳，这是高炉喷煤技术得以发展的一个重要原因4）高炉操作调剂及其相关技术的发展，也促进了喷煤技术的发展5）追求经济利益、降低生铁成本，是高炉喷煤技术发展的另一个重要原因6）在考察高炉喷煤技术发展背景时，还必须注意到环境保护方面的因素2）高炉喷煤的意义1）以低价的煤代替了日趋贫乏且价格昂贵的冶金焦，降低了焦比，使高炉炼铁的成本大幅下降。
2）高炉喷煤可以作为一种调剂炉况的手段3）高炉喷煤可以改善炉缸工作状态，使高炉稳定顺行4）为高炉提高风温和富氧鼓风创造条件因为喷吹煤粉会使风口前理论燃烧温度降低，导致理论燃烧温度降低的原因主要有：n 高炉喷吹煤粉后煤气量增加，加热煤气需要消耗热量；n 高炉煤粉带入的热量少，而焦炭进入到风口区时已加热到1450~1500℃，而喷吹煤粉的温度不超过100℃；n 煤粉中碳氢化合物分解吸热5）喷吹煤粉中的氢含量比焦炭带入的多，氢气提高了煤气的还原能力和穿透扩散能力，有利于矿石的还原和高炉操作指标的改善推荐精选6）喷吹煤粉代替了部分焦炭，不仅缓解了焦煤的供需紧张状况，也减少了对炼焦设施的投资和建设，降低了炼焦生产对环境的污染1.2 高炉喷吹煤粉技术发展历程（1）高炉喷吹煤粉技术发展与评价指标衡量高炉喷煤技术发展水平，除了要看喷煤设施及检测、控制等硬件的水平外，通常还主要采用下述两个指标进行评价，即：1）煤比(或称喷煤量)Gm，是指生产单位生铁所喷吹的煤粉量，单位为kg/t ；2）喷煤率qm，是指煤粉在生产单位生铁所消耗的燃料(煤粉加焦炭)中所占的比例为考察不同国家相地区高炉喷煤技术的发展状况，一般还采用普及率φm这一参数，它是指喷煤高炉占全部运行高炉的百分数。
（2）高炉喷吹煤粉技术的新进展1）富氧喷煤技术得到普遍应用2）氧煤喷吹技术日趋成熟3）喷煤工艺简化，便于监控4）粒煤喷吹和配煤混合喷吹技术事实上，随着喷煤技术的不断发展，许多相关的或与喷煤并用的技术都取得了重大进展这些技术涉及到了诸如煤粉的浓相输送技术、煤粉在高炉内气化燃烧及炉况调节等的基础研究、喷煤高炉数学模型及计算机控制等 1.3 高炉喷煤工艺流程原煤贮运系统干燥气体制备系统供气系统（空气、氮气、压缩空气）煤粉制备系统煤粉输送系统高炉煤粉喷吹系统高炉喷吹煤粉工艺系统主要有：原煤贮运、煤粉制备、煤粉输送、煤粉喷吹、干燥气体制备和动力系统推荐精选图4 高炉喷煤系统工艺流程§2 高炉喷吹用煤2.1 煤的分类及化学成分（1）煤的分类煤在形成过程中经历了植物残骸转变为泥炭的泥炭化阶段和泥炭转变为褐煤、烟煤、无烟煤的煤化阶段根据成煤物质和成煤条件不同，将煤分成三大类：腐植煤、残质煤和腐泥煤腐植煤在自然界分布最广，蕴藏量最大，是人类使用最多的煤腐植煤按煤化程度又可分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤四大类2）煤的组成煤的化学成分包括碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)以及灰分(A)和水分(W)，其中，氧、氮、硫与碳和氢一起构成了可燃性化合物，它们称为煤的可燃质；而灰分和水分则称为煤的惰性质。
1）可燃成分碳：65%~95%，以碳氢化合物和碳氧化合物形态存在，是煤中主要的可燃成分，含碳量愈高，煤的发热量愈高氢：2%~7%，大多以碳氢化合物状态存在，也是煤中主要的可燃元素，发热量为碳的三倍氢存在于挥发分中，炭化程度愈高的煤，氢含量愈少氧：3%~5%，大多数以氧化物的形态存在，与碳、氢结合成氧化物后，煤中的可燃碳和可燃氢含量减少，降低煤的发热量部分游离氧可以助燃一般来说，随着煤的炭化程度的提高，煤中含氧量减少氮：1%~2%，煤中的惰性元素，在燃烧的高温烟气中与氧化合成NOx，造成大气污染，是有害元素硫：1.0%，以有机硫、黄铁矿硫（硫化物硫）和硫酸盐三种形态存在，前两种硫燃烧时放出热量，以及硫酸盐分解，产生SO2、SO3，污染环境，有害元素2）灰分灰分是指煤中所含的矿物杂质在燃烧过程中，经过高温分解和氧化作用后所生成的一些固体残留物，主要包括SiO240%~60%，A12O315%~35%；Fe2O3 5%~25%，CaO1%~ 15%，MgO0.5%~8%，Na推荐精选2O十K2O1%~4%灰分是煤中的主要杂质成分，煤的灰分越高，煤的发热量就越低，其燃烧性能亦越差灰分增加，将增加渣量，熔剂消耗，并使燃料比升高。
3）水分煤中的水分按其结合状态可分为游离水和结合水游离水是以物理吸附或吸着方式存在于煤的毛细管中与煤结合的水分；化合水是以化合方式同煤中的矿物质结合的结晶水，是矿物晶格的一部分煤的工业分析中只测定游离水，游离水份降低煤的发热值，并增加煤粉磨制过程中干燥剂的消耗，降低磨煤机的台时产量化合水在较高温度（200℃以上，甚至500℃以上）下才会析出，相当于部分加湿鼓风煤中水分含量（W）：>15%为高水分煤，≤5%为低水分煤，5%~15%为中水分煤3）煤的分析及换算为了实际应用和理论研究的不同需要．通常把煤分为应用基、分析基、干燥基和可燃基四种状态进行成分分析1）应用基：以实际使用的煤为基础分析出来的成分，y元素分析：Cy%＋Hy%＋Oy%＋Ny%＋Sy%＋Ay%＋My%=100%工业分析：My%＋Ay%＋Vy%＋FCy% = 100%2）分析基：分析基成分是以在试验室里分析时用的煤为基础分析出的成分这种煤一般为气干状态，与应用基比较它已失去了表面水分f元素分析：C f %＋H f %＋O f %＋N f %＋S f %＋A f %＋M f %=100%工业分析：M f %＋A f %＋V f %＋FC f % = 100%3）干燥基：是指失去了全水分的煤成分，g元素分析：C g %＋H g %＋O g %＋N g %＋S g %＋A g %=100%工业分析： A g %＋V g %＋FC g % = 100%4）可燃基：是指除去水分和灰分后的煤成分，r元素分析：C r %＋H r %＋O r %＋N r %＋S r %=100%工业分析： V r %＋FC r % = 100%推荐精选2.2 煤的物理性质（1）孔隙率孔隙率反映了煤的反应性和强度性质。
孔隙率大的煤其表面积大，反应性好，但强度较小煤的视（相对）密度：指20℃煤（包括煤的空隙）的质量与同体积水的质量之比，表示符号ARD表示煤的物理特性的一项指标，在贮煤仓的设计，煤的运输、磨碎和燃烧等计算过程中需要该项指标煤的真（相对）密度：指20℃煤（不包括煤的空隙）的质量与同体积水的质量之比，表示符号TRD是表征煤的性质和计算煤层平均质量的一项重要指标，它的大小与煤的变质程度、煤的岩相组成、煤的成因、煤中矿物质有关2）煤的可磨性煤的可磨性是指煤研磨成粉的难易程度，与煤的变质程度有关一般来说，焦煤、肥煤易磨，无烟煤、褐煤难磨此外，煤的可磨性还随煤中的水分和灰分的增加而降低工业上常根据煤的可磨性来设计磨煤机，估算磨煤机的产率和能耗，或根据煤的可磨性来选择适合某种特定型号磨煤机的煤中和煤源煤的可磨性指数国标采用哈氏可磨性指数，KH3）煤的比表面积煤的比表面积是指单位重量的煤粒的表面积的总和，称为这种煤在该粒度范围内的比表面积，单位为mm2/g煤的比表面积是煤的重要性质，对研究煤的破碎、着火、燃烧反应等性能均有重要意义煤粉比表面积的测定是用透气式比表面积测定仪测定的，测定原理是根据气流通过一定厚度的煤粉层受到阻力而产生压力降来测定的。
4）煤的黏结性（5）煤的结焦性煤的黏结性、煤的结焦性是评价炼焦用煤的主要指标推荐精选2.3 煤的工艺性能（1）煤的着火温度煤的着火温度是指在氧化剂（空气、氧气）和煤共存的条件下，把煤加热到开始燃烧的温度，也叫煤的燃点换句话说，煤释放出足够的挥发分与大气形成可燃混合物的最低着火温度，又叫煤的着火点自燃是指煤中的碳、氧等元素在常温下与氧反应，生成可燃物CO、CH4及其他物质煤被空气中的氧气氧化是煤自燃的根本原因煤的着火点愈低，就愈易自燃，煤的自燃是造成煤粉制备、输送、喷吹过程中爆炸等事故的主要原因2）煤灰熔融性煤灰熔融性是指在规定条件下，随加热温度的变化，煤的灰分的变形、软化和流动特征的物理状态煤的灰分没有固定的熔点，加热时是逐渐熔化过程，煤灰试样发生变形、软化和流动，以这三种状态相应的温度来表征煤的熔融性煤灰熔融性是动力用煤和气化用煤的重要质量指标3）煤粉的流动性煤粉具有较好的流动性，是因为新磨碎的煤粉能够吸附气体（如空气），使气体在煤粒表面形成气膜，使煤粉颗粒之间的摩擦阻力变小；另外煤粒均为带电体，且都带有电荷，同性电荷具有相斥作用，所以煤粉具有流动性在一定速度的载体中，煤粉能够随载体一起流动，这就是煤粉能被气力输送的原理。
但随煤粉存放时间的延长，流动性变差，所以要求煤粉的贮存时间应小于8h4）煤粉的细度（粒度）煤粉的细度（粒度）是煤粉颗粒群粗细程度的反映，它对磨煤制粉的能耗和喷吹煤粉的燃烧速度以及不完全燃烧的热损失都具有决定性的意义5）煤粉的爆炸性煤粉的爆炸性决定着喷煤系统安全措施的采用可燃粉尘爆炸的必要条件有：1）可燃粉尘浓度处于爆炸上下限的爆炸空间；2）有足够的氧化剂支持；3）有足够能量的点火源点燃粉尘；4）分散悬浮的粉尘处于定容的空间随挥发分含量增加爆炸性增大一般认为：可燃基挥发分小于10%为基本无爆炸性煤；大于10%为有爆炸性煤；大于25%为强爆炸性煤而且，煤粉愈细，愈易于爆炸推荐精选控制系统内部适宜的含氧浓度是防止煤粉着火爆炸的关键，若系统含氧量低于一定浓度（<14%）就可以避免着火爆炸6）煤对CO2的反应性煤对CO2的反应性是指在一定温度下，煤中的碳与CO2进行还原反应的反应能力反应式为：C + CO2 = CO或者说，煤将CO2还原成CO的能力以被还原成CO的CO2量占参加反应的CO2总量的百分数来表示在一定温度下，该反应速度越大，表明煤粉的可燃性越好高炉喷吹反应性强的煤，不仅可以提高煤粉的燃烧率，扩大喷煤量，而且，风口区未燃烧的煤粉在高炉其它部位参加了与CO2的气化反应，减少了焦炭的气化反应，这就在某种程度上对焦炭的强度起到了保护作用，有利于提高炉料的透气性。
煤的反应性与煤的挥发分含量有关，挥发分含量高的煤反应性强2.4 高炉喷吹对煤的性能要求（1）对原煤性能的要求1）灰分要少，一般要求小于15%；2）硫含量要低，要求小于1.0%；3）胶质层要薄，以减少或避免结焦堵塞喷枪和风口；4）可磨性要好；5）燃烧性要好；6）发热值要高2）对磨制的煤粉的质量要求1）粒度：适宜煤粉应考虑到制。