(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.07.30
C N 103952503
A (21)申请号 201410205833.1
(22)申请日 2014.05.15
C21B 5/00(2006.01)
(71)申请人北京科技大学
地址100083 北京市海淀区学院路30号
(72)发明人左海滨 徐润生 张建良 高冰
国宏伟
(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理
有限公司 11401
代理人皋吉甫
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种高炉喷吹煤性价比评价模
型的建立方法，属于高炉炼铁技术领域，解决了高
炉喷吹煤优化选择问题，同时该模型可用于兰炭、
半焦、生物质、生物质焦、废旧塑料、轮胎等高炉替
反应行为，提出了煤粉可提供给高炉有效利用热
值的概念。确定了影响煤粉实际供给热的8个指
标和影响喷吹成本的4个指标，建立了高炉喷吹
用煤或替代燃料性价比评价模型。该模型计算方
便，对现场高炉喷吹用煤的优化选择具有重要的
指导意义。同时对于相应指标的修改，亦可用于其
它类型替代燃料的评价。
(51)Int.Cl.
权利要求书3页 说明书7页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书3页 说明书7页(10)申请公布号CN 103952503 A
1.一种高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，其特征在于：
(1)煤粉性价比评价模型主要建立在煤粉实际供给热(Q e )和喷吹成本(P e )两个指标上；其中煤粉实际供给热(Q e )包括8个子指标，即灰分含量及组成(A)、空气干燥基水含量(M ar )、硫含量(S)、相对燃烧率(R c,i )、碳元素含量(C ar )、氧元素含量(O ar )、氢元素含量(H ar )、低位发热量(Q net.ar )；喷吹成本(P e )包括4个指标，即进厂煤价(P i )、流动性(LI)、可磨性(HGI)，外水含量(M f )；
(2)高炉喷吹煤粉的最优性价比是指煤粉性能与煤粉价格之间最佳比例；为此，建立了基于煤粉实际供给热的性价比指标K ；
K ＝实际供给热/喷吹成本，kJ/元；
其中，实际供给热(Q e )＝煤粉中碳不完全燃烧放热×相对燃烧率-水煤气反应耗热-碳氢化合物分解耗热-灰分形成炉渣带出热-脱硫耗热；
喷吹成本(P e )＝干基价格+制粉价格+输送价格；
(3)通过模型计算出同一变质程度的不同煤种的性价比K 值，对比分析K 值大小就可以定量评价不同喷吹煤的性价比差距；K 值越大，喷吹煤性价比越高，K 值越小，喷吹煤性价比越低；据此，可以实现煤种的优化选择。
2.根据权利要求1所述的高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，其特征在于：所述的喷吹煤性价比评价模型中的煤粉低位发热值按照国家标准进行测定、计算或按照门捷列耶夫经验公式进行计算：
Q net.ar ＝339C ar +1031H ar -109(O ar -S ar )-25.1M ar ，kJ/kg ；其中C ar 表示碳元素含量，H ar 表示氢元素含量，O ar 表示氧元素含量，S ar 表示硫元素含量，M ar 表示空气干燥基水含量；
所述煤粉中碳不完全燃烧放热(Q r )的计算方法为：
Q r ＝(10·C ar /12)·125.4，kJ/kg ；C ar 表示碳元素含量；
所述水煤气反应耗热即煤粉中的水与C 反应所吸收的热量的计算方法为：
其中M ar 表示空气干燥基水含量；
所述碳氢化合物分解耗热(Q doc )计算公式为：
，其
中Q C 表示碳燃烧放出的热，Q CO 表示CO 燃烧放出的热，表示氢气燃烧放出的热，C ar 表示碳元素含量，H ar 表示氢元素含量，O ar 表示氧元素含量，Q net,ar 表示低位发热量；
所述灰分形成炉渣带出热(Q A )计算方法为：
其中A 表示煤中灰分含量，C(t)表示炉渣在t
温度下的比热容，t 1表示炉渣温度，t 0表示煤粉灰初始温度，W MgO 表示高炉渣中氧化镁含量，
表示高炉渣中氧化铝的含量，R 表示高炉渣碱度，渣量S ash 的计算需要考虑适宜的高炉渣碱度和MgO/Al 2O 3比例，综合计算出一个渣量；Q f 为成渣热；
所述脱硫耗热(Q s )计算方法为：其中L s ＝n·C s ，公式中S
表示硫含量，C s 表示硫容量，
n 表示修正系数，H s 表示每脱除1kg 硫需要消耗的热量。3.根据权利要求1所述的高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，其特征在于：所述的喷吹煤性价比评价模型中的相对燃烧率(R c,i )可按照以下两种情况计算：
其中表示所测预评价煤种的平均燃烧率，R
a,i
表示第i 种煤的燃烧率检测值；煤粉燃烧率(R a,i )可采用两种方式获得：第一种方法为煤粉燃烧率采用差热设备进行检测，称取10g 空气干燥基煤粉，放入差热天平中，在升温速率20℃/min ，空气气氛下，检测煤粉在600℃时的燃烧率；第二种方法利用高炉喷煤模拟实验装置，测定不同温度的燃烧率，然后推出理论燃烧温度下的燃烧率，理论燃烧温度和燃烧率有关系，那么就行成了一个迭代，迭代求出燃烧率，再带入到相对燃烧率的计算公式中；通过相对燃烧率的处理方法使得煤粉的燃烧效果更加贴近高炉实际炉内情况。
4.根据权利要求1所述的高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，其特征在于：所述的喷吹煤性价比评价模型中的制粉价格(P m )按照以下方法计算：制粉价格＝(标准可磨性指数-可磨性指数×修正函数)×标准
煤电耗×单位电价/标准可磨性指数+标准煤电耗×单位电价，即
P m ＝[(HGI s -HGI r ·μ)/HGI s ]·EC·EP+EC·EP ，μ＝f(M t ,d,t)，其中HGI s 表示标准可磨性指数，HGI r 表示测量煤种可磨性指数，EC 表示标准电耗，EP 表示单位电价，μ为修正函数，M t 原煤全水含量，d 原煤平均粒径，t 磨机温度；实际生产过程中，原煤的初始水分含量、初始粒度、磨机内温度都会影响磨机的产量，因此需要在实验室测试结果的基础上对煤种的可磨性指数进行修正。
5.根据权利要求1所述的高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，其特征在于：所述的喷吹煤性价比评价模型中的干基价格(P d )按照以下方法计算：
P d ＝P i /(100-M f )，其中M f 表示外水含量，P i 表示进厂煤价；所述的喷吹煤性价比评价模型中的输送价格(P I )按照以下方法计算：煤粉输送价格＝(标准流动性指数-流动性指数)×标准载气量×单位成本/标准流动性指数+标准载气量×单位成本，即P I ＝
[(LI s -LI r )/LI s ]·CG·CP+CG·CP 。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，其特征在于：所述喷吹煤性价比评价模型中的实际供给热(Q e )按照以下方法计算：
7.根据权利要求1或4或5所述的高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，其特征在于：所述的喷吹煤性价比评价模型中的喷吹成本(P e )按照以下方法
计算：P
e ＝P
i
/(100-M
f
)+{[(HGI
s
-HGI
r
·μ)/HGI
s
]·EC·EP+EC·EP}+{[(LI
s
-LI
r
)
/
LI
s
]·CG·CP+CG·CP}。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，其特征在于：所述的喷吹煤性价比评价模型中的性价比指数K值按照以下方法计算：
9.根据权利要求1所述的高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，其特征在于：可根据废旧轮胎等替代燃料的化学成分对其分解热计算公式进行修正，根据废旧轮胎等替代燃料的加工、制粉工艺对其制粉价格进行修正，该模型可直接运用于废旧轮胎等替代燃料的性价比评价。
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一种高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法 技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于高炉喷吹煤性价比评价，属于高炉炼铁技术领域。
技术背景
[0002]
目前钢铁行业进入了微利时代，企业间成本竞争越来越激烈。高炉喷煤是现代高
炉冶炼大幅降低生产成本，提高经济效益的重要措施之一。众多研究学者主要致力于煤焦置换比、风温、富氧、催化燃烧等方面的研究来提高高炉煤粉的利用率。但有关煤高炉喷吹煤粉的性价比及经济性的研究较少。
[0003] 大多研究者采用定性的方法，直接比较煤粉各项性能，并综合评价，给出煤粉的性价比排序。该方法理论性不高，主观影响较大，结论缺乏一定的说服力。近年来一些学者通过建立各种模糊数学模型用于高炉煤种优化选择，具有较好科学性，但对于权重的设定仍值得商榷。且需要数据量大，不适合企业采购部门运用。为了真实反映高炉喷煤实际情况，探究一种简单易行的高炉喷吹煤性价比评价模型，该发明提出了一种基于高炉喷吹煤实际供给热的性价比评价模型。该模型计算方便，对现场高炉喷吹用煤的优化选择具有重要的指导意义。发明内容
[0004] 本发明的目的在于一种科学的高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法，提供了一种用于高炉煤粉经济采购的计算方法。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法如下：
[0006] (1)煤粉性价比评价模型主要建立在煤粉实际供给热(Q e )和喷吹成本(P e )两个指标上；其中煤粉实际供给热(Q e )包括8个子指标，即灰分含量及组成(A)、空气干燥基水含量(M ar )、硫含量(S)、相对燃烧率(R c,i )、碳元素含量(C ar )、 氧元素含量(O ar )、氢元素含量(H ar )、低位发热量(Q net.ar )；喷吹成本(P e )包括4个指标，即进厂煤价(P i )、流动性(LI)、可磨性(HGI)，外水含量(M f )；
[0007] (2)高炉喷吹煤粉的最优性价比是指煤粉性能与煤粉价格之间最佳比例；为此，建立了基于煤粉实际供给热的性价比指标K ；
[0008] K ＝实际供给热/喷吹成本，kJ/元；
[0009] 其中，实际供给热(Q e )＝煤粉中碳不完全燃烧放热×相对燃烧率-水煤气反应耗热-碳氢化合物分解耗热-灰分形成炉渣带出热-脱硫耗热；
[0010] 喷吹成本(P e )＝干基价格+制粉价格+输送价格；
[0011] (3)通过模型计算出同一变质程度的不同煤种的性价比K 值，对比分析K 值大小就可以定量评价不同喷吹煤的性价比差距；K 值越大，喷吹煤性价比越高，K 值越小，喷吹煤性价比越低；据此，可以实现煤种的优化选择。
[0012] 煤粉喷入高炉要经过挥发份分解(即碳氢化合物分解)，水煤气反应，挥发份燃说 明 书CN 103952503 A
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