钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，但其能源消耗量大，且主要依靠优质煤炭资源。而我国煤炭的资源分布与消费区分布极不协调，已探明储量中，烟煤占73.7%、无烟煤占7.9%、褐煤占6.8%、其他煤种占11.6%，烟煤中优质焦煤和肥煤的储量仅占7.97%。因此，国家能源局已计划对冶金焦生产所依赖的焦肥煤资源和高炉喷吹用无烟煤资源进行保护性开发。钢铁工业“十三五”、“十四五”发展规划中明确要求降低钢铁企业单位增加值能源消耗、二氧化碳排放和用水量，减少二氧化硫排放总量。因此，钢铁企业在发展的同时，必须着力解决发展过程中给资源环境带来的压力。
兰炭是采用弱粘结性煤或不粘煤经低温干馏而成，具有固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特点，已逐步取代冶金焦而广泛应用于电石、铁合金、硅铁、碳化硅等产品的生产。目前国内兰炭主产地为陕西、新疆、内蒙和宁夏地区，预计兰炭年产能在1.2亿吨左右。若将这部分改质后的煤炭资源应用于钢铁行业，将有助于减小钢铁工业对焦肥煤、无烟煤的依赖，优化资源配置，减少环境污染。
但是，兰炭末用于替代高炉喷吹煤粉，具有三大难题，一是可磨性差，设备磨损大幅度增加，制粉效率大幅度降低；二是兰炭热值较无烟煤低，高炉燃料比有上升风险；三是兰炭燃烧性和反应性波动大，限制了兰炭的喷吹量。要想大幅度提高兰炭喷吹比例，或者以兰炭全部替代喷吹煤，必须攻克上述三大难题。
项目团队基于在炼铁基础理论、炼铁生产操作技术、冶金机械与自动化等多方面的长期研究和实践，历经了多年的产学研用攻关，开发了“兰炭全部替代高炉喷吹煤技术”，开创了我国兰炭资源在高炉喷吹领域绿色、高效利用的新局面。
围绕“兰炭全部替代高炉喷吹煤技术开发与应用”展开研究，首先研究兰炭喷吹可磨性提升技术，解决兰炭可磨性差的问题；随后研究兰炭喷吹燃烧/气化反应性提升技术，解决兰炭喷吹燃料消耗波动大的问题；然后研究兰炭喷吹高炉冶炼对策与操作，攻克了兰炭喷吹炉况异常波动的隐患；最后研究兰炭喷吹高炉燃料智能搭配系统和新标准，保证了兰炭稳定生产与高效喷吹。各个阶段分步骤推进，保证基础理论与工业实施循序渐进。
2.1 研究兰炭可磨性提升技术，以解决兰炭制粉产量低、喷吹管道磨损的难题
重点开展了兰炭、烟煤、无烟煤、CDQ粉不同配比试验，寻找喷吹燃料配比对可磨性的影响规律。①燃料结构为“兰炭40%+烟煤35%+无烟煤20%+CDQ粉5%”可磨性最高，出粉能力正常，对设备磨损最小，同时保证了混合煤的安全性。其机理：随兰炭比例增加，混合煤中兰炭发挥着“研磨体”作用，使混合煤可磨性先增加后减小；②原煤水分对可磨性影响较大，现场在制粉过程要控制混合煤水分以保证制粉能力。
模拟兰炭制备工艺，研究了热解温度和热解时间对兰炭可磨性的影响。①发现了热解温度对半焦可磨性影响明显。随热解温度升高，可磨性先升高，后降低；在600-700℃之间出现可磨性最大值。随着热解时间的增加半焦的可磨性是降低的。不同煤种控制区间不同，基于此，梅钢开始实施“定制兰炭”采购机制。②揭示了兰炭炭化过程可磨性的演变机制。在低温脱除挥发分阶段，主要发生裂解反应，结晶水和挥发分大量析出产生微孔和微裂纹有利于半焦破碎。继续升高温度，半焦发生缩聚反应，炭基质逐渐变得致密，碳原子向增加有序度方向发展，半焦可磨性急剧下降。
2.2 研究兰炭喷吹燃烧/气化反应性提升技术，以解决兰炭喷吹燃料利用率低的问题
通过开展混合煤配比优化实验，寻找不同配比对燃料燃烧率/反应性的影响规律，确定混合燃料协同燃烧机制。①兰炭配加有助于提高混合燃料燃烧率。随着兰炭量的增加，混合燃料燃烧特征温度（失重50%的温度）也逐渐降低，表明混合燃料的燃烧性变好。主要是烟煤和兰炭挥发分高、燃烧性好，易燃烧并释放大量热量，可促进焦粉和CDQ的的燃烧。②兰炭配加有助于提高混合燃料反应性。混合燃料中随着兰炭比例的增加，混合燃料反应性增加。当混合燃料中兰炭含量从0%增加到40%时，反应性曲线向低温区方向移动。
首次揭示不同燃料粒度与燃烧率的关系，提出兰炭喷吹适宜的粒度控制方案。①混合燃料粒度要求-200目≥70%，随大粒级燃料占比增加，混合燃料燃烧率出现明显下降趋势。②焦粉粒度要求-300目≥75%，难燃烧焦粉需要更细的粒级分布，在混合燃烧时借助协同燃烧作用，其燃烧率能满足高炉冶炼要求。③焦粉配比<14%，在兰炭各个比例下随焦粉含量增加，混煤燃烧率下降。当焦粉比例大于14%，混煤燃烧率快速降低；再一次证明控制兰炭性能的重要性。④CDQ粉配比<20%，当CDQ粉比例大于20%以后，混煤燃烧率快速降低。
图5 兰炭与焦粉混合喷吹粒度分布控制对燃烧率的影响
（3）面向兰炭燃烧性能和反应性能提升的制备工艺参数优化
重点研究了热解温度和时间对兰炭燃烧性和反应性的影响，解析了热解半焦的物理结构特征。①随热解温度提高，在650-750℃区间，兰炭比表面积出现爆发性增长，兰炭比表面积越大，其燃烧性和反应性越好；②热解产生的气体破坏了兰炭的孔结构，气体析出造成碳质膨胀破裂。兰炭大孔被破坏形成了大量中孔与微孔，平均孔径降低；③兰炭热解温度控制在600℃-700℃，能够同时优化兰炭的可磨性、燃烧性、反应性。
2.3 研究兰炭喷吹高炉冶炼对策与操作参数，已解决兰炭喷吹炉况异常波动的隐患
重点研究了兰炭配比与炉热的对应关系，实现了高兰炭喷吹比下对燃料比的准确预设。①采用兰炭替代烟煤，有助于提高喷吹燃料的置换比；②确立混合燃料与基准煤置换比的线性回归关系：置换后燃料比=实际焦比+实际煤比*(100.44-0.067*b)。
图7 兰炭喷吹对喷吹置换比的影响
本项目揭示了兰炭配比与理论燃烧温度的对应关系，实现了高兰炭喷吹比下对理论燃烧温度的准确调控。考虑燃烧率的情况下，基准期的理论燃烧温度为2205℃，随着兰炭比例的变化，理论燃烧温度值变化很小。焦粉喷吹时，混煤的燃烧率快速降低，此时风口回旋区未燃煤粉量大幅增加，理论燃烧温度降低幅度明显。
（3）提高焦炭骨架空隙度、大幅度降低渣比，保证高炉接受大比例兰炭喷吹
高炉喷吹兰炭时提高大焦率，实施“提高大焦率”技术，提高大焦率6个百分点，提高了焦炭骨架空隙度；同时采用低碱度低镁烧结技术，高炉添加熔剂量下降8.3kg/t，高炉渣比下降7.1kg/t；高炉滴落带、软融带透气透液性改善，四号高炉喷煤比和兰炭配比大幅度提高后，高炉顺行特征指标压差ΔP反而由168kPa下降至163kPa、透气性指数k由2.99下降至2.88。炉渣性能优化采用低镁配矿技术，炉渣镁铝比降低至0.47，炉渣R提高到1.23，有利于提高炉渣热容量，保证炉缸热量充沛活跃，促进高炉稳定顺行和铁水脱硫。
本项目重点研究高炉一次至三次气流分布控制技术，应用逆反式布料模型应对炉料结构变化。①风口回旋区一次气流分布，提高鼓风动能强化中心气流，提高热风温度和富氧率，提高煤粉燃烧率，减少未燃煤粉，优化一次气流分布；②软融带二次气流分布，通过一次气流和炉顶布料，优化二次气流分布，降低压差；③块状带三次气流分布，合理调整块状带气流分布，提高炉身煤气利用率、炉顶煤气温度、降低块状带压差。
首次揭示了中速磨气氛含氧量与不同配比兰炭混合煤着火点和爆炸性的对应关系。①降低中速磨气氛含氧量可大幅度提高混合煤着火点温度。含氧气氛由21%降低到10%以下，100%兰炭的着火点由300℃提升到363℃；②控制烟气含氧量10%以下，中速磨入口烟气温度由上限280℃提高至上限320℃；③按新标准制粉，中速磨平均制粉能力由42.4t/h提升到50.3t/h，最高提升至52.4t/h，恢复正常制粉水平。
2.4 研发了高炉喷吹兰炭智能搭配软件和标准规范，保证了兰炭高效喷吹与稳定供应。
开发了高炉喷吹燃料优化配煤软件，方便现场技术人员对各种燃料性能指标的判断和确定不同燃料的选择搭配。突出特点：①根据高炉需求开发了性能约束方程和成分约束方程；
②开发了单种燃料的性价比评价模块，基于燃料的基础性能、工艺性能及价格等指标对混合燃料进行有效热值计算分析，确定不同燃料性价比高低；③开发了燃料优化搭配模块，基于单纯形法，实现计算机智能优化搭配；④开发不同混合燃料方案的优化配比模块，计算得到不同配比方案下的优化燃料成本。
根据高炉兰炭的干馏特性和现场需求，制定了高炉喷吹兰炭技术新标准。标准增加了对兰炭末发热量 、水分、全硫 、灰熔融性温度、哈氏可磨性等指标的技术要求，对兰炭末挥发分含量的技术要求增加了第三级档（15.01%-20%）。
图13 高炉喷吹兰炭技术要求（T/SSEA0095-2020）
（1）开发了兰炭可磨性提升技术，解决了兰炭制粉产量低、喷吹管道磨损的难题。开展兰炭、烟煤、无烟煤、CDQ粉不同配比试验，揭示了喷吹燃料配比对可磨性的影响机理，提出了基于“研磨体”的多硬度燃料复合研磨的配比优化技术；解析了兰炭制备温度和时间对可磨性的影响规律，提出了面向可磨性提升的兰炭生产工艺参数调控方案。
（2）开发了兰炭喷吹燃烧/气化反应性提升技术，解决了兰炭喷吹燃料利用率低的问题。针对燃料在高炉风口回旋区燃烧不完全易形成未燃煤粉，影响高炉透气透液性，危害高炉顺行的难题，本研究从优化混合燃料配比、兰炭与其他燃料粒度梯度控制、调控兰炭制备工艺参数三个方面来解决兰炭喷吹利用率低的问题。
（3）提出了兰炭喷吹高炉冶炼对策与操作参数，攻克了兰炭喷吹炉况异常波动的隐患。首次揭示了兰炭喷吹对喷吹置换比、理论燃烧温度的影响规律，开发了低碱度低镁烧结技术，降低了高炉熔剂比；采用焦炭大焦率技术，提高了高炉下部透气透液性；提出了煤气流分布控制技术、逆反式布料模型应对炉料结构变化，保证了高炉炉况稳定。
（4）研发了高炉喷吹兰炭智能搭配软件和标准规范，保证了兰炭高效喷吹与稳定供应。结合高炉喷吹工艺对燃料性能的要求，开发了高炉喷吹燃料优化搭配软件，方便现场技术人员对各种燃料性能指标的判断，确定不同燃料最优的搭配模式；根据兰炭的干馏特性和高炉冶炼需求，制定了高炉喷吹用兰炭末挥发分、发热量、水分、全硫、灰熔融性温度、哈氏可磨性等指标的技术要求。
2017年7月梅钢四号高炉（3200m3）和五号高炉（4070m3）开始喷吹兰炭，喷吹比例7%，喷吹煤价格1269.7元/吨，兰炭价格891.1元/吨，到2018年11月兰炭喷吹比例达到25%。2019年10月份在完成所有实验室试验及兰炭喷吹比例25%的工业化试验后，两座大高炉兰炭喷吹比例直接由25%提高到50%，随后两个月内提高到80%；2020年9月，大高炉兰炭配比提高到95%，CDQ粉5%；2020年11月兰炭喷吹技术推广至二号高炉（1280m3)，2021年6月兰炭喷吹比例达到100%；
项目首创全兰炭喷吹技术，成为国内外第一家以100%兰炭全部替代喷吹煤、并实现高效生产和稳定喷吹的厂家，并拥有多项自主知识产权和成套应用技术。项目改进期间兰炭喷吹量达到61万吨，财务认定完成降本效益5478万元。2020年~2022年三年累计降本效益达到40576万元。
表1 项目实施年度与基准年度各项指标和关键参数变化对比
①2020年各项经济技术指标、关键操作参数，较2019年均有改善趋势，说明高炉炉况向好；②表征高炉稳定顺行的特征指标压差ΔP由168.6kPa下降至163kPa，说明高炉炉况顺行良好；③煤比提高了10.6kg/t，焦比下降了11.9kg/t，燃料比下降了1.25kg/t。高炉能够接受兰炭配比和喷煤比的提高，而且混合煤粉在炉内的燃烧和利用保持高效的状态，喷吹煤在高炉内与焦炭的置换比达到11.9/10.6=1.123。
2、高比例兰炭喷吹工业化应用后关键指标变化趋势（年度）
①2017年到2020年四号高炉燃料比稳定在500kg/t左右；②焦比和煤比的变化趋势反映出高炉炉况的变化趋势。焦比下降33.7kg/t，煤比上升40.8kg/t，反映出高炉炉况整体稳定可控。③针对大比例使用外购焦和大幅度提高兰炭配比所采取的各种技术和措施是有效的，为四号高炉长期稳定顺行发挥了坚实的作用。
2023中国煤炭深加工与新能源耦合发展大会
2023中国风电、光伏与新型储能技术发展论坛
▌时间：2023年8月
▌地点：新疆•哈密
•伊吾
主办单位：
中国煤炭加工利用协会
哈密市人民政府
承办单位：
伊吾县人民政府
中国煤炭加工利用协会煤转化分会
中国煤炭加工利用协会兰炭分会
北京泛地能源咨询中心
中国煤炭深加工与新能源耦合发展大会原定与会专家及报告题目
原定2022年8月16日在新疆哈密召开“
中
国煤炭深加工与
新能源耦
合发展大会
”因疫情延期至2023年8月召开，新增“
2023中国风电、光伏与新型储能技术发展论坛。
”敬请关注！咨询电话18601201261
报告嘉宾：吴吟，国家能源局原副局长，中国能源研究会副理事长
报告嘉宾：林彬彬，化工行业工程勘察设计大师，中国天辰工程公司总工程师
报告嘉宾：尚建选，陕西煤业化工集团有限公司副总经理
报告嘉宾：山秀丽，全国工程勘察设计大师，华陆工程科技有限责任公司首席专家
9.煤化工“十四五”高质量发展形势、要点及与新能源耦合发展机遇与挑战
报告嘉宾：中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司
报告嘉宾：冯炜，国电南瑞电气控制分公司，副总经理，研究员级高工
12.绿氢、绿氨、绿醇作为能源行业脱碳途径的技术要点与发展前景
报告嘉宾：刘思明，石油和化学工业规划院能源化工处副处长
报告嘉宾：杨占彪，陕煤化集团神木富油能源科技有限公司总经理
17.煤焦油加氢组合工艺技术生产煤基特种燃料技术开发
报告嘉宾：邓文安，中国石油大学（华东）重质油国家重点实验室教授
报告嘉宾：周三，新奥科技发展有限公司煤气化中心总经理
报告嘉宾：吴路平，西南化工研究设计院有限公司工程公司副总工程师
报告嘉宾：盛宇星，中科院过程工程研究所、北京赛科康仑环保科技有限公司副研究员
21.煤气化技术（SPET）在哈密高新区化工新材料项目上的应用
报告嘉宾：张旭辉，北京国电富通科技发展有限公司技术总监
25.立足煤炭资源 发展甲醇汽车 保障能源安全 实现碳中和
高端对话一：（碳达峰、碳中和形势下的哈密市现代煤化工产业发展）
吴 吟，国家能源局原副局长，中国能源研究会副理事长
1、第一天 全天报到，“伊吾会场”参会代表安排接站晚宿伊吾县，“哈密市区会场”参会代表大巴接至哈密宾馆。
（1）当天上午：“伊吾县会场”会议代表参观调研伊吾县伊吾工业园区，并在园区召开专题座谈会，午饭后返回伊吾县城。
（2）当天上午同期：“哈密市区会场”召开“投融资和技术装备交流对接会”。
（3）下午：16:00 开幕式及院士报告会（伊吾县为线下会场，哈密会场同步直播）① 领导致辞; ② 院士专家主旨报告 ; ③“高端对话”，主要领导+院士+知名专家（主题为：碳达峰、碳中和形势下的哈密市现代煤化工产业发展); ④ 招商推介及签约仪式；
4、第四天，哈密会场参会人员赴伊吾县伊吾工业园区调研考察，晚宿伊吾县或淖毛湖镇，参观代表性煤炭深加工园区和典型企业，参观典型新能源企业。
“2023中国风电、光伏与新型储能技术发展论坛”会议内容、专家筹备邀请中......欢迎推荐、自荐！咨询电话：18601201261
关于哈密
哈密集丰富的煤炭、油气、风能、光能等能源资源于一地，能源富集且多样化，是全疆乃至全国传统能源（煤炭）与可再生能源（风、光）组合开发条件最为优越的地区之一。
据了解，哈密市煤炭预测资源量5708亿吨，占全国预测资源量的12.5%，占新疆预测资源量的31.7%，居全疆第一位，具有低灰、低硫、低磷、高热值、高含油率、高挥发分“三低三高”特点，特别是三塘湖、淖毛湖矿区已探明的煤炭资源中大部分为高含油煤，各煤层煤焦油产率平均达10%以上，最高接近20%，是全国乃至全世界罕有的富油煤种，风能、太阳能资源是全疆最好的地区。油气资源储量大，已探明的6个含油区块石油总资源量5.7亿吨，煤层气预测资源量约1.63万亿立方米，页岩气预测资源量约2770亿立方米、油页岩资源预测资源量约41亿吨，被自然资源部确认为亿吨级油田。哈密是全国风资源和光资源最好的地区之一，有全疆九大风区中的三塘湖—淖毛湖风区、十三间房风区及东南部风区，哈密市70米高度风功率密度等级≥每平方米200瓦、≥每平方米250瓦、≥每平方米300瓦和≥每平方米400瓦的技术开发量分别为3.03亿千瓦、2.44亿千瓦、1.9524亿千瓦和1.3亿千瓦；太阳能资源理论蕴藏量22.6万亿千瓦时，资源可开发量达49.38亿千瓦，技术可开发量达32.09亿千瓦，被国家确定为以千万千瓦级风电、百万千瓦级光伏发电示范基地为主的国家级综合能源基地。哈密辖区内新能源建设区域多为荒漠、戈壁地貌，地势平坦，适合大规模基地式集中连片开发建设，具备建设荒漠、戈壁大型风光电基地的土地资源优势。在“碳达峰、碳中和”战略引领下，哈密能源产业发展迎来了历史性机遇。
关于伊吾
伊吾县位于新疆东北部，天山北麓东段，总面积19519平方千米，户籍人口21218人，有汉族、维吾尔族、哈萨克族等17个民族。下辖4乡3镇1个牧民搬迁开发区、1个自治区级工业园区。辖区内有兵团淖毛湖农场、边防连等十余家驻地单位和部队。先后被国家、自治区评为“全国民族团结进步创建活动示范县”“国家卫生县城”“国家级园林县城”“自治区级优秀平安县”“自治区级生态文明建设示范县”“自治区文明县”等称号。
伊吾县矿产资源十分丰富，现已探明矿产资源有煤、铁、铜、金、煤、石油、芒硝、花岗岩等28种四十余处矿产地，开发利用的有石油、铁、煤、金等。风、光能资源十分丰富，伊吾淖毛湖风区90米高度平均风速7.41m/s-8.49m/s，风功率密度在741-1196瓦/平方米，是新疆风资源最好的地区。光伏规划区年均日照大于6h的天数在300天左右，全年日照时数为3300至3500小时，年平均太阳总辐射量为6214.66兆焦/平方米，是全国太阳能资源最为优越的地区之一，开发利用潜力大。其中，煤炭资源储量大、品种多、易开采，具有低硫、低磷、低灰粉、高发热量“三低一高”的特点，焦油产率在10%以上，最高可达16.3%，是全国乃至全世界罕有的富油煤种，是煤炭深加工项目的理想原料。已探明煤炭资源储量241.5亿吨，矿区总规修编后，矿井田由6个增加至15个，煤炭规划产能由2900万吨/年提高到1.43亿吨/年，目前已建成煤矿企业2家。
伊吾工业园区规划面积20平方公里，于2016年建成自治区级园区，已建成面积21.23平方公里，2018、2019、2020年度连续三年在全疆开发区土地集约利用评价中名列第一，是哈密现代能源与化工产业示范区发展的重要支撑和承载平台，实行以煤炭清洁高效利用为主的淖毛湖煤化工循环经济产业区、白石湖煤炭高效综合利用产业区和以有机农副产品深加工为重点的盐池特色农产品产业区，“一园三区”发展格局。近年来，围绕煤炭分级分质利用和煤制甲醇两条产业链，不断延伸产业链条。煤炭分质利用已建成1930万吨/年，在建3100万吨/年；焦油加氢已建成110万吨/年，年可产汽柴油100余万吨，在建100万吨/年；利用富产的荒煤气建成制乙二醇40万吨/年、发电4×5万千瓦机组及2×13.5万千瓦机组等项目，规划建设荒煤气制乙二醇、甲醇、甲缩醛、发电等产业延长项目。煤制甲醇产业链中，已建成甲醇120万吨/年、甲缩醛15万吨/年、多聚甲醛4万吨/年、乌洛托品2万吨/年、聚丙烯20万吨/年项目；“十四五”规划建设300万吨/年二氧化碳捕集及驱油示范项目、年产50万吨聚乙醇酸项目、风光互补联合制氢捕集二氧化碳合成绿色高值化学品项目、百万千瓦风光多能互补绿色低碳高值煤基化学品新材料项目、400万吨/年煤油共炼项目，发展甲醇制聚烯烃、MMA等产业延长精细化工项目。
