丁雁翔  张卫华  孙爱东  朴伟  佟研  李晓龙

（建龙阿城钢铁有限公司）

摘  要：高炉喷吹煤粉是实现“以煤代焦”、降低碳排放的关键工艺，但随着煤比提高，煤粉在风口回旋区内燃尽率下降，影响高炉顺行。煤粉预热技术通过提高入炉初始温度，促进煤粉提前热解与气化，可提升燃烧效率。数值模拟表明，预热温度每提高50℃，煤粉燃尽率平均增加约2%，预热至250℃时，烟煤与无烟煤燃烧率分别达87.92%和81.96%。国内三种主流技术中，竖式煤粉加热装置使用导热油与热风炉烟气回收技术，具有不消耗额外能源、占地小、投资低的特点。建龙阿钢采用双热源（热风炉废气+烟气炉余热）预热系统，将煤粉温度由50℃提至220℃以上，综合焦比降低3.5 kg/t·Fe，除尘灰含碳量下降2.54%。该技术具备可复制、易推广的特点，为高炉低碳炼铁提供了经济高效的成熟方案。

关键词：高炉；煤粉预热；煤粉温度；综合焦比

1  前言

高炉喷吹煤粉技术是现代高炉炼铁实现“以煤代焦”、降低焦比和碳排放的重要手段。随着喷煤比的不断提高，煤粉在风口回旋区内停留时间相对不足，燃尽率下降，未燃煤粉增多，导致炉渣黏度升高、除尘灰含碳量增加，甚至影响高炉顺行。如何提高煤粉在有限空间和时间内的燃烧效率，成为大喷吹技术推广的关键瓶颈。

煤粉预热喷吹技术通过提高煤粉入炉初始温度，使其在进入风口前提前发生热解、脱水及部分气化，从而缩短着火延迟时间，加快燃烧反应速率，显著提升燃尽率。近年来，国内外学者围绕煤粉预热开展了大量理论模拟与实验研究，证实了该技术的可行性与节能潜力。同时，国内钢铁企业也进行了多种技术路线的工业探索，积累了丰富的工程经验。

建龙集团旗下山西建龙、建龙阿城钢铁等基地与北京晟龙伟嘉科技有限公司合作，在煤粉预热技术领域实现了从单点试验到规模化应用的关键突破。特别是建龙阿钢采用双热源导热油预热系统，将煤粉温度稳定提升至220℃以上，取得了综合焦比降低、除尘灰含碳量下降的显著成效。

本文在系统梳理煤粉预热机理与国内典型技术路线的基础上，重点分析建龙阿钢煤粉预热工艺的创新点与工业实践效果，并展望下一步发展方向，以期为高炉低碳炼铁技术的推广应用提供参考。

2  提高煤粉温度的研究进展

煤粉在风口的燃烧本质上是煤中碳氢化合物与氧分子接触发生氧化反应[1]。其燃烧过程可分为三个阶段（如图1所示）：①煤粉预热阶段；②挥发分燃烧阶段——煤粉热解及挥发分析出，当温度达到着火点时挥发分着火燃烧；③半焦燃烧阶段——固定碳和残焦燃烧。

根据苏展等[2]的研究，煤粉在100~200℃主要发生水分蒸发失重；200~400℃仅有CO₂析出；400~600℃则析出C₂H₄、C₂H₆、CH₄、H₂、CO等碳链较短的碳氢化合物。

赵俊东[3]通过自建数学模型，对煤粉预热至30℃（常温）、100℃、150℃和200℃这四种工况进行了计算。结果表明：不同预热温度下，直吹管及风口段内的温度分布存在明显差异，随煤粉预热温度升高，同一温度等势线的位置依次向左移动（如图2所示）。分析认为，预热温度高的煤粉比低温煤粉更早发生热解，析出的挥发分燃烧放热，使热风温度升高。在不预热及预热至100℃、150℃、200℃时，煤粉在回旋区的燃尽率分别为69.48%、71.38%、74.12%和76.38%。即在其他条件不变时，预热温度越高，燃尽率越高（如图3所示）。

刘然、王杏娟[4]对无烟煤和烟煤在不同预热温度后的热差进行分析及燃烧率测定（结果见表1）。煤粉预热到250℃时，烟煤燃烧率由74.07%提高到87.92%，无烟煤燃烧率由60.39%提高到81.96%。

马泽军、王伟[5]通过对比煤粉预热前后的燃烧过程发现，煤粉预热可显著提高喷吹煤粉的初始温度，强化其在风口前的汽化热解过程，降低喷煤对风口区域热风的冷却效应，从而节省高炉内热量消耗，减少风口回旋区热平衡的热支出。此外，王保、张建良等[1]对行业内多种煤粉预热技术（如高炉废烟气对流预热、电磁感应预热、立式筒仓管板预热、流化床预热）的应用效果进行了总结，指出高炉喷吹煤粉预热技术不仅有利于提高煤粉燃烧率，还能改善煤粉的输送性能和喷吹性能。

3  提高煤粉温度的技术路线及应用

提高煤粉温度已成为高炉喷煤技术领域的前沿课题，受到高校、企业及科研单位的广泛关注。本节重点介绍几个典型研发案例。

3.1  国内高炉喷煤系统提高煤粉温度的应用实例

当前国内外煤粉预热技术主要包括：利用高炉煤气燃烧直接预热煤粉、利用高炉煤气燃烧循环过热蒸汽间接预热煤粉、利用蒸汽通过预热器预热氮气等。各典型工艺特点见表2。

各技术路线具体分析如下：

（1）煤气燃烧预热技术。该技术由舞钢中加钢铁、长治兴宝钢铁与长治方圣科技合作开发，采用煤气燃烧炉直接加热煤粉和输送氮气。其优点是预热温度较高，但缺点是消耗大量高炉煤气，且卧式设备结构曾发生堵塞，影响到系统运行效率。

（2）蒸汽加热预热技术。该技术以攀枝花钢铁为代表，利用高炉煤气燃烧产生循环过热蒸汽，通过布置在喷煤管道周围的蒸汽加热管对煤粉进行间接预热。其优点是工艺简单、投资较少，但受限于蒸汽温度，预热效果有限。

（3）导热油与热风炉烟气回收技术。该技术由山西建龙与北京晟龙伟嘉科技有限公司共同研发，以高炉热风炉废气为热源。主要创新包括：研制了全自动控制的立式煤粉预热器，开发了双组8单元可自由切换的油介质新型换热设备。该工艺回收热风炉烟气预热煤粉，不消耗额外能源，且具有工艺简单、投资少、占地小、运行费用低等显著优势。缺点是煤粉预热温度受热风炉废气温度影响。

3.2  建龙阿钢高炉煤粉预热工艺现状

建龙阿城钢铁有限公司（简称：建龙阿钢）与北京晟龙伟嘉科技有限公司合作，在山西建龙技术基础上进行迭代升级。新工艺采用导热油同时吸收热风炉烟气余热和煤粉车间烟气炉烟气余热，将热量输送至煤粉预热器和氮气预热器，实现煤粉与氮气双预热。系统主要包括：煤粉预热器、氮气预热器、热风炉烟气导热油换热器、煤粉车间烟气炉烟气导热油换热器及导热油循环系统（如图4所示）。引入煤粉车间烟气炉余热，有效弥补了山西建龙工艺中预热温度受限于热风炉废气温度的不足。

煤粉预热属于余热梯级利用的一种形式。具体流程为：热风炉废气（原温度280~350℃）先经煤粉预热、再用于双预热器。关键参数变化如下：煤气预热温度由184℃略升至188℃，基本持平；空气预热温度则由182℃降至132℃，下降了50℃。尽管如此，高炉实际使用的风温仍稳定保持在1220℃以上。这说明，工艺上在双预热之前适度取热，并辅以烟气炉余热作为补充热源，只要最终风温不降，就证明原有的余热存在富余。将这部分冗余热量用于煤粉预热，恰恰有效提升了能源利用效率。

该系统的另一创新点是采用了独立于原喷煤管线的工艺模式，可实现新旧系统快速切换。在设备检修或特殊工况下，高炉可随时切回原喷吹模式，丝毫不影响正常生产。

建龙阿钢于2026年一季度，在高炉顺行条件下开展了煤粉预热对煤比、综合燃料比影响的工业试验。结果表明：煤粉喷吹温度由约50℃稳定提升至220℃以上，升温幅度超过170℃。扣除综合入炉品位、风温、炉温、焦炭灰分等因素影响后，高炉综合焦比降低达3.5 kg/t·Fe，除尘灰中含碳量降低2.54%。相较于山西建龙项目，预热温度更高、节能降耗效果更突出，展现了该技术持续优化的巨大潜力。

4  结语

（1）煤粉预热可显著提高高炉喷吹煤粉的燃尽率。数值模拟与实验数据均表明，随着预热温度升高，挥发分析提前，燃烧区域前移，燃尽率呈线性提升。每提高50℃，燃尽率平均增加约2%；预热至250℃时，烟煤和无烟煤的燃烧率分别可提升至87.92%和81.96%。

（2）国内已形成多种煤粉预热技术路线，各有优劣。煤气燃烧预热温度最高（300℃）但能耗大、易堵塞；蒸汽预热工艺简单但温升有限；导热油与热风炉烟气回收技术不消耗额外能源、占地小、投资低，但预热温度受废气条件制约。

（3）建龙阿钢采用的双热源（热风炉废气+煤粉车间烟气炉废气）导热油预热系统，实现了煤粉与氮气双预热，煤粉升温幅度超过170℃，预热温度达220℃以上。新旧系统可快速切换的工艺设计保障了高炉生产的连续性与安全性。

（4）工业实践验证，煤粉预热至220℃以上，扣除其他因素后综合焦比降低3.5 kg/t·Fe，除尘灰含碳量下降2.54%，节能降碳效果显著。该技术具备可复制、易推广的特点，是当前高炉低碳炼铁经济高效的成熟方案。

（5）下一步研究方向应聚焦于：进一步提高预热温度的稳定性与安全性（如突破300℃时的防爆措施）、拓展低品位余热（如铁渣沟辐射热）的回收利用，以及针对不同煤种的适应性优化。

参考文献

[1] 王保,张建良,徐润生,等.高炉喷吹煤粉预热工艺技术进展及应用[J].炼铁,2024,43（3）:6-10,16.

[2] 苏展.高炉喷吹预热煤粉的研究[D].沈阳：东北大学硕士学位论文，2005

[3] 赵俊东,王恒,杨永昌,等.煤粉预热对高炉喷吹中煤粉燃烧行为的影响[J].过程工程学报,2011,4: 606-612.

[4] 刘然,王杏娟,梁春朝,等.提高预热煤粉燃烧率的机制[J].钢铁,2013,48(7): 12-16.

[5] 马泽军,王伟,陈辉,等.提高煤粉温度的高炉喷吹技术探讨[C]//中国金属学会,2017年全国高炉炼铁学术年会,云南昆明：中国金属学会，2017:1202-1205.