钢(gang)铁减(jian)“碳” “氢”装(zhuang)上阵
作者：admin 发(fa)布日(ri)期(qi)：2022/3/2 8:14:16
哐(kuang)当(dang)哐当，哐当当(dang)……2月(yue)15日，随(sui)着一声声铿锵(qiang)有力(li)的打桩声(sheng)响起(qi)，位(wei)于广东(dong)省湛江市的宝山(shan)钢(gang)铁(tie)股份(fen)有限公司(si)（下称宝(bao)钢股(gu)份）“零碳(tan)”冶炼(lian)项目——拥(yong)有自(zi)主(zhu)知(zhi)识(shi)产(chan)权(quan)的国(guo)内首(shou)套(tao)百(bai)万(wan)吨(dun)级氢基(ji)竖(shu)炉全面施工(gong)建设，吹(chui)响了(le)我国(guo)钢铁行业(ye)向“零碳”制(zhi)造(zao)技术进军的号角。
数(shu)据(ju)显(xian)示，目前我(wo)国钢(gang)铁(tie)行(xing)业CO2排(pai)放总(zong)量(liang)较(jiao)大(da)（占(zhan)全(quan)国(guo)15%左(zuo)右），是工(gong)业领域减(jian)碳(tan)的(de)重(zhong)点(dian)行业(ye)之一。为(wei)确保(bao)2030年(nian)前(qian)碳(tan)达(da)峰，2月7日(ri)，工(gong)业和信息化部等三部委(wei)发布(bu)了(le) 《关(guan)于促进(jin)钢铁工业高(gao)质量发展(zhan)的指(zhi)导意见(jian)》并(bing)指(zhi)出，坚持总量(liang)调(diao)控(kong)和科(ke)技创新降(jiang)碳(tan)相(xiang)结(jie)合，坚持(chi)源(yuan)头(tou)治理(li)、过(guo)程控(kong)制和(he)末端(duan)治理(li)相结合，全面(mian)推进超低排(pai)放改(gai)造(zao)，统(tong)筹推(tui)进减(jian)污(wu)降(jiang)碳(tan)协(xie)同治(zhi)理。
“双碳(tan)目标倒逼(bi)我(wo)国(guo)钢(gang)铁(tie)行业(ye)技(ji)术创(chuang)新(xin)。”冶(ye)金(jin)工(gong)业信息标准(zhun)研(yan)究(jiu)院(yuan)党委书记(ji)、院长张(zhang)龙(long)强(qiang)对(dui)中(zhong)国(guo)知(zhi)识产权报记者(zhe)表(biao)示，在双(shuang)碳(tan)目标下(xia)，低(di)碳冶金的(de)优势将(jiang)促使国内(nei)各大钢铁生(sheng)产(chan)企业(ye)加(jia)大低(di)碳(tan)冶(ye)金研(yan)发和投(tou)资(zi)力度(du)。未来，随(sui)着(zhe)一(yi)大批拥(yong)有自(zi)主(zhu)知识产权的“低碳(tan)”钢铁(tie)冶金工(gong)艺(yi)技术不(bu)断(duan)落地(di)，我国钢(gang)铁(tie)行(xing)业(ye)有望迎来(lai)“零(ling)碳”冶(ye)炼时代(dai)。
01 高炉(lu)减碳靠改(gai)造
2021年11月29日，大型纪录(lu)片《钢铁脊(ji)梁》在(zai)中央(yang)广(guang)播(bo)电视(shi)总台(tai)央(yang)视财经频道首(shou)播(bo)，全(quan)面(mian)讲(jiang)述钢铁(tie)行业具(ju)有重大影(ying)响力和(he)巨(ju)大(da)历史价值的(de)故(gu)事。在(zai)纪(ji)录(lu)片(pian)中(zhong)出(chu)现(xian)的(de)汉冶萍煤铁厂(chang)矿(kuang)有限公(gong)司(si)完整保(bao)留(liu)了汉冶(ye)萍(ping)时期(qi)的(de)冶炼(lian)炉一(yi)座(zuo)，这(zhe)是(shi)我国(guo)现存(cun)最(zui)早(zao)的近代工(gong)业中钢(gang)铁(tie)冶(ye)炼遗(yi)址(zhi)，具(ju)有非(fei)常高的文(wen)物价值。
钢铁(tie)冶(ye)炼炉是钢(gang)铁(tie)生(sheng)产的(de)基(ji)础设施，同时也(ye)是钢(gang)铁(tie)产业技术(shu)升级(ji)的(de)重(zhong)点(dian)。按照(zhao)钢(gang)铁(tie)生产(chan)流程(cheng)的长(zhang)短(duan)，可(ke)分为高炉-转(zhuan)炉(lu)长流程(cheng)和电(dian)弧炉(lu)短流(liu)程(cheng)的(de)钢铁生(sheng)产。长流(liu)程(cheng)冶炼一(yi)般指在高(gao)炉(lu)中以(yi)焦(jiao)炭(tan)为还(hai)原(yuan)剂，对铁(tie)矿石(shi)进行(xing)冶炼，得到(dao)铁水(shui)，然(ran)后铁水(shui)再(zai)移(yi)至转炉中，通(tong)过吹氧(yang)去(qu)除(chu)多(duo)余(yu)的碳、氧、磷和剩(sheng)余(yu)的硫(liu)，得到成(cheng)分(fen)合格的(de)钢(gang)水。短(duan)流(liu)程(cheng)冶炼一般(ban)是(shi)指用电弧(hu)炉对(dui)以(yi)废钢为(wei)主的(de)原料(liao)进(jin)行加热(re)冶炼。
目(mu)前，我(wo)国(guo)钢(gang)铁工(gong)业(ye)以高(gao)炉-转炉(lu)长流程(cheng)生(sheng)产(chan)为主(zhu)，一(yi)次(ci)能(neng)源消耗(hao)结(jie)构(gou)主(zhu)要为煤(mei)炭，节(jie)能降碳(tan)改(gai)造(zao)升级(ji)潜(qian)力较大。根(gen)据最(zui)近(jin)发(fa)布的《钢(gang)铁(tie)行(xing)业(ye)节(jie)能降(jiang)碳(tan)改(gai)造升(sheng)级实施指(zhi)南》披(pi)露(lu)，截至(zhi)2020年(nian)底(di)，我(wo)国钢(gang)铁(tie)行业(ye)高炉(lu)工序能效优(you)于标杆(gan)水(shui)平(ping)的产能(neng)约占4%，能效(xiao)低于基准水平的产能(neng)约占(zhan)30%；转(zhuan)炉(lu)工(gong)序能(neng)效(xiao)优(you)于标杆水(shui)平(ping)的产(chan)能约占(zhan)6%，能效低(di)于基(ji)准水(shui)平(ping)的产能约(yue)占30%。
控碳(tan)很难(nan)吗？难(nan)。以(yi)高(gao)炉(lu)为例，根据日(ri)本(ben)专(zhuan)家对(dui)生(sheng)产１吨(dun)铁(tie)所(suo)需(xu)能耗计(ji)算，高炉炼(lian)铁过(guo)程最(zui)低纯(chun)碳(tan)消耗(hao)量为414千(qian)克(ke)／吨，仅此(ci)能耗就(jiu)约占(zhan)钢(gang)铁(tie)长流(liu)程(cheng)总(zong)能(neng)耗的60%。“目(mu)前，长流程钢(gang)铁(tie)生(sheng)产仍(reng)是(shi)中国钢铁生(sheng)产的主要生(sheng)产(chan)工艺。”北(bei)京(jing)科技(ji)大学(xue)冶(ye)金(jin)与(yu)生态工(gong)程(cheng)学(xue)院教(jiao)授(shou)白皓对记(ji)者(zhe)表(biao)示，没(mei)有这些(xie)能(neng)耗(hao)，高(gao)炉(lu)就(jiu)无(wu)法实(shi)现(xian)炼(lian)铁(tie)过(guo)程，这也(ye)是钢(gang)铁工(gong)业吨钢能耗高的一个(ge)重要原因(yin)。
“面对(dui)双碳(tan)目标(biao)，钢铁(tie)行业减(jian)碳(tan)、控碳的路(lu)径(jing)之(zhi)一(yi)就(jiu)是从高炉(lu)到(dao)非高炉(lu)。”兰格(ge)钢铁研究(jiu)中心副主(zhu)任(ren)葛(ge)昕(xin)表(biao)示(shi)，去(qu)年(nian)底(di)开始(shi)，国内(nei)部分(fen)钢铁(tie)生(sheng)产(chan)企(qi)业(ye)在现有钢(gang)铁产能(neng)置(zhi)换(huan)中就存在明显的(de)长流程(cheng)向短(duan)流(liu)程转向(xiang)的趋势(shi)，其目(mu)标为(wei)了在(zai)未(wei)来(lai)钢铁行(xing)业的竞(jing)争(zheng)中取得(de)先机(ji)。
02 “氢”装(zhuang)上(shang)阵(zhen)破瓶颈
“钢铁冶炼(lian)的(de)长流程向(xiang)短(duan)流(liu)程转向是控(kong)碳(tan)的(de)方式(shi)之一，另(ling)一个更清洁的(de)冶炼(lian)方(fang)法就是(shi)氢能冶炼(lian)技术。”张(zhang)龙强介绍(shao)，氢能(neng)在冶金(jin)领(ling)域(yu)的(de)创新(xin)与(yu)应(ying)用(yong)，将推动传(chuan)统(tong)“碳(tan)冶(ye)金”向(xiang)新型“氢冶(ye)金(jin)”转(zhuan)变，使(shi)钢(gang)铁生产(chan)摆脱(tuo)对化(hua)石能(neng)源(yuan)的(de)绝对(dui)依(yi)赖，一(yi)旦(dan)技术取(qu)得突(tu)破(po)，将全(quan)面(mian)改(gai)变钢铁(tie)行业(ye)高碳(tan)排(pai)放(fang)的格(ge)局(ju)。
2019年1月,中(zhong)国(guo)宝武与中核集(ji)团、清(qing)华大(da)学签订(ding)《核(he)能(neng)-制氢-冶(ye)金耦(ou)合(he)技(ji)术(shu)战略合作(zuo)框(kuang)架协(xie)议(yi)》,共(gong)同打(da)造核(he)氢冶金(jin)产业(ye)联(lian)盟(meng)。前不久(jiu)，基(ji)于相(xiang)关(guan)技术(shu)，中国宝武旗下的(de)宝(bao)钢股(gu)份在湛(zhan)江基(ji)地(di)开工(gong)建(jian)设（一(yi)期）1 座百(bai)万吨(dun)级、具备(bei)全氢(qing)工艺试(shi)验条件的氢(qing)基(ji)竖(shu)炉(lu)直接(jie)还(hai)原(yuan)示(shi)范(fan)工程及配套(tao)设施，可(ke)按(an)不同比例灵活使(shi)用(yong)焦炉煤(mei)气、天然(ran)气(qi)和氢气(qi)。
宝钢(gang)股(gu)份(fen)相(xiang)关(guan)负(fu)责(ze)人(ren)介(jie)绍，未来(lai)，湛(zhan)江(jiang)基地将(jiang)在(zai)氢基(ji)竖炉的(de)基础上，利(li)用(yong)南海地区光(guang)伏、风(feng)能配套(tao)上(shang)“光(guang)-电(dian)-氢”“风(feng)-电-氢”绿(lv)色(se)能源(yuan)，形成与(yu)钢(gang)铁冶金(jin)工(gong)艺相(xiang)匹(pi)配(pei)的全循环、封闭(bi)的流(liu)程(cheng)，产(chan)线碳排放(fang)较长流程(cheng)降(jiang)低(di)90%以上，并(bing)通过碳(tan)捕(bu)集(ji)、森林碳汇(hui)等(deng)实现绿(lv)氢全流(liu)程零(ling)碳(tan)工厂(chang)。
在清(qing)洁(jie)冶(ye)炼技术(shu)方面，北(bei)京科技大(da)学冶(ye)金(jin)工程专业作(zuo)为世(shi)界(jie)一(yi)流(liu)建(jian)设学科(ke)，在钢铁冶(ye)金新(xin)技(ji)术(shu)方(fang)面(mian)具有(you)强大(da)的研究(jiu)实力(li)，目前已(yi)经在冶金(jin)与(yu)生(sheng)态工(gong)程学院(yuan)组建了二(er)氧化碳科(ke)学(xue)研(yan)究(jiu)中(zhong)心(xin)，并加(jia)强(qiang)与企(qi)业(ye)深度合(he)作。2021年(nian)4月，拥(yong)有自(zi)主知(zhi)识(shi)产权的(de)氢(qing)基(ji)熔融(rong)还(hai)原冶(ye)炼(lian)技(ji)术在内(nei)蒙古自治(zhi)区(qu)乌(wu)海(hai)市(shi)成功(gong)落地转(zhuan)化(hua)。该技(ji)术是(shi)由(you)建(jian)龙(long)集(ji)团与(yu)北(bei)京(jing)科技(ji)大(da)学等科(ke)研单(dan)位联合开(kai)发(fa)出的第一代氢(qing)基熔融(rong)还原CISP新工艺(yi)，其(qi)关键(jian)设备(bei)及零部(bu)件均实(shi)现(xian)国(guo)产(chan)化。
与(yu)此同(tong)时(shi)，“中国钢(gang)铁(tie)企业(ye)在积(ji)极开(kai)展(zhan)与(yu)减碳(tan)技术相关的研究和实践中也取得了诸(zhu)多(duo)创(chuang)新成(cheng)果(guo)。”张龙强(qiang)表示，在“2021全(quan)球专(zhuan)利创新(xin)指(zhi)数”，排名(ming)前(qian)30名(ming)企(qi)业(ye)中(zhong)有(you)13家中(zhong)国钢铁(tie)企业(ye)入选，其中(zhong)中(zhong)国宝武位(wei)列(lie)第三，排(pai)在(zai)全(quan)球专(zhuan)利(li)创新指数第一(yi)阵(zhen)营。
在(zai)白皓(hao)看来，宝钢(gang)股份的百万(wan)吨(dun)级(ji)氢基(ji)竖(shu)炉工(gong)程(cheng)作(zuo)为低碳冶(ye)金(jin)的示范工程(cheng)以及(ji)建龙(long)集团(tuan)的(de)氢基熔(rong)融(rong)还原冶(ye)炼(lian)技术(shu)的(de)落(luo)地(di)应(ying)用，无疑对我国钢铁(tie)行(xing)业的创新引(yin)领、推动(dong)科(ke)学减(jian)碳(tan)具有(you)重(zhong)要意义(yi)。
03 按图(tu)索(suo)骥(ji)可控(kong)碳(tan)
近年(nian)来(lai)，我(wo)国(guo)不(bu)同(tong)的(de)钢(gang)铁企(qi)业(ye)根据(ju)国(guo)家、地(di)方、行(xing)业(ye)的双(shuang)碳政(zheng)策(ce)以及结(jie)合自(zi)身(shen)实际分别(bie)制定碳(tan)减(jian)排(pai)规划和(he)路线(xian)图(tu)。“中国宝(bao)武、河钢(gang)集团等(deng)企(qi)业已率先(xian)提出到(dao)2050年的减碳技(ji)术(shu)路(lu)线。”白皓表示，以(yi)中(zhong)国(guo)宝(bao)武为例，其提(ti)出了绿(lv)色低碳(tan)发展(zhan)主要思(si)路(lu)，并在宝(bao)钢(gang)股(gu)份宝(bao)山(shan)基(ji)地开展富(fu)氢高(gao)炉(lu)试验(yan)、湛江(jiang)基(ji)地(di)开(kai)展(zhan)氢基(ji)竖(shu)炉(lu)试验、梅(mei)山基地开展(zhan)大废钢(gang)试(shi)验(yan)，在(zai)八一(yi)钢铁开(kai)展(zhan)富氧(yang)和(he)炉(lu)顶(ding)煤气循(xun)环试(shi)验等(deng)。
河(he)钢(gang)集团提出(chu)的(de)技术路径(jing)包(bao)括优化产业布局及(ji)流(liu)程(cheng)结构(gou)变(bian)革(ge)，推(tui)进(jin)全流(liu)程减排(pai)；优(you)化(hua)用能并构建(jian)多元能(neng)源(yuan)结(jie)合(he)体系，加(jia)快低(di)碳(tan)转型(xing)；开(kai)展全(quan)生(sheng)命(ming)周期(qi)评(ping)价，助力(li)钢铁材料性能(neng)和寿(shou)命(ming)提(ti)升；打造(zao)低(di)碳循环(huan)经(jing)济产业(ye)链，实现协(xie)同(tong)降碳，开(kai)展(zhan)低(di)碳研(yan)发技(ji)术(shu)示(shi)范(fan)等。
张龙(long)强表示(shi)，当前，我(wo)国(guo)钢(gang)铁行业(ye)降(jiang)碳的主要(yao)方(fang)向包括(kuo)：继续(xu)实(shi)施产(chan)能产量双控，控制(zhi)粗钢总(zong)量(liang)；落(luo)实(shi)钢(gang)铁行(xing)业(ye)碳达(da)峰(feng)实施(shi)方(fang)案，统(tong)筹(chou)推进(jin)减(jian)污降(jiang)碳协(xie)同治(zhi)理(li)；有(you)序(xu)推(tui)进结(jie)构(gou)调整(zheng)；开展能(neng)效提(ti)升及评估(gu)，支(zhi)持(chi)企(qi)业提(ti)高绿色能(neng)源使用(yong)比(bi)例；制定氢(qing)冶(ye)金行动方(fang)案，加(jia)快(kuai)推(tui)进低(di)碳(tan)冶(ye)炼(lian)技术(shu)研发(fa)应用(yong)。
“实现(xian)碳达峰、碳(tan)中和(he)并(bing)非(fei)一蹴(cu)而就，而是全(quan)社(she)会的(de)一(yi)场持久战(zhan)。”张(zhang)龙(long)强(qiang)表示，行(xing)业企(qi)业(ye)应充(chong)分学习、了(le)解(jie)相关政策(ce)，完整(zheng)、准确、全面贯彻(che)新发展理念，统(tong)筹兼(jian)顾(gu)、科(ke)学谋划、有序(xu)推进钢铁行业低(di)碳发展，通过做好(hao)顶层设计、加强标(biao)准引(yin)领(ling)、储备(bei)低碳(tan)动(dong)能、夯(hang)实低(di)碳基础、革新(xin)低(di)碳(tan)技(ji)术，推(tui)动(dong)双碳(tan)目标实(shi)现(xian)。
白(bai)皓建(jian)议，未(wei)来(lai)钢铁(tie)工(gong)业要(yao)实(shi)现(xian)碳达峰(feng)、碳(tan)中和(he)目标(biao)，需要(yao)在流(liu)程(cheng)结(jie)构、能源结(jie)构(gou)、生(sheng)产(chan)工(gong)艺的(de)变(bian)革，走(zou)低碳(tan)冶(ye)炼之路(lu)。推(tui)动行业资(zi)源(yuan)综(zong)合(he)利用、节能和减排(pai)三大(da)维(wei)度(du)指(zhi)标(biao)的显(xian)著提(ti)升，只(zhi)有应(ying)用(yong)钢(gang)铁(tie)绿色(se)低碳(tan)关(guan)键技(ji)术，钢铁企业才(cai)能实现良(liang)好的(de)经(jing)济(ji)、环境(jing)和社(she)会效益(yi)的制造模式(shi)
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