鋼鐵減“碳” “氫”裝上陣
作者:admin 發(fā)布日期:2022/3/2 8:14:16
哐當(dāng)哐當(dāng),哐當(dāng)當(dāng)……2月15日,隨著一聲聲鏗鏘有力的打樁聲響起,位于廣東省湛江市的寶山鋼鐵股份有限公司(下稱寶鋼股份)“零碳”冶煉項(xiàng)目——擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)內(nèi)首套百萬(wàn)噸級(jí)氫基豎爐全面施工建設(shè),吹響了我國(guó)鋼鐵行業(yè)向“零碳”制造技術(shù)進(jìn)軍的號(hào)角。
數(shù)據(jù)顯示,目前我國(guó)鋼鐵行業(yè)CO2排放總量較大(占全國(guó)15%左右),是工業(yè)領(lǐng)域減碳的重點(diǎn)行業(yè)之一。為確保2030年前碳達(dá)峰,2月7日,工業(yè)和信息化部等三部委發(fā)布了 《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》并指出,堅(jiān)持總量調(diào)控和科技創(chuàng)新降碳相結(jié)合,堅(jiān)持源頭治理、過(guò)程控制和末端治理相結(jié)合,全面推進(jìn)超低排放改造,統(tǒng)籌推進(jìn)減污降碳協(xié)同治理。
“雙碳目標(biāo)倒逼我國(guó)鋼鐵行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。”冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院黨委書記、院長(zhǎng)張龍強(qiáng)對(duì)中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)記者表示,在雙碳目標(biāo)下,低碳冶金的優(yōu)勢(shì)將促使國(guó)內(nèi)各大鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)加大低碳冶金研發(fā)和投資力度。未來(lái),隨著一大批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“低碳”鋼鐵冶金工藝技術(shù)不斷落地,我國(guó)鋼鐵行業(yè)有望迎來(lái)“零碳”冶煉時(shí)代。
01 高爐減碳靠改造
2021年11月29日,大型紀(jì)錄片《鋼鐵脊梁》在中央廣播電視總臺(tái)央視財(cái)經(jīng)頻道首播,全面講述鋼鐵行業(yè)具有重大影響力和巨大歷史價(jià)值的故事。在紀(jì)錄片中出現(xiàn)的漢冶萍煤鐵廠礦有限公司完整保留了漢冶萍時(shí)期的冶煉爐一座,這是我國(guó)現(xiàn)存最早的近代工業(yè)中鋼鐵冶煉遺址,具有非常高的文物價(jià)值。
鋼鐵冶煉爐是鋼鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施,同時(shí)也是鋼鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)的重點(diǎn)。按照鋼鐵生產(chǎn)流程的長(zhǎng)短,可分為高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程和電弧爐短流程的鋼鐵生產(chǎn)。長(zhǎng)流程冶煉一般指在高爐中以焦炭為還原劑,對(duì)鐵礦石進(jìn)行冶煉,得到鐵水,然后鐵水再移至轉(zhuǎn)爐中,通過(guò)吹氧去除多余的碳、氧、磷和剩余的硫,得到成分合格的鋼水。短流程冶煉一般是指用電弧爐對(duì)以廢鋼為主的原料進(jìn)行加熱冶煉。
目前,我國(guó)鋼鐵工業(yè)以高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程生產(chǎn)為主,一次能源消耗結(jié)構(gòu)主要為煤炭,節(jié)能降碳改造升級(jí)潛力較大。根據(jù)最近發(fā)布的《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南》披露,截至2020年底,我國(guó)鋼鐵行業(yè)高爐工序能效優(yōu)于標(biāo)桿水平的產(chǎn)能約占4%,能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能約占30%;轉(zhuǎn)爐工序能效優(yōu)于標(biāo)桿水平的產(chǎn)能約占6%,能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能約占30%。
控碳很難嗎?難。以高爐為例,根據(jù)日本專家對(duì)生產(chǎn)1噸鐵所需能耗計(jì)算,高爐煉鐵過(guò)程最低純碳消耗量為414千克/噸,僅此能耗就約占鋼鐵長(zhǎng)流程總能耗的60%?!澳壳?,長(zhǎng)流程鋼鐵生產(chǎn)仍是中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的主要生產(chǎn)工藝?!北本┛萍即髮W(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院教授白皓對(duì)記者表示,沒(méi)有這些能耗,高爐就無(wú)法實(shí)現(xiàn)煉鐵過(guò)程,這也是鋼鐵工業(yè)噸鋼能耗高的一個(gè)重要原因。
“面對(duì)雙碳目標(biāo),鋼鐵行業(yè)減碳、控碳的路徑之一就是從高爐到非高爐。”蘭格鋼鐵研究中心副主任葛昕表示,去年底開始,國(guó)內(nèi)部分鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)在現(xiàn)有鋼鐵產(chǎn)能置換中就存在明顯的長(zhǎng)流程向短流程轉(zhuǎn)向的趨勢(shì),其目標(biāo)為了在未來(lái)鋼鐵行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中取得先機(jī)。
02 “氫”裝上陣破瓶頸
“鋼鐵冶煉的長(zhǎng)流程向短流程轉(zhuǎn)向是控碳的方式之一,另一個(gè)更清潔的冶煉方法就是氫能冶煉技術(shù)?!睆堼垙?qiáng)介紹,氫能在冶金領(lǐng)域的創(chuàng)新與應(yīng)用,將推動(dòng)傳統(tǒng)“碳冶金”向新型“氫冶金”轉(zhuǎn)變,使鋼鐵生產(chǎn)擺脫對(duì)化石能源的絕對(duì)依賴,一旦技術(shù)取得突破,將全面改變鋼鐵行業(yè)高碳排放的格局。
2019年1月,中國(guó)寶武與中核集團(tuán)、清華大學(xué)簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》,共同打造核氫冶金產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。前不久,基于相關(guān)技術(shù),中國(guó)寶武旗下的寶鋼股份在湛江基地開工建設(shè)(一期)1 座百萬(wàn)噸級(jí)、具備全氫工藝試驗(yàn)條件的氫基豎爐直接還原示范工程及配套設(shè)施,可按不同比例靈活使用焦?fàn)t煤氣、天然氣和氫氣。
寶鋼股份相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,未來(lái),湛江基地將在氫基豎爐的基礎(chǔ)上,利用南海地區(qū)光伏、風(fēng)能配套上“光-電-氫”“風(fēng)-電-氫”綠色能源,形成與鋼鐵冶金工藝相匹配的全循環(huán)、封閉的流程,產(chǎn)線碳排放較長(zhǎng)流程降低90%以上,并通過(guò)碳捕集、森林碳匯等實(shí)現(xiàn)綠氫全流程零碳工廠。
在清潔冶煉技術(shù)方面,北京科技大學(xué)冶金工程專業(yè)作為世界一流建設(shè)學(xué)科,在鋼鐵冶金新技術(shù)方面具有強(qiáng)大的研究實(shí)力,目前已經(jīng)在冶金與生態(tài)工程學(xué)院組建了二氧化碳科學(xué)研究中心,并加強(qiáng)與企業(yè)深度合作。2021年4月,擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氫基熔融還原冶煉技術(shù)在內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市成功落地轉(zhuǎn)化。該技術(shù)是由建龍集團(tuán)與北京科技大學(xué)等科研單位聯(lián)合開發(fā)出的第一代氫基熔融還原CISP新工藝,其關(guān)鍵設(shè)備及零部件均實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
與此同時(shí),“中國(guó)鋼鐵企業(yè)在積極開展與減碳技術(shù)相關(guān)的研究和實(shí)踐中也取得了諸多創(chuàng)新成果?!睆堼垙?qiáng)表示,在“2021全球?qū)@麆?chuàng)新指數(shù)”,排名前30名企業(yè)中有13家中國(guó)鋼鐵企業(yè)入選,其中中國(guó)寶武位列第三,排在全球?qū)@麆?chuàng)新指數(shù)第一陣營(yíng)。
在白皓看來(lái),寶鋼股份的百萬(wàn)噸級(jí)氫基豎爐工程作為低碳冶金的示范工程以及建龍集團(tuán)的氫基熔融還原冶煉技術(shù)的落地應(yīng)用,無(wú)疑對(duì)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的創(chuàng)新引領(lǐng)、推動(dòng)科學(xué)減碳具有重要意義。
03 按圖索驥可控碳
近年來(lái),我國(guó)不同的鋼鐵企業(yè)根據(jù)國(guó)家、地方、行業(yè)的雙碳政策以及結(jié)合自身實(shí)際分別制定碳減排規(guī)劃和路線圖?!爸袊?guó)寶武、河鋼集團(tuán)等企業(yè)已率先提出到2050年的減碳技術(shù)路線?!卑尊┍硎?,以中國(guó)寶武為例,其提出了綠色低碳發(fā)展主要思路,并在寶鋼股份寶山基地開展富氫高爐試驗(yàn)、湛江基地開展氫基豎爐試驗(yàn)、梅山基地開展大廢鋼試驗(yàn),在八一鋼鐵開展富氧和爐頂煤氣循環(huán)試驗(yàn)等。
河鋼集團(tuán)提出的技術(shù)路徑包括優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局及流程結(jié)構(gòu)變革,推進(jìn)全流程減排;優(yōu)化用能并構(gòu)建多元能源結(jié)合體系,加快低碳轉(zhuǎn)型;開展全生命周期評(píng)價(jià),助力鋼鐵材料性能和壽命提升;打造低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈,實(shí)現(xiàn)協(xié)同降碳,開展低碳研發(fā)技術(shù)示范等。
張龍強(qiáng)表示,當(dāng)前,我國(guó)鋼鐵行業(yè)降碳的主要方向包括:繼續(xù)實(shí)施產(chǎn)能產(chǎn)量雙控,控制粗鋼總量;落實(shí)鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案,統(tǒng)籌推進(jìn)減污降碳協(xié)同治理;有序推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整;開展能效提升及評(píng)估,支持企業(yè)提高綠色能源使用比例;制定氫冶金行動(dòng)方案,加快推進(jìn)低碳冶煉技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。
“實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和并非一蹴而就,而是全社會(huì)的一場(chǎng)持久戰(zhàn)?!睆堼垙?qiáng)表示,行業(yè)企業(yè)應(yīng)充分學(xué)習(xí)、了解相關(guān)政策,完整、準(zhǔn)確、全面貫徹新發(fā)展理念,統(tǒng)籌兼顧、科學(xué)謀劃、有序推進(jìn)鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展,通過(guò)做好頂層設(shè)計(jì)、加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)、儲(chǔ)備低碳動(dòng)能、夯實(shí)低碳基礎(chǔ)、革新低碳技術(shù),推動(dòng)雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
白皓建議,未來(lái)鋼鐵工業(yè)要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo),需要在流程結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝的變革,走低碳冶煉之路。推動(dòng)行業(yè)資源綜合利用、節(jié)能和減排三大維度指標(biāo)的顯著提升,只有應(yīng)用鋼鐵綠色低碳關(guān)鍵技術(shù),鋼鐵企業(yè)才能實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的制造模式
此文關(guān)鍵字: