《中國冶金報》高質(zhì)量發(fā)展的寶武實(shí)踐報道組：陳玉千 陳琢 劉加軍 呂兵 呂林 賈林海
2030年前碳達峰，2060年前碳中和，這是中國對世界的承諾；
2023年力爭實(shí)現碳達峰，2025年具備減碳30%的工藝技術(shù)能力，2035年力爭減碳30%，2050年力爭實(shí)現碳中和，這是中國寶武對世界的承諾。
圖為朝陽(yáng)里的中國寶武八鋼廠(chǎng)區。（姚海山攝）
“作為唯一穩定連續的工業(yè)化級別的非高爐煉鐵工藝——歐冶爐在八鋼的成功應用為綠色低碳找到了一條技術(shù)路徑。這是一件前無(wú)古人的事情，中國寶武黨委書(shū)記、董事長(cháng)陳德榮說(shuō)‘這是我們在世界冶金史上留下的咱們中國人的印記’?！?021年10月14日，中國寶武八鋼黨委書(shū)記、董事長(cháng)吳彬對《中國冶金報》記者表示，“我們將立足新疆能源實(shí)際，積極謀劃和推動(dòng)碳達峰、碳中和工作，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展?！?/div>
“八鋼富氫碳循環(huán)高爐（以下簡(jiǎn)稱(chēng)富氫爐），通過(guò)全氧、富氫和煤氣自循環(huán)，實(shí)現碳減排30%以上，目前已取得50%富氧、降碳15%的成就?！卑虽摕掕F廠(chǎng)廠(chǎng)長(cháng)助理陳佰軍告訴《中國冶金報》記者。
歐冶爐以煤為主要燃料和還原劑直接熔融還原生產(chǎn)鐵水，同時(shí)產(chǎn)生大量煤氣，再將歐冶爐產(chǎn)生的煤氣進(jìn)行提純，提純后的煤氣（高純度一氧化碳）除歐冶爐自循環(huán)使用外，其余用于富氫爐及其他傳統高爐冶煉使用；而提純后產(chǎn)生的二氧化碳用于化工和石油行業(yè)，以及作為安全氣體使用，最終實(shí)現碳的趨零排放。
毫無(wú)疑問(wèn)，這是中國寶武低碳冶金的底氣，也是中國鋼鐵實(shí)現“雙碳”目標的底氣。
顛覆：從COREX爐到歐冶爐
早在2005年，當時(shí)的寶鋼就承擔起了我國探索非高爐煉鐵技術(shù)的使命，從奧鋼聯(lián)引入熔融還原技術(shù)，建成了設計年產(chǎn)能150萬(wàn)噸、當時(shí)世界最大的COREX爐，并于2008年5月順利達產(chǎn)。但是，COREX爐對原料和燃料的苛刻要求，使其運行經(jīng)濟性大受影響，開(kāi)著(zhù)就虧損，不開(kāi)可惜，出路在何方？
“COREX爐是一種使用塊礦或球團礦作為原料、使用非焦煤作為還原劑和燃料的熔融還原煉鐵工藝。但是只能用山西某煤礦生產(chǎn)的一種塊煤，而且須使用價(jià)格較高的高強度球團，原料適應性非常差，經(jīng)濟性因此大受影響?！标惏圮娊榻B。
最終，寶鋼于2011年做出決策，將COREX爐搬遷至八鋼，希望利用當地的資源，走出一條適合國情、高性?xún)r(jià)比的非高爐煉鐵技術(shù)之路。
2012年，COREX爐輾轉幾千公里來(lái)到新疆，在八鋼安家落戶(hù)?！袄贤舛纪娌晦D的新玩意，到八鋼能好使不？”“八鋼效益本來(lái)就不咋地，這不是雪上加霜嘛！”一時(shí)間，員工議論紛紛。
“有議論是正常的。不過(guò)，COREX爐來(lái)到八鋼就已不再是原來(lái)的COREX爐，而是變成了歐冶爐。因為它在本質(zhì)上已經(jīng)顛覆了原來(lái)意義上的COREX爐熔融還原煉鐵工藝，而變成中國自己開(kāi)發(fā)的一種新的非高爐煉鐵工藝，而且是一種具有極強競爭力的新工藝?！眳潜蛑赋?。
圖為歐冶爐遠景。（劉加軍攝）
用一個(gè)小小的“馕坑”爐模擬歐冶爐開(kāi)爐操作就是八鋼人創(chuàng )新觀(guān)念和強大創(chuàng )新能力的一個(gè)生動(dòng)案例。
2015年6月，在即將開(kāi)爐的時(shí)候，歐冶爐首任爐長(cháng)田寶山卻一連幾天從歐冶爐建設現場(chǎng)“神秘失蹤了”。
當然，他哪兒也沒(méi)去，而是躲在自己的“秘密試驗基地”——一個(gè)已經(jīng)被遺棄的廠(chǎng)房旁，那里有他自己搭建起來(lái)的模擬歐冶爐的“馕坑”爐。他用報廢的小套模擬風(fēng)口，用焊接的氧氣管道和氧氣瓶模擬穩壓站。他一次次用打火機點(diǎn)燃油布，塞進(jìn)“風(fēng)口”，一次次“送氧”，點(diǎn)燃焦炭，熔化礦石和熔劑……
最終，在八鋼誕生了一個(gè)全新的歐冶爐開(kāi)爐模式，與COREX3000時(shí)代的開(kāi)爐費用相比實(shí)現了極大幅度的降低。
圖為歐冶爐自動(dòng)取樣檢測裝置。（姚海山攝）
“落戶(hù)八鋼后，COREX爐已經(jīng)先后實(shí)施了數十個(gè)改造項目?！标惏圮娬f(shuō)，“自開(kāi)爐以來(lái)，八鋼歐冶爐共申報專(zhuān)利600余項，獲得授權專(zhuān)利142項，其中發(fā)明專(zhuān)利42項，已經(jīng)完全顛覆了原來(lái)的工藝?！?/div>
正是這一系列的創(chuàng )新，造就了今日的歐冶爐。
在裝備創(chuàng )新上，八鋼研發(fā)了新型高溫布料器、礦煤垂直膠帶機、風(fēng)口氧煤燒嘴等歐冶爐專(zhuān)用設備。在操作層面，八鋼建立了一整套集低成本烘、開(kāi)爐，固定豎爐爐頂壓力和休風(fēng)安全操作等技術(shù)為一體的獨特操作技術(shù)。
“在原燃料方面，現在的歐冶爐已經(jīng)做到了‘有啥吃啥’，從指定的塊煤到新疆本地的動(dòng)力煤，從只‘吃’好球團到現在45%球團、55%燒結礦的原料結構，成本得以大幅降低?！标惏圮娊榻B。
爐頂煤氣回用和二氧化碳捕集分離兩大突破性技術(shù)，是歐冶爐在低碳冶煉探索方面的重大成果。歐冶爐實(shí)施頂煤氣回配項目，充分利用歐冶爐分段爐型在爐溫控制上的先天優(yōu)勢，通過(guò)煤氣循環(huán)利用技術(shù)，不僅進(jìn)一步提高了歐冶爐的生產(chǎn)穩定性，而且有效減少了歐冶爐生產(chǎn)的實(shí)際碳需求。2019年，該系統投運后，八鋼專(zhuān)門(mén)請來(lái)權威第三方進(jìn)行了減碳認證。結果表明，該技術(shù)有效降低了系統碳排放量0.1噸/噸鐵，按年產(chǎn)120萬(wàn)噸鐵水能力計算，每年可降低碳排放12萬(wàn)噸。
一系列技術(shù)創(chuàng )新的推進(jìn)帶來(lái)的是效益的提升和成本競爭力的增強?！敖衲?，歐冶爐噸鐵成本比2500立方米高爐低150元以上，并且運行穩定，這為八鋼煉鐵成本位居國內全行業(yè)第二奠定了基礎?！标惏圮娬f(shuō)。
突破：讓傳統高爐實(shí)現涅槃
走進(jìn)八鋼廠(chǎng)區東南區域，富氫爐在綠樹(shù)紅花掩映下巍然屹立。
“高爐出現已近2000年，近代高爐也有200多年的歷史，其熱效率高、產(chǎn)能規模大，生命力頑強。但現有高爐工藝中碳的能量不能被完全利用，有相當一部分能量被副產(chǎn)煤氣帶走。副產(chǎn)煤氣目前只能低質(zhì)量地被燃燒發(fā)電或加熱使用，以至于高爐燃煤消耗高、碳排放量大。這在低碳的時(shí)代背景下，高爐的生存壓力倍增?！标惏圮娊榻B。
如何讓高爐更加低碳，從而實(shí)現涅槃新生、煥發(fā)生命力？“將來(lái)高爐冶煉減碳有兩條可行的路徑：一是通過(guò)提升高爐內碳的能量利用效率，做到極致化利用，來(lái)減少固體燃料碳的輸入；二是在冶煉過(guò)程中，使用清潔無(wú)碳的新能源來(lái)替代碳，如富氫冶煉等?！标惏圮娬f(shuō)。
就這樣，富氫爐在八鋼應運而生。
據悉，富氫爐的前身是八鋼430立方米高爐。2020年，這座高爐被八鋼改建成為全球首座低碳冶金創(chuàng )新實(shí)驗裝置。八鋼將通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新，讓這座高爐成為一座具備全氧冶煉、富氫、爐頂煤氣脫二氧化碳后煤氣自循環(huán)噴吹等功能的低碳化高爐。
“富氫爐的原理首先是通過(guò)全氧鼓風(fēng)和取消熱風(fēng)爐避免氮氣的輸入，然后對爐頂煤氣進(jìn)行脫除二氧化碳提純，將純凈的一氧化碳進(jìn)行電加熱回輸到高爐，進(jìn)行自身碳循環(huán)，從而充分利用碳資源，大幅度降低碳排放；在此基礎上，進(jìn)一步吹入焦爐煤氣、氫氣等，從而更進(jìn)一步降低碳資源消耗，實(shí)現更進(jìn)一步減碳?！标惏圮娊榻B。
富氫爐的低碳冶煉試驗分3個(gè)階段。第一階段于2020年7月啟動(dòng)后，高爐鼓風(fēng)含氧量成功突破了傳統高爐的極限，穩定在35%。第二階段引入歐冶爐脫除二氧化碳的還原煤氣和富氫焦爐煤氣，打通煤氣循環(huán)工藝流程，實(shí)現鼓風(fēng)氧含量50%的超高富氧冶煉和氫冶金冶煉探索。第三階段將利用還原煤氣加熱循環(huán)技術(shù)，實(shí)現全氧（100%）冶煉。
走近富氫爐，這座高爐在《中國冶金報》記者眼里的“長(cháng)相”與傳統高爐沒(méi)有太大差別。
現場(chǎng)工作人員介紹，目前的富氫爐正在為第三階段試驗做準備，正在進(jìn)行爐身及其他相關(guān)設備改造，將來(lái)的還原性氣體將從風(fēng)口和爐身下部吹入。
圖為富氫碳循環(huán)高爐。（姚海山攝）
“第三階段要按照100%全氧進(jìn)行試驗，整個(gè)項目試驗成功后，不僅能大幅度提高冶煉利用系數，還可以至少減少30%的二氧化碳排放?！标惏圮娊榻B，這座高爐僅在第一階段試驗中就投入了1.5億元。
當然，試驗過(guò)程也克服了重重困難。比如，鼓風(fēng)含氧量的不斷提升，會(huì )造成爐內溫度變化等一系列問(wèn)題，導致出現“懸料”“崩料”等現象，爐況極難控制。試驗過(guò)程中，富氫爐就曾經(jīng)出現過(guò)爐缸凍結的情況。
圖為富氫碳循環(huán)高爐操作室。（姚海山攝）
“對于困難我們都有心理準備，也有預案。隨著(zhù)試驗的深入，我們的信心越來(lái)越足，處理問(wèn)題的方法也越來(lái)越多?？梢哉f(shuō)，我們對成功有百分之百的信心?！标惏圮娊榻B，“別看現在是個(gè)小爐子，將來(lái)可以適用于所有高爐，徹底突破傳統高爐碳排放高的瓶頸，可謂前景遠大?！?/div>
氫氣資源從哪里來(lái)？“一是八鋼自產(chǎn)的富氫焦爐煤氣，二是將來(lái)通過(guò)光伏資源裂解水來(lái)獲取氫氣。新疆地處西北，光熱資源豐富，氫氣獲取成本低且無(wú)污染，是真正的‘綠氫’?！标惏圮娊榻B。
“中國寶武2025年要具備減碳30%的工藝技術(shù)能力，很大程度上就是指富氫碳循環(huán)高爐實(shí)現真正意義上的全氧和富氫冶煉?！眳潜驈娬{。
耦合：破解趨零排放難題
“八鋼正以富氫碳循環(huán)高爐、歐冶爐為平臺，探索二氧化碳超低排放技術(shù)創(chuàng )新，破解趨零排放難題?！眳潜蚪榻B。
如何做到趨零排放？多環(huán)節、多行業(yè)耦合，在其中起到了核心作用。
傳統高爐采用熱風(fēng)爐生產(chǎn)，高爐煤氣因含有大量氮氣，并不具備脫碳再循環(huán)使用的價(jià)值，所以想實(shí)現這個(gè)工藝并不容易。
“但是歐冶爐產(chǎn)生的煤氣不含氮氣，通過(guò)脫除二氧化碳，高純度煤氣（二氧化碳含量從30%降低到1%以?xún)龋┏龤W冶爐自身回用部分外，可以全部吹入富氫爐?！标惏圮娊榻B。通過(guò)將純凈煤氣回爐和噴入富氫爐，并將二氧化碳加以利用，歐冶爐在原先基礎上每年又可以減碳9萬(wàn)余噸。
“富氫爐成功接入經(jīng)過(guò)脫碳處理的歐冶爐煤氣，這在全球是首次實(shí)現脫碳煤氣循環(huán)利用的。同理，歐冶爐與傳統高爐耦合，將提純煤氣噴入其他高爐實(shí)現碳減排也是完全行得通的?！标惏圮娬f(shuō)。
他介紹，八鋼現在已經(jīng)立項，把歐冶爐產(chǎn)生的煤氣脫除二氧化碳以后噴到2500立方米高爐代替焦炭和煤，通過(guò)煤氣循環(huán)利用降低燃料比，最終實(shí)現減碳。
圖為中國寶武八鋼夜景。（陳治國攝）
當然，八鋼將歐冶爐與傳統高爐耦合，打開(kāi)一條低碳新路，不僅僅表現在煤氣循環(huán)利用這一項。歐冶爐還對傳統高爐的原料實(shí)現了耦合：不僅對原料品質(zhì)的要求大大降低，還實(shí)現了高爐富余焦丁的全利用；高爐排斥的高鋅礦、低強度球團等，現在已經(jīng)非常適合歐冶爐的“胃口”，從而實(shí)現了資源最大化利用；原來(lái)派不上用場(chǎng)的高爐煤末、焦末等，都在歐冶爐得到了充分利用，實(shí)現了資源耦合。
富氫爐與焦化等其他行業(yè)耦合，進(jìn)一步降低碳排放?！案粴錉t不僅可以回用自循環(huán)高爐和歐冶爐產(chǎn)生的脫碳煤氣，減少原燃料消耗，同時(shí)還可以通過(guò)使用含氫量較高的燃料，如焦爐煤氣、天然氣等實(shí)現減碳。此外，未來(lái)還將用氫氣替代一部分碳源作為還原劑，因為新疆不缺光熱資源，其‘綠氫’的生產(chǎn)具有天然成本優(yōu)勢?！标惏圮娬f(shuō)。
提純后的二氧化碳去哪里？“我們的長(cháng)遠目標是要實(shí)現全部煤氣的回用，前提是這些分離出來(lái)的二氧化碳能有個(gè)好去處?！币晃患夹g(shù)人員介紹說(shuō)。據悉，一批二氧化碳深度應用的項目已經(jīng)浮出水面，比如，制取甲醇燃料、石油行業(yè)油井壓油應用，代替氮氣作安保氣體，包括管道吹掃氣、噴煤系統用氣等。
此外，歐冶爐在先后完成了配礦結構優(yōu)化、燃料結構優(yōu)化、金屬化率提升等工藝技術(shù)創(chuàng )新的基礎上，取得了冶金與煤化工工藝耦合的突破，并在消納城市固廢等方面取得了很好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益，為實(shí)現鋼鐵廠(chǎng)融入城市，與城市互融互補、共生共榮奠定了堅實(shí)基礎。
從歐冶爐、富氫爐，到各種冶煉爐和不同產(chǎn)業(yè)耦合等，八鋼正通過(guò)不斷地創(chuàng )新研發(fā)，引領(lǐng)全球綠色低碳冶金技術(shù)進(jìn)步，為攻克世界綠色低碳冶金技術(shù)工藝難題提供了“中國方案”。
“我們就是要真正走出一條路來(lái)，為今后高爐的低碳化發(fā)展提供一個(gè)完整可行的工藝路徑和解決方案，這是我們的使命?！眳潜蛑赋?。
低碳、綠色正在成為八鋼最耀眼的一抹亮色。
圖為中國寶武八鋼廠(chǎng)區一角。（姚海山攝）
來(lái)源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)
編輯：張雨恬
相關(guān)文檔
版權說(shuō)明
【1】 凡本網(wǎng)注明"來(lái)源：中國冶金報—中國鋼鐵新聞網(wǎng)"的所有作品，版權均屬于中國鋼鐵新聞網(wǎng)。媒體轉載、摘編本網(wǎng)所刊 作品時(shí)，需經(jīng)書(shū)面授權。轉載時(shí)需注明來(lái)源于《中國冶金報—中國鋼鐵新聞網(wǎng)》及作者姓名。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責任。
【2】 凡本網(wǎng)注明"來(lái)源：XXX（非中國鋼鐵新聞網(wǎng)）"的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng) 贊同其觀(guān)點(diǎn)，不構成投資建議。
【3】 如果您對新聞發(fā)表評論，請遵守國家相關(guān)法律、法規，尊重網(wǎng)上道德，并承擔一切因您的行為而直接或間接引起的法律 責任。
【4】 如因作品內容、版權和其它問(wèn)題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的。電話(huà)：010—010-64411649
【2】 凡本網(wǎng)注明"來(lái)源：XXX（非中國鋼鐵新聞網(wǎng)）"的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng) 贊同其觀(guān)點(diǎn)，不構成投資建議。
【3】 如果您對新聞發(fā)表評論，請遵守國家相關(guān)法律、法規，尊重網(wǎng)上道德，并承擔一切因您的行為而直接或間接引起的法律 責任。
【4】 如因作品內容、版權和其它問(wèn)題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的。電話(huà)：010—010-64411649
地址：北京市朝陽(yáng)區安貞里三區26樓 郵編：100029 電話(huà)：(010)64442120/(010)64442123 傳真：(010)64411645 電子郵箱：csteelnews@126.com
中國冶金報/中國鋼鐵新聞網(wǎng)法律顧問(wèn)：大成律師事務(wù)所 楊貴生律師 電話(huà)：010-58137252 13501065895 Email：guisheng.yang@dachenglaw.com
中國鋼鐵新聞網(wǎng)版權所有，未經(jīng)書(shū)面授權禁止使用 京ICP備07016269號 京公網(wǎng)安備11010502033228