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 “3H2+Fe2O3=2Fe+3H2O”——這是廣為中學(xué)生熟悉的“還原反應(yīng)”化學(xué)方程式。用氫氣作為還原劑，在加熱條件下，還原赤鐵礦中的二氧化三鐵，生成鐵和水，全程不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。這是獲取“鐵”的最理想途徑。


教科書(shū)上的“還原反應(yīng)”看似容易，轉(zhuǎn)化到鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域，卻是企業(yè)篳路藍(lán)縷，攻堅(jiān)克難地研究、探索和實(shí)踐的課題。

2022年2月15日，中國(guó)寶武鋼鐵集團(tuán)旗下寶鋼湛江鋼鐵有限公司（下稱(chēng)“湛鋼”）零碳示范工廠百萬(wàn)噸級(jí)氫基豎爐工程正式開(kāi)工，致力于打造成為國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)首條全氫綠色零碳示范產(chǎn)線。據(jù)悉，這是湛鋼對(duì)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)貢獻(xiàn)的切實(shí)行動(dòng)。該套氫基豎爐建成后，將以集成氫氣和焦?fàn)t煤氣來(lái)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，直接還原生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)冶煉領(lǐng)域的“綠色制造”。

國(guó)內(nèi)首套！百萬(wàn)噸級(jí)氫基豎爐開(kāi)工

2月15日下午，湛鋼基地彩旗飄揚(yáng)。開(kāi)工儀式現(xiàn)場(chǎng)，一聲聲鏗鏘有力的打樁聲響起，打下工程第一樁，并意味著，湛鋼 “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（下稱(chēng)“氫基豎爐項(xiàng)目”）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。

在建設(shè)方面，工程建設(shè)的設(shè)施包括豎爐本體、豎爐裝料卸料系統(tǒng)、產(chǎn)品冷卻系統(tǒng)、氣體回路系統(tǒng)、原料輸入和成品輸出系統(tǒng)，以及配套的球團(tuán)供應(yīng)系統(tǒng)、能源公輔系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)。該項(xiàng)目總投資18.9億元，預(yù)計(jì)2023年底建成。

氫基豎爐項(xiàng)目，到底是什么？據(jù)介紹，目前,鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)直接還原鐵的技術(shù)主要有氣基法和煤基法。而HYL-ZR工藝就是氣基法的其中一種。湛鋼的項(xiàng)目便是利用HYL-ZR豎爐冶煉直接還原鐵。

在“碳達(dá)峰””碳中和”目標(biāo)下，該項(xiàng)目的實(shí)施具有重大意義。綠色制造劍指“零碳”，寶鋼湛江鋼鐵在探索著以氫基豎爐為核心的氫冶金工藝方面不遺余力。

湛鋼介紹，氫基是國(guó)內(nèi)自主集成并研發(fā)全氫冶煉技術(shù)的創(chuàng)新平臺(tái)，其運(yùn)作原理是：集成氫氣和焦?fàn)t煤氣進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的直接還原生產(chǎn)線。項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，相較湛鋼現(xiàn)有高爐煉鐵單工序產(chǎn)品二氧化量可降低58%-89%，折算下來(lái)，每年可減少二氧化碳排放70萬(wàn)噸以上。

氫基豎爐為核心的氫冶金工藝是湛鋼未來(lái)的碳中和冶金技術(shù)重要路徑之一，而該項(xiàng)目也將打造國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)首條全氫綠色零碳示范產(chǎn)線，通過(guò)綠色制造行動(dòng)，生產(chǎn)出零碳排、超低能耗綠色產(chǎn)品。

據(jù)了解，為了節(jié)能，湛鋼近年來(lái)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，不斷升級(jí)先進(jìn)節(jié)能技術(shù)。除了正在建設(shè)的氫基豎爐項(xiàng)目，企業(yè)通過(guò)實(shí)施“封閉式原料場(chǎng)機(jī)械化篩分混勻設(shè)施”“高溫高壓干熄焦技術(shù)““燒結(jié)環(huán)冷機(jī)廢氣余熱發(fā)電技術(shù)”“高爐TRT發(fā)電技術(shù)”“轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收”“加熱爐汽化冷卻回收余熱”等方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

在此基礎(chǔ)上，湛江鋼鐵堅(jiān)持自主集成、自主創(chuàng)新，結(jié)合自身實(shí)際情況，持續(xù)引進(jìn)先進(jìn)節(jié)能項(xiàng)目、優(yōu)化能源系統(tǒng)運(yùn)行、提升光伏發(fā)電等利用等措施，提高能源利用效率，節(jié)能減碳效果明顯，重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)位于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、世界先進(jìn)行列。

劍指“零碳”，鋼鐵生產(chǎn)業(yè)降碳提“綠”勢(shì)在必行

近年來(lái)，湛江鋼鐵投入的主要節(jié)能減碳項(xiàng)目25項(xiàng)，年節(jié)能量24.66萬(wàn)噸標(biāo)煤，同比減少二氧化碳排放約80萬(wàn)噸/年。但是，在“雙碳”目標(biāo)下，對(duì)鋼鐵生產(chǎn)業(yè)又有了新要求。

在鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)，“減碳”難嗎？答案是：難。對(duì)于冶煉鋼鐵，人們最為熟悉的便是用“”冶煉。

據(jù)資料顯示，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)。據(jù)國(guó)家發(fā)改委2022年發(fā)布的《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南》（下稱(chēng)《指南》），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為還原劑，對(duì)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。

《指南》提到，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。這也是鋼鐵工業(yè)噸鋼能耗高的重要原因之一。

《指南》介紹，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%。為此，鋼鐵工業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)潛力仍然較大。

面對(duì)雙碳目標(biāo)，鋼鐵行業(yè)開(kāi)展了減碳、控碳行動(dòng)。2021年底開(kāi)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)，湛鋼便是探索實(shí)踐綠色冶煉路徑的企業(yè)之一。

2021年11月，中國(guó)寶武發(fā)起并主辦了“全球低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟成立大會(huì)暨2021全球低碳冶金”創(chuàng)新論壇。中國(guó)寶武黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)陳德榮在論壇上發(fā)言表示：“2020年中國(guó)寶武的粗鋼產(chǎn)量達(dá)到1.15億噸，分布在17個(gè)鋼鐵基地。中國(guó)寶武的鋼鐵制造長(zhǎng)流程占比近94%，碳減排對(duì)中國(guó)寶武有著比同行更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。中國(guó)寶武作為全球最大鋼鐵企業(yè)，帶頭實(shí)現(xiàn)‘碳中和’責(zé)無(wú)旁貸。”

“氫”裝上陣，先破后立鍛造“綠色鋼鐵”

據(jù)了解，2021年，在實(shí)施“氫基豎爐項(xiàng)目”之前，中國(guó)寶武和廣東省商議之后，叫停了湛鋼原本的高爐方案，計(jì)劃加快低碳冶金技術(shù)發(fā)展力度，實(shí)施焦?fàn)t煤氣的氫基豎爐工藝建設(shè)。也就是說(shuō)，湛鋼在立足原來(lái)的生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，再開(kāi)發(fā)氫基豎爐直接還原煉鐵工藝，有望實(shí)現(xiàn)近零碳排放的鋼鐵冶煉過(guò)程。

使用“氫基豎爐”直接還原煉鐵，關(guān)鍵是“氫氣”的獲取，尤其是提取出“綠氫”。在制取綠氫方面，湛鋼已有計(jì)劃：即通過(guò)風(fēng)能、光伏、核電等可再生能源發(fā)電制取“綠氫”，生產(chǎn)過(guò)程中基本不產(chǎn)生溫室氣體，從源頭上杜絕碳排放，該鋼鐵冶煉過(guò)程有望實(shí)現(xiàn)近零碳排放，進(jìn)而助推實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。

湛江屹立于浩浩南海之濱，是中國(guó)大陸最南端城市，風(fēng)電、光伏發(fā)電等清潔能源資源豐富。湛鋼表示，未來(lái)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，打造綠色鋼鐵企業(yè)新標(biāo)桿，爭(zhēng)做綠色低碳冶金領(lǐng)跑者，助力實(shí)現(xiàn)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)。

原標(biāo)題：鋼鐵減“碳” “氫”裝上陣 湛江樹(shù)牢“零碳”理念綠建未來(lái)