巍巍天山可以作證：七十多年前，在天山腳下頭屯河畔的茫茫戈壁上，建設(shè)者們刨冰化雪、人拉肩扛，自力更生建設(shè)了新疆第一座鋼廠，極大地促進了邊疆的經(jīng)濟建設(shè)，鞏固了國防。七十年后，在同一片熱血的土地上，通過革命性、顛覆性創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，寶武人獨立自主走出了一條低碳冶金可持續(xù)發(fā)展之路，唱響了鋼鐵的綠色贊歌。10月26日，八鋼2500立方米富氫碳循環(huán)氧氣高爐（HyCROF）實現(xiàn)全氧冶煉、煤氣自循環(huán)工藝全線貫通。這個世界上首座HyCROF商業(yè)示范項目，為全球高爐低碳冶煉指明了方向。熊熊燃燒的爐火，不僅映照著鋼鐵工業(yè)輝煌的歷史，更照亮了未來。在國家碳達(dá)峰、碳中和總體目標(biāo)和發(fā)展戰(zhàn)略的指引下，寶武立足傳統(tǒng)長流程鋼鐵生產(chǎn)工藝實際，為全球鋼鐵行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型提供的“中國方案”，在世界鋼鐵科技發(fā)展上鐫刻下“寶武印記”。寶武黨委書記、董事長胡望明強調(diào)，寶武將始終牢記習(xí)近平總書記殷殷囑托，堅定不移走綠色低碳發(fā)展之路，勇攀科技高峰，加快轉(zhuǎn)型升級，大力推動“老大”變“強大”，鑄就鋼鐵強國。而富氫碳循環(huán)氧氣高爐（HyCROF）正是寶武以科技創(chuàng)新打通鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展路徑，打造工業(yè)綠色低碳原創(chuàng)技術(shù)策源地的發(fā)力點之一。鋼鐵被稱為“工業(yè)糧食”，是應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)基礎(chǔ)原材料，是國家工業(yè)安全的基石。鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著舉足輕重的作用，是我國經(jīng)濟發(fā)展的“壓艙石”和“穩(wěn)定器”。但不可否認(rèn)的是，作為能源消耗高密集型行業(yè)，鋼鐵行業(yè)是制造業(yè)31個門類中碳排放量的大戶，碳排放總量控制壓力十分巨大。首當(dāng)其沖的，就是長流程鋼鐵企業(yè)的高爐煉鐵系統(tǒng)。由于大量使用碳作為熱源和還原劑，高爐成為了鋼鐵企業(yè)碳排放最主要的工序，約70%的能源消耗在高爐工序。自19世紀(jì)中期開始不斷發(fā)展成熟至今的現(xiàn)代高爐煉鐵技術(shù)，在長達(dá)1個多世紀(jì)的時間里，已成為全球長流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程中必要工序、不二之選，為世界各地社會經(jīng)濟發(fā)展作出了不可替代的貢獻，支撐了人類文明進步發(fā)展。我國是世界最大的鋼鐵生產(chǎn)以及消費國，約90%的產(chǎn)能規(guī)模是高爐——轉(zhuǎn)爐的傳統(tǒng)長流程生產(chǎn)工藝，固定資產(chǎn)數(shù)以萬億計。如果高爐由于未能順利實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型而被摒棄，大量的固定資產(chǎn)將變成沉沒資產(chǎn)，損失巨大。在雙碳背景下，傳統(tǒng)高爐何去何從成為冶金人乃至整個社會不可回避的問題?，F(xiàn)有傳統(tǒng)鋼鐵工藝流程的噸鐵燃料消耗已接近理論極限，不做重大變化，降低燃料消耗、減少二氧化碳排放的空間十分有限。開展前瞻性、顛覆性、突破性創(chuàng)新技術(shù)研究，走出一條符合我國國情的長流程鋼鐵工藝綠色低碳發(fā)展之路，成為我國鋼鐵行業(yè)迫切需要解決的難題。“高爐長流程工藝的減碳能力一直以來都沒有被充分論證和實踐?！卑虽摴究偨?jīng)理助理、碳中和首席代表、碳中和辦公室主任許曉兵說?，F(xiàn)在大高爐的一氧化碳利用率只有50%出頭，小高爐則更低。也就是說，一半的一氧化碳通過爐頂煤氣散發(fā)了。目前通常的做法是余壓回收一氧化碳用于發(fā)電、燒熱風(fēng)爐等。因此，傳統(tǒng)高爐在減碳方面擁有巨大潛力。如果利用高爐依然能夠?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，那么這一古老的反應(yīng)器將在未來人類社會發(fā)展中繼續(xù)發(fā)揮巨大作用，延續(xù)曾經(jīng)的輝煌！傳統(tǒng)長流程高爐冶金工藝簡單來說就是用碳將鐵礦石內(nèi)的氧化鐵還原成為金屬鐵。選擇煤炭、焦炭作為還原劑和發(fā)熱劑，通過燃燒生成一氧化碳、二氧化碳發(fā)熱，使渣和鐵成為液態(tài)，實現(xiàn)分離后成為鐵水。傳統(tǒng)高爐，大量煤氣都作為燃料使用。如果能夠通過分離高爐煤氣中的一氧化碳和二氧化碳，將分離出的一氧化碳通過高爐風(fēng)口重新吹入、循環(huán)使用，大幅提高一氧化碳利用率，充分發(fā)揮煤氣化學(xué)能的潛力，就能實現(xiàn)高爐的大幅減碳。許曉兵說，這個道理對于學(xué)冶金的人來說都能理解，目前在這個領(lǐng)域的研究也很多，但大都處于實驗室研究或半工業(yè)化中試階段，尚未實現(xiàn)真正意義上的工業(yè)化應(yīng)用。對于寶武來說，推進綠色低碳轉(zhuǎn)型從來不是一時興起的行動，早年前就有過不同程度的探索和研究。而這些目標(biāo)一致、方法路徑各有不同的實踐，為HyCROF技術(shù)的最終問世做了充分的準(zhǔn)備。早在2005年，當(dāng)時的寶鋼建成了設(shè)計年產(chǎn)能150萬噸、當(dāng)時全世界最大COREX爐。由于國內(nèi)外原燃料結(jié)構(gòu)的差異，COREX爐的運行和經(jīng)濟性受到了前所未有的挑戰(zhàn)。2011年，COREX爐搬遷至新疆八鋼后（后更名為歐冶爐），走出一條適合國情、高性價比之路。2015年，提出冶金煤化工的概念并在八鋼進行探索，摸索煤氣高效利用的路徑和方法。2016年，寶武與北科大建立了內(nèi)容積達(dá)2.2立方米的風(fēng)口回旋區(qū)熱態(tài)試驗裝置，得到了關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。2017至2019年，在全氧冶煉的八鋼歐冶爐上對實現(xiàn)煤氣循環(huán)的關(guān)鍵問題進行了研究。在理論研究和歐冶爐實證試驗的基礎(chǔ)上，形成了富氫碳循環(huán)高爐的技術(shù)方案。2019年，寶武在寶鋼股份大型高爐上開展了高爐富氫冶煉工業(yè)試驗，摸清了富氫之后的變化規(guī)律。“歐冶爐實現(xiàn)了全氧冶煉、爐頂煤氣一氧化碳和二氧化碳分離、一氧化碳循環(huán)噴吹?！卑虽摴臼紫G色低碳專家田寶山說，從八鋼引入歐冶爐開始，我們就逐步學(xué)著“跨界”，改變傳統(tǒng)高爐操作、管理的習(xí)慣性思維，融入化工的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這也為我們探索富氫碳循環(huán)全氧高爐在認(rèn)識、習(xí)慣、能力上做了準(zhǔn)備。2020年7月15日，寶武低碳冶金試驗平臺建立，利用八鋼公司原有的2號430立方米高爐開展工業(yè)試驗。HyCROF技術(shù)雖然在原理上沒有問題，但真正付諸實踐時，無數(shù)需要解決和突破的技術(shù)難題就橫梗在眼前。“剛開始時特別迷茫，又沒有經(jīng)驗可以借鑒，還有很多質(zhì)疑的聲音，壓力非常大?！碧飳毶秸f。比如說煤氣加熱，這對冶金界來說，過去是想都不敢想的事情，都非常擔(dān)心安全的問題。寶武花了兩年時間來探討研究如何實現(xiàn)對還原煤氣進行安全高溫加熱并輸送到HyCROF。開發(fā)了蓄熱式、電加熱式兩種煤氣加熱工藝，來確保煤氣加熱過程的安全。全新的工藝對裝備等都提出了新的要求?！霸瓌?chuàng)性創(chuàng)新不是單獨一個公司一個單位就能完成的?！痹S曉兵說，“HyCROF項目推進過程中，寶武一基五元的兄弟單位都協(xié)同支撐，甚至外部科研院所、相關(guān)公司都無條件配合”。2020年7月，全球首個400立方米工業(yè)級別的HyCROF在新疆八鋼正式點火投運。經(jīng)過不斷地試驗探索與實踐，HyCROF逐步完成了100%全氧冶煉工況條件下的噴吹脫碳煤氣和富氫冶煉的工業(yè)化生產(chǎn)試驗探索，開展了煤氣自循環(huán)等關(guān)鍵技術(shù)難題，打通了富氫碳循環(huán)全氧高爐工藝全流程。“我們干的是一項偉大的事業(yè)，對未來鋼鐵對子孫后代有重大影響的項目，意義非凡?！?500立方米HyCROF商業(yè)示范項目工程組副組長田莊說，“我一定要找機會帶著孩子、愛人圍著爐子轉(zhuǎn)一圈，讓他們親眼看一看我們努力的成果。”HyCROF能否真正商業(yè)化運行、推廣，經(jīng)濟性是繞不開的話題，尤其在當(dāng)前鋼鐵行業(yè)進入周期性調(diào)整，市場形勢極為嚴(yán)峻的情況下。HyCROF是否會提高整個生產(chǎn)過程的成本，從而削弱產(chǎn)品的成本競爭力，這是大家普遍的擔(dān)心。HyCROF的試驗結(jié)果卻帶來意外的驚喜。據(jù)寶武工程科學(xué)家、低碳冶金中心副主任袁萬能在2500立方米HyCROF商業(yè)示范項目點火開爐儀式上披露的數(shù)據(jù)顯示：HyCROF技術(shù)具有安全、穩(wěn)定、順行、高效，抗波動能力強、制造成本低，與傳統(tǒng)制造流程匹配性好等特點。事實證明，HyCROF技術(shù)在減碳的同時更能提升效能，降低成本！2022年11月，基于400立方米級HyCROF取得的研發(fā)成果，寶武決定將該工藝技術(shù)移植在八鋼2500立方米大中型高爐上，進一步開展HyCROF大型化關(guān)鍵技術(shù)研究?！斑@是公司在這個規(guī)模的項目中，決策最快的一次。”許曉兵說，“一方面是綠色低碳轉(zhuǎn)型的迫切需求，另一方面八鋼也有增強成本競爭力應(yīng)對嚴(yán)峻市場形勢的內(nèi)在動力”。按照八鋼公司總體規(guī)劃，分步實施的原則，下一步，HyCROF技術(shù)還將結(jié)合光伏發(fā)電、冶金電氣化、鋼化聯(lián)產(chǎn)、二氧化碳驅(qū)油與封存等 CCUS 項目，在新疆八鋼打造出世界首條鋼鐵全產(chǎn)業(yè)鏈的碳中和示范生產(chǎn)線。2500立方米HyCROF商業(yè)示范項目從實施伊始便以可移植、易推廣為原則。田莊介紹說，在項目設(shè)計上大力控制成本，在原有設(shè)施基礎(chǔ)上插入式改建，堅持以最少的投入達(dá)到要求的使用效果。此外，考慮到很多城市鋼廠的用地條件，因此項目布局時盡量緊湊，減少單位占地，以滿足更多不同類型鋼廠的改建需要。茨威格在《人類的群星閃耀時》一書中寫道：“充滿戲劇性和命運攸關(guān)的時刻在個人的一生中和歷史的進程中都是難得的，這種時刻往往只發(fā)生在某一天、某一小時甚至某一分鐘，但它們的決定性影響卻超越時間……它們宛若星辰一般永遠(yuǎn)散射著光輝，普照著暫時的黑夜?！痹诼v史長河中，鋼鐵行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型或許是白駒過隙、忽然而已。而生逢其時的寶武人以自身的奮斗與努力、毅力與堅定，在這歷史的瞬間深深烙下了屬于我們的印記！(源于：中國寶武）
2023-10-31
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