季書民

(寶鋼集團(tuán)八鋼公司碳中和辦公室)

前言

2021年1月，中國寶武發(fā)布了碳中和路線圖——2023年力爭實現(xiàn)碳達(dá)峰，2025年具備減碳30%的工藝技術(shù)能力，2035年力爭實現(xiàn)減碳30%，2050年力爭實現(xiàn)碳中和。中國寶武2025年要具備減碳30%的工藝技術(shù)能力。為貫徹中國寶武低碳冶金發(fā)展戰(zhàn)略要求，八鋼公司在“十四·五”規(guī)劃中明確要求：要堅定不移推進(jìn)企業(yè)低碳綠色發(fā)展，圍繞節(jié)能減排，在源頭治理、過程控制、技術(shù)創(chuàng)新上下大力氣，在綠色低碳發(fā)展上實現(xiàn)新跨越。

近幾年，八鋼在降低碳排放過程中開展了低碳冶金技術(shù)的試驗研究，提高極致效率、富氫碳循環(huán)高爐技術(shù)、非高爐煉鐵及碳捕集利用技術(shù)、冶金資源循環(huán)利用技術(shù)，低碳數(shù)智管控技術(shù)等降低碳排放的工藝技術(shù)在八鋼得到了應(yīng)用，并取得顯著效果，為鋼鐵行業(yè)低碳冶金技術(shù)提供了解決方案。

1 八鋼主要碳排放來源及碳排放強度分析

依據(jù)GB/T 32151.5—2015《溫室氣體排放核算與報告要求》第5部分:鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，八鋼生產(chǎn)過程中的碳排放主要有四大類來源：化石燃料燃燒排放、工業(yè)生產(chǎn)過程排放、凈購入使用的電力、固碳產(chǎn)品隱含的碳排放。[1]根據(jù)文旭林等在《鋼鐵企業(yè)碳排放核算及減排研究》對長流程鋼廠碳排放研究：燃料燃燒碳排放約占94%；凈購入電力碳排放占約6%。在燒結(jié)、煉鋼工序中，需消耗石灰石、白云石、電極、生鐵、鐵合金等含碳原料，以及生產(chǎn)熔劑過程的分解和氧化產(chǎn)生的CO2排放，約占總排放量的6%。生產(chǎn)過程中部分碳固化在企業(yè)生產(chǎn)外銷的粗鋼、粗苯和焦油中，相應(yīng)部分的二氧化碳排放應(yīng)予扣除，約占總排放量的4%。

化石燃料燃燒排放中，焦炭占比較大。八鋼生產(chǎn)過程中凈消耗化石燃燒產(chǎn)生的CO2排放，包括焦?fàn)t、燒結(jié)機(jī)、高爐等爐窯燃燒的洗精煤、無煙煤、煙煤、焦炭，以及廠內(nèi)用于生產(chǎn)運輸?shù)幕疖?、汽車用汽柴油產(chǎn)生的排放。由于鋼鐵生產(chǎn)過程的實質(zhì)是將鐵從礦石中還原的過程，同時需要大量能源。八鋼燃料燃燒排放的特點：焦炭是直接消耗的第一大化石燃料。2021年統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，八鋼年消耗焦炭量290萬t，消耗煤炭325.8萬t，消耗蘭炭21.98萬t。固體化石燃料消耗高與高爐長流程工藝作為主導(dǎo)工藝有密切關(guān)系。焦炭和煤炭作為長流程高爐煉鐵的主燃料既是燃料又是還原劑，同時在高爐中起到骨架作用穩(wěn)定爐料透氣性。2021年八鋼本部生鐵產(chǎn)量593.7萬t，高爐生鐵與粗鋼比為0.903，2019年為0.912，遠(yuǎn)高于同期全球0.684的水平，較高的生鐵占比是導(dǎo)致八鋼焦炭的消耗高的主要原因。寶武集團(tuán)內(nèi)部鋼鐵主業(yè)碳排放強度見圖1。

圖1 寶武集團(tuán)內(nèi)部鋼鐵主業(yè)碳排放強度對比

由圖1可知，八一股份碳排放2.16tCO2/t粗鋼，高于寶武內(nèi)部其他鋼鐵主業(yè)，消耗使用經(jīng)濟(jì)化石燃料影響碳排放強度指標(biāo)因素，隨著碳中和低碳冶金路線圖的發(fā)布，八鋼作為中國寶武三大低碳冶金創(chuàng)新實驗基地，必須不斷通過技術(shù)創(chuàng)新，持續(xù)推進(jìn)低碳冶金發(fā)展工藝路徑和解決方案。

2 八鋼低碳冶金技術(shù)主要工藝路徑

八鋼為了解決碳排放高的問題，降低碳排放，實現(xiàn)節(jié)能低碳發(fā)展。在煉鐵工序重點開發(fā)利用碳循環(huán)技術(shù)、冶金固體廢棄物綜合利用技術(shù)，以點帶面提高八鋼的全流程節(jié)能減排水平。

2.1 路徑一：碳循環(huán)減碳工藝

2.1.1 非高爐歐冶爐碳循環(huán)技術(shù)

圖2為歐冶爐碳循環(huán)工藝流程，歐冶爐碳循環(huán)技術(shù)的前身工藝為將頂煤氣及過剩煤氣兩條煤氣流通過管道匯合與TRT或調(diào)壓四閥組，做功降壓發(fā)電后，通過壓縮機(jī)1加壓煤氣循環(huán)至氣化爐風(fēng)口(A至B點)，每小時煤氣循環(huán)7000Nm3，達(dá)到了以下效果： 穩(wěn)定了操作，增加送風(fēng)制度的調(diào)劑手段，改善爐缸工作熱制度，使風(fēng)口理論燃燒溫度趨于合適，改善鐵水質(zhì)量，降低鐵水中【Si】含量，鐵水硅素降低了0.5%～0.6%；減少N2消耗，噸鐵降低約20Nm3氮氣，降低煤氣中N2含量，提高煤氣品質(zhì)。但由于循環(huán)煤氣中含有36%的CO2，由風(fēng)口噴入后，雖然降低了理論燃燒溫度，但CO2與爐缸內(nèi)的焦炭發(fā)生碳素溶損反應(yīng)，消耗了部分焦炭燃料比下降不明顯。

圖2 非高爐歐冶爐碳循環(huán)工藝流程

通過技術(shù)升級，在歐冶爐碳循環(huán)技術(shù)的基礎(chǔ)上，取消A至B點的煤氣循環(huán)，將歐冶爐爐頂產(chǎn)生的約220000Nm3/h、200℃頂煤氣經(jīng)洗滌降溫塔洗滌降溫至45℃后進(jìn)入水汽分離器，150000Nm3/h 煤氣返回TRT 前做功發(fā)電后并入管網(wǎng),70000Nm3/h 進(jìn)入壓縮機(jī)2加壓到0.85MPa，進(jìn)入吸收塔底部，用NCMA 溶液洗滌, 氣體先在吸收塔下段用半貧液洗滌，大部分酸氣被吸收，然后在吸收塔上段用再生后的冷的貧液洗滌，將凈化氣中的CO2含量降到1%以下還原氣CO+H2，可產(chǎn)生約45000Nm3/h還原氣，其中15000Nm3/h還原氣用于氣化爐的風(fēng)口碳循環(huán)噴吹(C點至B點)，30000Nm3/h的還原氣用于置換加壓機(jī)加壓后歐冶爐冷煤氣(C點至D點)。大量高還原性煤氣脫除CO2后，循環(huán)噴入爐內(nèi)，增加了爐內(nèi)，尤其是豎爐內(nèi)還原氣氛，間接還原發(fā)展，提高豎爐的金屬化率，減少固體化石燃料焦炭的消耗，同時減少煤氣放散價值4640萬元，且CO2減排30萬t，效果顯著。

2.1.2 富氫碳循環(huán)高爐工藝技術(shù)

富氫碳循環(huán)高爐技術(shù)特點的關(guān)鍵是全氧和煤氣提質(zhì)循環(huán)，目前富氫碳循環(huán)高爐技術(shù)已完成了風(fēng)口噴吹焦?fàn)t煤氣和歐冶爐脫碳煤氣的具體工業(yè)試驗，并且實現(xiàn)了50%富氧鼓風(fēng)，碳減排約10%。

頂煤氣脫除CO2循環(huán)加熱技術(shù)的工程正在建設(shè)中，預(yù)計2022年工程竣工投產(chǎn)后，富氫碳循環(huán)高爐技術(shù)將100%全氧鼓風(fēng)，解決傳統(tǒng)高爐熱空氣鼓風(fēng)造成大量N2進(jìn)入高爐的問題，可明顯降低高爐爐頂煤氣中的N2，體積百分比在10%，有利于爐頂煤氣循環(huán)后CO和CO2的分離，分離得到的高濃度CO還原煤氣通過加熱后送至風(fēng)口和爐身，用于還原鐵礦石，實現(xiàn)碳循環(huán)煤氣中的碳化學(xué)能得到充分利用；同時，煤氣循環(huán)也使煤氣中的氫氣在高爐內(nèi)循環(huán)，解決高爐使用大量富氫物質(zhì)后氫利用率下降的問題，為富氫物質(zhì)在高爐內(nèi)的大量使用提供了工藝條件，從而降低高爐流程對固體化石能源的消耗。富氫碳循環(huán)高爐減碳技術(shù)，以富氫碳循環(huán)為主要技術(shù)手段，最大程度利用碳的化學(xué)能，以降低高爐固體化石燃料作為還原劑比為方向，同時通過配備加熱煤氣，向高爐噴吹高溫煤氣的技術(shù)措施，預(yù)計具有CO2減排30%的工藝技術(shù)能力，具體工藝流程見圖3。該項技術(shù)應(yīng)用的成功后經(jīng)驗可推廣至大中型長流程高爐中。

圖3 富氫碳循環(huán)高爐碳循環(huán)工藝流程

2.1.3 八鋼3座2500m3高爐噴吹煤氣技術(shù)

八鋼3座2500m3高爐噴吹煤氣技術(shù)(圖4)借鑒了富氫碳循環(huán)高爐風(fēng)口噴吹焦?fàn)t煤氣和歐冶爐脫碳煤氣的具體工業(yè)試驗經(jīng)驗，在中大型高爐上技術(shù)推廣以實現(xiàn)整體減碳。根據(jù)測算，若3座八鋼2500m3高爐噴吹歐冶爐煤氣和補充焦?fàn)t煤氣，減碳10%，年減少CO2排放量68萬t。

圖4 八鋼3座2500m3高爐噴吹煤氣工藝流程

具體研究工藝路線：在歐冶爐新建16萬Nm3/h煤氣脫碳裝置，產(chǎn)生10.5萬Nm3/h脫碳煤氣，其中1 萬Nm3/h自用，9.5萬Nm3/h送至2500m3高爐噴吹。其余歐冶爐煤氣送入煤氣管網(wǎng)。八鋼焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)余量3萬Nm3/h，加壓后其中1.5萬Nm3/h送至富氫碳循環(huán)高爐噴吹，1.5萬Nm3/h送至2500m3高爐噴吹。

2.2 路徑二：富氫冶金技術(shù)

目前八鋼實現(xiàn)的富氫冶金技術(shù)有富氫碳循環(huán)高爐和歐冶爐噴吹焦?fàn)t煤氣。噴吹焦?fàn)t煤氣后可提高爐內(nèi)氫還原比例和還原劑利用率兩種節(jié)能減排思路，直接還原度下降，外供煤氣熱值略有提高。

由圖5可以看到：隨著富氧率的提高，噴入爐缸的焦?fàn)t煤氣量逐漸增多，富氧率每提高10%，焦?fàn)t煤氣量平均提高18 m3/t；如果噴入爐身的循環(huán)煤氣量有所提高；爐缸煤氣量逐漸減少；爐頂煤氣量略有下降。其原因為，在富氧率提高、燃料比降低的情況下，爐缸煤氣量銳減，造成富氫碳循環(huán)高爐“上冷下熱”，為解決此問題，需要逐步提高焦?fàn)t煤氣噴吹量來補充爐缸煤氣和降低風(fēng)口理論燃燒溫度，逐步提高爐身預(yù)熱循環(huán)煤氣噴吹量來保證爐身鐵礦石間接還原所需熱量和還原勢，這兩項煤氣的收入使得爐頂和爐身下部煤氣量減少速率明顯慢于爐缸和爐腹區(qū)域。爐腹與爐缸區(qū)域煤氣量之差逐漸變小，主要是因為爐缸與爐腹煤氣量的差別主要在于鐵直接還原產(chǎn)生CO使?fàn)t腹煤氣增多，富氧率提高后，直接還原度變小，兩者之差變小，全氧鼓風(fēng)時僅相差21Nm3/t。

圖5 富氧率、噴吹焦?fàn)t煤氣量與爐內(nèi)各段煤氣特征對比

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，噴吹焦?fàn)t煤氣置換比為0.35～0.5 kg/Nm3，隨富氧率的提高爐缸噴吹焦?fàn)t煤氣量升高后，爐缸煤氣量與爐腹煤氣量相差逐漸變小，爐內(nèi)各區(qū)域CO、H2體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，N2的體積分?jǐn)?shù)則逐漸降低，爐頂煤氣中CO和氫利用率雖然有所降低，并隨著富氧率提高，爐內(nèi)存在的還原劑表觀過剩，優(yōu)化了鐵礦石還原進(jìn)程；外供總煤氣量下降，但是品質(zhì)得到提高，外供煤氣總熱值約為3400kJ/Nm3。 100%富氧噴吹焦?fàn)t煤氣，燃料比降低10%～15%，燃耗折標(biāo)降低9.5%。

2.3 路徑三：廢鋼及生物質(zhì)資源綜合利用

充分利用好含鐵含碳固廢、鋼鐵循環(huán)材料和有機(jī)生物質(zhì)資源是實現(xiàn)八鋼綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵路徑之一。以廢鋼為代表的鋼鐵循環(huán)材料是充分還原后的金屬，屬于載能和環(huán)保資源，大比例使用鋼鐵循環(huán)材料是未來低碳冶金的發(fā)展方向，可以節(jié)約高爐鐵水，從而大幅減少CO2和污染物排放。

焦炭發(fā)熱量29500 kJ/kg，熱量利用率85%，廢鋼加熱到1450 ℃時熔化耗熱為1320kJ/kg，計算得到熔化1t廢鋼消耗焦炭52.64kg。廢鋼中含鐵量98%，滲碳量按4.50%計，噸廢鋼滲碳耗焦炭51.88kg，八鋼2500m3高爐使用焦炭含碳85%，熔化1t廢鋼滲碳需焦炭量61.04kg。綜上，高爐熔化1 t廢鋼理論焦炭量為116.68kg，使用廢鋼后，高爐煤氣流分布改善，燃料比和焦比下降明顯，根據(jù)高爐和歐冶爐配加廢鋼的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，廢鋼比加到100kg/t后，燃料比和焦比分別下降超過50kg/t和20kg。由此得到配加廢鋼入爐焦比、燃料比與廢鋼比呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，廢鋼比增加1kg/t，入爐焦比降低0.21kg/t，燃料比降低0.54kg/t。

我國有機(jī)固廢資源豐富，其中僅農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物產(chǎn)量就達(dá)數(shù)億噸，生物質(zhì)生長時吸收的CO2和燃燒時排放的CO2構(gòu)成平衡，不會增加大氣中的濃度，因此被視為碳中性物質(zhì)。歐冶爐在生產(chǎn)實踐冶金過程中利用了其“兩爐三段式”的結(jié)構(gòu)，使用生物質(zhì)(樹枝)作為固體化石燃料焦炭和煤粉的替代物，從而減少CO2排放。

2.4 路徑四：CO2捕集、利用技術(shù)

隨著碳中和路徑的明朗化，八鋼建成的脫碳裝置可處理歐冶爐煤氣70000Nm3/h，可捕集17757 Nm3/h，年捕集CO2量10萬t。后續(xù)預(yù)計新建16萬Nm3/h的脫碳裝置可為2500m3高爐輸送還原性脫碳煤氣，這樣年捕集CO2量20萬t，這樣八鋼通過脫碳裝置捕集的CO2量將達(dá)到30萬t。煤氣脫除CO2后，收集和捕集煤氣中脫除CO2，CO2使用途徑有多種，八鋼歐冶爐已經(jīng)實現(xiàn)的捕集后的CO2替代惰性氮氣，在煤制氣系統(tǒng)作為保安氣源使用，效果良好。八鋼正著力開發(fā)研究二氧化碳用于煉鋼轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)工藝，解決了煉鋼脫磷、脫氮、控氧等諸多煉鋼工藝難題，以及煤氣CO2捕集液化后運輸至油田驅(qū)油，進(jìn)一步減少溫室氣體的排放。

2.5 路徑五：發(fā)揮極致能效充分利用余熱余能回收

2.5.1 高爐沖渣水余熱回收利用

高爐沖渣水余熱回收利用技術(shù)：八鋼3座2500m3高爐產(chǎn)生的副產(chǎn)品1400～1500℃高溫爐渣，經(jīng)過高爐撇渣器后流入?；?，沖渣泵將冷水池的冷卻水加壓輸送至粒化塔?；鋮s高溫熔融爐渣，產(chǎn)生的熱水進(jìn)入熱水池，熱水通過熱水泵輸送至冷卻塔冷卻后進(jìn)入冷水池，本實用新型將沖渣水冷卻系統(tǒng)上冷卻塔的管路，設(shè)置三通，安裝引水管及引水閥調(diào)節(jié)閥，將熱水引至換熱器，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥，將高溫沖渣水引至到換熱器，將吸收的熱量傳遞給從換熱站加壓引入的循環(huán)水，循環(huán)水由換熱器入口進(jìn)入后吸收熱量，產(chǎn)生高溫循環(huán)水由換熱器出口流出，進(jìn)入換熱站供用戶使用。具體流程見圖6。

圖6 高爐沖渣水余熱回收利用技術(shù)工藝流程圖

實現(xiàn)此技術(shù)后利用高爐沖渣水余熱代替蒸汽供暖，全部按照燃煤折算可實現(xiàn)節(jié)省12299.66 t標(biāo)煤。減排量如表1所示。

表1 高爐沖渣水余熱代替蒸汽供暖余熱回收減排量

當(dāng)室外溫度低于-20℃時，供熱總負(fù)荷大于40MW，替代57t/h采暖蒸汽。結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖饧皬S區(qū)內(nèi)供熱需求進(jìn)行統(tǒng)計，總制熱量至少為37.02萬GJ，折合節(jié)約蒸汽14.69萬t。全部按照燃煤折算可實現(xiàn)節(jié)省12299.66 t標(biāo)煤，減少CO2排放3.2萬t。

2.5.2 燒結(jié)煙氣余熱技術(shù)

八鋼燒結(jié)工序現(xiàn)有2臺265m2燒結(jié)機(jī)，其環(huán)冷機(jī)有效冷卻面積分別為280m2、360m2；1臺430m2燒結(jié)機(jī)，其環(huán)冷機(jī)有效冷卻面積為530m2。3臺環(huán)冷機(jī)的低溫?zé)煔庥酂峒羞M(jìn)行發(fā)電，以達(dá)到資源綜合利用、節(jié)能降碳的目的。

3臺燒結(jié)機(jī)大煙道煙氣余熱回收裝置按照歷年平均產(chǎn)蒸汽量61萬t/a，全部并入環(huán)冷發(fā)電系統(tǒng)。已知：蒸汽熱焓值為2988.78kJ/kg(0.9MPa，270℃)，熱力(當(dāng)量值)折標(biāo)系數(shù)0.03412kgce/MJ；電耗為128198kWh，電力(當(dāng)量值)折標(biāo)系數(shù)0.1229kgce/kWh；除鹽水消耗為85382t，除鹽水折標(biāo)系數(shù)0.4857kgce/t。

扣除設(shè)備耗電量和消耗除鹽水量后，折標(biāo)煤量為：(610000kg×2988.78kJ/kg×0.03412kgce/MJ-128198kWh×0.1229kgce/kWh-85382t×0.4857kgce/t)=62148850kgce/a=62148.85tce/a

由計算可知：八鋼燒結(jié)工序按照燃煤折算可實現(xiàn)年節(jié)省62148.85tce/a標(biāo)煤，降低能耗7.76kgce/t礦，年減少CO2排放17.2萬t。

2.5.3 軋鋼工序加熱爐余熱回收利用技術(shù)

軋鋼工序煙氣余熱利用系統(tǒng)主要作用是通過一個過熱水循環(huán)系統(tǒng)，將退火爐的煙氣余熱利用到脫脂清洗段，用來加熱堿液、漂洗水或作為帶鋼烘干機(jī)組空氣加熱器的熱量來源。相對于原有的清洗段加熱工藝，煙氣余熱利用系統(tǒng)有利于生產(chǎn)單位節(jié)約運行成本、降低清洗溫度、減少蒸汽耗量(80%～100%)。

八鋼軋鋼系統(tǒng)10座加熱爐和燒結(jié)大煙道的外排廢氣余熱，分別進(jìn)行回收利用，采暖季供暖，非采暖發(fā)電。變廢為寶，提高八鋼的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，年節(jié)能量25000噸標(biāo)煤，年減排CO26.9萬t。

2.5.4 焦?fàn)t上升管余熱回收利用

目前八鋼焦化焦?fàn)t煤氣采用傳統(tǒng)的噴灑大量70～75℃的循環(huán)氨水降溫，循環(huán)氨水吸熱而大量蒸發(fā)，使荒煤氣溫度得以降低，進(jìn)入后序煤化工產(chǎn)品回收加工工段。這樣的結(jié)果是，荒煤氣帶出的熱量被白白浪費，既流失了荒煤氣熱能，還增加了水資源的消耗，因此焦化工序降碳急需解決使用的技術(shù)是荒煤氣余熱回收技術(shù)。

八鋼若采用荒煤氣余熱回收技術(shù)，以150萬t/a產(chǎn)能計算, 回收上升管荒煤氣余熱,可產(chǎn)生3.82MPa、<300℃過熱蒸汽或飽和蒸汽約16.5萬t/a, 按照80元/t的蒸汽價格計算,每年營業(yè)收入1320萬元,年運行成本約150萬元,年稅前直接利潤總額約1170萬元?？山档徒够ば蚰芎募s11kgce/t,降低能耗30.5 kgce/t，年減排4.6萬t CO2。

2.6 路徑六：低碳數(shù)智管控技術(shù)

八鋼已成功搭建低碳數(shù)智管控平臺，建立節(jié)能低碳長效機(jī)制。低碳數(shù)智管控平臺主要功能是實現(xiàn)碳減排的管控生產(chǎn)決策和指揮系統(tǒng)，通過指揮系統(tǒng)實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的智慧監(jiān)控，達(dá)到四級指標(biāo)過程控制的目的。建立統(tǒng)一平臺，數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚、數(shù)據(jù)融合共享、支撐數(shù)據(jù)驅(qū)動；優(yōu)化指標(biāo)體系，實現(xiàn)四級指標(biāo)體系構(gòu)建；體系脈絡(luò)清晰；快速發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。完善過程管控，在線監(jiān)控、異常推送；預(yù)警預(yù)測；四級末端因素過程管控。進(jìn)行智慧管理，事中管理、事前預(yù)警預(yù)測、核心加強預(yù)警、計劃值比對管控；實現(xiàn)管控決策，碳減排全生命周期管控；與能源EMS+系統(tǒng)相輔相成；與生產(chǎn)管控系統(tǒng)相輔相成。

搭建低碳數(shù)智管控平臺的目的：過程異常預(yù)警，數(shù)智推送。各個層級管控指標(biāo)體系脈絡(luò)清晰，快速發(fā)現(xiàn)問題、解決問題；數(shù)智管理，將碳消耗從事后提前到事中(在線監(jiān)控、異常推送)、事前(預(yù)警預(yù)測)、核心指標(biāo)提前加強預(yù)警，過程管控；將碳消耗進(jìn)行主線的全生命周期管控、計劃值比對管控、碳消耗智能管控。通過數(shù)智化平臺跨越管理和生產(chǎn)邊界；利用信息細(xì)化手段，進(jìn)行數(shù)智監(jiān)控、智能管控，實現(xiàn)八鋼低碳創(chuàng)新高效利用，助力八鋼實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型。

3 八鋼將開展的低碳冶金技術(shù)路徑

3.1 路徑七：綠色電加熱技術(shù)

為進(jìn)一步降低高爐流程碳排放，圍繞碳循環(huán)高爐將開發(fā)的主要技術(shù)有：

(1)綠色電加熱。高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣循環(huán)使用，傳統(tǒng)觀點認(rèn)為將這些煤氣用來加熱、發(fā)電是高效化利用，隨著低碳冶金的推進(jìn)，把煤氣這種化學(xué)能作為加熱能源是一種非常奢侈的行為。化學(xué)能在冶金過程中只能用于還原的化學(xué)過程，而所有加熱過程，必將考慮用綠電加熱。在建的富氫碳循環(huán)高爐的爐身煤氣循環(huán)電加熱及巴州零碳工廠短流程電爐薄帶連鑄的用電均將采用源、網(wǎng)、荷儲一體化的集中式或分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)供電,如圖7所示。

圖7 綠電技術(shù)

(2)在轉(zhuǎn)爐的鋼包、中間包、軋鋼的鋼坯加熱全流程推行電加熱，將煤氣加熱爐窯變成綠色電加熱爐窯，達(dá)到減少化石燃料消耗、降低CO2排放的目的。這些技術(shù)與富氫碳循環(huán)高爐一起，在不久的將來若均使用光伏發(fā)電供電，必將構(gòu)成八鋼未來的綠電工藝。

將來推進(jìn)太陽能技術(shù)應(yīng)用，提升綠色發(fā)電比例，根據(jù)八鋼公司低碳冶金、富氫冶金的發(fā)展需求，未來電力需求會極大提高，按新增綠電使用30億kWh，每年可減排碳排放約220萬t，可實現(xiàn)八鋼公司減碳9.75%。 具備發(fā)展綠色自備電廠和制取綠氫的廣闊前景和優(yōu)勢。

風(fēng)能和太陽能等綠色能源發(fā)電的最大問題是負(fù)荷不穩(wěn)定，比如光伏發(fā)電在夜晚和白天的輸出差異很大，需要建立一套源、網(wǎng)、儲電加上負(fù)荷與鋼廠節(jié)奏匹配的封閉體系，才能使零碳能源供給具有連續(xù)性。未來鋼鐵廠對綠電的需求量將是巨大的，如果不能夠?qū)崿F(xiàn)能源的穩(wěn)定自生產(chǎn)，那對成本的競爭力將會帶來極大沖擊。

3.2 路徑八：零碳工廠短流程電爐薄帶連鑄技術(shù)

優(yōu)化生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)，踐行低碳發(fā)展理念。2022年八鋼公司在新疆巴州鋼鐵建設(shè)一條短流程電爐薄帶連鑄軋制生產(chǎn)線。薄帶連鑄連軋即超薄帶技術(shù)，是一種直接鑄軋出尺寸及質(zhì)量特性滿足最終產(chǎn)品要求的近終成形技術(shù)，薄帶連鑄連軋產(chǎn)線噸鋼碳排放量是傳統(tǒng)熱軋的26%，是薄板坯連鑄連軋的46%。該技術(shù)具有流程短、能耗低、綠色環(huán)保等優(yōu)勢。根據(jù)研究，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)噸鋼二氧化碳排放約為2.2t CO2，而電弧爐生產(chǎn)噸鋼二氧化碳排放量僅為0.8t CO2，電爐噸鋼碳排放量遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)爐噸鋼碳排放量，發(fā)展電爐煉鋼有利于鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排。

同時配套建設(shè)一套源、網(wǎng)、儲一體化的光伏電廠，由光伏電廠發(fā)綠電，進(jìn)行全廢鋼的使用綠電的電爐冶煉，根據(jù)測算，此套短流程工藝可以做到CO2近零排放(見表2和表3)。

表2 100t電爐+薄帶連鑄連軋短流程產(chǎn)線CO2近零排放測算

表3 剩余的25721.15tCO2由林業(yè)碳匯吸收

3.3 路徑九：購買“森林碳匯”

在鋼鐵行業(yè)僅依靠自身改造無法完全實現(xiàn)CO2凈零排放的情況下，購買“森林碳匯”也是一個實現(xiàn)碳中和的可行路徑?！吧痔紖R”是指通過植樹造林、植被恢復(fù)等措施，吸收大氣中的二氧化碳，從而實現(xiàn)“碳”的捕獲和固定。非經(jīng)濟(jì)林所有者可以對外出售“森林碳匯”，作為一種可交易的碳排放權(quán)。鋼鐵企業(yè)可以針對無法完全消除的CO2排放量購買“森林碳匯”，從而在全社會整體的層面實現(xiàn)碳中和。但購買“森林碳匯”將會給鋼鐵行業(yè)企業(yè)額外增加成本，且未來“森林碳匯”資產(chǎn)價格還可能出現(xiàn)大幅上漲。購買“森林碳匯”需要跟蹤研究。

4 結(jié)語

八鋼要實現(xiàn)更高效的降碳效果，對于今后削減CO2的要求，應(yīng)通過改善工藝功能實現(xiàn)低碳和脫碳，針對自身產(chǎn)線特點，全面分析和評估工序中的各碳耗環(huán)節(jié)、準(zhǔn)確捕捉每個碳耗源，有的放矢選擇適宜的工藝技術(shù)，提高工序生產(chǎn)效率和綠色化水平，深度降低碳排放。

煉鐵高爐工序作為碳排放的重點，將低碳和脫碳組合的多角度系統(tǒng)設(shè)計作為改善煉鐵工藝功能很重要。作為長流程高爐的未來發(fā)展，可以考慮幾種以全氧或高富氧高爐為基礎(chǔ)的低CO2排放煤氣碳循環(huán)工藝，通過與噴吹高還原氣體脫CO2工藝的組合，就能顯示出其優(yōu)越性。如果能以CO2的分離、存貯為前提，擴(kuò)大選擇的范圍，進(jìn)行深入詳細(xì)的研究，將其作為未來的目標(biāo)進(jìn)行研究開發(fā)，必將推動鋼鐵行業(yè)的綠色低碳發(fā)展。

當(dāng)然，八鋼除了煉鐵工序要加大減碳工藝技術(shù)外，其他工序依舊還需要不斷通過技術(shù)創(chuàng)新，將極致能效、富氫碳循環(huán)高爐工藝、氫基豎爐、近終形制造、冶金資源循環(huán)利用、CO2回收及利用六個方面為技術(shù)減碳突破方向，選擇適合自身條件的低碳冶金研究與實踐路徑，助力碳中和的實現(xiàn)。