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 “3H2+Fe2O3=2Fe+3H2O”——這是廣為中學生熟悉的“還原反應(yīng)”化學方程式。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，全程不會產(chǎn)生二氧化碳。這是獲取“鐵”的最理想途徑。


教科書上的“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)篳路藍縷，攻堅克難地研究、探索和實踐的課題。

2022年2月15日，中國寶武鋼鐵集團旗下寶鋼湛江鋼鐵有限公司（下稱“湛鋼”）零碳示范工廠百萬噸級氫基豎爐工程正式開工，致力于打造成為國內(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“碳達峰”“碳中和”目標貢獻的切實行動。該套氫基豎爐建成后，將以集成氫氣和焦爐煤氣來進行工業(yè)化生產(chǎn)，直接還原生產(chǎn)線，實現(xiàn)冶煉領(lǐng)域的“綠色制造”。

國內(nèi)首套！百萬噸級氫基豎爐開工

2月15日下午，湛鋼基地彩旗飄揚。開工儀式現(xiàn)場，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”冶煉項目——擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)首套百萬噸級氫基豎爐（下稱“氫基豎爐項目”）全面施工建設(shè)，吹響了我國鋼鐵行業(yè)向“零碳”制造技術(shù)進軍的號角。

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)，以及配套的球團供應(yīng)系統(tǒng)、能源公輔系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)。該項目總投資18.9億元，預(yù)計2023年底建成。

氫基豎爐項目，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。湛鋼的項目便是利用HYL-ZR豎爐冶煉直接還原鐵。

在“碳達峰””碳中和”目標下，該項目的實施具有重大意義。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，氫基是國內(nèi)自主集成并研發(fā)全氫冶煉技術(shù)的創(chuàng)新平臺，其運作原理是：集成氫氣和焦爐煤氣進行工業(yè)化生產(chǎn)的直接還原生產(chǎn)線。項目建成投產(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，每年可減少二氧化碳排放70萬噸以上。

氫基豎爐為核心的氫冶金工藝是湛鋼未來的碳中和冶金技術(shù)重要路徑之一，而該項目也將打造國內(nèi)鋼鐵行業(yè)首條全氫綠色零碳示范產(chǎn)線，通過綠色制造行動，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，湛鋼近年來在生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，不斷升級先進節(jié)能技術(shù)。除了正在建設(shè)的氫基豎爐項目，企業(yè)通過實施“封閉式原料場機械化篩分混勻設(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”等方式實現(xiàn)節(jié)能減排。

在此基礎(chǔ)上，湛江鋼鐵堅持自主集成、自主創(chuàng)新，結(jié)合自身實際情況，持續(xù)引進先進節(jié)能項目、優(yōu)化能源系統(tǒng)運行、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)濟指標位于國內(nèi)領(lǐng)先、世界先進行列。

劍指“零碳”，鋼鐵生產(chǎn)業(yè)降碳提“綠”勢在必行

近年來，湛江鋼鐵投入的主要節(jié)能減碳項目25項，年節(jié)能量24.66萬噸標煤，同比減少二氧化碳排放約80萬噸/年。但是，在“雙碳”目標下，對鋼鐵生產(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，同時也是鋼鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級的重點。據(jù)國家發(fā)改委2022年發(fā)布的《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳改造升級實施指南》（下稱《指南》），按照鋼鐵生產(chǎn)流程的長短，可分為“高爐-轉(zhuǎn)爐”長流程和“電弧爐短流程”的鋼鐵生產(chǎn)。

長流程冶煉一般指在高爐中以為還原劑，對進行冶煉，得到鐵水，然后鐵水再移至轉(zhuǎn)爐中，通過吹氧去除多余的碳、氧、磷和剩余的硫，得到成分合格的鋼水。

《指南》提到，目前，我國鋼鐵工業(yè)以“高爐-轉(zhuǎn)爐”長流程生產(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，我國鋼鐵行業(yè)高爐工序能效優(yōu)于標桿水平的產(chǎn)能約占4%，能效低于基準水平的產(chǎn)能約占30%；轉(zhuǎn)爐工序能效優(yōu)于標桿水平的產(chǎn)能約占6%，能效低于基準水平的產(chǎn)能約占30%。為此，鋼鐵工業(yè)節(jié)能降碳改造升級潛力仍然較大。

面對雙碳目標，鋼鐵行業(yè)開展了減碳、控碳行動。2021年底開始，國內(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流程向短流程轉(zhuǎn)向的趨勢，湛鋼便是探索實踐綠色冶煉路徑的企業(yè)之一。

2021年11月，中國寶武發(fā)起并主辦了“全球低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟成立大會暨2021全球低碳冶金”創(chuàng)新論壇。中國寶武黨委書記、董事長陳德榮在論壇上發(fā)言表示：“2020年中國寶武的粗鋼產(chǎn)量達到1.15億噸，分布在17個鋼鐵基地。中國寶武的鋼鐵制造長流程占比近94%，碳減排對中國寶武有著比同行更嚴峻的挑戰(zhàn)。中國寶武作為全球最大鋼鐵企業(yè)，帶頭實現(xiàn)‘碳中和’責無旁貸。”

“氫”裝上陣，先破后立鍛造“綠色鋼鐵”

據(jù)了解，2021年，在實施“氫基豎爐項目”之前，中國寶武和廣東省商議之后，叫停了湛鋼原本的高爐方案，計劃加快低碳冶金技術(shù)發(fā)展力度，實施焦爐煤氣的氫基豎爐工藝建設(shè)。也就是說，湛鋼在立足原來的生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，再開發(fā)氫基豎爐直接還原煉鐵工藝，有望實現(xiàn)近零碳排放的鋼鐵冶煉過程。

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，湛鋼已有計劃：即通過風能、光伏、核電等可再生能源發(fā)電制取“綠氫”，生產(chǎn)過程中基本不產(chǎn)生溫室氣體，從源頭上杜絕碳排放，該鋼鐵冶煉過程有望實現(xiàn)近零碳排放，進而助推實現(xiàn)“碳中和”目標。

湛江屹立于浩浩南海之濱，是中國大陸最南端城市，風電、光伏發(fā)電等清潔能源資源豐富。湛鋼表示，未來將在氫基豎爐的基礎(chǔ)上，利用南海地區(qū)光伏、風能配套上“光－電－氫”“風－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)線碳排放較長流程降低90％以上，并通過“碳捕集”“森林碳匯”等實現(xiàn)綠氫全流程零碳工廠，打造綠色鋼鐵企業(yè)新標桿，爭做綠色低碳冶金領(lǐng)跑者，助力實現(xiàn)國家“雙碳”目標。

原標題：鋼鐵減“碳” “氫”裝上陣 湛江樹牢“零碳”理念綠建未來