近年來(lái)，鋼鐵行業(yè)積極進(jìn)行低碳技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用，并取得了顯著的進(jìn)展，例如:大型高爐超高比例球團(tuán)冶煉技術(shù)、電爐綠色高效冶煉技術(shù)、頂煤氣循環(huán)氧氣高爐冶煉技術(shù)、高爐富氫冶煉技術(shù)、氫氣豎爐直接還原技術(shù)、氫氣直接還原煉鐵技術(shù)、氫基熔融還原煉鐵技術(shù)、閃速熔煉技術(shù)、熔融電解法冶煉技術(shù)等典型減碳技術(shù)，屋頂光伏發(fā)電技術(shù)、新型儲(chǔ)能技術(shù)、生物質(zhì)利用等典型無(wú)碳技術(shù)，以及CCUS技術(shù)、碳匯等典型去碳技術(shù)。
1減碳技術(shù)
減碳技術(shù)是現(xiàn)階段鋼鐵企業(yè)降低碳排放采取的主要措施，以能效提升技術(shù)的實(shí)施應(yīng)用為主，包括:高參數(shù)煤氣發(fā)電、煙氣余熱回收發(fā)電等二次能源回收利用技術(shù)，以及變頻節(jié)電技術(shù)等綜合降碳技術(shù)。此外，鋼鐵企業(yè)在建設(shè)碳排放管控平臺(tái)、非高爐冶煉、電爐冶煉技術(shù)、氫冶金技術(shù)等方面也進(jìn)行了有益的嘗試。
(1)碳排放和污染物排放全過(guò)程智能管控與評(píng)估平臺(tái)
通過(guò)“數(shù)字化+低碳化”的方式，建設(shè)碳管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)碳素流可視可管可控以及鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程的碳排放監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、對(duì)標(biāo)。應(yīng)用案例:冶金工業(yè)規(guī)劃研究院結(jié)合在低碳方面多年的研究實(shí)踐，研發(fā)出了碳排放和污染物排放全過(guò)程智能管控與評(píng)估平臺(tái)，已經(jīng)在瑞豐鋼鐵、首鋼遷鋼等多家鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用。
(2)大型高爐超高比例球團(tuán)冶煉技術(shù)
基于高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程工藝，采用超高比例或全球團(tuán)冶煉優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，提高高爐入爐礦品位。應(yīng)用案例:德國(guó)Bremen3號(hào)高爐采用70%球團(tuán)+30%的塊礦進(jìn)行冶煉;瑞典、芬蘭采用90%球團(tuán)+10%循環(huán)廢料壓塊的爐料結(jié)構(gòu);首鋼于2018年實(shí)現(xiàn)了高爐全球團(tuán)冶煉及穩(wěn)定運(yùn)行。
(3)電爐綠色高效冶煉技術(shù)
以廢鋼為原料，利用石墨電極與廢鋼形成電弧所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行冶煉，再通過(guò)精煉得到合格鋼水。應(yīng)用案例:國(guó)內(nèi)水平連續(xù)加料式電爐的普及率較高，大部分鋼鐵企業(yè)均有應(yīng)用;豎爐式電爐典型爐型為量子電爐，國(guó)內(nèi)包括桂林平鋼120t、成都長(zhǎng)峰100t等十余座電爐，國(guó)外包括墨西哥100t、孟加拉國(guó)80t兩座電爐。
(4)頂煤氣循環(huán)氧氣高爐冶煉技術(shù)
頂煤氣循環(huán)氧氣高爐冶煉技術(shù)是在傳統(tǒng)高爐基礎(chǔ)上，采用純氧代替熱空氣鼓風(fēng)、爐頂煤氣循環(huán)利用、高煤比的新工藝。應(yīng)用案例:歐洲UL-COS項(xiàng)目，瑞典律勒歐8.2m3試驗(yàn)高爐;日本COUＲSE50項(xiàng)目，日本鋼鐵聯(lián)盟12m3試驗(yàn)高爐;中國(guó)寶武集團(tuán)新疆八一鋼鐵430m3高爐。
(5)高爐富氫冶煉技術(shù)
高爐內(nèi)噴吹焦?fàn)t煤氣、天然氣和純氫，替代煤粉和部分焦炭作為熱源和還原劑的低碳冶煉技術(shù)。應(yīng)用案例:德國(guó)蒂森克虜伯集團(tuán)與液化空氣公司合作，開(kāi)展“以氫代煤”高爐煉鐵項(xiàng)目;晉南鋼鐵集團(tuán)開(kāi)展2000m3級(jí)高爐規(guī)模化噴吹氫氣技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目。
(6)氫氣豎爐直接還原技術(shù)
以富氫或純氫為還原氣，采用大型氣基豎爐裝備生產(chǎn)直接還原鐵的技術(shù)。應(yīng)用案例:河鋼集團(tuán)與意大利特諾恩合作，共同研發(fā)、建設(shè)120萬(wàn)t規(guī)模氫冶金示范工程;中國(guó)寶武集團(tuán)在湛江建設(shè)100萬(wàn)t/a氫基豎爐直接還原項(xiàng)目;中晉太行礦業(yè)建設(shè)30萬(wàn)t/a焦?fàn)t煤氣直接還原鐵項(xiàng)目。
(7)氫氣直接還原煉鐵技術(shù)
基于無(wú)化石燃料工藝的鐵礦石球團(tuán)礦制造技術(shù)。應(yīng)用案例:瑞典鋼鐵集團(tuán)(SSAB)采用氫氣直接還原煉鐵(HYBＲIT)技術(shù)，預(yù)計(jì)到2045年，實(shí)現(xiàn)無(wú)化石燃料工藝路線。
(8)氫基熔融還原煉鐵技術(shù)
將氫冶金與熔融還原相結(jié)合，采用鐵礦粉、非煉焦煤和富氫燃料直接熔融還原的技術(shù)生產(chǎn)高質(zhì)量的鐵產(chǎn)品，取消傳統(tǒng)高爐煉鐵必不可少的燒結(jié)、焦化等工序。應(yīng)用案例:塔塔歐洲鋼鐵公司于2018年在艾莫伊登廠建設(shè)了約6萬(wàn)t的HIsar-na熔融還原，開(kāi)展工業(yè)試驗(yàn);建龍集團(tuán)在內(nèi)蒙古烏海建設(shè)的賽思普氫基熔融還原法年產(chǎn)30萬(wàn)t高純鑄造生鐵項(xiàng)目于2021年4月成功出鐵。
(9)閃速熔煉技術(shù)
鐵礦砂和熔劑粉末及煤氣從閃鐵爐頂端噴入，顆粒在下降過(guò)程中與高溫煤氣發(fā)生還原反應(yīng)，將鐵礦砂中的高價(jià)鐵氧化物部分還原成低價(jià)鐵氧化物及部分金屬鐵，低價(jià)鐵氧化物及部分金屬鐵落入熔池。目前該技術(shù)處于中試階段，仍需要經(jīng)歷工業(yè)試驗(yàn)及優(yōu)化過(guò)程。
(10)熔融電解法冶煉技術(shù)
利用電能將金屬元素從熔融態(tài)的氧化物中還原為液態(tài)金屬產(chǎn)品。應(yīng)用案例:波士頓金屬公司提出熔融電解法冶煉金屬鐵，中試工廠產(chǎn)能只有5kg/d，總體仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。
2無(wú)碳技術(shù)
無(wú)碳技術(shù)現(xiàn)階段在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用主要是清潔能源的利用，以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、清潔能源運(yùn)輸?shù)葹榇淼臒o(wú)碳技術(shù)近年來(lái)在鋼鐵企業(yè)獲得了不同程度應(yīng)用，生物質(zhì)利用技術(shù)、新型儲(chǔ)能技術(shù)等目前也取得了一定進(jìn)展，并將在未來(lái)進(jìn)一步推廣普及。
(1)屋頂光伏發(fā)電技術(shù)
鋼鐵企業(yè)利用廠房屋頂?shù)劝惭b分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。應(yīng)用案例:寶鋼湛江48MW分布式光伏項(xiàng)目;沙鋼35MW分布式光伏項(xiàng)目。
(2)新型儲(chǔ)能技術(shù)
基于固體儲(chǔ)熱及熔鹽儲(chǔ)熱的儲(chǔ)熱技術(shù)，能夠耦合鋼鐵企業(yè)不同品質(zhì)余氣、余熱的資源稟賦，適合鋼鐵企業(yè)余熱、余氣電站的調(diào)峰及儲(chǔ)能場(chǎng)景。應(yīng)用案例:某鋼廠建設(shè)了一體化示范項(xiàng)目。
(3)生物質(zhì)利用技術(shù)
生物質(zhì)作為燃料用于高爐噴吹、煉制生物焦、燒結(jié)等;生物質(zhì)作為還原劑用于高爐煉鐵、非高爐煉鐵等。應(yīng)用案例:巴西木炭煉鐵;瑞典生物質(zhì)炭應(yīng)用。
3去碳技術(shù)
經(jīng)過(guò)多年的研究?jī)?chǔ)備，去碳技術(shù)現(xiàn)階段在中國(guó)鋼鐵行業(yè)也取得了一定進(jìn)展，主要集中在鋼化聯(lián)產(chǎn)等固碳技術(shù)、煙氣二氧化碳捕集及利用技術(shù)，此外，還有一定的碳匯應(yīng)用?？傮w來(lái)說(shuō)，去碳技術(shù)在成熟性、經(jīng)濟(jì)性等方面仍有待提高，但未來(lái)隨著CCUS技術(shù)的不斷完善，將成為鋼鐵行業(yè)落實(shí)碳減排目標(biāo)的重要支撐。
(1)鋼化聯(lián)產(chǎn)技術(shù)
利用高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等副產(chǎn)煤氣，提取一氧化碳、二氧化碳和氫氣作為原料生產(chǎn)甲酸、乙二醇等化工產(chǎn)品。應(yīng)用案例:首鋼京唐以轉(zhuǎn)爐煤氣為原料生產(chǎn)燃料乙醇;石橫特鋼以副產(chǎn)轉(zhuǎn)爐氣為原料合成甲酸;晉南鋼鐵以焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣為原料生產(chǎn)乙二醇。
(2)碳捕集技術(shù)(CCUS)
利用鋼鐵企業(yè)工業(yè)尾氣捕集回收二氧化碳。應(yīng)用案例:首鋼京唐石灰窯尾氣回收二氧化碳制備凈化工程。
(3)碳化法鋼渣利用技術(shù)
二氧化碳與鋼渣中的氧化鈣進(jìn)行反應(yīng)，生成高純碳酸鈣，副產(chǎn)鐵粉，在資源綜合利用的基礎(chǔ)上同時(shí)進(jìn)行固碳。應(yīng)用案例:包鋼碳化法鋼鐵渣綜合利用。
(4)碳匯技術(shù)
通過(guò)森林碳匯、草地碳匯、海洋碳匯等將大氣中的二氧化碳吸收并固定。應(yīng)用案例:包鋼與岳陽(yáng)林紙合作開(kāi)發(fā)林業(yè)碳匯項(xiàng)目。
