首页>新闻中心>今日热点

低碳冶炼先行者!探秘中国宝武八钢低碳冶炼实验基地

2021-04-19 09:53:00

  从欧冶炉的“前世今生 ”
  看中国宝武低碳发展
  ——八钢低碳冶炼实验基地见闻(上)
 
  4月的乌鲁木齐,大地春回。八钢厂区东南面,欧冶炉巍然耸立于蓝天之下,透着一份大气。
  这座欧冶炉的“前世今生”,生动地刻画了中国宝武在低碳冶炼上,孜孜不倦的探寻与追索。
  早在2005年,当时的宝钢承担起了我国探索非高炉炼铁技术的重大使命,从奥钢联引入熔融还原技术,建成了设计年产能150万吨、当时全世界最大COREX炉,并于2008年5月顺利实现“三达”。任何敢为天下先的探索,都要付出巨大的代价。由于国内外原燃料结构的差异,COREX炉的运行和经济性受到了前所未有的挑战。2011年,公司作出决策,将COREX炉搬迁至新疆八钢,希望利用当地的资源,走出一条适合国情、高性价比的非高炉炼铁技术之路。
  01、颠覆“饮食结构”求生存
  从今天来看,非高炉炼铁技术其实就是低碳冶炼的一种探索。熔融还原工艺流程短、污染少,碳排放自然可以减量。COREX炉搬迁的初衷,就是要找到一条适合国内原燃料结构的低碳冶炼之路。但是,它首先要解决的还是生存问题。
  2012年,在很多八钢人心里是一个不同寻常的年份。正是这一年,COREX炉辗转几千公里,在八钢安家落户。“老外都玩不转的新玩意,到八钢能好使不?”“八钢效益本来就不咋地,这不是雪上加霜么?”消息传来,一时间干部员工议论纷纷,不少人都把COREX炉看成了一个“烫手山芋”。制造管理部首席李涛回忆说,那时候,八钢的接待酒店“好西部”连平常不开放的辅楼都住满了人,宝钢股份的支撑团队来了好几百号人。在此之前,八钢也组织了100多人到罗泾COREX炉跟班学习。李涛就在罗泾待了一年多,参与了设备搬迁的全过程。
  在集团公司的全力支撑下,项目团队充分发挥艰苦奋斗、敢闯敢试的精神,对COREX炉的原燃料结构进行了颠覆式的创新。八钢副总经理袁万能打了个比方,原来的COREX炉食不厌精、脍不厌细,“想啥吃啥”——煤要吃最好的块煤,矿要吃高品质球团。到了八钢以后,我们对原燃料结构进行了专项攻关,现在成了“有啥吃啥”,比如煤吃的就是新疆当地最平常的动力煤,球团也吃得少了。与此同时,欧冶炉还实现了高炉工艺返焦、返矿资源的全利用。原来派不上用处的高炉煤末、焦末等,都得到了充分利用,实现了资源耦合。
  从2018年到2020年,COREX炉的吨铁成本直线下降。与八钢2500高炉相比,2018年之前,COREX炉的吨铁成本远高于2500高炉;2018年基本持平;到去年,吨铁成本比2500高炉要低100多元。这个天天“山珍海味”的“富家子”,变身成了“粗茶淡饭”的“糙汉子”,“饮食结构”发生了天翻地覆的变化。2018年至今,COREX炉运行稳定,产量屡创新高,并已连续三年实现盈利。
  02、脱胎换骨的“忒修斯之船”
  “忒修斯之船”是一个古老的哲学悖论,以此来形容今天的欧冶炉,也许并不合适。但有一点是确定的,时至今日,已经很难说现在的“欧冶炉”还是当年的“COREX炉”。自开炉以来,八钢欧冶炉共申报专利400余项,已获得授权专利142项,其中发明专利42项。欧冶炉粗犷的肠胃,也是建立在其核心工艺大量的颠覆性创新上。2018年,脱胎换骨的COREX炉更名为欧冶炉,或许能说明这一点。
  几年来,欧冶炉不仅开创了高比例使用动力煤和烧结矿的原燃料结构,还自主创新了“两炉三段式”的煤气高效利用核心技术,开发了气化炉拱顶干煤粉气化(DCGT)风口喷吹煤气(TGIC)和竖炉CGD等系列新技术。在装备创新上,研发了新型高温布料器、矿煤垂直胶带机、粉尘线波补偿器和风口氧煤烧嘴等欧冶炉专用设备。在操作层面,建立了一整套集低成本烘开炉、固定竖炉炉顶压力和休风安全操作等技术为一体的独特操作技术。
  在欧冶炉管控中心,炼铁厂技术专家陈若平刚刚接待完一位慕名而来的业内专家。他笑着介绍说,这两年到欧冶炉参观考察的同行太多了,他们最感兴趣的,莫过于我们在欧冶炉上的这些工艺创新。在陈若平眼里,欧冶炉最根本的变化,在于突破了原有两段式冶炼的技术理念,创新了三段式的高效冶炼技术,不仅减少了含碳燃料的使用量,炉料燃烧还原更加充分,冶炼效率明显提升,而且,原来由于炉料粘结,每半年就要清炉一次,得花上10来天时间,现在因为炉料燃烧充分,清炉的时间周期已大大延长。
  “这样的创新几乎没有停过。这些年,欧冶炉先后实施了数十个改造项目,从冶炼工艺到原燃料结构,从专用装备到操作体系,我们改了个遍。它还是不是原来的COREX炉,我还真不好说。”出于专业技术人员的严谨,陈若平没有正面回答这样的问题,但他讲述的这些事实,却已经作出了完整的解答。
  03、低碳冶炼“急先锋”
  命运多舛的欧冶炉终于脱胎换骨,吨铁成本大幅下降,连续三年实现盈利……解决了生存问题。但集团公司和八钢显然并没有止步于此。COREX炉在诞生之时就有着节能环保、绿色减排的初衷,辗转十数年、纵横几千里,这样的初衷如今又打上了鲜明的时代印记。2018年,欧冶炉被确定为集团公司低碳冶炼试验基地项目之一,全名是——欧冶炉全氧熔融还原试验中心。毫无疑问,它是中国宝武低碳冶炼探索的“急先锋”。
  炉顶煤气回用和二氧化碳捕集分离两大突破性技术,是欧冶炉在低碳冶炼探索上的重大成果。从2018年到2020年,欧冶炉的探索实践一年一个台阶。2018年,欧冶炉实施“顶煤气回配项目”,充分利用欧冶炉分段炉型在炉温控制上的先天优势,通过煤气循环利用技术,不仅进一步提高了欧冶炉的生产稳定性,更重要的是,有效减少了欧冶炉生产的实际碳需求。2019年该系统投用后,八钢专门请来权威第三方进行了减碳认证,其结果表明,该技术有效降低了系统的碳排放量0.1吨/吨铁,按年产120万吨铁水能力,每年可实现降低碳排放12万吨。
  为了突破煤气循环量的“瓶颈”,2019年,欧冶炉又实施了“煤气制取和二氧化碳分离”项目。钢铁冶炼中分离二氧化碳,全世界都没有工业化的实践先例。欧冶炉开创性地引入了化工行业的二氧化碳分离技术,将回用煤气中的二氧化碳含量从30%降低到了1%以内,极大地提升了煤气回用的效能。该项目实施后,欧冶炉在原先基础上,每年又实现减碳9万余吨。2020年,八钢实施了“脱碳煤气综合利用项目”,进一步提升脱碳煤气的使用效率。“我们的长远目标是要实现全部顶煤气的回用,前提是这些分离出来的二氧化碳得有个好去处”,技术专家陈若平介绍说。而就在3月初八钢进行的一次低碳冶炼推进会上,一批二氧化碳深度应用的项目已经浮出水面,比如,制取甲醇燃料、石油行业去油应用等,都已经进入可研阶段。
 
  钢铁的未来,将从这里出发
  ——八钢低碳冶炼实验基地见闻(下)
 
  “低碳冶炼的突破性体现在哪些方面?哪些工艺是全球首创?阶段性工艺目标实现的情况如何?”3月的一天,下午4点半,刚刚飞抵乌鲁木齐的中国宝武低碳冶金创新中心的专家们,行李都没有放下,就直奔八钢管控中心,在低碳冶金推进会上连珠炮似地发问,问题的焦点基本集中在全球首座“富氢碳循环高炉”上。八钢副总经理、低碳冶金创新中心副主任袁万能坐不住了,他拿起话筒,一一为专家们答疑解惑。会议始终在一种紧张热烈,甚至有一点“拷问”的气氛中进行。
  今年8月,中国宝武首次低碳冶金创新大会将在八钢举行。10月,全球低碳冶金创新联盟将在上海宝山成立。作为发起人和东道主,中国宝武这个全球首家低碳冶金创新实验基地的“富氢碳循环高炉”,到底能拿出什么样的成绩单,让人关注和期待。留给项目团队的时间不多了,也就难怪大家都有一种紧迫感。
  01、功勋高炉的绿色新生
  “富氢碳循环高炉”的前身,是八钢430立方米高炉。这是一座为新疆钢铁工业发展立下汗马功劳的功勋高炉,其优异的全烟煤喷煤比指标一度全国领先。中国宝武重组八钢后,新建了两座2500立方米高炉。2014年,430高炉功成身退。八钢想把它规划为工业遗存保留下来,谁也没想到,2020年,随着中国宝武绿色低碳发展步伐的加速,这座高炉有了一个全新的使命和定位——全球首家低碳冶金创新实验基地。通过技术升级改造,打造具备全氧冶炼、富氢、炉顶煤气脱二氧化碳煤气自循环喷吹等功能的低碳化高炉。整个项目试验成功后,不仅能大幅度提高冶炼利用系数,还可以减少30%的二氧化碳排放。
  远远望去,“富氢碳循环高炉”并不起眼,即便是内行,除了新建的布料系统还能看出点端倪外,很难从外观上辨识出它和传统小高炉的不同,气势上更难与八钢2500立方米高炉比肩。厂门口,炉长田宝山刚刚送走一批外地来的考察团队,跟随他走进中控室,笔者眼前一亮:占据着大半个墙面的显示屏,清一色计算机操作的中控台,完全是中国宝武智慧制造的标准配置。“在低碳这件事上,中国宝武是不惜代价的”,据田宝山介绍,这座高炉仅一阶段试验项目就投入了1.5亿元。
  “富氢碳循环高炉”的低碳冶炼试验分三个阶段。一阶段工业试验去年7月启动后,高炉鼓风含氧量成功突破了传统高炉的极限,目前稳定在35%。二阶段试验工程今年2月底已经动工,正在紧锣密鼓建设中。工程将引入欧冶炉脱除二氧化碳的还原煤气和富氢焦炉煤气,打通煤气循环工艺流程,今年6月实现鼓风氧含量50%的超高富氧冶炼和氢冶金冶炼探索。三阶段试验工程明年开始建设,将利用还原煤气加热循环技术,实现全氧冶炼。
  从430高炉到2500高炉、欧冶炉,再到这座“富氢碳循环高炉”,田宝山和高炉打了大半辈子交道,啃过的硬骨头不少,但在他心里,氧气高炉低碳冶金和氢冶金创新的工业化研究,完全颠覆了他过去的认知——“我们所做的一切,都是前无古人的探索。难度之大,超乎想象。”
  02、突破传统冶炼“百年瓶颈”
  “现代的高炉发展了两百多年,其热效率很高、产能规模大,是个相当了不起的反应器。但现有高炉中碳的能量不能被完全利用,还有相当一部分被副产煤气带走。副产煤气目前只能低质量地燃烧发电使用,以至于高炉燃煤消耗高、碳排放量大。将来高炉冶炼减碳有可行的两条路径,一是通过提升高炉内碳的能量利用效率,做到极致化,来减少固体燃料碳的输入;二是在冶炼过程中,使用清洁无碳的新能源来替代碳,如富氢冶炼。”
  在八钢现场支撑的低碳冶炼创新中心专家、中央研究院博士许海法的一番介绍,给笔者这个外行补了一堂低碳冶金原理课。原来,“富氢碳循环试验高炉”的减碳路径,就是通过回用高炉脱碳煤气,减少原燃料消耗,从而减少碳排放。同时,通过使用含氢量较高的燃料,如焦炉煤气、天然气等,用氢能替代一部分碳源作为还原剂。那么,这又难在哪里呢?
  传统高炉鼓风主要成分为氮气,要实现高效、低碳的目的,需要最大化地提高鼓风富氧水平来减少氮气的累积,受工艺和装备所限,传统高炉的鼓风含氧量一般都在30%以内。这是一个很多年来没人能够突破的瓶颈。按照专家们的话来说,这是“冶金原理”的极限。“富氢碳循环试验高炉”的一阶段试验,却成功地做到了35%,史无前例。
  “这就是一个不断尝试、不断试错的过程!”八钢制造部首席李涛介绍说,鼓风含氧量的不断提升,会造成炉内温度变化等一系列问题,导致“悬料”“崩料”等现象,炉况极难控制。去年开炉后,“富氢碳循环高炉”就曾经出现过炉缸冻结的情况。俗话说,不撞南墙不回头,但“富氢碳循环高炉”的低碳试验,却是撞了南墙也不回头。“这些我们都有心理准备。从国家到行业到企业,低碳是一个大方向,总得有人去试去闯。”几乎隔周就要往返于上海和新疆的许海法坦言,项目立项之初,自己和同事们也很忐忑,担心失败。但一步步走到今天,很多不可能都变成了现实,信心也越来越足了。
  03、低碳钢铁的引领者
  今年全国“两会”,碳达峰、碳中和首次写入政府工作报告。习近平总书记在“两会”上强调,要加大重点行业、重要领域绿色化改造力度,发展清洁生产,加快实现绿色低碳发展。今年1月,中国宝武发布了碳减排路线图——2023年力争实现碳达峰,2025年具备减碳30%的工艺技术能力,2035年力争实现减碳30%,2050年力争实现碳中和。
  “这是中国钢铁对全世界的一次庄严承诺”,袁万能说。中国宝武2025年要具备减碳30%的工艺技术能力,很大程度上就是指“富氢碳循环高炉”实现真正意义上的全氧和富氢冶炼。对于建设低碳冶金创新实验基地和“富氢碳循环高炉”的意义,袁万能理解深刻,“钢铁是我国仅次于电力行业的碳排放大户。按照碳达峰和碳中和的目标,传统高炉的低碳化势在必行,事关钢铁行业的生存。这绝不仅仅是一种姿态,我们就是要真正趟出一条路来,为今后高炉的低碳化发展提供一条完整可行的工艺路径和解决方案,这就是我们的使命。”
  如果被竞争对手打败,尚有可能东山再起。但如果被这个时代打败,那就只有陨落消亡。碳达峰和碳中和是中国践行“人类命运共同体”理念的生动实践,也是我国技术升级和产业结构调整的必然之路。低碳,正是这个时代对钢铁的必然要求。从全世界来看,全氧冶炼和富氢冶炼,在这么大规模高炉上的实践尚属首次,没有任何经验可以参照。但这是一次没有退路的挑战,是一次不能失败的大考。过去,中国钢铁业在技术上是跟随者。当年的宝钢就明确提出“引进、消化、吸收、创新”的理念。今日之宝武,已立志要成为全球钢铁业的引领者,在已经实现规模引领的基础上,更为关键的就是“技术引领”,这也是从“老大”变“强大”的必由之路。倾全集团之力,建设全球首家低碳冶金创新实验基地,正是中国宝武作为一个引领者、先行者、示范者的胸怀、视野和格局。
  最近,“富氢碳循环高炉”项目团队压力陡增。自从央视播出新闻“中国宝武按下减碳快进键”后,这座430立方米高炉一下子成了全行业的焦点。尽管试验取得了阶段性的成果,但要实现全氧和富氢的低碳冶炼,前路必然坎坷波折。更多颠覆性的技术理念和全新的应用场景以及未知的挑战,都在等待闯关者们的突破。
  钢铁的未来,将从这里出发。

来源:中国冶金报-中国钢铁新闻网

编辑:杨珊山

版权说明

【1】 凡本网注明"来源:中国冶金报—中国钢铁新闻网"的所有作品,版权均属于中国钢铁新闻网。媒体转载、摘编本网所刊 作品时,需经书面授权。转载时需注明来源于《中国冶金报—中国钢铁新闻网》及作者姓名。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
【2】 凡本网注明"来源:XXX(非中国钢铁新闻网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网 赞同其观点,不构成投资建议。
【3】 如果您对新闻发表评论,请遵守国家相关法律、法规,尊重网上道德,并承担一切因您的行为而直接或间接引起的法律 责任。
【4】 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的。电话:010—010-64411649
品牌联盟
  • 燃烧装置2.gif
  • 湖南华菱集团.jpg
  • 山东钢铁集团.jpg
  • 1_看图王.png
  • W020190430461031429831.jpg
  • 首钢.jpg
  • 冶金工业规划研究院logo1.jpg
  • W020130618825601874406.jpg
  • W020130618825602778336.jpg
  • W020130618825603702632.jpg
  • W020130618825617201098.jpg
  • W020130618825606679805.jpg
  • W020130618825607505186.jpg
  • brand04.png
  • brand06.png
  • brand05.png
  • brand03.png
  • brand02.png
  • brand01.png
    read_image.gif

    地址:北京市朝阳区安贞里三区26楼 邮编:100029 电话:(010)64442120/(010)64442123 传真:(010)64411645 电子邮箱:csteelnews@126.com

    中国冶金报/中国钢铁新闻网法律顾问:大成律师事务所 杨贵生律师 电话:010-58137252 13501065895 Email:guisheng.yang@dachenglaw.com

    中国钢铁新闻网版权所有,未经书面授权禁止使用 京ICP备07016269 京公网安备11010502033228