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澳5开户:碳中和:钢铁航母的行动和钢铁行业的压力

澳5开户:碳中和:钢铁航母的行动和钢铁行业的压力

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经济观察报 记者 李紫宸 中国宝武计划,以2020年为基准,2035年降低碳排放30%至每吨钢1.3吨,到2050年实现碳中和,这比国家的碳中和整体计划中时间目标要提早10年。

作为一个部门占全国约20%能耗和碳排放(直接和间接)的行业,中国钢铁产业不啻为国家碳中和版图上的一支“大动脉”,而作为中国钢铁产业的旗舰企业,中国宝武集团则是中国行业碳减排行动的探路者。

中国宝武党委书记、董事长陈德荣在不久前的一次会上介绍:中国宝武碳中和冶金技术主要包括极致能效、富氢碳循环高炉、氢基竖炉、近终形制造、冶金资源循环利用和碳回收及利用等六方面,这些共同构成了中国宝武碳中和冶金技术路线图。

不过,他也认为,基于中国宝武的产业布局较多,且由于各钢铁基地的能源结构、产品结构有较大差别,资源、环境条件差异很大,碳排放强度差别较大,中国宝武不可能用一两种方式来实现整个集团的钢铁转型发展,碳减排对中国宝武有着比同行更严峻的挑战。

一些行业人士认为,尽管钢铁行业的碳中和任务似乎“车到山前”,但钢铁的降碳又面临诸多重大的现实挑战,这既包括技术层面也涉及到政策层面。此外,关于碳中和过程中产业的全球竞争力问题更需要思考和面对:中国钢铁工业经过多年的发展,在过去几十年形成了显著的成本优势,但未来如何在艰巨的减碳任务下继续保持这样的竞争力?

宝武的碳中和技术路线

素被外界称为“中国钢铁航母”的中国宝武集团,其碳达峰碳中和行动方案究竟是怎样的?

2021年11月18日,在由中国宝武倡议并联合全球钢铁业及生态圈伙伴单位共同发起“全球低碳冶金创新联盟”上,中国宝武党委书记、董事长陈德荣对此向外界做了介绍。

陈德荣说,中国宝武已经向社会承诺,以2020年为基准,2035年降低碳排放30%至每吨钢1.3吨,力争2050年实现碳中和,这个目标不会变。今年年初,中国宝武曾向党中央报告了中国宝武关于推进碳达峰、碳中和工作及低碳冶金的有关情况。

从技术层面看,中国宝武碳中和冶金技术主要包括:极致能效、富氢碳循环高炉、氢基竖炉、近终形制造、冶金资源循环利用和碳回收及利用等六方面的内容。将这六个方面的技术组合在一起,就形成了中国宝武碳中和冶金技术路线图。

具体来说,首先是富氢碳循环高炉工艺,从微波烧结、新型炉料到碳循环高炉,高炉出来的煤气进行CO和CO2的分离,富集的CO连同氢气回到风口循环,CO2进行利用。其二是氢基竖炉工艺,通过可再生能源发电制氢,氢基竖炉还原铁矿石再接电炉,形成氢冶金碳中和流程。

这个流程当中,考虑到竖炉对球团矿的品位要求非常高,要65%以上,这对于未来钢铁炉料构成了比较大的挑战。低品位炉料通过氢基竖炉直接还原后,直接进电炉或者其他的冶金熔炉里进行渣铁分离的时候,渣量会非常大,一般的传统的电炉难以承受。可以通过特殊的电炉进行渣铁分离,形成铁水跟转炉进行连接,走传统的转炉、连铸、轧钢的流程。这两条主要的工艺路线加上碳资源综合利用以及电加热等,形成了中国宝武的碳中和技术路线。

中国宝武中央研究院院长助理、低碳冶金创新中心副主任毛晓明认为,富氢碳循环高炉,这是中国宝武历经数年开发的独门绝技之一,也是最有希望在世界冶金史上留下宝武印记的技术。现代高炉炼铁工艺已十分成熟,无论是热效率还是产能规模,在当今冶金界都找不到比高炉更优秀的反应器,中国废钢保有量和循环量较少,采用电炉短流程低碳工艺不足以保障国民经济对钢铁产品量的需求,高炉流程短时间内还将是中国钢铁工业的主流流程,中国宝武更是近94%的流程都是高炉长流程,总资产以数千亿计。如果高炉流程不能延续了,那宝武数千亿计的长流程资产将归零,这对宝武整个资产的保值将会带来巨大压力。“高炉之所以碳排放高,是因为高炉需要以煤制备成的大块焦炭作为骨架、还原剂和热源,由于受化学反应平衡限制,气相中需要保持过剩的CO,因此碳的利用率有限制,炉顶气体中还含有很大一部分CO,中国宝武在探索的富氢碳循环高炉技术可以有效地解决这个问题。八一钢铁(600581)的富氢碳循环高炉已完成了一期和二期的中试试验,明年将开展第三期的试验。目前实验结果表明,以富氢碳循环为主要技术手段,最大程度利用碳的化学能,以降低高炉还原剂比为方向,加上绿色电加热和原料绿色化技术措施,完全具有实现高炉流程大幅减碳的潜力,有望继续延续高炉的辉煌。”毛晓明在数天之前的一次会上说。

根据中国宝武的主要技术减排潜力和部署时间表,在2035年之前,极致能效可实现减排3-5%,冶金资源循环可实现减排10-20%,近终形制造减碳5-10%,富氢碳循环高炉减碳30-50%,2050年之前,氢基竖炉减碳50-90%,碳回收及利用减碳30-50%。

陈德荣说,要实现钢铁的碳中和,绝对不是靠一两项技术就可以实现的,可能需要多项技术的有机组合才能够达到。得出的减排潜力目前只是宝武的研究结果,希望在今后的实践当中一步一步得到证实。富氢碳循环高炉的减碳能力我们考虑30-50%,但实际富氢碳循环高炉减碳的潜力应该比这还要高一点。

低碳行动

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从2015年开始,中国宝武就开始了低碳冶金的探索。最早从冶金煤化工耦合起步,试图把冶金过程产生的煤气制成化工产品,来减少CO2的排放,后面到 COREX(一种炼钢工艺)的创新,再到目前的全面展开,基本上和巴黎协定同步。

目前来看,宝武的低碳行动在制造、产品到产业上均有所表现。

从制造上看,八一钢铁的富氢碳循环试验高炉是一个案例。据介绍,到今年为止,富氢碳循环高炉实现了50%的富氧率。现在是半氧,同时在风口试验了用COREX分离的煤气和焦炉煤气在风口喷吹,从而实现降碳的目的。除了现在已经规划的全氧富氢煤气循环之外,宝武重点考虑在高炉前面进行光电氢的工厂建设,高炉后面进行CO2的化产品资源化利用产线建设,形成一个完整的430立方米级工业化的高炉碳中和示范产线。待实验成功后,下一步准备在千立方米级的高炉进行拓展。

中国宝武的湛江钢铁建设了一个百万吨级的氢基竖炉-电炉短流程零碳工厂,宝武希望超级电炉较常规的电炉能够电耗降低20%以上,这其中涉及氢气竖炉在内的全产线超低碳技术应用。

此外,中国宝武计划在新疆巴州建设绿色钢铁短流程示范项目,其中包括一个十几平方公里的光伏电厂,由光伏电厂发绿电,进行全废钢电炉冶炼和薄带连铸轧制。目前已经完成规划,计划明年开工建设。

在产品方面,中国宝武要求未来的产品必须是绿色的,将来绿色产品的技术方向将会集中在高强度、高耐蚀和高效能三个方面。

在产业方面,宝武计划发展绿色能源产业,这包括在西北地区与地方政府合作建设绿色自备电厂,从而提高钢厂竞争力。在东部沿海地区,可能建设海上风电、光电乃至沿海核电,与钢铁基地进行配套。

此外,减碳和涉及绿色金融产业。宝武近期成立了绿色低碳冶金创新基金,组建了500亿元规模的碳中和基金,以助力宝武本身以及钢铁行业的低碳冶金发展。

压力和挑战

12月15日,在第二届中国钢铁低碳发展目标与路径研讨会上,冶金工业规划研究院低碳发展研究中心主任李冰评价宝武的低碳技术认为,宝武提到的极致能效,大部分技术被认为已经是可行的。同时,在这方面诸多行业内企业有低碳技术的提升空间。

李冰参与了相关部委对钢铁行业碳达峰实施方案编制的技术支撑工作。他认为,企业做达峰和降碳工作,包括氢冶金在内的突破性技术,对低碳工作意义很大。此外,包括余热余能自发电力的提升、数字化智能化转型、用能和流程结构里原燃料结构优化、可再生能源利用、废钢资源利用和构建循环经济产业链等,每个企业,可挖掘的点不同。

李冰同时表示,低碳是一个新事物,不管是标准体系还是碳交易体系,能设计出好的制度创新体系,就会对达峰工作产生良好的促进作用。

清华-力拓资源能源与可持续发展联合研究中心主任麻林巍说,钢铁行业碳减排牵连面广,这些创新技术有很多超出了钢铁的范围,涉及了能源、化工,甚至农林业多个行业跟钢铁行业的整合,有些问题比如废钢、钢铁需求的引导控制,甚至涉及经济发展模式问题。

中国钢铁工业协会科技环保部节能环保处处长陈丽云认为,钢铁行业和企业面临的挑战,其中之一是消费强度和行业产量规模对钢铁低碳的制约关系,产量规模取决于消费强度,在低碳技术没有突破性进展的情况下,产量规模尚未达峰,相应地排放达峰也很难实现。

在陈丽云看来,碳达峰阶段,提高能效减少化石能源消耗是非常重要的途径,但是十几年以来,钢铁行业节能减排快速推进,设备的节能减排技术已经有了很大的提高,目前到了节能瓶颈期,需要深层次的技术创新来支撑后续的碳达峰和碳中和目标。

另外,陈丽云表示,钢铁行业还面临碳排放和污染物控制同时进行的难题。“现在钢铁企业都在做超低排放改造,我们面临世界最严的污染物排放标准,但现在污染物控制主要是末端治理,需要上很多的环保设施,而环保设施是企业耗能环节之一,是一个增碳因素。减碳和污染物减排共同进行,对企业也是一个挑战。”陈丽云说。

力拓集团亚太地区高级技术总监宋阳升在当天的讨论中也认为,在制定和实施钢铁行业减碳政策和目标的过程中,有一个重大的问题不得不面对,即如何平衡钢铁工业的发展和减碳的关系。“世界钢铁协会预测,到2050年,有大概22亿吨到26亿吨钢铁需求,中国钢铁的产量在此期间不会有太大下降,这是因为中国的工业化、城镇化还在进行当中。中国钢铁工业经过这么多年的发展,在过去几十年形成了非常大的优势,成本为全世界最低,但如何在减碳的过程中保持钢铁的竞争力,这是非常重要的。”宋阳升说。

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