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2022年我国炼铁学科发展报告(节选)

2023/11/16

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概况

2022 年全国生铁产量为 8.63 亿吨,同比下降 0.8%。随着钢铁行业的飞速发展,钢铁行业在设备大型化、能源利用高效化、污染物排放减量化等不同需求的推动下,已经逐渐朝着绿色低碳发展。但是由于钢铁行业本身工艺制度的特殊性,钢铁行业仍然是我国碳减排方面的主战场。炼铁过程是钢铁冶炼全流程中能耗和排放占比最大的工艺流程,钢铁行业的 CO2年排放量占全球总排放的6.7%,其中炼铁系统能耗和排放占钢铁全流程总能耗和总排放的70%左右,面临着节能减排的重要挑战,世界各国炼铁工作者均在开展各种以改善炼铁传统工艺和开发炼铁新型工艺技术,旨在降低炼铁工艺流程的能耗和排放。

近两年来,为了适应时代需要,实现炼铁行业的转型升级,炼铁工业从烧结、球团、焦化、高炉以及智能化炼铁方面进行了大量创新性研究,在非高炉炼铁、氢冶金、含铁资源高效利用、炉料结构优化等领域取得了显著的技术进步,有力地引导着炼铁工业在原燃料资源形势趋于复杂化、环保限产政策愈发严峻的背景下稳步向上发展,也同时进一步契合了国家碳达峰、碳中和的中长期战略目标。

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四、炼铁领域发展趋势、攻关方向

1、低碳绿色炼铁

全球变暖的气候问题越来越严峻,在全球各国达成碳减排的共识基础之上,2020年底中央经济工作会议首次将碳达峰、碳中和作为2021年及今后的重点任务,两会报告中也明确提出,十四五期间,单位GDP 能耗和二氧化碳排放分别降低13.5%18%。而相关数据表明,我国钢铁行业碳排放量占全国总排放量的15%,是31个制造业门类中碳排放量最大的行业,在这个背景下,炼铁行业的碳排放量控制工作已经进入加速执行阶段。炼铁行业必须积极推动去落后产能,产业升级,优化现有产能,大力推进清洁能源炼铁技术、非高炉炼铁技术快速发展。可以预见,在接下来很长一段时间内,“碳排放”将成为“超低排放”之后决定企业生死存亡并“倒逼”钢铁企业发展低碳炼铁技术的新挑战。

在全球“脱碳”大潮的背景下,以减少碳足迹、降低碳排放为中心的炼铁工艺正在进行工艺变革,低碳绿色发展已经成为钢铁行业未来发展的大趋势。高炉作为传统炼铁工艺,仍然是未来几十年炼铁工业的核心,对传统炼铁工序进行升级改造势在必行。同时,氢冶金在未来钢铁行业发展中具有重要意义,非高炉炼铁工艺方兴未艾。世界各国都在低碳冶金方面投入大量资金、格外重视,非高炉工艺正在加速发展;新的时代背景要求我们要重视炼铁工业在低碳方面的多元化发展。

2、资源、能源高效利用

资源和能源的循环高效利用是可持续发展、清洁生产的重要实现途径。炼铁工序作为钢铁生产流程中资源、能源消耗最大的环节,也相应地产生了大量的二次资源和能源,最显而易见的就是从烧结、球团到高炉各工序都产生的大量废热资源,显热折合标煤超过 1200 万吨,此外,中国每年高炉炉渣产量约 2.68 亿吨,这些显热和固废二次资源都没有得到充分的高效利用,高附加值炉渣产品及显热回收的高热效率是亟待实现的两个目标。随着国际铁矿贸易市场的波动,卖方市场的多变以及进口矿石的质量不稳定,发展能够高效处理、利用国内含多元杂质铁矿石以及其他含铁资源的技术也势在必行。

综合而言,作为物料消耗最大的过程工序,未来炼铁工业除了循环利用钢铁厂产生的各种二次资源(粉尘、炉渣等)之外,还要承担转移、消纳、处理社会废弃物的责任,如社会的废塑料、废轮胎,处理社区废水、处理垃圾等污泥。炼铁工业要自觉进一步地融入社会民生,推进行业间的循环经济、资源、能源的生态化链接,促进能源、资源的高效利用。

3、炼铁生产智能化

近年来计算机模拟、人工智能、大数据等技术发展非常迅速。国外高水平钢铁企业开始更多地运用大数据、智能化、无人化生产技术,智能化炼铁代表着炼铁工业未来的发展方向。在工业 4.0以及国际科技行业的重要发展进程中,智能制造技术也将成为未来炼铁工业的主流发展方向,物联网、互联网、云计算、大数据、机器学习、神经网络等都将对未来炼铁工艺的发展提供强有力的支持。基于人工智能技术的深度应用,可以预见,下一阶段的智慧炼铁工厂应该可以实现操作无人化、少人化,部分场景实现深度学习替代人工决策,生产过程控制运用大数据技术明确内在规律和联系并实现关键指标的精确预测、及时分析调整,全面推进设备在线监测诊断,具有移动端互联的智能运维平台,操控集中化、远程化等。以“中国制造2025”以及国内领先的5G基础设施布局为基础人工智能技术也必将进一步引领炼铁工业进行产业升级。

4、超低排放改造和能效达标

钢铁行业实施超低排放改造是控制环境污染的有效手段。发改委公布了钢铁行业高炉工序的能耗标准,基准水平是435kg标准煤/吨,标杆水平是361kg 标准煤/吨。钢铁行业受传统生产工艺技术局限性和粗放型生产模式的影响,致使能耗高、污染大,达标难。为实现可持续发展,推动钢铁产业的绿色转型,一个重要举措就是要强化环保约束,加大治污投资力度,而通过实施超低排放改造和标杆能效达标,可以有效减少大气污染物的排放,提高环境质量,促进绿色、低碳发展,达成环境保护和经济增长的有机统一。

(来源:中国金属学会炼铁分会)

北大先锋作为钢铁行业优质合作单位,已为国内外刚铁行业提供了近百套变压吸附制氧装置,为高炉炼铁供应低成本、低能耗的富氧。北大先锋钢铁煤气综合利用技术,还可以对高炉煤气中的CO进行提纯综合利用,结合焦炉煤气、转炉煤气等进一步合成高附加值化工产品,实现大幅减碳固碳,并创造新的效益增长点。

在超低排放改造方面,北大先锋建设的国内首个高炉煤气精脱硫项目已稳定运行超过10年,近年连续中标多个超低排放标杆项目,其中高炉煤气超低排放处理能力单套最高已达80万立方米/小时,属于国内最大规模的高炉煤气精脱硫项目。

北大先锋将持续开发低碳环保的创新技术,继续肩负社会使命,为我国钢铁行业可持续发展做出更大贡献。