概況

2022 年全國(guó)生鐵產(chǎn)量為 8.63 億噸，同比下降 0.8%。隨著鋼鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)在設(shè)備大型化、能源利用高效化、污染物排放減量化等不同需求的推動(dòng)下，已經(jīng)逐漸朝著綠色低碳發(fā)展。但是由于鋼鐵行業(yè)本身工藝制度的特殊性，鋼鐵行業(yè)仍然是我國(guó)碳減排方面的主戰(zhàn)場(chǎng)。煉鐵過程是鋼鐵冶煉全流程中能耗和排放占比最大的工藝流程,鋼鐵行業(yè)的 CO₂年排放量占全球總排放的6.7%，其中煉鐵系統(tǒng)能耗和排放占鋼鐵全流程總能耗和總排放的70%左右，面臨著節(jié)能減排的重要挑戰(zhàn)，世界各國(guó)煉鐵工作者均在開展各種以改善煉鐵傳統(tǒng)工藝和開發(fā)煉鐵新型工藝技術(shù)，旨在降低煉鐵工藝流程的能耗和排放。

近兩年來，為了適應(yīng)時(shí)代需要，實(shí)現(xiàn)煉鐵行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，煉鐵工業(yè)從燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐以及智能化煉鐵方面進(jìn)行了大量創(chuàng)新性研究，在非高爐煉鐵、氫冶金、含鐵資源高效利用、爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化等領(lǐng)域取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步，有力地引導(dǎo)著煉鐵工業(yè)在原燃料資源形勢(shì)趨于復(fù)雜化、環(huán)保限產(chǎn)政策愈發(fā)嚴(yán)峻的背景下穩(wěn)步向上發(fā)展，也同時(shí)進(jìn)一步契合了國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和的中長(zhǎng)期戰(zhàn)略目標(biāo)。

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四、煉鐵領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)、攻關(guān)方向

1、低碳綠色煉鐵

全球變暖的氣候問題越來越嚴(yán)峻，在全球各國(guó)達(dá)成碳減排的共識(shí)基礎(chǔ)之上，2020年底中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議首次將碳達(dá)峰、碳中和作為2021年及今后的重點(diǎn)任務(wù)，兩會(huì)報(bào)告中也明確提出，十四五期間，單位GDP 能耗和二氧化碳排放分別降低13.5%和18%。而相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)鋼鐵行業(yè)碳排放量占全國(guó)總排放量的15%，是31個(gè)制造業(yè)門類中碳排放量最大的行業(yè)，在這個(gè)背景下，煉鐵行業(yè)的碳排放量控制工作已經(jīng)進(jìn)入加速執(zhí)行階段。煉鐵行業(yè)必須積極推動(dòng)去落后產(chǎn)能，產(chǎn)業(yè)升級(jí)，優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)能，大力推進(jìn)清潔能源煉鐵技術(shù)、非高爐煉鐵技術(shù)快速發(fā)展。可以預(yù)見，在接下來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，“碳排放”將成為“超低排放”之后決定企業(yè)生死存亡并“倒逼”鋼鐵企業(yè)發(fā)展低碳煉鐵技術(shù)的新挑戰(zhàn)。

在全球“脫碳”大潮的背景下，以減少碳足跡、降低碳排放為中心的煉鐵工藝正在進(jìn)行工藝變革，低碳綠色發(fā)展已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)未來發(fā)展的大趨勢(shì)。高爐作為傳統(tǒng)煉鐵工藝，仍然是未來幾十年煉鐵工業(yè)的核心，對(duì)傳統(tǒng)煉鐵工序進(jìn)行升級(jí)改造勢(shì)在必行。同時(shí)，氫冶金在未來鋼鐵行業(yè)發(fā)展中具有重要意義，非高爐煉鐵工藝方興未艾。世界各國(guó)都在低碳冶金方面投入大量資金、格外重視，非高爐工藝正在加速發(fā)展;新的時(shí)代背景要求我們要重視煉鐵工業(yè)在低碳方面的多元化發(fā)展。

2、資源、能源高效利用

資源和能源的循環(huán)高效利用是可持續(xù)發(fā)展、清潔生產(chǎn)的重要實(shí)現(xiàn)途徑。煉鐵工序作為鋼鐵生產(chǎn)流程中資源、能源消耗最大的環(huán)節(jié)，也相應(yīng)地產(chǎn)生了大量的二次資源和能源，最顯而易見的就是從燒結(jié)、球團(tuán)到高爐各工序都產(chǎn)生的大量廢熱資源，顯熱折合標(biāo)煤超過 1200 萬噸，此外，中國(guó)每年高爐爐渣產(chǎn)量約 2.68 億噸，這些顯熱和固廢二次資源都沒有得到充分的高效利用，高附加值爐渣產(chǎn)品及顯熱回收的高熱效率是亟待實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)目標(biāo)。隨著國(guó)際鐵礦貿(mào)易市場(chǎng)的波動(dòng)，賣方市場(chǎng)的多變以及進(jìn)口礦石的質(zhì)量不穩(wěn)定，發(fā)展能夠高效處理、利用國(guó)內(nèi)含多元雜質(zhì)鐵礦石以及其他含鐵資源的技術(shù)也勢(shì)在必行。

綜合而言，作為物料消耗最大的過程工序，未來煉鐵工業(yè)除了循環(huán)利用鋼鐵廠產(chǎn)生的各種二次資源(粉塵、爐渣等)之外，還要承擔(dān)轉(zhuǎn)移、消納、處理社會(huì)廢棄物的責(zé)任，如社會(huì)的廢塑料、廢輪胎，處理社區(qū)廢水、處理垃圾等污泥。煉鐵工業(yè)要自覺進(jìn)一步地融入社會(huì)民生，推進(jìn)行業(yè)間的循環(huán)經(jīng)濟(jì)、資源、能源的生態(tài)化鏈接，促進(jìn)能源、資源的高效利用。

3、煉鐵生產(chǎn)智能化

近年來計(jì)算機(jī)模擬、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)發(fā)展非常迅速。國(guó)外高水平鋼鐵企業(yè)開始更多地運(yùn)用大數(shù)據(jù)、智能化、無人化生產(chǎn)技術(shù)，智能化煉鐵代表著煉鐵工業(yè)未來的發(fā)展方向。在工業(yè) 4.0以及國(guó)際科技行業(yè)的重要發(fā)展進(jìn)程中，智能制造技術(shù)也將成為未來煉鐵工業(yè)的主流發(fā)展方向，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等都將對(duì)未來煉鐵工藝的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。基于人工智能技術(shù)的深度應(yīng)用，可以預(yù)見，下一階段的智慧煉鐵工廠應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)操作無人化、少人化，部分場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)替代人工決策，生產(chǎn)過程控制運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)明確內(nèi)在規(guī)律和聯(lián)系并實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵指標(biāo)的精確預(yù)測(cè)、及時(shí)分析調(diào)整，全面推進(jìn)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)診斷，具有移動(dòng)端互聯(lián)的智能運(yùn)維平臺(tái)，操控集中化、遠(yuǎn)程化等。以“中國(guó)制造2025”以及國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的5G基礎(chǔ)設(shè)施布局為基礎(chǔ)人工智能技術(shù)也必將進(jìn)一步引領(lǐng)煉鐵工業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

4、超低排放改造和能效達(dá)標(biāo)

鋼鐵行業(yè)實(shí)施超低排放改造是控制環(huán)境污染的有效手段。發(fā)改委公布了鋼鐵行業(yè)高爐工序的能耗標(biāo)準(zhǔn),基準(zhǔn)水平是435kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，標(biāo)桿水平是361kg 標(biāo)準(zhǔn)煤/噸。鋼鐵行業(yè)受傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝技術(shù)局限性和粗放型生產(chǎn)模式的影響，致使能耗高、污染大，達(dá)標(biāo)難。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，一個(gè)重要舉措就是要強(qiáng)化環(huán)保約束，加大治污投資力度，而通過實(shí)施超低排放改造和標(biāo)桿能效達(dá)標(biāo)，可以有效減少大氣污染物的排放，提高環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)綠色、低碳發(fā)展，達(dá)成環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的有機(jī)統(tǒng)一。

(來源:中國(guó)金屬學(xué)會(huì)煉鐵分會(huì))

北大先鋒作為鋼鐵行業(yè)優(yōu)質(zhì)合作單位，已為國(guó)內(nèi)外剛鐵行業(yè)提供了近百套變壓吸附制氧裝置，為高爐煉鐵供應(yīng)低成本、低能耗的富氧。北大先鋒鋼鐵煤氣綜合利用技術(shù)，還可以對(duì)高爐煤氣中的CO進(jìn)行提純綜合利用，結(jié)合焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等進(jìn)一步合成高附加值化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)大幅減碳固碳，并創(chuàng)造新的效益增長(zhǎng)點(diǎn)。

在超低排放改造方面，北大先鋒建設(shè)的國(guó)內(nèi)首個(gè)高爐煤氣精脫硫項(xiàng)目已穩(wěn)定運(yùn)行超過10年，近年連續(xù)中標(biāo)多個(gè)超低排放標(biāo)桿項(xiàng)目，其中高爐煤氣超低排放處理能力單套最高已達(dá)80萬立方米/小時(shí)，屬于國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的高爐煤氣精脫硫項(xiàng)目。

北大先鋒將持續(xù)開發(fā)低碳環(huán)保的創(chuàng)新技術(shù)，繼續(xù)肩負(fù)社會(huì)使命，為我國(guó)鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。