日前，昌黎縣興國精密機件有限公司（以下簡稱興國鑄業(yè)）“30萬m3/d綠電電解水制氫—儲氫—450m3高爐富氫冶煉”示范項目（以下簡稱項目）成功投運，標(biāo)志著“以氫代碳”高爐噴吹純氫低碳冶煉新工藝邁入工業(yè)化應(yīng)用階段。
經(jīng)過前一階段的連續(xù)穩(wěn)定運行，項目噸鐵噴吹純氫量達(dá)到103立方米，每小時的純氫噴入量達(dá)到8700立方米，固體燃料置換比達(dá)0.36~0.5kg/Nm3，實現(xiàn)高爐煉鐵減碳8%~11%，電解水制氫過程中同時制得的純氧用于高爐鼓風(fēng)富氧，此階段整體大幅度降低冶煉成本。在前一階段運行實踐的基礎(chǔ)上，目前，項目已進入“制氫—儲氫—高爐富氫冶煉”全工序關(guān)鍵參數(shù)的匹配優(yōu)化提高的新階段。這一階段旨在進一步提高噸鐵噴氫量、優(yōu)化上下游的協(xié)同性、降低能耗和成本。數(shù)據(jù)顯示，高爐噴吹純氫冶煉能夠顯著降低過程煤焦消耗和鐵水中雜質(zhì)元素含量，為形成系列清潔低碳生鐵等先進鋼鐵新材料生產(chǎn)與零部件制造奠定了基礎(chǔ)。
目前，高爐富氫冶煉技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用的瓶頸是大規(guī)模經(jīng)濟清潔低碳?xì)涞闹苽渑c儲輸。興國鑄業(yè)技術(shù)團隊認(rèn)為，結(jié)合局域資源特點，“就地制備、就地利用”是解決大規(guī)模氫氣制備和儲輸問題的有效途徑。為此，基于秦皇島昌黎縣域的能源電力資源，興國鑄業(yè)聯(lián)合上海大學(xué)、同濟大學(xué)、豫氫裝備、七一八所和隆基氫能等單位開展了綠電、谷電等多元化電力供給—電解水制氫—氫儲輸—高爐富氫冶煉等共性關(guān)鍵技術(shù)裝備與多界面銜接的協(xié)同創(chuàng)新攻關(guān)，開發(fā)采用了國內(nèi)單體產(chǎn)氫量最大的堿性電解水制氫裝備（單槽3000Nm3/h）和全工序鏈條安全風(fēng)險預(yù)防管控系統(tǒng)，通過利用多元電力、儲能、儲氫等多種方式實現(xiàn)清潔低碳?xì)涞姆€(wěn)定供應(yīng)，為解決氫能與鋼鐵產(chǎn)業(yè)間相互耦合的難題提供了實踐范例。
圖為該公司制氫站控制室
圖為該公司堿性電解水制氫車間（4臺，單槽 3000Nm3H?/h）
圖為該公司儲氫球罐
圖為該公司高爐噴吹純氫系統(tǒng)
據(jù)悉，早在2021年，興國鑄業(yè)就聯(lián)合上海大學(xué)在河北省重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金重點項目等支持下，建造了我國首臺套專業(yè)化氫冶金實驗高爐系統(tǒng)（高爐容積40m3），完成了高爐噴吹純氫的半工業(yè)化試驗和首例富氫高爐全息解剖研究，構(gòu)建了高爐富氫低碳煉鐵技術(shù)理論和工藝原型。在2023年氫冶金國際研討會上，高爐噴吹純氫技術(shù)被著錄入由世界鋼鐵發(fā)展研究院、中國金屬學(xué)會共同撰寫的《氫冶金技術(shù)發(fā)展藍(lán)皮書》；2024年入選秦皇島新質(zhì)生產(chǎn)力入庫項目。氫冶金低碳冶煉技術(shù)項目研發(fā)和工程化實踐中產(chǎn)生的實質(zhì)性創(chuàng)新成果，形成了系列中國和PCT國際發(fā)明專利7項，授權(quán)5項，登記軟件著作權(quán)2件。此外，興國鑄業(yè)聯(lián)合上海大學(xué)、寶鋼股份、同濟大學(xué)和中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院等單位研制完成了《氫冶金 高爐噴氫技術(shù)規(guī)范》和《氫冶金 高爐噴吹氫氣工程設(shè)計規(guī)范》團體標(biāo)準(zhǔn)。
圖為該技術(shù)路線的核心發(fā)明專利證書
圖為該項目實施相關(guān)環(huán)評批文
據(jù)悉，國家發(fā)改委于2023年末發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2024年本）》把“高爐富氫噴吹冶煉”列為鼓勵類項目。對此，興國鑄業(yè)技術(shù)團隊表示，通過在清潔氫能和低碳冶煉領(lǐng)域的大膽創(chuàng)新，興國鑄業(yè)已成功打造“經(jīng)濟規(guī)模制氫—氫氣儲輸—高爐富氫冶煉”技術(shù)路線；在現(xiàn)有高爐煉鐵工藝基礎(chǔ)上進行改造和新增供氫系統(tǒng)，不需要變動高爐主體結(jié)構(gòu)，技術(shù)升級成本和難度低，減排效果顯著，便于快速推廣和應(yīng)用，是適合我國國情的、助力“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略的、能夠切實推進清潔氫冶金賦能鋼鐵低碳綠色制造進程的、構(gòu)建形成新質(zhì)生產(chǎn)力完整產(chǎn)業(yè)鏈的成功實踐。
