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在全球钢铁行业迈向“双碳 ” 目标的背景下，寿光懋隆新材料技术开发有限公司（以下简称懋隆新材料）依托鲁丽集团木业板块丰富的生物质资源优势，在HIsmelt熔融还原工艺上开展了生物质炭替代喷吹煤的工业试验，试验历时14天，生物质炭吨铁喷吹量50kg/t，成功实现了生物质炭按照发热量1:1.1比例置换喷吹煤，吨铁二氧化碳排放降低170kg/t，验证了生物质炭在HIsmelt工艺中应用的可行性。鲁丽集团作为中国企业500强， 已在全国布局六大木业产业园区，拥有自主林业种植基地，生物质资源丰富,为集团冶金板块绿色低碳转型高质量发展提供了坚实的生物质资源保障。本试验的成功标志着全球首次在HIsmelt熔融还原工艺工业化喷吹生物质炭取得突破，为钢铁行业探索出了一条“木业固碳——钢铁降碳”的绿色循环发展新路径。 试验背景与战略意义 HIsmelt熔融还原炼铁技术以SRV炉铁浴熔池为核心反应器，通过喷枪向熔池喷吹煤粉与含铁物料生产高纯铁水，具有工艺流程短、原燃料适应性强、碳排放强度低等显著优势。在“碳达峰、碳中和”的战略指引下，利用生物质炭替代化石燃料成为钢铁行业低碳转型的重要方向，生物质炭具有碳中性特征，其燃烧反应过程中排放的CO2与其生长过程中吸收的CO2相平衡，是理想的清洁资源。本试验独特的优势在于鲁丽集团拥有完整的木业全产业链，能够实现生物质资源的自主供给，为HIsmelt工艺后续生物质炭喷吹提供了稳定、可持续、低成本的原料保障，形成了集团内部“木业固碳——钢铁降碳”的资源利用闭环。 生物质炭化学成分及粒级分布 利用煤工业分析仪及X射线荧光光谱分析法对生物质炭进行全成分分析,生物质炭固定碳含量87.03%,满足HIsmelt工艺铁浴熔融还原对碳源供给的核心需求；生物质炭干基低位发热量7379.4kcal/kg,按照发热量折算，不考虑利用效率差异，理论上1t生物质炭可替代1.03t喷吹煤；生物质炭硫含量仅0.15%，远低于常规喷吹煤0.4%的硫含量,有利于生产低硫铁水；此外生物质炭灰分4.4%，较常规喷吹煤灰分含量降低约58%，可以减少渣量,降低造渣能耗。实验用生物质炭粒级大于4mm占比12.4%，粒级在1mm以下的占比57.6%，相比入炉喷吹煤粒径1mm以下的占比70%左右，偏差值12.4%，还需试验不同粒级生物质炭的应用效果。生物质炭质地疏松、表面粗糙且孔隙发达，反应活性高，有利于在熔池中快速升温并参与冶炼反应。 试验概况 经生物质炭基础物性分析，生物质炭替代部分喷吹煤能够满足HIsmelt工艺要求，为进一步验证理论分析结果，更好的评估试验不同生物质炭替代比例下炉内工况变化，试验分基准期与试验期两阶段进行，以基准期煤粉喷吹量为基准数据，生物质炭喷吹量按照吨铁50kg/t进行试验，固定生物质炭喷吹量，通过调整无烟煤喷吹量进行炉况调整。试验期间，在固定喷矿量条件下，通过逐步降低无烟煤喷吹量，探索生物质炭与无烟煤的最佳置换比例。其中第一阶段为期5天，生物质炭与喷吹煤置换比为1:1；第二阶段为期9天，吨铁煤耗降低56.8kg/t ，生物质炭喷吹量50kg/t，生物质炭与喷吹煤置换比为1:1.1，煤气热值上涨0.1MJ/Nm3左右，表明生物质炭在熔池中反应充分，煤气品质有所改善，有利于提高后续煤气利用率；二次燃烧率上升3.87%，热负荷略有上涨，生物质炭着火点较喷吹煤低，反应活性高，促进了熔池上部CO的二次燃烧效率，为熔池提供了更充足的热量，铁水含碳量稳定。 对基准期及试验期吨铁碳排放数据进行核算，试验期1:1.1置换阶段,吨铁生物质炭喷吹量50kg/t，相比基准期吨铁二氧化碳排放量降低170kg/t，生物质炭的减排效果主要来源于碳中性替代，生物质炭来自植物生长过程中光合作用固定的CO2，其燃烧排放的CO2可被新一轮植物生长重新吸收，形成封闭碳循环，本次试验中，生物质炭替代化石燃料无烟煤，直接减少了化石碳的排放。虽为短期工业试验，但已充分验证了生物质炭在HIsmelt工艺喷吹减排的可行性，后续随着生物质炭持续使用和喷吹量的增加，碳减排量可进一步提升。更值得关注的是，鲁丽集团木业板块拥有林业种植及利用循环优势，木材加工过程中产生大量的树皮、锯末、边角料等生物质资源，炭化后用于HIsmelt工艺喷吹，不仅解决了废料高效处置问题，更实现了碳在集团内部的循环利用，形成完整的“木业固碳——钢铁降碳 ”的绿色循环经济链条。 试验结论 ①技术可行性验证：本次试验在全球范围内首次实现了HIsmelt熔融还原工艺规模化喷吹生物质炭，吨铁生物质炭喷吹量50kg/t，系统运行平稳，炉况稳定可控。 ②生物质炭置换比例突破：按发热量核算,生物质炭与喷吹煤置换比突破1:1.1。 ③炉况指标优化：试验期相比基准期，煤气热值上涨0.1MJ/Nm3, 二次燃烧率上升3.87%，铁水含碳量稳定。 ④碳减排效果显著：试验期相比基准期吨铁二氧化碳排放量降低170kg/t，降幅22.9%，验证了生物质炭喷吹降碳路径的可行性。 未来展望 HIsmelt熔融还原工艺生物质炭喷吹工业试验的成功 ，为钢铁行业绿色低碳转型开辟了一条全新的技术路径，在现有试验基础上，后续将优化生物质炭品种和质量，逐步提高替代比例，探索生物质炭吨铁喷吹量100kg/t以上的规模化应用。依托鲁丽集团木业板块从种树育林固碳到冶金板块绿色冶炼降碳的绿色循环，结合HIsmelt工艺碳排放较传统高炉低的优势，叠加生物质炭喷吹，正向着近零碳冶炼目标迈进。“从一棵树到一个家 ”是鲁丽木业的产业愿景；“绿色低碳短流程炼铁 ”是鲁丽冶金的绿色答卷 。本次HIsmelt熔融还原工艺生物质炭喷吹工业试验的成功，标志着鲁丽集团在绿色低碳发展的道路上又迈出了坚实一步，为中国乃至全球钢铁行业的碳中和目标贡献了“鲁丽方案 ”。 |
