【新刊速览】​王新东：高炉喷吹不同富氢介质节能减排潜能的分析与比较

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摘 要

氢能被誉为21世纪最具发展潜力的清洁能源，将氢能用于钢铁生产，实现碳冶金向氢冶金的转变是优化钢铁能源结构，实现绿色发展的有效途径。氢冶金主要实施途径包括“高炉→转炉长流程”中高炉富氢与“废钢→电炉炼钢短流程”中氢基直接还原技术。当前长流程工艺仍占中国钢铁生产的90%以上，因此高炉富氢冶炼对中国低碳炼铁的发展具有重要意义。目前国内外已逐步开展高炉喷氢工业化试验，2019年德国克虏伯9号高炉开始喷氢试验；2022年日本COURSE50已进入高炉放大试验；2022年中国宝武集团400 m ³ 高炉开始炉顶煤气循环+喷吹富氢气体试验；河北昌黎兴国铸业进行了40 m ³ 高炉喷吹纯氢气试验等。目前高炉喷吹的富氢介质众多，例如高炉喷吹天然气、焦炉煤气、纯氢气等，但不同富氢工艺的选择不仅要考虑氢能资源现状、经济成本效益、辅助设备配置，更要考虑该技术的环保潜能与应用前景。本文利用有氢参与的Rist操作线工具，建立高炉全炉热平衡与区域热平衡计算模型，获得高炉富氢对高炉理论燃烧温度、焦比、碳素消耗、热消耗、CO ₂ (碳)排放等参数的影响规律，并提出了“碳消耗-碳排放-焦比-理论燃烧温度操作窗口”概念，分析对比了高炉喷吹不同富氢介质的节能减排潜能，研究结果对中国高炉富氢工艺的选择，高炉富氢操作的实施具有一定的指导借鉴意义。