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目前，我國鋼鐵行業(yè)年碳排放總量約為18億噸，占全球溫室氣體排放總量的7%，面對當下嚴峻的溫室效應挑戰(zhàn)，碳減排壓力巨大。得想個辦法，然而辦法從哪里來？
在河北省的廣袤大地上，一座全球矚目的氫冶金工程示范項目悄然崛起，它不僅是中國鋼鐵史上的重要里程碑，更是世界鋼鐵行業(yè)邁向綠色低碳未來的關鍵一步。
近期，在加拿大溫哥華舉辦的Bentley 2024年縱覽基礎設施大會上，中冶京誠工程技術有限公司（簡稱“中冶京誠”）憑借該項目，即“BIM技術在世界首個氫冶金工程示范項目中的設計、施工和運維中的綜合應用”，榮獲了創(chuàng)始人榮耀獎。
今天，就讓我們一起走進這個充滿傳奇色彩的氫冶金工廠，探索它背后的故事與技術奧秘。
碳冶金難題 · 鋼鐵行業(yè)的綠色挑戰(zhàn)
提到鋼鐵行業(yè)，人們往往會聯(lián)想到高爐、煤炭和滾滾濃煙。的確，鋼鐵行業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放量巨大，我國鋼鐵行業(yè)年碳排放量更是占據(jù)全國碳排放總量的16%，成為實現(xiàn)“雙碳”目標道路上的一塊難啃的硬骨頭。
面對全球氣候變暖的嚴峻挑戰(zhàn)，鋼鐵行業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級，尋找一條綠色低碳的發(fā)展道路。然而，這條路并不好走。傳統(tǒng)的碳冶金工藝根深蒂固，新技術、新裝備的研發(fā)與應用面臨諸多困難。如何在保證生產(chǎn)效率的同時，減少碳排放，成為擺在鋼鐵行業(yè)面前的一道難題。
氫冶金進展· 中冶京誠的創(chuàng)新突破
在鋼鐵行業(yè)探索綠色低碳轉(zhuǎn)型的過程中，我國的鋼鐵人開創(chuàng)性地提出了氫冶金技術，采用氫氣作為還原劑，替代傳統(tǒng)冶煉工藝中的還原劑煤炭，從源頭上消除了傳統(tǒng)冶煉的碳排放，顛覆了冶金用能體系。
中冶京誠發(fā)揮了其在工程技術領域的專業(yè)優(yōu)勢，為全球首例氫冶金工程示范項目的實現(xiàn)提供總體咨詢與總體設計，為克服當下氫能生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)入y題，探索出一條具有中國特色的鋼鐵行業(yè)碳中和的全新工藝道路。
氫冶金工藝涉及新技術、新裝備、新流程，技術涉及跨行業(yè)、跨領域、跨專業(yè)、跨學科。項目包含5大區(qū)域、10大系統(tǒng)、25個單元工序，工藝極其復雜。同時，項目還要求最大化利用舊原高爐場地設施，平面布置受到極大約束。面對這些挑戰(zhàn)，中冶京誠團隊開啟了創(chuàng)新之旅。
數(shù)字化賦能 · Bentley 技術的深度應用
在氫冶金項目的實施過程中，中冶京誠深刻認識到數(shù)字化技術的重要性。他們決定借助Bentley系列技術，為項目插上數(shù)字化的翅膀，助力項目在設計、施工、運維全生命周期中實現(xiàn)高效、精準、安全的管理。
在項目設計階段，中冶京誠利用Bentley的ProjectWise工程設計平臺建立開放式互連數(shù)據(jù)環(huán)境，確保29個設計專業(yè)、60余位設計人在統(tǒng)一的設計標準下進行設計工作。這不僅克服了全新專業(yè)分工帶來的磨合適應問題、設計交叉問題等，還保證了設計進度與質(zhì)量。同時，他們還應用ProStructures、ProConcrete、ProSteel、STAAD.Pro等結(jié)構(gòu)設計軟件，綜合考慮豎爐運行過程千度高溫、千噸物料以及時刻變化的自然因素，攻克占地面積16m*16m，高119m，綜合受力數(shù)萬噸，超高限高寬比7.5的豎爐結(jié)構(gòu)安全創(chuàng)新設計。應用OpenPlant系列技術，建立國際化標準ASME等級庫，綜合考慮項目安全、施工、運行、維護等多個方面，合理排布于約250x250平方米原4#高爐復雜利舊場地，并將近千設備有序布置于豎爐框架之中。同時，完成29層、數(shù)千用戶點的豎爐核心區(qū)能源介質(zhì)管線規(guī)范化設計，檢查碰撞216處，奠定氫冶金技術引進、國產(chǎn)化基礎。
在施工階段，中冶京誠利用Bentley技術精準快速完成工程量統(tǒng)計，例如利用SYNCHRO進行施工進度管理線上可視化，便捷直觀、控制時間和預算；對復雜場地施工順序、超高層豎爐塔架、設備安裝以及高溫管道制作進行施工模擬，為施工單位提供指導。這些應用，讓中冶京誠在全球首例氫冶金工程首次設計、施工、建設當中，節(jié)約大量的時間、人力、物力、財力。
在運維階段，中冶京誠通過iTwin實現(xiàn)全球首個氫冶金工廠全模型交付。數(shù)字化工廠平臺開發(fā)實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)信息實時共享、工廠運行數(shù)據(jù)實時協(xié)同，最大程度提升工廠自動化運行水平，降低運行難度與人力成本。內(nèi)嵌的智慧監(jiān)控系統(tǒng)與安全系統(tǒng)智能化保證富氫工廠的安全運行與維護。
環(huán)保效益顯著 · 氫冶金項目的綠色成果
得益于Bentley技術的深度應用與團隊的辛勤付出，氫冶金項目取得了令人矚目的效益。與同等規(guī)模高爐長流程相比，該項目每年可減少CO2排放80萬噸，減排比例達70%，相當于7200萬棵樹木一年的固碳量。項目設計預留全氫接口，如將還原氣焦爐煤氣更換為全綠氫，其碳排放將降低為0。同時，噸鋼SO2、NOx、煙粉塵排放分別減少約30%、70%、80%以上，節(jié)水節(jié)能超過50%。
全球首例氫冶金產(chǎn)品直接還原鐵金屬化率穩(wěn)定在94%以上，達到國際一類標準，而且與同等規(guī)模長流程煉鋼相比，可減少占地面積50%，人均鋼產(chǎn)量提升100%。中冶京誠工程數(shù)字化中心主任張鶴介紹，“從數(shù)字化設計到數(shù)字化交付，再到數(shù)字化工廠的運營，這一整套流程在后期運營和管理中發(fā)揮了巨大作用。項目投產(chǎn)一年多以來，未發(fā)生任何安全事故和質(zhì)量事故，產(chǎn)品合格率達到了100%，這無疑是一個非常成功的項目。”
這些數(shù)據(jù)的背后，是中國鋼鐵行業(yè)對綠色發(fā)展的執(zhí)著追求與不懈努力。他們深知，只有從源頭上消除碳排放，才能真正實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，而氫冶金技術正是他們?yōu)閷崿F(xiàn)這一目標而探索出的重要路徑。
未來展望 · 氫冶金技術的廣闊前景
對于氫冶金技術的未來展望，中國鋼鐵人充滿信心。他們認為，隨著氫能技術的不斷發(fā)展成熟以及國家對綠色低碳發(fā)展的日益重視，氫冶金技術將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。
張鶴認為，數(shù)字化技術在這個項目上的全面應用，也為這一具有里程碑意義的改革性、顛覆性冶煉技術帶來了廣闊的發(fā)展前景。他表示，“這個項目是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)低碳生產(chǎn)的重要路徑，其生產(chǎn)模式具有很強的推廣和復制潛力。數(shù)字化技術的整套模型能夠更好地幫助氫冶金項目在更多地方實施和推廣。”
的確，氫冶金技術的成功應用不僅為中國鋼鐵行業(yè)樹立了綠色轉(zhuǎn)型的典范，也為世界鋼鐵行業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗借鑒。項目因能源與工藝的顛覆式改變以及優(yōu)良的技術指標和減碳表現(xiàn)，備受海內(nèi)外各界關注，獲得世界鋼協(xié)、中國鋼協(xié)等知名單位嘉獎數(shù)項，被譽為中國鋼鐵史乃至世界鋼鐵史上由傳統(tǒng)“碳冶金”向新型“氫冶金”轉(zhuǎn)變的重要里程碑。
結(jié)語 · 從“碳”到“氫”，我們一直在路上
回望過去，從碳冶金到氫冶金，我們走過了漫長而艱辛的道路。但正是這條道路讓我們深刻認識到綠色低碳發(fā)展的重要性與緊迫性。展望未來，我們依然在路上。面對全球氣候變暖的嚴峻挑戰(zhàn)以及“雙碳”目標的緊急號召，我們需要更多優(yōu)秀企業(yè)的不斷創(chuàng)新與突破，共同書寫更加綠色、低碳、可持續(xù)的鋼鐵未來。
