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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(dāng)下嚴(yán)峻的溫室效應(yīng)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(xiàng)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(guān)鍵一步。
近期，在加拿大溫哥華舉辦的Bentley 2024年縱覽基礎(chǔ)設(shè)施大會上，中冶京誠工程技術(shù)有限公司（簡稱“中冶京誠”）憑借該項(xiàng)目，即“BIM技術(shù)在世界首個氫冶金工程示范項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維中的綜合應(yīng)用”，榮獲了創(chuàng)始人榮耀獎。
今天，就讓我們一起走進(jìn)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(shù)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(jì)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(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)道路上的一塊難啃的硬骨頭。
面對全球氣候變暖的嚴(yán)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(shù)、新裝備的研發(fā)與應(yīng)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(jìn)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(shù)，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(shù)領(lǐng)域的專業(yè)優(yōu)勢，為全球首例氫冶金工程示范項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)提供總體咨詢與總體設(shè)計(jì)，為克服當(dāng)下氫能生產(chǎn)、儲存、運(yùn)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(shù)、新裝備、新流程，技術(shù)涉及跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、跨專業(yè)、跨學(xué)科。項(xiàng)目包含5大區(qū)域、10大系統(tǒng)、25個單元工序，工藝極其復(fù)雜。同時，項(xiàng)目還要求最大化利用舊原高爐場地設(shè)施，平面布置受到極大約束。面對這些挑戰(zhàn)，中冶京誠團(tuán)隊(duì)開啟了創(chuàng)新之旅。
數(shù)字化賦能 · Bentley 技術(shù)的深度應(yīng)用
在氫冶金項(xiàng)目的實(shí)施過程中，中冶京誠深刻認(rèn)識到數(shù)字化技術(shù)的重要性。他們決定借助Bentley系列技術(shù)，為項(xiàng)目插上數(shù)字化的翅膀，助力項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命周期中實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)、安全的管理。
在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，中冶京誠利用Bentley的ProjectWise工程設(shè)計(jì)平臺建立開放式互連數(shù)據(jù)環(huán)境，確保29個設(shè)計(jì)專業(yè)、60余位設(shè)計(jì)人在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。這不僅克服了全新專業(yè)分工帶來的磨合適應(yīng)問題、設(shè)計(jì)交叉問題等，還保證了設(shè)計(jì)進(jìn)度與質(zhì)量。同時，他們還應(yīng)用ProStructures、ProConcrete、ProSteel、STAAD.Pro等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，綜合考慮豎爐運(yùn)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(shè)計(jì)。應(yīng)用OpenPlant系列技術(shù)，建立國際化標(biāo)準(zhǔn)ASME等級庫，綜合考慮項(xiàng)目安全、施工、運(yùn)行、維護(hù)等多個方面，合理排布于約250x250平方米原4#高爐復(fù)雜利舊場地，并將近千設(shè)備有序布置于豎爐框架之中。同時，完成29層、數(shù)千用戶點(diǎn)的豎爐核心區(qū)能源介質(zhì)管線規(guī)范化設(shè)計(jì)，檢查碰撞216處，奠定氫冶金技術(shù)引進(jìn)、國產(chǎn)化基礎(chǔ)。
在施工階段，中冶京誠利用Bentley技術(shù)精準(zhǔn)快速完成工程量統(tǒng)計(jì)，例如利用SYNCHRO進(jìn)行施工進(jìn)度管理線上可視化，便捷直觀、控制時間和預(yù)算；對復(fù)雜場地施工順序、超高層豎爐塔架、設(shè)備安裝以及高溫管道制作進(jìn)行施工模擬，為施工單位提供指導(dǎo)。這些應(yīng)用，讓中冶京誠在全球首例氫冶金工程首次設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)當(dāng)中，節(jié)約大量的時間、人力、物力、財(cái)力。
在運(yùn)維階段，中冶京誠通過iTwin實(shí)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(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)信息實(shí)時共享、工廠運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時協(xié)同，最大程度提升工廠自動化運(yùn)行水平，降低運(yùn)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(yùn)行與維護(hù)。
環(huán)保效益顯著 · 氫冶金項(xiàng)目的綠色成果
得益于Bentley技術(shù)的深度應(yīng)用與團(tuán)隊(duì)的辛勤付出，氫冶金項(xiàng)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(xiàng)目每年可減少CO2排放80萬噸，減排比例達(dá)70%，相當(dāng)于7200萬棵樹木一年的固碳量。項(xiàng)目設(shè)計(jì)預(yù)留全氫接口，如將還原氣焦?fàn)t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(dá)到國際一類標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)計(jì)到數(shù)字化交付，再到數(shù)字化工廠的運(yùn)營，這一整套流程在后期運(yùn)營和管理中發(fā)揮了巨大作用。項(xiàng)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(dá)到了100%，這無疑是一個非常成功的項(xiàng)目?！?/p>
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(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，而氫冶金技術(shù)正是他們?yōu)閷?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而探索出的重要路徑。
未來展望 · 氫冶金技術(shù)的廣闊前景
對于氫冶金技術(shù)的未來展望，中國鋼鐵人充滿信心。他們認(rèn)為，隨著氫能技術(shù)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(shù)將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。
張鶴認(rèn)為，數(shù)字化技術(shù)在這個項(xiàng)目上的全面應(yīng)用，也為這一具有里程碑意義的改革性、顛覆性冶煉技術(shù)帶來了廣闊的發(fā)展前景。他表示，“這個項(xiàng)目是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)的重要路徑，其生產(chǎn)模式具有很強(qiáng)的推廣和復(fù)制潛力。數(shù)字化技術(shù)的整套模型能夠更好地幫助氫冶金項(xiàng)目在更多地方實(shí)施和推廣?！?/p>
的確，氫冶金技術(shù)的成功應(yīng)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(yàn)借鑒。項(xiàng)目因能源與工藝的顛覆式改變以及優(yōu)良的技術(shù)指標(biāo)和減碳表現(xiàn)，備受海內(nèi)外各界關(guān)注，獲得世界鋼協(xié)、中國鋼協(xié)等知名單位嘉獎數(shù)項(xiàng)，被譽(yù)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(rèn)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(yán)峻挑戰(zhàn)以及“雙碳”目標(biāo)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。
