关键词：钢铁行业;碳中和;低碳技术;生物质;重整煤气喷吹-氧气高炉
摘 要：我国钢铁行业以高炉-转炉长流程为主，一次能源消耗主要为煤粉与焦炭，化石能源消耗大、碳排放高，其中70%的CO₂排放集中在高炉炼铁工序。双碳背景下，亟需研发低碳炼铁技术以降低高炉工艺的能源消耗和CO₂排放。提出一种生物质重整煤气喷吹-氧气高炉（BRGI-OBF）工艺流程，该工艺通过优化气化炉工艺参数与生物质替代煤粉重整，产生的重整煤气满足高炉的富氢冶炼需求，并降低了化石能源的使用。结合高炉煤气富氧燃烧碳捕集，可实现末流烟气中CO₂富集，从而实现高炉低能耗与低碳（负碳）排放。为分析BRGI-OBF工艺的低碳潜力，首先运用Aspen Plus搭建了BRGI-OBF工艺模型，研究了气化炉输入热量与生物质种类对工艺性能的影响。基于计算得到的工艺参数，运用高炉炼铁工艺能耗计算方法，对比分析了传统高炉工艺与炉顶煤气循环-氧气高炉（TGR-OBF）工艺的能耗与碳流情况。结果表明，向气化炉提供适宜的热量可有效减少煤粉用量，同时增加循环煤气量，最多可减少煤粉用量124.2 kg/t（以生铁计）;生物质种类对生物质用量与重整煤气的组分产生显著影响，采用杨木半焦进行重整时，杨木半焦用量为204 kg/t,重整煤气中H₂体积分数达29.91%,满足富氢冶炼需求。此外，BRGI-OBF工艺显著改善了能源结构，其化石能源占比约55%,与传统高炉相比，降低煤粉消耗17.6%、焦炭消耗29.3%。该工艺流程耦合富氧燃烧碳捕集技术后，末流中存在碳素372.6 kg/t,以易于压缩捕集的高浓度CO₂（>90%）形式存在。扣除由杨木半焦造成的碳素排放，总碳素排放为-109.9 kg/t,相当于生产每吨铁水可额外捕集CO₂ 403 kg,可实现生物质+CCS的负碳技术，为钢铁行业实现深度脱碳提供重要支持。
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