一切为用户着想
碳达峰目标与碳中和愿景是党中央、国务院统筹国际国内两个大局做出的重大战略决策，影响深远，意义重大。钢铁行业碳排放量占全国总排放量的15%左右，是排放量最大的制造业行业，钢铁企业是落实碳减排目标的重要责任主体。
山东省冶金设计院股份有限公司（简称：山冶设计）强力推进技术创新与集成，走在了绿色低碳智能冶金和打造钢铁高质量生态圈的前列，在绿色化、低碳化特色优势技术上持续攻关，着力构建新时期钢铁绿色低碳发展新格局，做推动行业绿色低碳转型发展的示范者和领跑者。
1 聚焦绿色钢铁 全流程全面减污降碳
具备钢铁冶金全部设计专业、全流程先进工程技术是山冶设计的独特优势，以动态-精准的流程设计，推动钢铁冶金各工序高效联动，降低能源消耗，形成协同减碳效应。
1.1新型绿色智能大容积焦炉装备技术
山冶设计与意大利Paul Wurt h公司联合设计开发的大型绿色智能焦炉，采用世界一流工艺和技术，是焦炉大型化、绿色化、智能化发展的先进代表之一，在焦炉炉体、焦炉机械、工艺装备、自动化和环保水平等方面达到国内领先、国际先进水平。
山冶设计总承包的日照钢铁精品基地（图1）7.3m大型绿色智能焦炉（图2），炼焦耗热量为2350kJ/kg湿煤（7%H2O），优于国内特级炉水平。每年减排CO2 10.4万吨、粉尘157.68吨、SO2 473.04吨、NOx 2128.68吨。还具有明显降低炼铁成本、减少污染物排放等优点，为促进我国炼焦技术进步、超低排放和清洁生产，提升炼焦技术装备水平具有示范效应和广泛的推广价值。
新型绿色智能大容积焦炉装备技术获中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖二等奖，其特色优势技术有：低耗炼焦技术、焦炉非对称式烟道技术、单炭化室压力调节控制技术、煤调湿技术、干熄焦及余热发电技术等。
1.2高炉大型化、高效化、低碳化
大型高效高炉具有稳定、燃料比低、工序能耗低、生产效率高的显著特点，对于低碳化生产、降低环境负荷、实现生态化发展具有重要意义。山冶设计总承包的日照钢铁精品基地5100m3特大型高炉（图3），利用系数2.16t/m3·d，吨铁平均焦比320kg、煤比165kg，比3000m3级高炉吨铁降低燃料消耗33kg，综合考虑TRT发电量、炉顶放散煤气零排放等，吨铁减排CO2 105.5kg，每年减排CO2 85万吨以上。
特大型高炉特色优势技术有：高炉长寿综合技术、高炉煤气全干法净化综合技术、现代化出铁场技术、炉顶放散煤气零排放工艺及智能回收技术、“洁净型”转鼓法渣处理技术、全自动精准喷煤技术等。
1.3特大型高炉顶燃式热风炉技术
山冶设计是国内唯一一家具有4000m3以上高炉配套顶燃式热风炉总承包业绩和能力的工程公司，拥有完全自主知识产权的新一代绿色智能顶燃式热风炉技术占据国内40%以上的市场份额，并拓展到亚洲、欧洲、南美及非洲等国际市场，具有高风温、寿命长和环境友好等特色。纯烧高炉煤气风温达到1250℃、外加燃烧炉系统风温达到1300℃，吨铁降低高炉煤气消耗80Nm3、减排CO2 68.56kg。
顶燃式热风炉特色优势技术有：高效低氮燃烧技术、燃烧器隔热层技术、热风管系布置、全自动烧炉控制系统、热风炉烟气脱硝技术。
1.4高效低耗智能棒材生产线集成技术
山冶设计在石横特钢新区一棒和二棒厂开发的单线年产200万吨新型棒材生产线，具有技术先进、智能高效、高产低耗等显著特点，对于低能耗低碳生产具有重要意义，生产线装备技术水平达到国内领先、国际先进水平。
实际成材率指标达到98.5%，较国内先进棒材生产线提高0.5%；生产线吨钢煤气消耗低于0.4GJ，较国内先进棒材生产线降低0.3GJ/吨钢；生产线吨钢电耗指标低于10kWh，较国内先进棒材生产线降低10kWh/吨钢。相比国内先进棒材生产线，单线每年可减少CO2排放达6万吨。
高效低耗智能棒材生产线优势技术有：闭环控轧控冷技术、高温热送热装技术、双蓄热步进式加热炉技术、经济高效的长坯生产技术、全线温度场智能监测与控制技术、多线切分孔型开发技术、全定尺生产技术、冷床余热回收技术、智能式强化收集集成技术、智能装备和智能机器人技术、短尺材自动剔除改制技术、关键设备自动监测技术等。
1.5柔性铁钢界面协同技术
该技术以汽车运输铁水为核心，科学地解决了大型高炉、转炉之间铁水输送的多项问题，取得多项行业首创，实现了总图布置省用地、省投资、省岗位定员、省生产运行费用、省能源的“五省”目的。
铁水从出铁到转炉兑铁整个过程平均温降约58℃，较传统运输工艺温降100-180℃显著改善。仅此一项吨钢减排CO2 35.8kg。
1.6活性钙脱硫技术
通过喷入活性钙，代替小苏打脱硫剂，脱除烟气中的SO2，产生的粉尘通过布袋除尘器脱除，使烟气达标排放。可实现每脱除1吨SO2减排1.375吨CO2。
1.7余热余能高效利用技术
山冶设计掌握钢铁企业煤气高效发电、干熄焦余热发电、烧结余热回收及发电、转炉余热余能回收及发电、电炉烟气余热回收及发电，以及HIsmel t冶炼煤气余热回收技术、燃气分布式能源技术、大型高炉鼓风及煤气TRT余压发电、工业低品质余热供暖等几十项具有自主知识产权的节能减排特色技术，丰富的设计及成熟的总包业绩涵盖7MW电炉低压力饱和蒸汽发电到65MW煤气超高温超高压参数发电，CCPP燃气蒸汽联合发电，5000m3级别的高炉鼓风机及煤气TRT，以及百万平方级别低温余热供暖项目等，业绩指标达到国际先进水平。仅65MW煤气超高温超高压参数发电一项，年降碳量25万吨以上。
2 以智能化技术助力钢铁厂低碳生产
在实现“碳达峰、碳中和”的政府目标背景下，钢铁行业的智能制造进入绿色、低碳、智慧新模式，“智能传感、智能分析、智能控制”是实现智能制造的核心内容。山冶设计在稳定可靠的计量、检测、传动与控制基础上，通过开发
一系列先进、实用的智能优化控制系统和智能管理系统，提高生产、质量、安全、管理等方面的控制水平和智能决策能力，提高综合劳动生产率和资源利用率，降低产品不良率和运维成本，减少碳排放和污染物排放。
2.1能源智能管控中心集成技术
建立能源一体化智慧管控，含数据中心，集能源集中监控、能源统一计量、能源流平衡、能源管控、能源大数据
挖掘、能源绩效等为一体的多功能，实现全局能源监视、能源调度、能源预测，节能降耗。
全面提升钢铁企业能源管控系统运行和协调效率，最终实现吨钢综合能耗降低2%以上。
2.2高炉热风炉智能燃烧系统
热风炉智能燃烧系统是契合热风炉燃烧控制的一体化解决方案。为热风炉系统提供自动换炉、智能燃烧、调度各炉资源、估算炉内蓄热量、数据汇总展示等全方位的智能化服务。吨铁煤气单耗下降约30m3，吨铁减排CO2 25.4kg。
2.3智慧焦炉技术
智慧焦炉技术以稳定可靠的计量、检测、控制为基础，通过人工智能软件模型实现生产过程的优化控制，达到“三全两低一高”（环保全达标、能效全优化、生产全受控；污染物超低排放、能耗大幅度降低；经济效益高）的目标。
3 开拓集成低碳零碳冶金工艺技术
开拓集成前沿性低碳冶金技术、短流程工艺。
3.1高炉富氧冶炼
为落实国家“双碳”行动和钢铁行业CO2减排目标，山冶设计将积极开拓集成低碳钢铁冶炼技术。除进一步提高高炉的顺行稳定性、优化操作技术、降低高炉燃料消耗外，“十四五”和2030年前，开发高炉高富氧喷吹天然气或焦炉煤气技术，与传统高炉相比减少碳排放50%以上。
3.2非高炉炼铁（HIsmel t）
HIsmel t炼铁工艺是已实现工业化生产的熔融还原炼铁技术之一（图4），经过30多年的研发和生产实践，工艺技术逐渐成熟，环保优势明显，是目前世界上最绿色环保、低排放的前沿冶金技术，在国际冶金领域具有极高的关注度。
HIsmel t降低环境影响，通过革命性的工艺创新，取消了焦化、烧结和球团工序，相比于传统冶金工艺，该技术可降低CO2排放15%以上、SO2排放90%和NOx排放50%，并基本遏制二噁英、焦油和酚等污染物的产生。
3.3短流程工艺
远期开发氢基直接还原-电炉短流程产线，以大幅度降低全流程吨钢CO2排放量，达到碳中和的目标。采用氢基直接还原技术生产海绵铁，供电炉或转炉炼钢。通过生产海绵铁，应对未来高炉铁水产量的减少，并适应废钢短缺和冶炼优质钢的需要。
4 推动上下游等相关行业协同减污降碳
钢铁行业与其上下游行业协同减污降碳，实现钢铁化工联产降碳。
4.1探索CO2捕集、封存、利用技术
1）钢铁余热耦合CCUS碳捕集技术。利用钢铁余热耦合CCUS醇胺法进行CO2捕捉，捕捉的CO2用作高炉喷煤的保护气，利用烧结余热耦合CO2捕捉技术可将吨CO2捕捉成本降低一半以上，约250元。
2）与化工、石油、地质等行业、公司合作，开展CO2液化、油田驱油和地下封存示范应用。近期重点考虑对转炉煤气、高炉热风炉尾气、炼焦炉烟道尾气、轧钢加热炉尾气等进行CO2脱除，并通过油田驱油进行利用。2030年前后开发和应用CO2加氢转化制化工初级品（甲醇、燃料乙醇等）技术。研究开发将转炉煤气、焦炉煤气联合重整制合成气，用于高炉喷吹或气基竖炉直接还原的技术。
4.2冶金煤气深加工实现高附加值利用
钢铁生产产生大量的副产煤气，主要包括焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气。副产煤气约占企业耗能总量的30%-40%，其高效资源化利用，不仅有利于降低钢铁厂单位产品的能源消耗和污染物排放，还可以与石化行业形成工业生态链，产生新的经济效益和社会效益，具有重要的意义。
焦炉煤气中含有较多的氢，而高炉煤气或转炉煤气含有较多的碳源。副产煤气资源化利用的输出产品主要包括H2、CO、CO2、液化 天然气、甲醇、乙醇、乙二醇、合成氨等。以钢铁企业的焦炉煤气、高炉煤气或转炉煤气为原料，制取乙二醇、乙醇等化工产品，实现冶金煤气高附加值低碳应用。
乙二醇的生产原料主要是H2、CO和O2，CO偶联得到草酸二甲酯，然后将草酸二甲酯加氢制得乙二醇。利用冶金煤气生产乙醇，主要有生物发酵法制乙醇、合成气-甲醇-乙酸-乙醇（或合成气-甲醇-乙酸-乙酸乙酯-乙醇）、合成气-甲醇-二甲醚-乙酸甲酯-乙醇等技术路线。
这些技术可合理利用冶金煤气，避免直接作为燃料而造成环境污染，同时减少CO2排放。与直接作为燃料相比，用焦炉煤气生产氢气、LNG或其他化工产品，可使其附加值提升近1倍或更高，能够实现钢铁企业减少CO2排放量1%以上。
4.3绿电与钢铁耦合
利用钢厂的轧钢厂房、炼钢厂房等屋面，每10万平方米光伏发电总容量8MW，可实现连续发电25年；全生命周期内可提供绿色电力1.9亿度，节约标准煤约7.3万吨，减少碳粉尘5.02万吨、CO2排放量18.88万吨、SO2排放量0.56万吨、NOx排放量0.26万吨。
4.4无节点板H型钢桁架新型节点
无节点板H型钢桁架新型连接节点，采用类似于钢管桁架连接形式直接相贯焊接取消节点板，构造简单，加工方便，从而降低H型钢桁架节点用钢量和加工难度，并将其应用到工业厂房格构式柱以及
民用钢结构桁架中，推动H型钢桁架在工业和民用建筑中广泛应用。与常规设计比，该技术可降低3%以上用钢量。
（吴洪勋 郭强 魏淑超）
贡献智慧和力量
面向未来，山冶设计将继续在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下，深入践行习近平生态文明思想，秉承“绿水青山就是金山银山”的理念，以创新驱动为引擎，坚持一切为用户着想、全生命周期服务宗旨，为绿色低碳发展贡献山冶人的智慧和力量！
