华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧与低碳利用全国重点实验室张立麒教授研究团队，提出了一种生物质重整煤气喷吹-氧气高炉（Biomass Reformed Gas Injection-Oxygen Blast Furnace， BRGI-OBF）工艺流程，并搭建了BRGI-OBF工艺模型，对其工艺性能、工艺能耗与碳流进行了深入分析研究。研究结果表明，BRGI-OBF工艺可显著改善高炉炼铁的能源结构，降低煤粉消耗17.6%、焦炭消耗29.3%。在耦合富氧燃烧碳捕集技术后，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的技术方案。
生物质重整煤气喷吹-氧气高炉的低碳潜力分析
毛文超，黄志辉，张泽武，李小姗，熊 卓，张立麒
华中科技大学 能源与动力工程学院 煤燃烧与低碳利用全国重点实验室
毛文超，黄志辉，张泽武，等.生物质重整煤气喷吹-氧气高炉的低碳潜力分析[J].洁净煤技术，2024，30(8):138-149.
MAO Wenchao，HUANG Zhihui，ZHANG Zewu，et al.Analysis of low carbon potential of biomass reforming gas injection-oxygen blast furnaces[J].Clean Coal Technology，2024，30(8):138-149.
1）创新性地提出了一种生物质重整煤气喷吹-氧气高炉（BRGI-OBF）工艺流程，该工艺将高炉煤气与生物质进行煤气重整后循环回高炉利用，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，优化了高炉能源结构。
2）BRGI-OBF工艺流程耦合富氧燃烧碳捕集技术后，高炉煤气热利用后产生的碳排放，均以易于压缩捕集的高浓度CO2（>90%）的形式存在，可进行低成本大规模地碳捕集，从而实现生物质+CCS负碳技术。
在我国双碳目标战略目标下，钢铁行业面临着“能耗双控”和“双碳”的双重挑战。然而，工艺改进、效率提升、原料替代等现有技术方案的高炉减排潜力有限，已逐渐进入瓶颈期。因此，亟需在现有高炉工艺流程基础上，结合零碳燃料替代与碳捕集利用与封存（CCUS）技术，研究可实现钢铁生产环节的深度碳减排方案。
在现有工艺流程基础上提出了生物质重整煤气喷吹-氧气高炉（BRGI-OBF）工艺流程，为分析该工艺流程的低碳潜力，运用Aspen plus搭建了BRGI-OBF工艺模型。在此基础上，研究了气化炉输入热量与气化生物质种类对工艺性能的影响规律，优化了BRGI-OBF工艺的操作参数。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BRGI-OBF工艺与传统高炉工艺、炉顶煤气循环-氧气高炉（TGR-OBF）工艺的能耗与碳流情况。
1）BRGI-OBF工艺流程中，随气化炉供热量提高，在不影响氧气高炉正常冶炼的情况下，减少了气化炉的煤粉用量和供氧量，同时增加了循环煤气量，从而优化工艺能源结构。
2）杨木半焦替代煤粉进行煤气重整时，生成的重整煤气中H2体积分数达29.91%。此时，杨木半焦用量为204 kg/t，气化炉供热量为2.35 GJ/t，循环煤气量为263.1 m3/t，在实现氧气高炉富氢冶炼的同时优化了该工艺的能源结构。
3）BRGI-OBF工艺通过向气化炉供热与采用杨木半焦替代煤粉重整的方式，降低了化石能源的消耗，化石能源占比约55%。相较TGR-OBF工艺，降低炼铁能耗约6.7%；相较传统高炉工艺，降低煤粉消耗17.6%和焦炭消耗29.3%。
4）BRGI-OBF工艺有效减少工艺系统中化石能源的使用。该工艺流程耦合富氧燃烧碳捕集技术并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负碳技术，为钢铁行业实现深度脱碳提供重要支持。
生物质重整煤气喷吹-氧气高炉工艺流程
各高炉工艺炼铁工序计算结果
各高炉工艺流程碳流分析
v毛文超，华中科技大学2023届在读博士研究生，主要从事生物质清洁高效利用和富氧燃烧碳捕集技术在锅炉电站、高炉炼铁等领域的基础理论及应用研究
张立麒，华中科技大学教授，工学博士，博士生导师，现任能源与动力工程学院党委副书记兼副院长，国家重点研发计划项目首席。主要从事二氧化碳减排与资源化利用、燃煤污染物生成与防治、废弃物高效清洁利用等方面的研究工作。
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