炉火纯“氢”！看3000标方电解槽如何打造绿色冶金新标杆

作为中国的基础行业之一，钢铁制造在国家经济和环境战略中起着关键作用，尤其是占中国总碳排放量15%、全球排放量7%-9%的钢铁冶金领域，实现从“碳基冶金”向“氢基冶金”的转变对于深度脱碳至关重要。

在传统的钢铁生产过程中，大量使用煤炭作为还原剂，这不仅消耗了宝贵的化石资源，还释放出大量的二氧化碳等温室气体。随着环保意识的增强和技术的进步，越来越多的企业开始寻求更加环保的替代方案。而氢气作为一种理想的还原剂，不仅可以显著减少二氧化碳排放，还可以优化上下游工序的协同性，进一步降低能耗和成本，且不会产生任何有害排放物，因此被视为传统高炉炼铁工艺的理想替代品。

对于像氢冶金这样的大型工业应用来说，需要大量的氢气来替代传统的化石燃料进行钢铁冶炼，以实现减碳目标。那么，“如何在提升产氢效率的同时，能够降低投资成本，以适应规模化的生产，从而加速钢铁冶炼行业的深度脱碳进程”成了关键课题。

大标方的制氢设备通常具有更高的经济性，可以通过减少单位氢气的生产成本来提高经济效益，在不同负载条件下的稳定运行能力和灵活性更好，同时更能适配大规模项目的需求。根据《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，到2025年，中国可再生能源制氢量的目标是达到10万吨至20万吨/年。如果采用多个小容量的电解槽来满足这样的需求，不仅会增加设备采购和维护的成本，还会占用更多的土地资源。

在此背景下，大标方碱性水电解制氢装置的研发成为破题思路。2023年9月，隆基氢能正式发布了ALK G系列碱性水电解槽，其中单台设备产氢量达3000Nm³/h，电耗低至4.2 kWh/Nm³刷新了国内同类型产品的最高纪录。作为新一代标准化、集约化和模块化制氢设备，该系列制氢装置专为钢铁、化工、冶金等难以减排的行业设计。相比于三台1000Nm³/h制氢设备，单台3000Nm³/h的电解槽在占地面积及材料消耗上均实现显著优化，同等产氢能力下，占地面积可节约30%左右，制氢设备初始投资可节约20%左右，且减少约20吨原材料钢材的使用，实现原材料减碳约20%。目前来看，3000Nm³/h大型碱性电解槽正是中国及全球市场上最大的可商业化的制氢设备。

近期，新型高效3000标准立方米/小时碱性水电解制氢装置也被国家能源局评为“2024年度能源行业十大科技创新成果”，且已成功应用于兴国铸业“30万立方米/天绿电电解制氢—氢气存储—450立方米高炉富氢冶炼”示范项目（以下简称“项目”），标志着中国首次在工业规模上实现用氢替代高炉喷吹碳源，为低碳冶炼工艺的商业化铺平了道路。

图：国家能源局“2024年度能源行业十大科技创新成果”公示

隆基氢能作为该项目的两家电解槽供应商之一，提供了两台套单槽3000Nm³/h碱性电解槽及配套设备，显著放大了成本节约的效益。设备已于2024年3月交付，6月完成调试，9月正式投产，这不仅是中国市场单台碱性电解槽最大制氢能力的记录，也标志着3000Nm³/h电解槽的首次实际运行。

项目试运行阶段连续稳定运行吨铁喷吹纯氢量达到103m3，每小时纯氢喷入量达到8700m3，固体燃料置换比达0.36-0.5kg/Nm3，实现高炉炼铁减碳8%-11%，固体燃料替代比0.36至0.5公斤/标方，钢铁产量增加13%，展现了用氢替代化石燃料的可持续性，这些突破确立了绿色氢能作为难减排工业领域脱碳最可行替代方案的地位。电解水制氢过程中同时制得的纯氧用于高炉鼓风富氧，整体大幅度降低冶炼成本。在试运行基础上，目前项目已进入“制氢-储氢-高炉富氢冶炼”全工序关键参数匹配优化提高的新阶段，旨在进一步提高吨铁喷氢量、优化上下游协同性、降低能耗和成本。数据显示，高炉喷吹纯氢冶炼能显著降低煤焦消耗和铁水中杂质含量，为形成系列清洁低碳生铁等先进钢铁新材料生产与零部件制造奠定了基础。

高炉富氢是实现钢铁行业大幅降碳的重要技术路径。该项目通过在清洁氢能和低碳冶炼领域的大胆创新，成功打造“绿电电解水制氢-储氢-高炉富氢冶炼”技术路线，并首次实现工业化应用。在现有高炉炼铁工艺基础上进行改造和新增供氢系统，无需高炉主体结构改变，技术升级成本和难度低，减排效果显著。同时通过优化氢气生产、存储和冶炼链条的协同，提高效率并降低运营成本，建立了一个将绿色氢能融入传统工艺的可扩展模型，是适合我国国情的、能够切实推进清洁氢冶金赋能钢铁低碳绿色制造进程的、构建形成新质生产力完整产业链的成功实践，也是能够支持中国“双碳”目标乃至全球钢铁制造行业绿氢应用的新标杆。

原文始发于微信公众号（隆基氢能）：炉火纯“氢”！看3000标方电解槽如何打造绿色冶金新标杆