2020年9月习近平总书记郑重承诺：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。目前钢铁行业正抓紧制定碳达峰、碳中和行动方案，推进CO2减排目标的落实。

高炉炼铁是大量使用煤炭作为热源和还原剂的工艺，是钢铁业产生CO2的主要工序之一。降低高炉炼铁的CO2排放量，最简单、最容易实现的技术路径是调整还原剂结构，由低碳或无碳的燃料如天然气、焦炉煤气以及固体碳氢化合物等（废塑料、废油脂、生物质）替代煤炭，即通过喷吹这些富氢物质代替喷吹煤粉和部分焦炭，尽可能减少化石能源的消耗量。同时，通过提高高炉内H2的间接还原比例，减少CO和固体碳还原的比例，从而降低碳素消耗和CO2排放。

生物质，包括农业、林业废弃物和海洋藻类等，资源量大、分布广，是一种可再生的清洁能源。我国每年农林业废弃物产量达数亿吨，城乡绿化、园林剪枝、房屋建筑拆建等过程，都产生大量的废弃木质材料。生物质是碳中性物质，在其生长过程中已通过光合作用吸收了大气中的CO2，因此在其作为能源再利用时不向大气排放额外的CO2。另外，生物质的氢碳比高、灰分低，有一定热值。将生物质作为高炉用煤炭的替代物，既能拓展高炉燃料的资源，减排CO2，也能帮助城乡消纳废弃物，减少环境污染。这对于高炉节煤减排和服务城市都具有重要意义。经工艺计算，高炉可利用生物质炭全部替代喷吹煤粉，并降低焦比，减少高炉CO2排放量约5%。

目前，瑞典、巴西、韩国、日本等钢铁企业加快研发利用生物质炼铁的工艺和技术，将开发生物质资源和利用生物质作为绿色低碳生产的重要技术路径。我国的钢铁企业均位于大中城市、城乡结合地和环境污染控制的重点地区，城乡农林业生物质资源丰富，来源广泛，特别是城乡改造、道路绿化等产生的废树枝、废旧木料等，非常适合钢铁厂就地消纳利用，解决废弃物处置的难题。此外，由于海藻等海洋生物具有很强的吸收CO2能力，且繁殖能力强、生长速度快，可通过人工培养作为吸收大气中CO2的重要载体，海藻类生物质也是钢铁厂生物质的重要来源。
   生物质普遍具有水分含量高、碱金属含量高、固定碳含量和发热值低、能量密度不高的缺点，不能直接用于高炉喷吹，必须进行炭化处理，且必须控制炭化产物的碱金属含量。宝钢与北京科技大学、瑞典冶金研究所进行了多年的实验室研究，证明通过水热炭化新工艺处理，能够有效降低原始生物质的水分、挥发分及碱金属含量，提高其能量密度，且炭化后的固体产物-生物质炭具有低硫、高反应性、容易破碎的特点，这就为高炉喷吹使用和提高高炉节煤节焦的效果提供了保证。采用高炉喷吹的方式利用生物质炭，与其用于焦化、烧结、球团和含碳球团直接还原相比，具有工艺流程简单、使用量大、对原有产品（焦炭、烧结矿、球团）的质量和生产影响小等特点，因此，将生物质采用合理的工艺进行炭化，并通过进一步加工处理用于高炉喷吹，是实现其在炼铁领域应用的关键。

本技术规范，旨在通过基础研究、实验室研究、中试生产试验（生物质炭化）和高炉喷吹生产试验，掌握不同类生物质的性质、炭化技术、生物质炭的性能及高炉喷吹工艺操作使用技术，形成系统性的质量、技术、操作规范，为行业应用推广提供相关标准。

本项目的目的是开发和试验将林业、城市废弃生物质（木质废料）经炭化制备生物质炭，并用于高炉喷吹代替煤炭、减排CO2的技术及设备。基本流程是：将收集的生物质废料经分拣、加工（到一定规格），采用水热炭化新工艺进行炭化，去除焦油等大分子，同时脱除碱金属、硫等有害杂质，制备出生物质炭，然后经过干燥、制粉，用于高炉喷吹。

本技术适用于钢铁企业高炉单元。主要技术内容包括：

对农业、林业、城乡绿化业等产生的不同类生物质（废物），进行成分（C、H、O、S，K、Na等）、物理特性（纤维结构、密度、水分、破碎加工特性）、化学性质（工业分析、元素分析、低位热值、灰成分等）的检测分析，选择适合高炉喷吹用的生物质。

生物质水热炭化处理工艺和生物质炭的成分、基础性质研究，确认水热炭化工艺参数（压力、温度、水料比、炭化时间等）和炭化产物的处理效果（脱水率、收得率、产物成分、热值、碱金属脱除率等）；

可用的生物质炭的制粉及流动、燃烧性能的实验测试研究，确定生物质炭的可磨性、适宜粒度组成、灰熔融特性、流动输送性能，以及生物质炭与煤粉混合燃烧的性能，确定其合适的配比；

生物质炭与煤粉混合喷吹条件下，研究高炉风口前过程参数（炉腹煤气量、理论燃烧温度、回旋区、燃烧效率、放热效果等）及炉内煤气成分、炉料还原效率、对煤炭的置换率、高炉燃料消耗等变化，确定生物质炭的实际适宜配比和节碳潜力；

建设一套处理能力为300t/d的生物质水热炭化中试示范工程，对城市回收的废旧木质材料、林业废弃物等进行炭化，炭化后进行脱水、干燥处理。通过连续生产试验，确定流程设备、工艺参数和相关技术操作规范；

将生物质炭运输到高炉车间，采用气力输送方式加入原煤仓，按合适的比例配入原煤中，通过现有中速磨煤机混合制粉及喷吹系统混合喷吹操作，进入高炉风口进行燃烧和造气，参加高炉冶炼，替代焦炭，节约煤炭、焦炭的消耗。

通过上述研究开发、中试装置试验和高炉喷吹生产试验，可形成系列技术规范，包括：生物质种类、质量选择标准；生物质炭化技术及其工艺参数控制标准（操作规范）；高炉喷吹用生物质炭的成分、质量、性能标准；生物质炭配煤及高炉使用技术标准（操作规范）。

利用生物质制备炭化燃料用于高炉等，国内外实验室研究较多，但未有生产应用的实例。生物质水热炭化新技术在西班牙、中国浙江湖州有应用运行，处理生活污泥、纺织印染厂污泥等。瑞典冶金研究所、北京科技大学和宝钢股份近年来对生物质水热炭化及生物质炭用于高炉喷吹进行了深入的实验室研究和试验装置试验，并证明该技术具有可行性。

宝钢股份计划建设、试验生物质水热炭化示范装置（处理能力300吨/天），项目投运后将连续运行，并将生物质炭运往厂内，通过配入装置进入高炉喷煤系统进行喷吹，替代煤粉。通过技术研发、中试工程设计和规模化试验，将形成整套工艺和设备技术规范（标准），向行业推广应用。