我國鋼鐵業低碳低耗發展之路這樣走

 　　我國的煉鋼以長流程為主，鐵鋼比高。世界平均鐵鋼比在0.7左右，除中國以外為0.56，中國為0.94。美國和歐洲各國的鋼企鐵鋼比較低，電爐鋼比重大，因此其噸鋼綜合能耗和CO2排放低，和我國不具有直接可比性。

　　我國鋼鐵業低碳低耗發展之路怎么走?

　　要想確立合理的鋼鐵行業低碳發展路線，必須對未來與鋼鐵工業低碳發展有關的外在環境變化，包括制造流程、原材料結構、能源結構和節能潛力等做出基本的判斷。

　　判斷1：我國長流程為主的制造流程不會發生根本變化。

　　在近中期，也即5年~10年內，長流程的為主的煉鋼流程不會發生變化。

　　判斷2：我國的粗鋼消費不會再有增加。

　　采用下游行業分析預測法和GDP消費強度法兩種方法，對2020年~2030年中國鋼材需求進行預測的結果顯示，到2020年，中國鋼材的實際需求量為5.95億噸，2025年為5.52億噸，2030年為4.92億噸，粗鋼的消費量不會再增加。

　　判斷3：鐵鋼比將逐年下降，生鐵產量降速快于粗鋼。

　　近十幾年來，我國自產廢鋼和社會廢鋼的量逐年增長，從2001年到2014年，自產廢鋼增幅為207%，社會廢鋼增幅為149%。2014年自產廢鋼、社會廢鋼和進口廢鋼分別占45%、53%和2%。盡管我國近幾年廢鋼資源量逐年升高，但由于粗鋼產量增加太快，2014年與2001年相比，粗鋼產量增幅(443%)遠遠大于廢鋼消耗量的增幅(約157%)，因此造成噸鋼的廢鋼消耗量逐年下降。

　　從2001年到2014年，轉爐煉鋼的廢鋼消耗總量增加了285%，電爐煉鋼的廢鋼消耗總量增加了96%。但是，轉爐的廢鋼單耗由104千克/噸下降到67千克/噸，下降了36%;電爐的廢鋼單耗由803千克/噸下降到584千克/噸，下降了27%;廢鋼綜合單耗由2001年的227千克/噸下降為2014年的107千克/噸，下降了53%。我國鋼鐵工業的廢鋼綜合單耗與世界其它國家差距較大，2013年世界廢鋼綜合單耗為361千克/噸，除去中國外的廢鋼綜合單耗為625千克/噸。

　　我國粗鋼產量目前已處于峰值弧頂下行區，從中長期和整體來看，已經呈現“弧頂”+“下降通道”的走勢，但不排除個別年份的波動回升。生鐵生產呈現同樣的特點，且隨著廢鋼資源量的逐步增加，生鐵產量在長周期內的平均下降速度將比粗鋼要快。從長周期角度來看，焦炭、鐵礦需求處于進入下行通道的轉折階段。

　　從以上兩點判斷，鋼鐵工業的CO2排放總量不會增加。

　　判斷4：以煤為主的能源結構近中期不會發生根本變化。

　　我國鋼鐵生產能源結構受我國資源稟賦的影響，以煤為主的能源結構近中期不會發生根本變化。我國鋼鐵行業能做的是：提高流程制造效能，挖掘節能潛力，降低能源消耗，減少耗煤量，包括最大程度地利用新能源。

　　我國鋼鐵工業CO2減排主要方向

　　鋼鐵生產的核心要素包括“鐵金屬”和“煤炭”。我國鋼鐵生產以長流程為主，鐵鋼比高，能源結構中80%以上是煤炭，鋼鐵制造流程的效率和效能水平有待提高，這些都是CO2排放的主要影響因素。

　　我國的煉鋼以長流程為主，鐵鋼比高。世界平均鐵鋼比在0.7左右，除中國以外為0.56，中國為0.94。美國和歐洲各國的鋼企鐵鋼比較低，電爐鋼比重大，因此其噸鋼綜合能耗和CO2排放低，和我國不具有直接可比性。中國鐵鋼比要比世界平均水平高出0.24，比除中國以外的各國平均鐵鋼比水平高0.38。僅此一項，我國噸鋼綜合能耗就比工業發達國家高出80千克標準煤/噸~100千克標準煤/噸。

　　日本和韓國雖然也以長流程煉鋼為主，但我國與二者比較，能源結構不同(煤炭為主)，在鋼鐵制造流程的效率和效能方面存在差距。但與此同時，我國國內節能環保先進企業，如寶鋼(現已與武鋼合并成為寶武鋼鐵)、太鋼、首鋼京唐、河鋼唐鋼等與上述日本、韓國企業的差距則不大。

　　因此，制訂低碳發展技術路線圖是我國鋼鐵行業目前最迫切需要解決的問題。當前，我國鋼鐵工業CO2減排主要有以下幾個發展方向：

　　1、采取“多目標約束的集成解決方案”方式

　　鋼鐵企業要將企業發展過程中的節能、減排、低碳統籌整體考慮。例如，鋼鐵企業不能因為要控制SO2和氮氧化物，上了燒結機脫硫脫硝裝置，最終卻增加了工序能耗。

　　2、將“控煤”作為CO2減排的頂層設計

　　“控煤”是抓手，控制住了煤就控制住了二氧化碳和氮氧化物。鋼廠先做好“控煤”，再做其他工作。例如，鋼鐵企業可以配置自備發電設備以減少燃煤。根據預測，2020年，我國粗鋼產量將降低至7.0億噸，根據噸鋼綜合能耗目標值560千克標準煤計算，到2020年鋼鐵行業的總能耗約為3.92億噸標準煤。

　　研究指出，一家年產鋼650萬噸規模的企業，采用鋼鐵—電力聯產模式，煤氣、余能余熱自發電裝機可達530兆瓦，年發電量可達37.34億千瓦時，若扣除發電系統約8%的自用電量，則凈發電量約為34.3億千瓦時，折合噸鋼凈發電量為527.9千瓦時。根據中國鋼鐵工業協會2013年的數據，重點企業噸鋼耗電464.1千瓦時，則自發電率可達113.75%。

　　由此可見，鋼廠積極利用超高壓、燒結余熱、干熄焦、TRT(高爐余熱余壓)發電以及富余飽和蒸汽發電等方式在“節煤”方面潛力巨大。

　　3、提高流程制造效能，挖掘節能潛力

　　鋼廠在提高流程制造效能、挖掘節能潛力方面，目前有兩種可行方式：鋼鐵界面“一罐到底”模式和“球團替代燒結”模式。前者是從提高鋼鐵流程制造效能的角度出發，后者是從變革制造流程的角度出發。

　　鋼鐵界面“一罐到底”模式可以實現高爐與轉爐生產的熱銜接，完成鐵水“三脫”，實現鐵素物質流與能量流的協同運行。“一罐到底”技術，是指取消傳統的混鐵爐和魚雷罐車裝置，直接采用鐵水罐運輸鐵水，將鐵水的承接、運輸、緩沖儲存、鐵水預處理、轉爐兌鐵、容器快速周轉、鐵水保溫等功能集為一體。該模式取消了煉鋼車間倒罐坑、減少一次鐵水的倒罐作業，具有縮短工藝流程、緊湊總圖布置、降低能耗、減少鐵損、減少煙塵排放等多重優勢，是今后新建鋼鐵廠高爐—轉爐界面模式的發展方向。

　　首鋼京唐在高爐—轉爐流程采用“一罐到底”先進技術，縮短了工藝流程，取消了傳統的魚雷罐車和煉鋼倒罐坑，減少一次鐵水倒罐作業及所產生的煙塵污染，降低能耗，減少鐵損，鐵水溫降減少50℃以上，具有縮短冶煉周期、節能高效等多項優點，年節能1.69萬噸標準煤，減排5.32萬噸CO2，粉塵產生減少4700噸。

　　燒結工序是鋼鐵生產廢氣排放的重點污染源，在我國長流程鋼鐵生產為主的情況下，改變高爐爐料結構、降低燒結工序比重是減少鋼鐵行業廢氣污染排放的重要途徑之一，“球團代替燒結”模式就是從此點出發。

　　高爐爐料結構主要取決于原料資源情況、配套生產工藝、操作技術水平、操作習慣和理念、生產成本、環保要求等多方面因素。日本、韓國高爐以燒結礦為主，北美高爐以球團礦為主。歐盟由于環保要求，燒結廠的生產和建設受到了嚴格的限制，以球團礦為主。歐美高爐球團礦使用比例一般都較高，個別的高爐達到100%，其中一部分高爐使用熔劑性球團礦，另一部分高爐以酸性球團礦為主。

　　研究表明，球團替代燒結后，煉鐵工序、鐵前工序能耗均有一定幅度下降，污染物排放量(產生量)減少，廢氣污染負荷顯著下降，大幅減少或基本消除CO排放，基本消除二英、重金屬排放，CO2的排放也隨能耗的下降而下降。

　　4、挖掘節能潛力，轉換鋼鐵工業功能

　　鋼鐵企業有大量的低溫余熱資源待開發和利用，如焦爐初冷器循環水、高爐沖渣水余熱、自備電廠發電機組循環冷卻水余熱及工藝冷水(連鑄冷卻水、軋鋼冷卻水)余熱等。其中，自備電廠機組循環冷卻水與目前常用的低溫熱源相比，具有蘊含熱量大、溫度適中、水質優良等顯著的優勢，而且由于利用余熱，可減少冷卻塔向環境的散熱和水分蒸發，減少對鋼鐵企業周邊環境的熱濕污染。

　　例如，河鋼唐鋼充分發揮市區內鋼鐵企業的地域優勢，與唐山市熱力總公司合作，開展了河鋼唐鋼南區熱電廠發電機組循環冷水供社區采暖工程，工程預期供暖面積可達300萬平方米，其中一期工程100萬平方米已開工建設。該工程將電動壓縮式熱泵分散置于小區熱力站中，同時將唐鋼自備電廠凝汽器出口的循環水引至各小區的熱力站，進入熱泵機組降溫后再返回自備電廠凝汽器中被汽輪機排汽加熱，完成循環;熱泵回收循環水余熱加熱二次網熱水為用戶供暖或提供生活熱水。

　　國外鋼企加緊低碳技術開發

　　歐盟

　　歐盟鋼鐵企業于2003年建立了歐洲鋼鐵技術平臺(EuropeanSteelTechnologyPlatform，ESTEP)，其中ULCOS(超低CO2煉鋼)是歐洲鋼鐵技術平臺在2004年專門設立的歐洲超低二氧化碳排放項目，目的在于進行低碳技術研發，其目標是使歐盟噸鋼CO2的排放量比該項目實施前最先進生產工藝的噸鋼排放量降低至少50%。該項目主要進行4個技術路線的研究：高爐爐頂煤氣循環(TGRBF)、先進的直接還原工藝(ULCORED)、新興熔融還原工藝(Hisarna)、電解鐵礦石工藝。

　　在研發與技術層面，主要包括減碳技術、無碳技術和去碳技術。減碳技術主要是高爐爐頂煤氣循環利用技術(TGRBF)，既減少了煉鐵中所需的焦炭量，又降低了CO2排放量。在安賽樂米塔爾一家鋼廠的高爐上試用該技術后，該高爐的CO2排放量下降了28%，從原來噸鐵排放1.3噸CO2降低至0.94噸。無碳技術是利用可再生能源替代傳統的化石能源，從根源上減少碳排放，以降低碳成本。ULCOS中最有突破性的研究項目之一是電解鐵礦石技術，該技術在整個生產過程都不會產生CO2，唯一的副產品是氧氣。無碳技術可以使整個鋼鐵生產流程中的碳排放大大降低，從根本上解決碳成本的問題。去碳技術是采用先進技術措施將鋼鐵生產過程中排放的CO2去除，這是一種末端處理方法。目前，最典型的去碳技術就是CCS技術(CO2捕獲和封存技術)，它可以將生產過程中產生的CO2進行收集、分離并集中注入并封存到地下。如果將CCS技術與TGFBF技術相結合使用，能使歐盟鋼鐵聯合企業的CO2排放量減少50%，而單獨使用TRGBF技術只能減排30%左右。

　　日本

　　日本新能源和工業技術部(NEDO)于2008年7月委托日本神戶制鋼、JFE、原新日鐵、原新日鐵工程公司、原住友金屬以及日新制鋼6家公司共同合作開展了“環境友好型煉鐵技術開發”項目COURSE50。

　　COURSE50是用氫氣代替部分焦炭對鐵礦石進行還原，并將高爐煤氣中的CO2進行分離回收，由此實現減少高爐CO2排放量30%的目標。其研究內容主要為：開發利用氫氣還原鐵礦石的新技術，開發廉價的氫氣利用技術(包括焦爐煤氣的開發利用技術)，CO2的分離和捕集技術開發，CO2在高爐煤氣中的分離和捕集技術，利用鋼鐵生產的余能對CO2進行分離和捕集，焦爐煤氣的重整(35%的CO，60%的H2)對高爐的影響。該開發研究分兩個階段進行：第一階段為2008年~2012年，主要目標是開發減少高爐排放CO2的技術和從高爐煤氣分離回收CO2的技術;第二階段是綜合試驗階段，最終目標是使CO2排放量減少30%。日本將于2030年確立此項技術，2050年實現應用及普及。

　　韓國

　　韓國浦項將創新煉鐵技術作為低碳發展的突破口。浦項一方面持續改進被稱為環境友好型煉鐵工藝的FINEX工業化生產技術，另一方面大力開發以減排CO2為特征的未來突破性技術。低碳煉鐵FINEX技術、全氫高爐煉鐵技術和碳捕獲與分離技術、利用廢氣熱能發電技術將成為浦項的中長期技術研發項目，浦項為這一技術路線設定的可行期限是2050年前。

　　FINEX工藝相當于把高爐分成兩段來操作，即把鐵礦的還原與熔融分離開來，這樣可以減小各自的冶煉負荷，熔融部分所承擔的負荷只占高爐的30%左右。FINEX工藝金屬化率為50%，還原率為60%，FINEX設備最終還輸出優質煤氣，其發熱值約為高爐煤氣的2.3倍。FINEX工藝還集成了CO2分離系統，便于未來采用碳捕獲與儲存技術(CCS)。

　　浦項全氫高爐冶煉技術與日本目前正在研究中的COURSE50項目類似，均是在高爐內使用一部分氫氣替代焦煤對燒結礦進行還原，從而能夠大幅度減少鋼鐵生產過程中CO2的排放。浦項的短期目標是利用鋼鐵生產過程中產生的副產氣體制取可用于還原鐵礦石的氫氣，中長期目標是開發出能夠低成本大量制造高純度氫氣的技術。

　　浦項正致力于研發利用氨水吸收及分離高爐煤氣中CO2的技術。該項技術利用鋼廠產生的中低溫廢熱作為吸收CO2所需的熱能，從而降低成本。該項新技術的研發于2006年立項，并于2008年12月動工興建首套中試設備，處理能力為50標準立方米/小時，CO2捕獲效率能夠達到90%以上，CO2濃度不低于95%。其興建的第2套示范設備已于2010年開始運行，處理能力為1000標準立方米/小時，預計幾年后該設備的CO2日捕獲量有望達到10噸左右。

　　鋼鐵行業生產流程決定CO2排放強度

　　在世界鋼鐵協會編制的《鋼鐵行業可持續發展政策及指標報告》，將相關指標分為3大類共8個指標，排在第一個的就是溫室氣體的排放。根據該報告，2014年全球噸鋼CO2排放量平均為1.8噸，2015年的噸鋼CO2排放量平均為1.9噸。

　　從生產流程看，目前全球的粗鋼約有30%是短流程煉鋼(電爐煉鋼)，其余幾乎都是長流程煉鋼(高爐-轉爐煉鋼)。其中，美國粗鋼產量約為1.2億噸，60%以上是電爐鋼，噸鋼CO2排放量為1.19噸;歐盟國家約40%是電爐鋼，噸鋼CO2排放量為1.6噸;亞洲地區粗鋼生產以長流程為主，日本、韓國及中國臺灣地區的噸鋼CO2排放量約為2噸。由此可以看出，長、短流程煉鋼的比例也直接影響著CO2的排放。

　　我國鋼鐵生產以長流程為主，鐵鋼比高，能源結構中以煤炭為主，所以噸鋼CO2排放量較大。近年來，隨著我國鋼鐵工業結構調整、節能技術的廣泛利用，以及能源利用效率的提高，目前噸鋼CO2排放量在2噸左右。

　　相關研究結果表明，2010年，中國工業部門礦物燃料燃燒排放CO2約52.3億噸，約占全國CO2排放總量的70%，與能源消耗總量所占比例相近。其中，鋼鐵工業排放CO2約10.6億噸，約占全國CO2排放總量的14%。以噸鋼2噸CO2的排放量計算，初步估算，2015年鋼鐵行業CO2的排放量在16億噸左右。我國鋼鐵行業能源消耗量與CO2排放量。

　　數據顯示，2015年全球CO2排放量為321億噸，與前兩年持平，溫室氣體排放已連續2年沒有隨著經濟增長而上升。據了解，國際能源署提供CO2排放量數據已經超過40年，其間CO2排放量同比下降或持平的情況只在4個時間段出現過，其中3次是和全球經濟疲軟有關，分別是20世紀80年代初期、1992年和2009年