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钢铁行业CO2排放的计算须科学

发布日期:2018-08-07 作者:鹏远冶金 点击:

全球气候变暖受到世人的关注,大气中CO2含量升高,是气候变暖的重要原因之一。国际上已多次开会,呼吁人们减少CO2的排放。我国政府已向世界承诺,到2020年中国的单位GDPCO2排放与2005年相比减少40%~45%。世界其他国家也在制定减少CO2排放路线图。国际钢铁协会提出了一个钢铁工业CO2排放计算公式(模型),以及具体说明细则,这是根据日本、西欧等工业发达国家钢铁工业的产品结构(特别是铁钢比)、技术装备水平、生产条件(特别是原燃料质量)、用能结构等方面与我国差异明显。因此,我国不能沿用国际钢铁协会提出的钢铁工业CO2排放计算公式,而应结合我国具体情况,提出符合我国钢铁工业生产特点的CO2排放计算办法。

钢铁工业CO2排放现状

钢铁工业是能耗大户,占全国总能耗的8.9%CO2排放占全国总排放的11.2%左右。钢铁工业发展和碳排放越来越受到我国社会各界的关注。钢铁工业对我国国民经济发展起到重要的支撑作用,钢材是经济基础的重要基础原材料,在多方面有着不可替代性。刚才是经济建设的重要基础原材料,在多方面有着不可替代性。钢铁产业的进一步发展也将受到CO2减排的压力。应当相信,通过各方面的努力,我国钢铁企业一定能够完成国家提出的CO2减排目标。

德国蒂森克虏伯钢铁公司提出的钢铁工业各工序CO2排放所占比重,见表1.联合国气象组织(简称IPCC)发布《2006年国家温室气体清单指南》,提出钢铁行(企)业CO2排放系数(强度),见表2。

上述数据适用于以企业为单位的应用,而不能用于单体装备。因单体装备之间的生产条件、技术装备水平、能源利用状况等方面有较大差异。国际上“钢铁企业统计的范围只限于单纯的钢铁生产,而我国国家统计局的统计口径除钢铁生产企业外,还涵盖了铁合金、一些小型轧钢厂等,统称为“黑色金属及压延”。因此,吨钢综合能耗和CO2排放系数的计算,国内外有较大差异。

钢铁企业CO2排放主要由燃煤所产生。我国钢铁工业用能结构中,有80%是煤炭,用煤炭的生产工序主要是炼铁、烧结、球团。2017年重点钢铁企业高炉燃料比为544.04kg/ t,烧结固体燃耗为52.87kg/t,部分链箅机一回转窑生产球团用煤粉。生产过程产生CO2排放量可参考表1。高炉生产本身不产生CO2排放,产生的高炉煤气(1400m3/t~1800m3/t)供给煤气管网,有45%的高炉煤气去烧热风炉,体现为热风炉废气中的CO2排放。燃煤和用副产煤气的炉窑会产生CO2排放。转炉生产的脱碳反应(脱除生铁中的碳),会产生17%左右的CO275%CO,转炉煤气会回收,一般不外排。工业发达国家以短流程电炉为主,用电较多,用煤炭量少,这是在优化生产条件下组织生产的,企业CO2排放量少。

吨钢综合能耗和CO2排放系数

    我国钢铁企业之间的吨钢综合能耗数据差异较大,主要是企业之间的产品结构、技术装备水平、生产条件、统计范围等方面差异较大,有很多方面的不可比性。因此,吨钢综合能耗数据的对比,在企业内部进行对标是合理的。对标工作应重视各主要工序数据的对比,特别是在相近生产条件下的单位设备指标对比是有价值的。2017年中国的铁钢比为0.854;世界平均为0.7014,扣除中国后为0.5504,美国为0.2735,德国为0.6526,法国为0.6886。铁钢比降低0.1,吨钢综合能耗降低约50kgce/t。我国铁钢比高,是我国能耗高、CO2排放多的主要原因。

2017年我国重点统计钢铁企业产铁63151.42万吨,占全国铁产量的87.95%;高炉平均燃料比为544.04kg/t,炼铁工序平均能耗为390.63kgce/t,部分企业的(宝钢、首钢京唐、武钢等)燃料比和炼铁工序能耗指标已达到国际先进水平。炼钢工序能耗占联合企业总能耗的50%,碳素消耗占联合企业总消耗的85%以上。CO2主要是由碳素燃烧产生的。由此可见,我国特大型炼铁企业的CO2排放接近国际先进水平。经研究计算,我国特大型钢铁企业的吨钢CO2排放系数1.7左右。

烧结工序CO2排放分析

烧结固体燃耗占烧结工序能耗的75%~80%。固体燃耗就是烧结燃碳,会产生CO2排放。所以说,烧结固体燃耗水平决定了烧结工序CO2排放量的水平。在同等原燃料质量条件下,大型烧结机的固体燃耗要比小烧结机低。这与原料混匀程度、料层厚度、配入除尘灰(含碳量多少)数量以及采用各项先进技术有关。不同冶金性能的铁矿石,烧结所需的热量是不同的含结晶水的褐铁矿等需要的热量多,CO2排放也会多。操作水平对固体燃耗也有影响。2017年我国重点统计钢铁企业烧结固体燃耗为52.87kg/t(有4个企业低于45/t),CO2排放系数不会超过0.2.

高炉炼铁工序CO2排放系数

高炉炼铁工序的燃料比(包括焦炭和煤粉)水平,决定了CO2排放强度。影响炼铁燃料比的因素很多,有上百个。其中主要影响因子有:入炉矿品位、焦炭质量(特别是M10水平)、热风温度、高炉操作水平。碳素(焦炭和煤粉)在高炉内的作用分配:风口燃烧55%~65%,料线与风口间碳溶反应25%~35%,生铁渗碳7%~10%,其他元素还原反应及损失2%~3%。产生CO2的排放量主要有风口燃烧碳决定,是以煤气形式出现。因操作水平的差距,不同容积的高炉煤气中CO2含量有较大的差距。2000m3级以上的高炉CO2含量在20%~24%CO含量在25%以上。1000m3级以下的高炉CO2含量16%~20%,但CO含量要高于大高炉,体现为小高炉能源利用效率低。表面上看,大高炉煤气中的CO2含量比小高炉高约4%,但小高炉燃料比高,产生的煤气量也大。这与小高炉采用大风量(吨铁风量比大高炉高200m3以上)、高冶炼强度的操作方针有直接关系。一般高炉吨铁煤气发生量在1400m3/t~1800m3/t,正常情况下,高炉消耗1t碳素,需要2400m3的风量。小高炉燃料比高,消耗风量就要多,煤气量也大。小高炉,煤气量比大高炉高带来的影响,远大于煤气中CO2含量高对CO2排放的影响。总体来讲,小高炉的CO2排放强度肯定要比大高炉高。

转炉工序CO2排放分析

    2017年重点钢铁企业转炉煤气回收量为114m3/t ,转炉煤气中CO含量在75%左右,CO2含量在17%左右,热值为2000kcal/m3。企业之间煤气回收量差距也很大。一方面,各企业回收CO含量起点不一样,有的定为CO含量大于30%进行煤气回收,有的定为大于40%。另一方面,一批小转炉不进行煤气回收,这样CO2排放量就大。实质上,转炉冶炼是个铁水脱碳反应。根据生产的钢种不同,脱碳的深度也不一样,产生的CO2排放量也不会一样。因此,不同转炉统一用一个转炉工序CO2排放系数计算,也会出现偏差。

电炉工序CO2排放分析

    我国特钢17个企业已全部配备小高炉,2017年行业电炉平均使用50.92kg/t的热铁水进行电炉冶炼,最高的热铁水比例达988.83kg/t。总体来讲,我国已不是单纯的短流程电炉生产。因此,评价我国的电炉工序CO2排放,不能再用国外全废钢电炉冶炼那样计算。要将我国电炉工序分解为高炉和电路2个部分,再具体分析。高炉的CO2排放已在前面有所论述:电炉工序CO2排放分析,也不光是用废钢冶炼的计算,还要计算铁水脱碳所产生的CO2排放。我国一些电炉已实现能源多源化,进行吹氧、喷碳,缩短冶炼时间。这些企业的CO2排放系数要重新进行分析。一般来讲,我国电炉工序CO2炮排放系数要远高于国际平均水平。

其他注意事项

    联合国气象组织(简称IPCC)发布《2006年国家温室气体清单指南》,提出钢铁行(企)业铁钢工序CO2排放系数(强度),是将炼铁和炼钢两个工序放在一起的,计算和考核都比较难,也不科学。我国钢铁企业计算CO2排放系数,还是应将炼铁和炼钢分开。总体而言,我国铁钢比高,CO2排放系数要比工业发达国家高。

我国钢铁企业之间外购焦炭、生铁、石灰石、钢锭等数量差距较大,能源利用水平也不一样。确定工序CO2排放系数,各企业要区别对待,做具体分析。

我国钢铁企业之间产品结构、生产规模、技术装备水平、用能结构、管理水平等方面存在较大差距。因此,计算考核工序CO2排放系数,要按生产条件的不同,分几个层次、不同类型,而不是全国用一个系数。这样才符合实际情况。此外,建立几个层次的CO2排放系数(如分特大钢铁企业、中型钢铁企业、独立炼铁企业等),才科学。

 


 

1钢铁工业各工序CO2排放所占比重

工序高炉烧结炼钢焦化轧钢及下游加工发电
比重,%73.611.58.74.41.70.1


 

2 钢铁行(企)业CO2排放系数(强度)



钢铁工业

(吨CO2/吨粗钢)

     烧结

(吨CO2/吨烧结矿)

焦炉

(吨CO2/吨焦炭)

铁生产

(吨CO2/吨生铁)

钢铁生产

(吨CO2吨钢)

电炉

(吨CO2/吨钢)

2.50.20.561.351.40.08



 

摘自:中国冶金报

 

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