科学评价我国钢铁工业CO2排放

科学评价我国钢铁工业CO2排放

王维兴     (中国金属学会  北京  100711)

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全球大气温室效应与日俱增，引起了地球人的极大关注。为减缓温室效应的增长速度，人们开展了大量的科学在研究和探讨。

1.  全球CO2排放的分析

据国际钢铁协会分析，2001年全世界按经济行业分类的二氧化碳排放量，4个行业（公共、供电与供热占37％，内部交通占18％，制造业和建筑业占17％，住宅占8％）占总排放量的80％。

全球行业的温室气体排放量占全球的21％左右。在工业领域中，化工和石油化工类占23％，水泥为18％，钢铁占15％，有色金属占7％，食品和烟草占5％，纸浆、造纸、印刷占5％，其他产业占24％。全球钢铁工业的温室气体排放占全球的3％～4％。2006年全球吨钢CO2排放量为2.1t。

近年来，全球钢铁工业全面推进钢铁循环利用；将冶炼炉渣去制造水泥，大大减少了水泥生产过程中CO2的产生。钢铁工业广泛推广应用先进的生产工艺技术设备，大力发展循环经济，使全球每年减少6亿t的CO2排放。

2.  我国钢铁工业的CO2排放

2010年中国产钢6.2665亿t，占全球钢总产量的44.90％;铁产量为5.9021亿t，占全球钢总产量的57.24％。由于我国钢铁生产中的铁钢比高，电炉钢比例低，以及钢铁产业集中度低和冶金装备容量偏小等原因，使我国钢铁工业CO2排放量占全球钢铁工业CO2总排放量的51％，而欧盟为12％，日本为8％，俄罗斯为7％，美国为5％，其他国家17％。

我国钢铁生产中的铁钢比高，是吨钢综合能耗高, CO2排放高的主要原因.2010年我国铁钢比为0.9440,比上年降低0.0139.国际平均为0,54,我国比国际平均高0.4. 铁钢比高0.1, 吨钢综合能耗高50kgce/t.

大气中CO2排放的主要来源有20％是来自燃烧碳素引起的。降低钢铁生产过程中CO2排放，主要工作内容就是要节能降耗。我国钢铁生产的能源结构中煤炭占80％左右，炼铁工序能耗占钢铁联合企业的总能耗50%以上,其主要用煤工序就是炼铁用的燃料（焦炭+煤粉）。所以，从宏观上讲，钢铁工业降低吨钢综合能耗，就是减少CO2排放；从具体工作上来看，降低炼铁燃料比就是减少CO2排放工作的重点。

2010年，我国重点钢铁企业能耗和炼铁指标取得了历史最好水平，详见表1.

从表1可看出，2010我国钢铁工业企业节能减排是取得了显著成绩，特别是高炉炼铁燃料比下降是在入炉矿含铁品位下降1.08％条件下所取得的，且下降幅度较大,促进了我国钢铁工业CO2排放量的降低。

国际钢铁协会公布2006年世界平均炼铁燃料比为543kg/t,德国Deutschland的燃料比为486kg/t,是国际先进水平. 2010年我国重点钢铁企业炼铁燃料比为518kg/t(尚缺少小块焦比),是低于国际平均炼铁燃料比.这说明我国吨钢CO2排放量也是低于国际平均水平.只是我国钢的产量大,才造成我国钢铁工业CO2排放总量大.

3.  我国钢铁工业CO2排放居世界第一，是社会发展阶段特殊性决定。

中国是世界上最大的发展中国家，正处在国民经济建设的高涨时期。社会发展需要5亿我钢材来支撑经济建设正常发展。中国钢材使用的最大量是用于基本建设，包括房屋、道路、交通、公共辅助设施等。这充分体现出我国历史发展进程是处于社会基本建设阶段。用于基本建设的钢材返回社会中的废钢需要30～50年。这就使我国是处于废钢短缺阶段，并且在短期内不可能得到较大的改观。这种现象必然会导致我国钢铁生产流程是以高炉炼铁的长流程为主。国际钢铁协会的技术分析报告指出，西方传统高炉流程的生产企业，吨钢CO2排放量在1.7t左右；而完全使用废钢为原料进行生产的电炉炼钢企业，吨钢CO2排放只有0.4t。这就说明了我国钢产量占世界的44.90％，而钢铁工业CO2排放量占世界51％的原因。

我国钢铁工业能耗水平与工业发达国家相比差距在10%左右。产生差距的主要原因是我国尚有一批技术装备落后的小高炉，小转炉仍在生产，而且环保设施也不完善。目前，宝钢、鞍钢、武钢、首钢、马钢、太钢等大型钢铁企业的综合设备、技术装备水平已达到世界先进水平。如2010太钢高炉入炉焦比为325kg/t，喷煤比为171kg/t，热风温度为1218℃、炼铁工序能耗为365.58kgce/t宝钢高炉焦比为300kg/t，喷煤比为169kg/t，风温为1213℃等指标已达到国际先进水平。这些企业的能耗和CO2排放量均属国际先进水平.但是我国仍有一批落后小冶金设备在生产,这说明我国钢铁企业发展是处于多层次，不同技术水平共存阶段。

近年来，我国加快了高炉大型化进程，至2009年上半年，我国已拥有大于1000m3以上容积的高炉26多座，大于4000m3级高炉已拥有14座，津唐公司曹妃甸5500m3高炉已投产，沙钢5800m3高炉已投产。高炉大型化会促进炼铁降低CO2排放，这是我国炼铁技术发展的主流。

中国经济建设的发展，还会推动钢产量的升高。但是，中国钢铁工业科技进步的步伐加快会有力进促进CO2减排工作是向良性方向发展。目前，我国已有三分之一的冶金技术装备达到国际先进水平，一批先进的大型现代化焦炉、烧结机、高炉、转炉和电炉还会相继投产，还会促进我国钢铁工业节能减排工作的发展。如在建的大于1000m3以上容积的高炉就有24多座。总体上讲，我国钢铁工业吨钢CO2排放会逐年降低。

4.  钢铁企业降低CO2排放工作的重点是在炼铁工序

近几十年，我国钢铁生产仍将是要以高炉长流程为主。因为废钢的短缺还会费在较长时间内存在，大多数成功的非高炉炼铁是要在特定条件下去实现的。高炉炼铁工序能耗要占钢铁联合企业总能耗的50％～60％。所以，减少CO2排放的重点工作要放在炼铁工序。高炉炼铁所需要的能源有78％来自碳素燃烧（焦炭和煤粉），19％来自热风带入，3％为原料的化学热。说明高炉炼铁节能工作重点是降低燃料比.

2006年国际钢铁协会公布，世界高炉平均燃料为543kg/t，德国Deutshland为486kg/t，中国台湾为488kg/t，欧盟15国平均为494kg/t，南美洲为496kg/t，日本为498kgt，韩国为503kg/t，北美为510kg/t，中国为555kg/t。

我国钢铁工业生产统计中尚没有高炉炼铁燃料比这个项目，建议应增补这一统计项目，以利于我国钢铁企业与国内外同行进行对比。燃料比的内容应包括：焦比+煤比+小块焦比。而且煤比的数字是不能用析算系数来换算，要用实际喷煤量数值。目前，我国高炉使用小块焦的方法有3种。一种为中心加小块焦，一种为在烧结矿中混装小块焦，一种为焦炭分级入炉中使用小块焦，2008年我国2000m3以上容积的高炉大多数使用小块焦比例在30～40kg/t。宝钢1号高炉焦丁比为13kg/t，为最低；太钢1800m3高炉小块焦比为97kg/t，为最高。2008年我国部分高炉燃料比较低的高炉见表2。

表2  2008年部分高炉燃料比情况

从表2可看出，我国一批大型高炉的燃料比已经达到国际先进水平。说明我国已经全面掌握了先进的高炉炼铁技术，只是全国技术的普级与提高不够。

中国炼铁燃料比高于国际平均水平的主要原因是，中国炼铁产业集中度低，是处于多层次，不同生产结构，各种技术经济指标共同发展阶段。小高炉的工序能耗要比大高炉高出50～80kgce/t，所使用的原燃料质量也要比大高炉所用的质量差。所以说，小高炉的CO2排放量是一定会比大高炉排放的要多。因此，我国要加大淘汰落后小高炉的工作力度。

4.降低炼铁燃料比的因素分析

影响高炉炼铁燃料比的因素有上百种。不可能只望采用了3～5项技术就可以实现低燃料比。要用系统工程的观点去分析各企业存在的主要问题在哪，抓住主要矛盾进行综合治理。如我国中小高炉的热风温度普遍低于大高炉，应当重视对热风炉的技术改造，使之能提供1200℃以上高风温。

表3  影响高炉燃料比（焦比+煤比+小块焦比）变化的因素

2008年建设部公布的《高炉炼铁工艺设计规范》中对烧结、球团、焦炭质量按不同容积的高炉均有具体的描述。国家环保部公布的《钢铁行业清洁生产标准（烧结）（高炉炼铁）》也有相关能耗，污染物排放标准。各炼铁企业应当结合本企业具体情况认真进行对照分析。目前，我国中小高炉热风温度偏低，炉料成分波动大是影响实现低燃料比的主要原因。总体上讲，我国焦炭灰份比工业发达国家高3％，含硫高约1.5％，是使我国燃料比的重要原因。

5.科学评价我国钢铁企业CO2排放

1）我国铁钢产量占全世界的57％左右，并且生产是以高炉长流程为主的现状，决定了我国钢铁工业CO2排放总量居世界前列，并且在短期内不会较大改善。这是由于国民经济建设需要有较大钢铁材料供应量的支撑。

2）我国目前是处于向小康社会发展阶段，钢材主要是用于基础设施建设。中小企业所生产的品种、成本、地域性供应有一定优势。所以，提高钢铁产业集中度要有个时间过程，不能操之过急。

3）钢铁企业降低CO2排放，需要进行综合治理，要抓住几项关键的先进工艺技术，加大进行普级推广。如高风温技术，原燃料混均技术，提高焦炭质量技术，高炉高效化操作技术，提高喷煤比技术等。不要指望采用1~2项技术措施就能大幅度降低CO2排放量,要做大量细致的工作,才能实现全面解决降低CO2排放问题.

4）提高能源利用效率

充分、科学、合理利用好钢铁企业的副产煤气，是提高能源利用效率的主要方面。一是要最大限度地用好副产煤气，取消企业内一切烧煤烧油的炉窑，用副产煤气去替代。采用蓄热式燃烧技术，充分利用好低热值的高炉煤气，尽量替代高热值的焦炉煤气。焦炉煤气可以提取氢气，可以用于非高炉炼铁的还原剂。焦炉煤气直接吹入高炉是有较好的节焦效果。副产煤气用于发电是不得已的行为。因为煤气—蒸汽—发电的能源利用效率只有32％左右；即使用燃气轮机去发电，能源利用效率也只有45％。所以，我们应当大力开展焦炉煤气吹入高炉的工作。这是钢铁企业提高能源利用效率,降低CO2排放的有效措施.