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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

 

西安鹏远冶金设备有限公司成立于2017年2月20日,公司位于中国陕西西安,主导业务为冶金设备电弧炉矿热炉钢包精炼炉,其他精炼炉冶金辅助设备)设计制造、环保除尘技术设计、冶炼原料处理和先进冶炼工艺技术开发,公司的愿景是成为能够为用户提供先进适用的成套冶炼技术解决方案的服务型主导企业,公司矢志将“鹏远冶金”打造成电炉行业的优秀品牌。关注我们,及时了解行业最新动态,咨询热线:13891839310.


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