钢铁工业与低碳经济

2010年第1期钢铁工业与低碳经济

□刘晖1

薛

俊2

摘要：分析了在低碳经济背景下钢铁工业的发展方向和钢铁工业实现低碳经济的主要手段。关键词：钢铁工业；低碳经济；科技中图分类号：F416.31

文献标识码：A

当前，气候变暖已严重威胁到人类的可持续发展，应对气候变化已成为全球面临的重大挑战。气候变化的原因除了自然因素外，同人类的活动，特别是同使用化石燃料、排放二氧化碳的程度密切相关。随着气候变暖，人们料输送系统，具有密封环保性好、输送线可沿空间曲线灵活布置、输送倾角大、复杂地形条件下单机运输距离长等特点，同时还具有建设成本低、安装维护方便、使用可靠等优点。自动化控制是稳定原料质量，避免人为操作带来的低效率和误操作，避免设备空转耗能，提高设备的运行效率，提高料场有效利用率，降低生产成本，节约能源，减少流动资金的重要保证。为适应烧结、炼铁等工艺设备不断大型化的要求，保证钢铁生产的高质、稳产、节能、增效，应逐步实现原料准备设备大型化、连续化和控制自动化。4.污染减量化目前，国内外普遍采用的控制原料准备系统扬尘技术措施主要有：集中或分散的机械除尘设施、胶带机加盖密闭、露天堆场表面覆盖（包括膜覆盖或喷洒表面抑尘剂）及水喷淋、防风抑尘墙技术等。我国多数钢铁企业原料准备采用的机械除尘设备效果都不是很理想，粉尘排放浓度多在50~100mg/m3之间，而领先指标是20mg/m3，先进指标是30mg/m3，因此，原料准备系统采用高效除尘器，提高除尘效果，控制粉尘排放浓度达到先进或领先指标，是今后原料准备系统机械除尘的努力方向。据统计，露天堆场造成的扬尘污染现已成为原料生产、运输、贮存过程中无组织排放的主要污染源。扬尘污染不但造成大量的物料流失和巨大的经济损失，而且使生活环境和生产环境恶化。在环境保护要求日趋严格的今天，对扬尘污染的治理力度不断加大，“防风抑尘墙”就是解决这一-20-

对低碳经济的关注与行动也日趋强烈。低碳经济为人类提供了一个最新的解决方案。低碳经济将成为减缓气候变化与实现可持续发展的主要途径和必由之路。就在2009年9月22日，国家在联合国气污染行之有效的技术。“防风抑尘墙”能够起到较好的防风效果，具有较好的抑尘效果，特别适用于经常作业的露天料场，一般减尘效率可达到80%~85%，有效地解决了料场的二次扬尘问题，减少了对周围大气环境的污染。然而“防风抑尘墙”技术在我国很多钢铁企业的原料准备生产中还没有被采用，包括现代化的宝钢也仍未建成。因此，露天料场粉尘的治理还有很长的路要走。随着技术的进步，国外一些钢铁厂开始建设全封闭式的原料堆场，如韩国现代制铁于2007年开始在唐津钢厂建设封闭式堆场，堆场设计由5个堆放铁矿石的圆形建筑物和8个堆放铁矿石、炼焦煤和其他原料材料的矩形建筑物组成。由于封闭式料场不受天气影响，不需要采用表面覆盖措施，不仅减少了粉尘排放，降低了物料损耗，而且堆场效率也高于开放式堆场。湛江钢铁项目球团料场的建设就是采用了封闭料场形式，厂房跨度100m，占地面积120000m2，虽然与唐津钢厂封闭式堆场形式不同，但所达到的目的是一致的。保护环境，实现可持续发展，是21世纪钢铁工业面临的最大挑战。钢铁生产中预防污染产生的效果远远好于末端污染治理的效果。原料准备系统采用有效的环保措施，可最大限度地减少粉尘排放，是实现源头削减污染，创造一流社会效益、环境效益和经济效益的重要环节，也是钢铁原料准备技术未来发展的必由之路。○（作者单位：冶金工业规划研究院，北京100711）冶金经济与管理候变化峰会上向世界郑重承诺：中国将进一步把应对气候变化纳入经济社会发展规划，并继续采取强有力的措施。一是加强节能、提高能效工作，争取到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年有显著下降。二是大力发展可再生能源和核能，争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。三是大力增加森林碳汇，争取到2020年森林面积比2005年增加4000万hm2，森林蓄积量比2005年增加13亿m3。四是大力发展绿色经济，积极发展低碳经济和循环经济，研发和推广气候友好技术。一、何谓低碳经济低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳经济实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP的问题，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。“低碳经济”提出的大背景，是全球气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战。随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因不断地为人们所认识，不止是烟雾、光化学烟雾和酸雨等的危害，大气中二氧化碳浓度升高带来的全球气候变化也已被确认为不争的事实。在此背景下，“碳足迹”、“低碳经济”、“低碳技术”、、“低碳生活方式”、“低碳社会”、“低碳城市”、等一系列新概念、新应运而生。而能源与经济以至价值观实行大变革的结果，可能将为逐步迈向生态文明走出一条新路，即：摒弃20世纪的传统增长模式，直接应用新世纪的创新技术与创新机制，通过低碳经济模式与低碳生活方式，实现社会可持续发展。作为具有广泛社会性的前沿经济理念，低碳经济其实没有约定俗成的定义。低碳经济也涉及广泛的产业领域和管理领域。二、低碳经济的发展“低碳经济”最早见诸于文件是在2003年的英国能源《我们能源的未来：创建低碳经济》。作为第一次工业的先驱和资源并不丰富的岛国，英国充分意识到了能源安全和气候变化的威胁，它正从自给自足的能源供应走向主要依靠进口的时代，按目前的消费模式，预计2020年英国80%的能源都必须进口。同时，气候变化的影响已经迫在眉睫。2006年，由前世界银行首席经济学家尼古拉斯·斯节能减排特恩牵头的《斯特恩报告》指出，全球以每年GDP1%的投入，可以避免将来每年GDP5%～20%的损失，呼吁全球向低碳经济转型。2007年7月，美国参议院提出了《低碳经济法案》，表明低碳经济的发展道路有望成为美国未来的重要战略选择。2007年12月，在印尼巴厘岛举行的联合国气候变化大会通过一项决议，决定在2009年前就应对气候变化问题新的安排举行谈判，制订了世人关注的应对气候变化的“巴厘岛路线图”。该“路线图”为2009年前应对气候变化谈判的关键议题确立了明确议程，要求发达国家在2020年前将温室气体减排25%～40%。“巴厘岛路线图”为全球进一步迈向低碳经济起到了积极的作用，具有里程碑的意义。联合国环境规划署确定2008年“世界环境日”（6月5日）的主题为“转变传统观念，推行低碳经济”。2008年7月，G8峰会上八国表示将寻求与《联合国气候变化框架公约》的其他签约方一道共同达成到2050年把全球温室气体排放减少50%的长期目标。三、二氧化碳与碳的换算1t碳在氧气中燃烧后能产生大约3.67t二氧化碳。其计算是这样的：碳的分子量为12，二氧化碳的分子量为44，44/12＝3.67。二氧化碳排放量的计算：二氧化碳排放量计算关系式Q=（E×A－B）×R×44/12其中：Q——二氧化碳排放量/t；E——能源消费总量/MJ；A——单位能源含碳量/t-C/MJ；B——固碳量/t；R——氧化率/%。四、钢铁工业的特点在近代工业过程中，钢铁扮演了不可或缺的角色。从蒸汽机、内燃机到发电机、电动机等动力机械，再到汽车、火车、轮船等运载工具，无一不是钢铁制成的。这是因为在地球上铁的资源量大，矿藏集中，易于规模化开采，而且还因为铁矿只要在一定温度下用碳就可以还原成铁，生产成本低，除此之外，使用后的废钢铁还可以回炉再炼，资源的反复利用几乎不受，更重要的一点是，铁与不同含量的碳或合金经过不同加工、热处理，可以获得各种各样性能的钢材，在结构方面，其性价比是其他金属难以比拟的。-21-

“低碳发展”“低碳世界”节能减排五、国外新的钢铁生产工艺高炉是钢铁生产中二氧化碳的主要排放工序，直接和相关排放超过钢铁工业总排放量的90%。降低钢铁工业二氧化碳排放量是全球钢铁业关注的焦点。工业发达国家都在采取行动，研发超低二氧化碳排放的新的钢铁生产工艺。在欧盟支持下，欧盟十五国48家钢铁企业于2004年组成一个共同体，启动了超低二氧化碳炼钢（ULCOS）项目，行动方案有14个分方案。整个行动方案的时间需15～20年。行动计划包括多种减排二氧化碳的概念，如：将高炉与碳捕获和储存（CCS）结合；熔融还原与CCS结合；大量使用天然气；低二氧化碳工艺；氢炼钢；铁矿石电解等。2004-2005年，ULCOS项目第一期工作已结束，目前正在进行第二期。基于第一期工作的结果，已在瑞典LKAB公司的试验高炉上进行了新高炉工艺流程试验，试验效果是二氧化碳排放降低25%，若与二氧化碳固定技术CCS结合，二氧化碳排放可降低50%。由日本新能源产业技术开发机构牵头，五大钢铁公司和新日铁工程公司联合开发的COURSE50项目，其目标是开发减少高炉二氧化碳排放量技术和从高炉煤气中分离、回收二氧化碳技术。主要研发的技术包括用氢还原铁矿石技术开发；焦炉煤气提高氢含量技术开发；二氧化碳分离、回收技术开发；显热回收技术开发等。欧洲ULCOS计划是要使现行工艺改进后节省碳消耗24%。而日本的目标是减排二氧化碳30%，使吨钢二氧化碳排放从1.t降低到1.15t。以上两个方案的核心技术都是对焦炉煤气进行重整将CH4转化为H2及CO），被称之为PO（X部分氧化重整），并将重整后的富H2煤气（H2占65%，CO占35%）吹入高炉或用于直接还原。六、我国钢铁工业与节能减排近几年，我国钢铁工业在提高能源综合利用效率和节能减排方面已经取得积极进展。“十五”期间，钢铁工业万元增加值能耗从2000年13.91tce下降到2005年的6.84tce，下降了51.04%。2009年上半年，全国重点大中型钢铁企业总能耗11387.94万tce，同比下降5.25%；吨钢耗用新水4.49t，同比下降10.04%；外排废水中化学需氧量同比下降26.75%；二氧化硫排放量下降9.25%；工业烟尘排放量下降14.04%；工业粉尘扫敝量下降4.75%。这不仅是我国钢铁工业节能减排的成果，同时也体现了我国钢铁工业生产结构、技术装备结构和产品结构等方-22-

2010年第1期面的巨大进步。在肯定长足进步的同时，也应该看到，我国钢铁工业整体能耗水平与工业发达国家相比还存在一定差距。当前我国钢铁工业在技术装备、环保水平等方面还存在多层次、不同水平共存的现象，还有一批技术经济指标落后的生产能力在运行。如何在满足国民经济可持续发展需要的前提下，最大程度地提高能源使用效率，加快节能减排步伐，仍是摆在钢铁工业面前亟待解决的重要而紧迫的课题。七、钢铁工业实现低碳经济的主要手段回顾钢铁工业的发展进程，任何节能减排的成绩都是技术创新的结果。节能减排的效果来自直接和间接节能减排两个方面：前者指在钢铁生产中直接减少能源物质的消耗和废弃物排放，后者则指使用先进钢铁产品所带来的潜在的节能减排效益。根据有关研究在钢铁工业的生产流程中短流程（废钢—电炉—连铸—连轧）产生的二氧化碳最低，目前世界电炉钢比为30%以上，而我国只有10%左右。因此要提高电炉钢比重。与此同时，长流程中的还原工序，也会因减少焦炭消耗，熔融还原技术的成熟、完善，而逐渐扩大直接还原、熔融还原比重，以减少碳的排放。提高钢铁产品的力学性能、延长生命周期也会间接降低钢铁生产和产品使用对环境的负面影响。持久耐用的钢铁产品会减少社会对新钢材生产的需求，从而可有效减缓自然资源消耗。以高强度钢（AHSS）为例，通过使用AHSS钢，可以降低汽车用钢量，从而减轻车重9%，在汽车使用期间油耗降低5.1%，整个生命周期内GHG排放降低5.7%，同时不会牺牲汽车的安全性。通过洁净钢生产技术和凝固、轧制、冷却过程控制技术，生产洁净度和均匀度高、晶粒细化、相变强化的钢，从而节省或少用合金资源，生产出高强度、超高强度的资源节约型钢材。此外，提高钢铁资源的循环利用率也是节能减排的重要途径，如废钢和含铁废弃物的有效利用能显著减少资源和能源消耗。钢可以实现100%的循环利用，其循环利用不会造成特性损失，并可以显著降低钢铁生产成本，同时节约铁矿石、煤和石灰石。○参考文献：

[1]中国冶金报社《中国钢铁大趋势》编写组.中国钢铁大趋势[M].北京：经济日报出版社，2008.

（作者单位：1.武汉钢铁集团公司，湖北武汉430080；2.武汉钢铁股份公司，湖北武汉430080）（