7 钢铁行业碳排放现状及减排潜力分析-王岩

1、钢铁行业碳排放现状及减排潜力分析王岩研究员环境技术与工程研究部湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室2018.9.16提纲1研 究 背 景2碳排放数据库建设3钢铁行业减排潜力4工 作 方 向钢铁行业碳排放现状及减排潜力分析1研 究 背 景国际钢铁行业碳排放现状工业部门碳排放占全球碳排放36%钢铁行业为工业部门第二大排放行业，占比19%吨钢能耗趋于平稳碳排放强度近两年有所上升CO2 Emissions by Sector, 2015*数据来源于IEA和WorldSteel我国钢铁行业碳排放现状我国CO2排放总量居世界第一钢铁行业CO2排放约占我国工业排放总量的15%2014年，我国钢铁行业碳排放占世

2、界钢铁碳排放比重约为56%， 而粗钢产量占世界粗钢产量比重不到50%我国钢铁碳排放强度约为2tCO2/吨粗钢，低于世界平均水平，有减排潜力CO2 Emissions by Region, 2015CO2 Emissions by Sector in China, 2015*数据来源于IEA我国钢铁行业碳排放特征 长流程2.2 t CO2/吨钢，短流程0.5 t CO2/吨钢 中国，长流程生产占钢铁生产量的90% 钢铁产量大，铁钢比高 缺乏足够的废钢炼铁我国低碳政策发展及现状2015年5月8日，了中国制造2025（国发201528号），提出制造业发展的主要指标，其中碳排放指标为单位工业增加值二氧

3、化碳排放量到2020年比2015年下降22%，到2025年比2015年下降40%。2016年10月27日，发布了“十三五”控制温室气体排放工作方案（国发201661号），提出了全国碳排放的总目标：“到2020年，单位国内生产总值二氧化碳排放比2015年下降18%，碳排放总量得到有效控制”工业领域作为重点管控领域，要求到“2020年单位工业增加值二氧化碳排放量比2015年下降22%，工业领域二氧化碳排放总量趋于稳定，钢铁、建材等重点行业二氧化碳排放总量得到有效控制”。将有约300 家钢铁企业作为控排企业纳入碳排放权交易试点市场2020年后碳排放强度指标首次被纳入国民经济和社会发展统计公报2017

4、年到2020年， 碳强度要比2005年降低40-45%关于开展碳排放权交易中 国 将在2 0 1 7 年启 动 全国碳 排 放权建立碳排放配额管理制度，实施碳排放权交易2009年2011年2015年2016年钢铁行业碳减排面临巨大的压力及挑战！我国钢铁行业低碳发展路径思考摸清排放数据低碳技术研究精细化管理 企业缺乏有效管理手段， 造成能源浪费低碳管理体系建设生产流程智能化管控 行业总体发展不平均， 企业间能耗及碳排放差距较大 传统节能减排技术减碳潜力有限，难以实现碳减排目标CCUS生物质及可再生能源替代新型低碳冶炼工艺节能减排技术 碳排放基础数据缺失, 阻碍行业低碳发展碳排放数据库建设多工序碳

5、素流分析钢铁行业碳排放现状及减排潜力分析2碳排放数据库建设钢铁行业碳排放数据现状我国钢铁生产CO2排放研究不足-无可靠CO 排放数据2钢铁生产CO2排放计算方法存在差别-缺省因子有待检验IPCC 发布的涉及煤炭的碳排放因子来源：IPCC国家温室气体指南，单位进行了折算无法反映我国真实情况高估！煤炭种类含碳量C*氧化因子FO排放因子=C*FO*44/12炼焦煤0.7312.677烧结煤/喷吹煤0.6712.457基于碳素流方法， 结合我国钢铁实际生产，对生产涉及的碳元素进行定性和定量分析技术路线能源统计年鉴钢铁工业年鉴中国钢铁统计碳素流分析炼焦、烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢工序及企业碳排放计算文

6、献调研钢铁企业各工序实地调研获取我国钢铁行业材料消耗量建立材料含碳量数据集不同煤炭氧化因子计算钢铁行业碳排放计算构建钢铁行业碳排放子数据库钢铁生产范围及CO2排放界定研究方法原料消耗量*原料含碳量产品产量*产品含碳量 直接排放 =（碳输入 碳输出）*44 / 12外购电力等余热/余压发电等 企业总排放量 = 直接排放 + 间接排放 - 碳抵扣国家统计数据实测分析计算 直接排放量 =（燃料消耗量 * 含碳量 * 氧化因子）*44 / 12行业CO2排放企业CO2排放工序CO2排放调研企业地域分布HarbinUrumqiChangchunShenyangHohhotBeijingTianjinYi

7、nchunanXiningShijiazhuang TaiyuanJinanLanzhouZhen ZhouXianHefeiNanjingShanghaiChengduChongqingWuhanLhasaHangzhowNanchangChangshaTaipeiGuiyangFuzhouKunmingGuangzhouHongkong MacaoHaikouNanning样本覆盖率：调研企业产能之和达到行业产能62%；工艺流程、设备规模、原料来源100%覆盖样本调研量：调研22家企业，共206个工序段，430个样品调研企业工艺类型20家为高炉-转炉长流程企业，2家为废钢-电炉短流程企业我

8、国高炉-转炉长流程和废钢-电炉短流程粗钢产量占总产量99%以上， 调研企业覆盖我国钢铁行业主要生产工艺类型调研企业设备及原材料特征烧结机规格高炉规格15105010001000-3000 3000-5000（m3）SpecificationSpecification铁矿石煤炭Others10%He nan10%Brazil23%Others11%Shan xi44%Domestic17%An hui 5%Liao ning 9%He bei22%India6%Australia43%QuantityQuantity1050360（m2）煤炭含碳量20家长流程钢铁企业煤炭含碳量和IPCC缺省值对

9、比煤炭样本量消耗量占比含碳量与IPCC对比置信区间炼焦煤1181.4%测算值#0.7027低3.74%0.6667,0.7387IPCC缺省值0.73喷吹煤2016.8%测算值#0.7329高9.38%0.7105,0.7552IPCC缺省值0.67烧结煤201.8%测算值#0.6813高1.69%0.6594,0.7031IPCC缺省值0.67工序碳排放分析20家长流程钢铁企业涉及工序的碳排放kg-CO2/t steel 高炉、烧结工序是钢铁生产过程中CO2排放的主要工序企业碳素流分析企业 A22家企业均已完成碳素流的测算，建立了碳素流计算图集企业B钢铁碳元素流向分析碳元素流向图烧结煤炼焦煤

10、喷吹煤煤炭入口流出钢铁生产范围煤炭氧化因子：1- 未氧化碳元素量/输入碳元素量煤炭氧化因子分析 烧结煤利用未氧化碳元素存在烧结烟气未捕捉飞灰中 炼焦煤利用未氧化碳元素存在炼焦副产品和主产品利用残炭中 喷吹煤利用未氧化碳元素存在铸造生铁、粗钢溶碳和高炉渣中钢铁行业煤炭氧化因子20家长流程钢铁企业煤炭氧化因子和IPCC缺省值对比煤炭样本量氧化因子与IPCC对比置信区间炼焦煤11测算值#0.9354低6.46%0.9176,0.9525IPCC缺省值1.00喷吹煤20测算值#0.9745低2.55%0.9706,0.9784IPCC缺省值1.00烧结煤20测算值#0.9995低0.05%0.9994

11、,0.9996IPCC缺省值1.00钢铁行业CO2排放因子对比排放因子的差异炼焦煤数据均低于IPCC和WSA（国际钢铁）数据； 烧结煤、喷吹煤实测数据较IPCC和WSA数据互有高低煤种实测含碳量(kg-C/kg材料)测算氧化因子实测排放因子(kg-CO2/kg)IPCC排放因子(kg-CO2/kg)WSA排放因子 (kg- CO2/kg)炼焦煤0.70270.93542.412.693.06烧结煤0.68280.99942.502.532.46喷吹煤0.73250.97412.622.532.96钢铁行业直接碳排放量计算与IPCC评估值对比，为国际谈判和CO2减排提供支撑氧化因子贡献度78%；

12、含碳量贡献度22%煤炭* 消耗量/万吨含碳量氧化因子CO2排放量/万吨炼焦煤测算值1058770.70270.9354IPCC缺省值0.731.00117586烧结煤测算值炼0.焦682煤8 的含0碳.99量94较2855IPCC缺省值I P C C 缺3.50.96%7 ；值降低 化1因.0子0 降2803喷吹煤9518测算值低6.03%0.73250.9741测2算490结2 果 较IP CC 方法低IPCC缺省值0.671.007.02%3383合计测算值#133634IPCC缺省值143772钢铁行业煤炭消耗以炼焦煤为主， 占81.41%14143930数据库构建完成子数据库的构建，已

13、提供514条数据钢铁行业入口表钢铁行业出口表钢铁行业调查表工作意义化石燃料排放含碳量碳氧化因子各工序碳排放量提供研究方向：高炉气CO2捕集、高炉焦炭生物质替代民用煤新型煤化工传统煤化工建材有色钢铁火电工作意义： 利用碳素流分析方法，得出各工序碳排放量，为碳减排技术提供合理数据基础 修正钢铁行业直接CO2排放IPCC含碳量、氧化因子缺省值 我国钢铁行业直接排放较IPCC方法低7.1%钢铁行业碳排放现状及减排潜力分析3钢铁行业减排潜力钢铁低碳技术路线图Sensible Heat 二次能源利用 原料结构调整 能源结构调整 HYBRIT氢气直接还原技术 生物质冶炼技术 CO2捕集技术 CO2在钢铁生产

14、中的应用 CO2封存技术 FINEX ULCOSBF HisarnaCCUS新型低碳冶炼工艺 清洁原燃料替代 节能减排技术 钢铁行业节能技术路线图*来源于IEA,2015节能技术减碳潜力燃气轮机值班燃料替代技术冶金余热余压能量回收同轴机组应用技术技术名称“十三五”期间减排潜力（万tCO2e）高温高压干熄焦装置125钢铁行业烧结余热发电技术41转炉煤气干法回收技术66蓄热式转底炉处理冶金粉尘回收铁锌技术59无旁通不成对换向蓄热燃烧节能技术370炼焦煤调湿风选技术高炉鼓风除湿节能技术528螺杆膨胀动力驱动节能技术183矿热炉烟气余热利用技术177非稳态余热回收及饱和蒸汽发电技术277加热炉黑体强化

15、辐射节能技术79钢水真空循环脱气工艺干式(机械)真空系统应用技术581炭素环式焙烧炉燃烧系统优化技术21环冷机液密封技术103旋切式高风温顶燃热风炉节能技术26中低温太阳能工业热力应用系统技术312187全密闭矿热炉高温烟气干法净化回收利用技术53大型焦炉用新型高导热高致密硅砖节能技术288高炉冲渣水直接换热回收余热技术293焦炉炭化室荒气回收和压力自动调节技术340冷捣糊整体优化成型筑炉节能技术253烧结废气余热循环利用工艺技术378无引风机无换向阀蓄热燃烧节能技术26焦炉荒煤气显热回收利用技术210基于炉腹煤气量指数优化的智能化大型高炉节能技术92高辐射覆层技术24785542清洁原燃料替

16、代氢气直接还原技术整个生产流程 CO2排放量25kg，比高炉工艺排放量减少98%项目计划 20182024 年进行全面可行性究，建立一个中试厂，20252035年建设示范厂清洁原燃料替物质冶金技术新型低碳冶炼工艺FINEX煤炭和铁矿石作为原料，减少焦化、烧结、球团工序可减少二氧化碳排放40%45%新型低碳冶炼工艺ULCOS-BF高炉炉顶煤气中的CO2回收循环利用含有CO和H2成分的高炉炉顶还原煤气， 减少焦炭用量，碳耗降低24%用低温纯氧代替热风从炉缸风口吹入，除去氮气， 便于二氧化碳捕集，与VPSACCS技术联合应用， 最多可减少工序总碳排放量的76%新型低碳冶炼工艺HIsarna煤炭和铁矿

17、石直接入炉，减少焦化、烧结等高耗能工序可减少二氧化碳排放20%25%若与二氧化碳捕集工艺联合，则可实现碳减排达80%已完成示范项目建设，预计2022年建成第一套商业规模项目CCUS技术简介二氧化碳捕集技术路线图钢铁生产过程二氧化碳排放特征TGR：35%CO2Hlsarna：85%CO2Ramrez-Santos et al., Sep. Pur. Tech(2018)钢铁行业二氧化碳捕集技术研究进展3041US$VPSAPSA+深冷分离VPSAPSA+深冷分离深冷分离钢铁行业二氧化碳捕集技术研究进展气源捕集技术能耗成本应用情况新型胺类高效吸收剂2.7GJ/吨CO高炉煤气30t/d中试试验COURSE5027US$2高炉煤气10t/d示范项目POSCO氨水吸收4GJ/吨CO20US$2胺吸收技术UAEDRI烟气钢铁行业碳排放现状及减排潜力分析4工 作 方 向高炉气CO2捕集技术中试放大及产业化材料制备关键技术开发集成优化产业化示范未来在某钢厂完成工程示范并在钢铁行业内部实现技术推广1000t/y中试平台系统集成理性设计规模化示范规模化技术关键材料工艺优化构效关