钢铁企业CO2排放计算方法探讨.pdf

钢铁企业 co2排放计算方法探讨 王维兴 （中国金属学会,北京 100711） 摘 要 通过对我国钢铁企业各工序 co2排放现状的分析和与国际对比， 可以看出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相比有较大差距。我 国不能延用国际钢铁协会提出了钢铁工业 co2排放计算公式； 要结合我国具体情况， 提出具有符合我国钢铁工业生 产特点的 co2排放计算办法。 关键词 co2 排放 计算方法 discussion on the calculation method of co2 emission in chinas steel enerprise wang weixing （the chinese society for metals, beijing, 100711） abstract analysis on the chinese steel enterprise process co2 emission situation and compare with the international calculation method of co2 emission, the article points out there is a big gap between industrial countries and china in product structure (ratio iron steel), equipment level, production condition (quality fuel) and energy structure. according to the situation of chinas steel enterprise, propose the calculation method of co2 emission in line with the characteristics of chinas steel industry. key words co2，emission，calculation method 全球气候变暖受到地球人的关注，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， 呼吁地球人要减少 co2排放。 我国政府已向世界承诺， 到 2020 年中国的单位 gdp 值 co2排放与 2005 年相比减少 40%45%。 世界其他国际也在制定减少 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。他们是根据日本、西欧等工业发达国家钢铁企业情况而得出的 公式。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相比有较大差距。所以，我国不能延用国际钢铁协会提出了钢铁工业 co2排放计算 公式；要结合我国具体情况，提出具有符合我国钢铁工业生产特点的 co2排放计算办法。 1 钢铁工业 co2排放现状 我国钢铁工业是能耗大户，占全国总能耗的 16.1%，co2排放占全国总排放的 11.2%左右。我国钢铁工 业发展和碳排放越来越受到社会各界的关注。 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，中国钢铁企业是一定能够完成国家提出的 co2减排目标。 德国蒂森克鲁伯钢铁公司认为，钢铁工业各工序 co2排放所占比重，见表 1. 钢铁企业 co2排放计算方法探讨 8-35 表 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，%73.611.5 8.7 4.4 1.7 0.1 联合国气象组织（简称 ipcc）发布2006 年国家温室气体清单指南 ，提出对应指南给出“缺省因子”， 钢铁行（企）业 co2排放系数（强度） ，见表 2. 表 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） 2.5 0.2 0.56 1.35 1.46 0.08 上述数据是适应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，我国国家统计 局统计口径是除钢铁生产企业外，还含盖了铁合金、一些小型轧钢厂，统称为“黑色金属及压延”。所以，吨 钢综合能耗和 co2排放系数的计算，国内外是有较大的差异。 钢铁企业 co2排放主要是由燃煤所产生的。我国钢铁工业用能结构中，有 80%是煤炭。生产用煤炭的 工序主要是炼铁、烧结、球团。2010 年重点钢铁企业高炉燃料比为 518kg/t,烧结固体燃耗为 54kg/t,部分链箅 机-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。高炉本体身不产生 co2排放，产生的高 炉煤气是给煤气管网，有 45%的高炉煤气去烧热风炉，是体现在热风炉废气的 co2排放。燃煤和用副产煤 气的炉窑会产生 co2排放。转炉生产脱碳，会产生 17%左右的 co2，75%的 co.转炉煤气是要回收，一般不 外排。工业发达国家是以短流程电炉为主，用电力较多，煤炭少，是在优化生产条件下组织生产的，所以企 业 co2排放少。 2 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。所以，吨钢综合能耗数据的对比，在企业内部进行 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体设备指标对比是有价 值的。 2010 年中国的铁钢比为 0.944;世界平均为 0.738，扣除中国后为 0.573，美国为 0.332，德国为 0.543，法 国为 0.469. 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。 2010 年我国年产铁 1000 万吨以上的钢铁企业有 8 个，他们的总产量为 13530 万吨，占全国总产量的 22.93%；高炉平均燃料比为 494.2kg/t, 炼铁工序平均能耗为 405.35kgce/t;其燃料比和炼铁工序能耗指标已达 到国际水平。炼铁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的产生 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排放是接近国际先进水平。经研究计算， 我国特大型钢铁企业的吨钢 co2排放系数是在 1.7 左右。 3 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炭，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。这里有原料混均程度、料层厚度、配入除尘灰（含炭量多少）数量、以及采用各项先进技术情 况有关。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就要多，co2 排放也会多。这里还有操作水平对固体燃耗有影响。2010 年重点钢铁企业烧结固体燃耗为 54kg/t，co2排放 系数不会超过 0.2。 第八届（2011）中国钢铁年会论文集 8-36 4 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、高炉操作水平等。 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排放量主要由风口燃烧炭决定，是以产生煤 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。 2000m级以上的高炉 co2 含量在 20%24%，co 含量在 25%以上。小于 1000m级以下的高炉 co2含量 16%20%,但 co 含量要高于 大高炉，体现小高炉能源利用效率低。表面上看，大高炉煤气中 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（顿铁风量比大高炉高 200m以上） 、高冶炼强度的操作 方针有直接关系。一般高炉顿铁煤气发生量在 14001800m/t。正常情况下，高炉消耗 1t 碳素，需要 2400m 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的数量影响，远大于煤 气中 co2含量高对 co2排放的影响。总体讲，小高炉的 co2排放强度肯定要比大高炉高。 5 转炉工序 co2排放分析 2011 年首季重点钢铁企业转炉煤气回收量为 81m/t 转炉煤气中 co 含量在 75%左右，co2含量在 17% 左右，热值为 2000kcal/m。企业之间煤气回收量差距也很大。一方面是各企业回收 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，一批小转炉是不进行煤气回收， 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。所以，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。 6 电炉工序 co2排放分析 我国特钢企业大多数已配备小高炉（目前，只有二个企业还没上高炉） ，行业平均使用近 50%的热铁水 进行电炉冶炼，最高的热铁水比例超过 85%。总体上讲，我国已不是单纯的短流程电炉生产。所以，评价 我国电炉工序 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，高炉和电炉 两个部分，再具体分析。高炉的 co2排放在第 4 部分有描述；电炉工序 co2排放分析，也不仅是用废钢冶 炼的计算，还要有铁水脱碳所产生的 co2排放。我国一些电炉已是能源多源化，进行吹氧、喷碳，降低冶 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排放系数要远大于国际 平均水平。 7 结论 联合国气象组织（简称 ipcc）发布2006 年国家温室气体清单指南 ，提出对应指南给出“缺省因子”， 钢铁行（企）业铁钢工序 co2排放系数（强度）计算，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。我国钢铁企业在进行计算 co2排放系数，还是要将炼铁和炼钢分开。总体我国铁钢 比高，c