钢铁工业与低碳经济(终稿).doc

钢铁工业与低碳经济武汉钢铁（集团）公司运营改善部 刘晖武汉钢铁股份公司营销总公司 薜俊关键词：钢铁工业 低碳经济 科技内容摘要：随着气候变暖，人们对低碳经济的关注与行动也日趋强烈。低碳经济为我们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。高炉是钢铁生产中CO2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CO2排放量是全球钢铁业关注的焦点。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。当前，气候变暖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，人们对低碳经济的关注与行动也日趋强烈。低碳经济为我们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。今年9月22日，国家主席胡锦涛在联合国气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ha，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、二氧化碳与碳的换算一吨碳在氧气中燃烧后能产生大约3.67吨二氧化碳。其计算是这样的：碳的分子量为12,二氧化碳的分子量为44,44/123.67。 CO2排放量的计算:CO2排放量计算关系式 Q=(EAB) R44/12其中：Q CO2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。 二、钢铁工业与低碳经济在近代工业革命过程中，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。这是原因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限制，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。三、国外新的钢铁生产工艺高炉是钢铁生产中CO2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CO2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C02排放的新的钢铁生产工艺。在欧盟支持下，欧盟15国48家钢铁企业于2004年组成一个共同体，启动了超低C02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1520年。行动计划包括多种减排CO2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C02工艺；氢炼钢；铁矿石电解等。20042005年，ULCOS项目第一期工作已结束，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CO2排放降低25%，若与CO2固定技术CCS结合，C02排放可降低50%。由日本新能源产业技术开发机构牵头，5大钢铁公司和新日铁工程公司联合开发的COURSE50项目，目标是开发减少高炉CO2排放量技术和从高炉煤气中分离、回收CO2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；C02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CO2 30%，使吨钢CO2排放从1.64吨降低到1.15吨。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），他们称之为POX（部分氧化重整），并将重整后的富H2煤气（H2 65%，CO35%）吹入高炉或用于直接还原。四、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t标煤，同比下降5.25%；吨钢耗用新水4.49tt，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面的巨大进步。在肯定长足进步的同时，我们也应该看到，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。五、技术进步是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CO2最低，目前世界电炉钢比为30%以上，而我国只有0%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。以先进高强度钢(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%，在汽车使用阶段油耗降低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，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。六、武钢开展循环经济的作法与成效61武钢循环经济发展模式的探索钢铁生产涉及工厂与社会之间、厂际之间、工序之间的关系，其循环关系如图，这其间会产生大量的废弃物，这些废弃物中常富含有铁、熔剂和燃料等残留物。当前，人们的环保意识越来越强，加之激烈的市场竞争对低成本的要求，以及对废料中矿物等价值的进一步认识，使钢铁企业不断尝试将这些废弃物进行回收利用。6.1.1加强原燃料管理，保证使用资源的质量，减少一次资源的损耗(1) 继续坚持精料方针，降低能耗、物耗。坚持精料方针符合资源减量化和高效利用的要求。因此，在物质采购和验收方面，要坚持优质优价的原则，以保证质量为前提，坚决杜绝以次充好、滥竽充数的现象发生。(2) 降低原燃料途损。加大进口矿石二程船直达各港口的运输力度，减少三程船运输数量，减少运输途耗；对矿石采购、装载、运输、堆放、计量等各个环节制定相应经济责任制。6.1.2对钢铁生产伴生资源进行资源化管理(1) 把伴生资源列入年度生产经营计划，参与物料平衡。(2) 理顺伴生资源关联交易。针对目前市场上资源紧张，各种资源的价格猛涨的形势，根据市场规律，及时制定、调整合理的伴生资源关联交易价，均衡总公司与子公司、分公司的利益关系，提高二次资源产生单位的积极性，避免因价格不合理导致武钢资源流向社会的现象发生。这种管理方式容易产生漏洞甚至造成资源流失。(3) 完善伴生资源内部管理制度。由于目前伴生资源经营多元化，伴生资源的回收单位和环节较多，回收管理体制较为分散，形成多种关联交易，不能做到集中统一管理。而且大部分二次资源出厂没经计量，采用估量的办法。实际上随着武钢的产能扩大，伴生资源的数量也会相应增加，这种静态估量的办法不合理，也不科学。公司应加强二次资源的计量工作，简化回收管理程序和环节，做到制度健全、核算规范、管理完善。6.1.3拓展伴生资源的发展领域(1) 大力发展煤焦化工。在对煤焦油深加工回收的化学产品方面，武钢焦化公司现已能回收焦化产品约30种，与国际上最好水平已达100多种相比还有差距，还有待进一步加大回收力度，延伸焦油加工产业链，以提高伴生资源的附加值和经济效益。(2) 大力发展磁性材料。武钢除了有效利用钢铁冶炼过程中产生的冶金渣、尘泥含铁资源外，可充分利用武钢氧化铁皮生产高品质的磁性材料的优势，采取措施加快磁性材料的发展步伐。(3) 汽车工业的快速发展对汽车零部件需求也随之加大，从而推动了粉末冶金制品的发展，使粉末金属零部件的应用急速上升。建议公司利用武钢钢铁生产中伴生的氧化铁粉，发挥资源优势，大力发展粉末冶金制品，满足市场需要，推动开发具有自主知识产权的产品，延伸粉末冶金的产业链。(4) 拓宽钢渣利用领域。转炉钢渣经过磁选等加工处理后剩下的尾渣，除了用于生产水泥和建筑材料外，还可探索其它综合利用的技术和途径，按照其成分、化学特性等开发新型材料及其它高新环保产品，例如，利用其中富含的钙、磷、硅等矿物质，开发生产复合矿物质肥料等。(5) 提高稀有气体回收量。将制氧过程中产生的稀有气体回收利用，加大市场营销力度和稀有气体回收量及价格管理，可进一步提高企业的经济效益，增强企业的竞争力。6.1.4加大资金投入，推广先进的节能技术，实现能源转换功能。钢铁生产过程中要产生大量的煤气、蒸汽等能源，这些能源应通过不同的转换技术，将之回收利用，这不仅可降低能源消耗，还可减少排放，降低社会环境负荷。武钢的能耗指标较高，在节能降耗方面还大有潜力。如：将现有的焦炉改造后全部配备干熄焦装置，以及配套的蒸汽发电装置，将湿法熄焦浪费的热能转换为电能；拓宽高炉煤气、转炉煤气用户，加大向自备电厂的煤气供应量，力争实现煤气零放散；钢铁生产过程中利用余热产生的蒸汽除满足生产需要外，要逐步向居民生活区延伸。6.1.5以技术为支撑，生产寿命周期长的产品钢铁产品是人类社会最重要的基础材料，从循环经济的观点看，产品的性能、质量固然重要，但更重要的是延长产品的使用周期，防止产品过早地成为垃圾。因此，武钢应多研究和生产市场需求的高强度、耐磨损、耐腐蚀产品，延长钢铁产品的寿命周期，减轻社会废弃物产生量和环境负荷，实现钢铁生产的经济和环保“双赢”。6.1.6实现社会大宗废弃物处理与消纳功能钢铁工业实施循环经济存在巨大的潜力，发挥钢铁企业的三大功能钢铁产品制造功能、能源转换功能和社会大宗废弃物处理与消纳功能，是钢铁企业融入循环经济社会的有效途径。武钢在消纳处理社会功能方面有待拓展和开发。武钢目前仅能处理各种废钢，如废汽车、废家电等大宗社会废钢。对于处理大宗废塑料、废轮胎、社会垃圾、社区污水等正在起步。从目前的环境状况和武钢所处的地理位置来看，武钢在钢铁产品生产的同时，应肩负起治理周遍环境污染的社会义务。这对于节约自然资源、降低能源和原材料消耗、减少环境污染、降低生产成本和增加就业机会等都具有重要的意义。七、武钢开展循环经济取得的成效实现又好又快发展，是国企的政治责任和经济责任。在谋求发展的同时，让山青水碧天湛蓝，是国企义不容辞的社会责任。“十一五”期间，武钢将创建资源节约型、环境友好型企业提到重要议事日程，有规划、有措施、有考核、有成效。2008年，公司吨钢综合能耗729.8千克标煤、吨钢SO2排放量1.88千克、吨钢烟粉尘排放量0.83千克、吨钢工业废水排放量8.91吨，分别比2007年下降2.67、19.51、12.69、20.43。固体废弃物综合利用671万吨，综合利用价值17.1亿元，分别比2007年增长10、18.18。武钢被授予“湖北省2008年十大节能减排行动环保创新单位”荣誉称号。武钢在创建环境友好型和资源节约型企业的进程中，采取一系列环境经济创新的做法，采用先进的生产技术、工艺和装置，污染治理与回收利用并举，不仅使污染得到了治理、资源得到了回收利用、企业成本降低，还创造了巨大的企业效益。到目前为止，武钢已拥有废气治理设施130台套，废水处理设施27台套，废渣处理设施5台套，形成了废水处理能力170万立方米/天，废气处理能力1370万立方米/小时，钢渣年处理能力400万吨的规模。武钢发展循环经济取得的主要成效有：7. 1提高一次资源的利用率在原料采购和管理方面，坚持优质优价原则，提高质量降低单耗；在运输方面，加大进口矿石二程船直达各港口的运输力度，减少三程船运输数量，从而减少运输途耗；对矿石采购、装载、运输、堆放、计量等各个环节制定相应的经济责任制；生产技术部门根据工艺要求，不断修改完善原料和产品标准；质检部门认真履行职责，严把外购原料的质量关，保证外购原料的质量；设备部门加强设备维护和点检，提高设备运行效率, 减少原、燃、材料在运输和生产过程中的损失，杜绝“跑、冒、滴、漏”现象的发生。7.2气体回收利用1.稀有气体回收利用钢铁生产需要大量的氧气、氮气和氩气等气体，这些气体通过制氧工艺产生。制氧过程中，除生产以上气体外，还要伴随产生大量的稀有气体。目前，武钢是国内最大的空分工业气体生产基地之一。生产的气体除满足钢铁生产需要外，剩余部分实行外销，如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等惰性气体以及部分氧气、液氮等。2006年武钢外销惰性气体及部分氧气、氮气、氢气（由PSA即焦炉煤气变压吸附制氢生产）、液氧、液氮、液氩、特气和乙炔气，实现销售收入7768.3967万元，较上年增加2309.4962万元。2.可燃气体和余热余能资源的回收利用武钢将钢铁生产过程中产生的高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气全面回收利用，实现了可燃气体零排放，回收的煤气除了用于生产外，同时还将煤气的余热和余压加以回收，用来生产蒸汽、发电和供暖等。3.可燃气体回收利用。武钢回收的可燃气体除了用于生产外，多余的气体用来产生蒸汽和电力。通过燃烧煤气发电，2006年比2005年多生产340000KWh，按照现行平均电价0.57元/KWh计算，经济效益较上年增加3400000.57元/ KWh =193800万元。4.采用干熄焦技术，利用焦碳显热进行发电、产汽。武钢投资建设的7号、8号焦炉和9号、10号焦炉干熄焦装置年可回收能源4万吨标准煤。2006年两座干熄焦装置共发电45187260KWh，产蒸汽3105690GJ。按照现行平均电价0.57元/KWh、蒸汽24元/GJ计算，干熄焦装置2006年创经济效益=45187260KWh 0.57元/度+3105690GJ24元/GJ25756738元+74536632元=10029.337万元，在改善职工工作环境和保护生态环境方面创造的社会效益更是显著。5.利用高炉炉顶煤气压差发电（TRT）。武钢高炉炉顶煤气剩余压力在0.18Mpa左右。为回收高炉煤气剩余压力能源，武钢在炼铁厂每座高炉都配备了TRT发电装置。2006年发电量28295万KWh，吨铁发电量为25.7KWh，年创经济效益=28295万KWh0.57元/KWh =16128.5万元。与2005年相比，发电量增加28295-21144=7151万KWh，吨铁发电量增加25.7-20.8=4.9KWh，经济效益较上年增加4076万元。6.余热回收循环系统。六高炉热风炉双预热器，通过利用热风炉烟气预热煤气和空气，高炉风温提高40以上。三烧、四烧和新二烧的冷却机废气余热回收，分别生产低压蒸汽16-22 t/h。在轧板厂、大型厂、二热轧的四座步进式加热炉上采用汽化冷却技术，每炉生产低压蒸汽10-14t/h。年创经济效益（163+104）t/h24h24元/GJ350/3=591.36万元。其它节能重大措施还有：为降低高炉、转炉煤气放散，建设冶炼供热电站、两座高炉煤气柜和一座转炉煤气柜；采用蓄热式燃烧技术（HTAC），最大限度地回收高温烟气余热，取得了显著的节能效益。3.2.3工业用水循环利用武钢投资3.8亿元实施节水示范企业工程，从补充新水到生产过程用水、工业污水回收、污水处理，替代新水，实现水资源利用的循环链。武钢将老区部分系统，包括焦化、烧结、炼铁、鼓风站及老三轧系统等，由直流供水改为循环水。其中“蒸汽鼓风机站直流供水改循环水”工程，循环利用率可达97%，年平均降低新水至少1亿吨。2006年12月30日，邓崎琳总经理启动取水泵组按钮蒸汽鼓风机站直排水改循环水工程正式竣工投运。“4号高炉冲渣水直流供水改循环”年节约新水4100万吨。节水示范工程全部实施后，武钢水循环率将由87%提高至95%以上，吨钢耗新水有望降至6吨以下。2006年吨钢耗新水10.66t/t，与2005年的18.13t/t相比，降低7.47 t/t，创下吨钢耗新水有史以来的最低记录。7.3固态废弃物循利用从铁矿石等原料投入，到钢铁产品生产，固态废弃物全面回收利用。1.二次资源循环利用。钢铁生产过程中生产的含铁二次资源，如瓦斯灰、瓦斯泥、除尘灰、钢渣等在武钢内部的循环利用，既缓解了矿石紧张的矛盾，降低了生产成本，又实现了含铁尘泥的零排放。2006年，烧结厂加大综合利用力度，全年共消化二次资源69.8万吨，较2005年增加37.8万吨，按二次资源和进口粉矿平均价380元/吨和560元/吨计算，2006年经济效益较上年增加37.8（560-380）=6804万元。2.拓展钢渣利用领域。目前，武钢钢铁渣综合利用率已经达到100%，将堆