科學評價我國鋼鐵工業CO2排放

王維興     (中國金屬學會  北京  100711)

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全球大氣溫室效應與日俱增，引起了地球人的極大關注。為減緩溫室效應的增長速度，人們開展了大量的科學在研究和探討。

1.  全球CO2排放的分析

據國際鋼鐵協會分析，2001年全世界按經濟行業分類的二氧化碳排放量，4個行業（公共、供電與供熱占37％，內部交通占18％，制造業和建筑業占17％，住宅占8％）占總排放量的80％。

全球行業的溫室氣體排放量占全球的21％左右。在工業領域中，化工和石油化工類占23％，水泥為18％，鋼鐵占15％，有色金屬占7％，食品和煙草占5％，紙漿、造紙、印刷占5％，其他產業占24％。全球鋼鐵工業的溫室氣體排放占全球的3％～4％。2006年全球噸鋼CO2排放量為2.1t。

近年來，全球鋼鐵工業全面推進鋼鐵循環利用；將冶煉爐渣去制造水泥，大大減少了水泥生產過程中CO2的產生。鋼鐵工業廣泛推廣應用先進的生產工藝技術設備，大力發展循環經濟，使全球每年減少6億t的CO2排放。

2.  我國鋼鐵工業的CO2排放

2010年中國產鋼6.2665億t，占全球鋼總產量的44.90％;鐵產量為5.9021億t，占全球鋼總產量的57.24％。由于我國鋼鐵生產中的鐵鋼比高，電爐鋼比例低，以及鋼鐵產業集中度低和冶金裝備容量偏小等原因，使我國鋼鐵工業CO2排放量占全球鋼鐵工業CO2總排放量的51％，而歐盟為12％，日本為8％，俄羅斯為7％，美國為5％，其他國家17％。

我國鋼鐵生產中的鐵鋼比高，是噸鋼綜合能耗高, CO2排放高的主要原因.2010年我國鐵鋼比為0.9440,比上年降低0.0139.國際平均為0,54,我國比國際平均高0.4. 鐵鋼比高0.1, 噸鋼綜合能耗高50kgce/t.

大氣中CO2排放的主要來源有20％是來自燃燒碳素引起的。降低鋼鐵生產過程中CO2排放，主要工作內容就是要節能降耗。我國鋼鐵生產的能源結構中煤炭占80％左右，煉鐵工序能耗占鋼鐵聯合企業的總能耗50%以上,其主要用煤工序就是煉鐵用的燃料（焦炭+煤粉）。所以，從宏觀上講，鋼鐵工業降低噸鋼綜合能耗，就是減少CO2排放；從具體工作上來看，降低煉鐵燃料比就是減少CO2排放工作的重點。

2010年，我國重點鋼鐵企業能耗和煉鐵指標取得了歷史最好水平，詳見表1.

從表1可看出，2010我國鋼鐵工業企業節能減排是取得了顯著成績，特別是高爐煉鐵燃料比下降是在入爐礦含鐵品位下降1.08％條件下所取得的，且下降幅度較大,促進了我國鋼鐵工業CO2排放量的降低。

國際鋼鐵協會公布2006年世界平均煉鐵燃料比為543kg/t,德國Deutschland的燃料比為486kg/t,是國際先進水平. 2010年我國重點鋼鐵企業煉鐵燃料比為518kg/t(尚缺少小塊焦比),是低于國際平均煉鐵燃料比.這說明我國噸鋼CO2排放量也是低于國際平均水平.只是我國鋼的產量大,才造成我國鋼鐵工業CO2排放總量大.

3.  我國鋼鐵工業CO2排放居世界第一，是社會發展階段特殊性決定。

中國是世界上最大的發展中國家，正處在國民經濟建設的高漲時期。社會發展需要5億我鋼材來支撐經濟建設正常發展。中國鋼材使用的最大量是用于基本建設，包括房屋、道路、交通、公共輔助設施等。這充分體現出我國歷史發展進程是處于社會基本建設階段。用于基本建設的鋼材返回社會中的廢鋼需要30～50年。這就使我國是處于廢鋼短缺階段，并且在短期內不可能得到較大的改觀。這種現象必然會導致我國鋼鐵生產流程是以高爐煉鐵的長流程為主。國際鋼鐵協會的技術分析報告指出，西方傳統高爐流程的生產企業，噸鋼CO2排放量在1.7t左右；而完全使用廢鋼為原料進行生產的電爐煉鋼企業，噸鋼CO2排放只有0.4t。這就說明了我國鋼產量占世界的44.90％，而鋼鐵工業CO2排放量占世界51％的原因。

我國鋼鐵工業能耗水平與工業發達國家相比差距在10%左右。產生差距的主要原因是我國尚有一批技術裝備落后的小高爐，小轉爐仍在生產，而且環保設施也不完善。目前，寶鋼、鞍鋼、武鋼、首鋼、馬鋼、太鋼等大型鋼鐵企業的綜合設備、技術裝備水平已達到世界先進水平。如2010太鋼高爐入爐焦比為325kg/t，噴煤比為171kg/t，熱風溫度為1218℃、煉鐵工序能耗為365.58kgce/t寶鋼高爐焦比為300kg/t，噴煤比為169kg/t，風溫為1213℃等指標已達到國際先進水平。這些企業的能耗和CO2排放量均屬國際先進水平.但是我國仍有一批落后小冶金設備在生產,這說明我國鋼鐵企業發展是處于多層次，不同技術水平共存階段。

近年來，我國加快了高爐大型化進程，至2009年上半年，我國已擁有大于1000m3以上容積的高爐26多座，大于4000m3級高爐已擁有14座，津唐公司曹妃甸5500m3高爐已投產，沙鋼5800m3高爐已投產。高爐大型化會促進煉鐵降低CO2排放，這是我國煉鐵技術發展的主流。

中國經濟建設的發展，還會推動鋼產量的升高。但是，中國鋼鐵工業科技進步的步伐加快會有力進促進CO2減排工作是向良性方向發展。目前，我國已有三分之一的冶金技術裝備達到國際先進水平，一批先進的大型現代化焦爐、燒結機、高爐、轉爐和電爐還會相繼投產，還會促進我國鋼鐵工業節能減排工作的發展。如在建的大于1000m3以上容積的高爐就有24多座。總體上講，我國鋼鐵工業噸鋼CO2排放會逐年降低。

4.  鋼鐵企業降低CO2排放工作的重點是在煉鐵工序

近幾十年，我國鋼鐵生產仍將是要以高爐長流程為主。因為廢鋼的短缺還會費在較長時間內存在，大多數成功的非高爐煉鐵是要在特定條件下去實現的。高爐煉鐵工序能耗要占鋼鐵聯合企業總能耗的50％～60％。所以，減少CO2排放的重點工作要放在煉鐵工序。高爐煉鐵所需要的能源有78％來自碳素燃燒（焦炭和煤粉），19％來自熱風帶入，3％為原料的化學熱。說明高爐煉鐵節能工作重點是降低燃料比.

2006年國際鋼鐵協會公布，世界高爐平均燃料為543kg/t，德國Deutshland為486kg/t，中國臺灣為488kg/t，歐盟15國平均為494kg/t，南美洲為496kg/t，日本為498kgt，韓國為503kg/t，北美為510kg/t，中國為555kg/t。

我國鋼鐵工業生產統計中尚沒有高爐煉鐵燃料比這個項目，建議應增補這一統計項目，以利于我國鋼鐵企業與國內外同行進行對比。燃料比的內容應包括：焦比+煤比+小塊焦比。而且煤比的數字是不能用析算系數來換算，要用實際噴煤量數值。目前，我國高爐使用小塊焦的方法有3種。一種為中心加小塊焦，一種為在燒結礦中混裝小塊焦，一種為焦炭分級入爐中使用小塊焦，2008年我國2000m3以上容積的高爐大多數使用小塊焦比例在30～40kg/t。寶鋼1號高爐焦丁比為13kg/t，為最低；太鋼1800m3高爐小塊焦比為97kg/t，為最高。2008年我國部分高爐燃料比較低的高爐見表2。

表2  2008年部分高爐燃料比情況

從表2可看出，我國一批大型高爐的燃料比已經達到國際先進水平。說明我國已經全面掌握了先進的高爐煉鐵技術，只是全國技術的普級與提高不夠。

中國煉鐵燃料比高于國際平均水平的主要原因是，中國煉鐵產業集中度低，是處于多層次，不同生產結構，各種技術經濟指標共同發展階段。小高爐的工序能耗要比大高爐高出50～80kgce/t，所使用的原燃料質量也要比大高爐所用的質量差。所以說，小高爐的CO2排放量是一定會比大高爐排放的要多。因此，我國要加大淘汰落后小高爐的工作力度。

4.降低煉鐵燃料比的因素分析

影響高爐煉鐵燃料比的因素有上百種。不可能只望采用了3～5項技術就可以實現低燃料比。要用系統工程的觀點去分析各企業存在的主要問題在哪，抓住主要矛盾進行綜合治理。如我國中小高爐的熱風溫度普遍低于大高爐，應當重視對熱風爐的技術改造，使之能提供1200℃以上高風溫。

表3  影響高爐燃料比（焦比+煤比+小塊焦比）變化的因素

2008年建設部公布的《高爐煉鐵工藝設計規范》中對燒結、球團、焦炭質量按不同容積的高爐均有具體的描述。國家環保部公布的《鋼鐵行業清潔生產標準（燒結）（高爐煉鐵）》也有相關能耗，污染物排放標準。各煉鐵企業應當結合本企業具體情況認真進行對照分析。目前，我國中小高爐熱風溫度偏低，爐料成分波動大是影響實現低燃料比的主要原因。總體上講，我國焦炭灰份比工業發達國家高3％，含硫高約1.5％，是使我國燃料比的重要原因。

5.科學評價我國鋼鐵企業CO2排放

1）我國鐵鋼產量占全世界的57％左右，并且生產是以高爐長流程為主的現狀，決定了我國鋼鐵工業CO2排放總量居世界前列，并且在短期內不會較大改善。這是由于國民經濟建設需要有較大鋼鐵材料供應量的支撐。

2）我國目前是處于向小康社會發展階段，鋼材主要是用于基礎設施建設。中小企業所生產的品種、成本、地域性供應有一定優勢。所以，提高鋼鐵產業集中度要有個時間過程，不能操之過急。

3）鋼鐵企業降低CO2排放，需要進行綜合治理，要抓住幾項關鍵的先進工藝技術，加大進行普級推廣。如高風溫技術，原燃料混均技術，提高焦炭質量技術，高爐高效化操作技術，提高噴煤比技術等。不要指望采用1~2項技術措施就能大幅度降低CO2排放量,要做大量細致的工作,才能實現全面解決降低CO2排放問題.

4）提高能源利用效率

充分、科學、合理利用好鋼鐵企業的副產煤氣，是提高能源利用效率的主要方面。一是要最大限度地用好副產煤氣，取消企業內一切燒煤燒油的爐窯，用副產煤氣去替代。采用蓄熱式燃燒技術，充分利用好低熱值的高爐煤氣，盡量替代高熱值的焦爐煤氣。焦爐煤氣可以提取氫氣，可以用于非高爐煉鐵的還原劑。焦爐煤氣直接吹入高爐是有較好的節焦效果。副產煤氣用于發電是不得已的行為。因為煤氣—蒸汽—發電的能源利用效率只有32％左右；即使用燃氣輪機去發電，能源利用效率也只有45％。所以，我們應當大力開展焦爐煤氣吹入高爐的工作。這是鋼鐵企業提高能源利用效率,降低CO2排放的有效措施.