钢铁联合企业CO2排放研究综述

摘 要：回顾了近年来国内外研究钢铁联合企业CO₂排放的文献,建立了钢铁生产过程碳素流模型;总结和分析了钢铁联合工业影响CO₂排放因素;介绍了国外利用reMIND和CLPEX建立的过程集成优化分析生产成本和CO₂排放量的模型;总结了钢铁联合企业CO₂排放量的估算方法和注意事项;提出我国钢铁联合企业目前应该加快建立适合本国钢铁联合企业温室气体排放计算标准和方法;展望了钢铁联合企业研究CO₂排放的研究方向。     

肯布拉港钢厂能源消耗和CO2排放模型

钢铁工业正朝着大幅降低能源消耗和CO2排放的方向努力。了解不同操作方案对节能减排的影响十分重要。综合数学模型可以作为评估不同方案的有效工具。博思格钢铁公司在肯布拉港钢厂(PKSW)采用了一种"钢铁联合企业能量和排放模型"(ISEEM),该模型以PKSW钢厂的物料和能量平衡为基础,范围是"从原料进厂到产品输出",即包括原料准备、高炉、炼钢、轧钢及其公辅设施。ISEEM以Aspen Custom Modeller(ACM)为平台,使用一种目标定位过程建模语言,能列出系列方程,描述各个单元操作。描述了ISEEM模型的关键要素及其对PKSW钢厂不同方案和基准操作的应用评估。同时还简述了博思格钢铁公司参与的两个CO2减排项目。     

德国和欧洲钢铁业减少CO2及其他污染物排放的措施

欧盟27国的钢铁联合企业拥有现代化的工艺装备,生产多品种的优质钢材。高炉-转炉流程仍将保持统治地位。钢铁厂环境排放的控制主要涉及粉尘、SO2、NOx、二恶英和其他污染物,其焦点之一是CO2排放和碳排放交易。对减排CO2的炼铁新工艺作了概述。德国钢铁工业向政府作出承诺:同1990年相比,2012年吨钢CO2排放削减22%。     

烧结工艺使用气体燃料喷入技术减少CO2排放

JFE钢铁公司开发了在烧结矿表面喷入含氢的气体燃料技术,可不增加焦粉配比,提高烧结矿质量。使用该技术,含氢气体可部分替代焦粉,使1200～1400℃的燃烧层变宽成为可能。通过X射线对多孔状的烧结饼进行CT检查与烧结锅试验,从理论到实践都证明了喷入燃料气体技术的使用效果。保持1200～1400℃的温度带,为生产高强度、高还原性的烧结矿至关重要,它能使合适的温度带变宽、液相率增加、提高1～5mm孔隙间的熔合并提升烧结矿强度。大于5mm的孔隙的烧结矿数量增多提高了料层的透气性,低温烧结工艺也抑制了铁矿石的自身熔化。而在未熔化的铁矿石中,小于1μm的微孔隙的存在也使烧结矿的还原性提高,从而改善烧结饼的孔隙结构,提高烧结矿质量。2009年1月,京浜1号烧结机应用了该技术,到目前为止工况稳定。结果,烧结工序的能源利用率大幅提升,减排CO2约6万t/a。     

钢铁生产主要节能措施及其CO2减排潜力分析

对钢铁生产流程中主要节能措施及其应用情况作了简单介绍,进一步分析了各种节能措施在我国钢铁工业CO2节能减排的潜力.     

中国重点区域钢铁产业能耗和CO2排放趋势分析

钢铁产业是区域工业发展的重点,也是区域协调发展的重要因素。采用自下而上的方法建立了重点区域钢铁产业能耗和CO₂排放模型,分析区域特征对钢铁产业节能减排的影响。模型以2015年为基准年,基于粗钢产量预测结果,设置了与节能减排技术普及和生产结构调整相关的4个情景,用于分析2015—2030年国内重点区域钢铁产业的能耗和CO₂排放。结果表明,降低钢产量是区域钢铁产业节能和CO₂减排的根本措施。随着重点区域的粗钢产量进入峰值区,技术普及因素的节能贡献力将持续减少,生产结构调整的节能减排贡献力则逐渐增强,成为重点区域钢铁产业节能减排的关键红利来源。同时还可得出,对重点区域钢铁产业发展影响最大的区域特征是市场需求,经济产业政策和环保要求对钢铁产业发展的影响程度逐渐增强。未来重点区域钢铁产业的发展仍以市场需求为导向,新增产能更倾向于布局在水资源丰富、交通便利的地区。     

日本为减排CO2而开发的高炉新型炉料

日本正在开发的高炉新型炉料具有显著减少CO2排放的作用。介绍了住友金属开发的C IS烧结矿,并与JFE开发的预还原烧结矿进行了比较。介绍了新日铁开发的高反应性焦炭和铁焦、JFE开发的铁焦球团、日本NEDO等开发的HPC并进行了比较。指出新型炉料的开发成功不仅对减少CO2排放具有显著作用,还非常有利于降低炼铁成本,提升钢铁企业竞争力。     

中国钢铁工业CO2减排的进步与展望

CO₂减排已引起中国钢铁行业的高度重视。中国钢铁行业20多年来,一直重视节能工作,并取得了巨大成就,成为CO₂减排最重要的基础。1990年以来,不同时间段的吨钢综合能耗年均降低值为3.02～5.85个百分点,主要大型钢铁企业能耗水平已与国外先进企业相当,干法除尘、冶金煤气、余压、余热利用技术水平不断提高,钢铁能耗统计不断完善,先进的“少碳”、“非涉碳”冶金技术正在研发。在保证中国发展的前提下,不断淘汰落后企业和装备,深化节能技术,进一步降低CO₂是中国钢铁工业最为迫切和长远的任务。     

钢铁流程结构及对CO2排放的影响

温室气体排放引起的气候变暖已经成为全球性的重要命题。介绍了国内钢铁工业温室气体(主要是CO2)的排放情况,指出能源消耗是造成钢铁工业CO2排放的主要原因。在对比两类典型钢铁生产流程的CO2排放情况的基础上,深入分析了钢铁工业的能源结构及不同流程中原燃料来源结构对CO2排放的影响;最后对新一代钢铁制造流程的CO2排放进行了估算。     

钢铁行业CO2排放特征及治理技术分析

针对钢铁行业CO₂减排严峻的问题,本文首先系统梳理了长流程炼钢各工序的CO₂排放特征,得出石灰窑烟气、烧结烟气、炼焦煤气、高炉煤气、转炉煤气中CO₂的体积分数分别为10%～40%、7%～10%、2%～4%、9%～12%、15%～20%;接着研究分析了碳替代与碳捕获等控碳技术,以及CO₂资源化利用技术,得出高炉富氢冶炼和富氢气基竖炉是我国氢冶金发展的两大主要方向,应重点采用化学吸收法进行CO₂捕获,在CO₂综合利用上,重点考虑针对钢厂特殊工序,CO₂作为搅拌、控温、覆盖保护、稀释气等发挥作用;最后结合某4×10⁶ t/a钢卷产能的长流程钢铁企业开展的CO₂捕获及综合利用项目分析了相关技术推行的可行性。本文可为国内钢铁行业科学精准有序降碳提供借鉴。     

钢铁企业二氧化碳减排技术浅析

分析了以碳素流为主要载体的钢铁冶金过程排放二氧化碳的特点,指出了高炉长流程炼铁工艺的CO2减排应将铁前系统作为突破重点,并逐渐推广以废钢为主要原料的电炉短流程炼钢。钢铁企业烟气CO2减排应充分考虑其烟气特性,借鉴现有较为成熟的吸收法、吸附法等捕集技术,开发与钢铁生产工艺相结合的CO2捕集技术和装备。     

Carbon dioxide emissions reduction technology and its application prospects in the steel industry

Fossil-fuel burning greenhouse gas induced global warming has been recognized as global environmental problems,reduce and ultimately control the energy production in the use of CO₂ emissions, global energy production will be a major challenge.As a highly intensive materials and energy,iron and steel enterprises,need to be invested to produce one ton of steel about two tons of material and 0.7 t of standard coal energy,and while producing two tons of CO₂.Therefore,reducing CO₂ emissions from iron and steel industry has become the focus of the global steel industry.This paper describes an integrated domestic and international measures to control carbon dioxide emissions research progress and future technology trends, with emphasis on the domestic steel industry emissions of carbon dioxide status of technology development and industrialization of implementation of the proposed on this basis,including dry quenching technology, gas,power generation,coal moisture control technology,blast furnace injection plastics technology,the use of coking process for treating municipal waste plastics technology,sintering heat generation,low pressure saturated steam for power generation,metallurgical slag heat recovery technology,coke oven gas hydrogen technology and the other key technologies energy saving technologies,including the development,promotion and popularization of the steel industry in China will be the CO₂ emission reduction technology direction and focus.At this stage,the Chinese steel industry can be improved the energy efficiency and recycling of waste heat and energy,reduce unit GDP,CO₂ emissions;but in the long run,should increase CO₂ capture and storage on the input of technology can possible effective control of the adverse effects of CO₂ emissions.     

创建节能减排型钢铁企业的实践与思路

以福建三钢为例,归纳总结三钢采取降低综合能耗,提高水资源利用率,以及新品开发、信息集成、科技创新、土地集约等多种措施,带动循环经济产业集群,推动节约减排型钢铁企业发展,同时提出下一步的发展思路及对策.     

基于“3060”目标的中国钢铁行业二氧化碳减排路径与潜力分析

 中国钢产量占世界总产量的56.7%,CO₂排放占世界钢铁总排放的72.5%,占全国碳排放的15%。为实现“3060”目标,对国内外钢铁行业现状、减碳路径与潜力进行了分析,探讨了短流程、能源结构调整和余能利用对碳减排的贡献度及碳税对减碳的影响。进出口方面,中国2020年钢铁出口量占世界总出口量的12.8%,占中国钢铁产量的4.8%,以满足内需为主,适当增加废钢进口量可减少碳税,同时降低中国对铁矿石的依赖度,提高中国在原材料市场的议价权;当短流程占比提高至30%时,预计每年减碳3.8亿t,对2030年减碳贡献率为2.09%,减少碳税152亿美元;采取70%废钢+30%DRI电炉炼钢流程时,可实现碳减排0.7亿t,对2030年的减碳贡献达0.39%,减少28亿美元碳税。实施氧气高炉技术、氢能冶炼技术及CCUS技术,可减碳49.55亿t,对2030年减碳贡献率为24.6%,减少碳税1 982亿美元。其中,氢能冶炼减碳效果最显著,可减碳42.63亿t,对2030年减碳贡献率为20.79%,减少碳税1 705.2亿美元,其次为氧气高炉,可减碳3.42亿t,对2030年减碳贡献率为1.88%,减少碳税136.8亿美元。若高品位余能全部得到有效利用,预计可减碳1.39亿~1.4亿t,对2030年减碳贡献率为0.77%,减少碳税55.84亿美元。当低品位余能利用率从30%提高至50%时,预计减碳0.66亿t,贡献率为0.36%,减少碳税26.4亿美元。为实现“3060”目标,中国钢铁行业短期内可提高短流程覆盖率,同时加速研发氧气高炉、氢能冶炼、储能、余能梯级利用等减碳新技术。     

钢铁工业节能减排的历史重任

重点研究了我国钢铁工业节能减排的目标,钢铁工业能耗、污染物排放的现状,我国钢铁工业与国际先进水平的差距及原因,钢铁企业联合重组取得的新进展,主动减排二氧化碳、二氧化硫气体及我国钢铁工业未来的发展方向.     

典型钢铁企业全流程的氮素流及其含氮污染物减排潜力分析

针对钢铁生产全流程产生的NO_x造成的环境污染问题,依据NO_x生成机理及元素流分析方法,建立钢铁生产全流程氮素流分析模型。应用该模型,以某典型钢铁企业实际生产数据为样本,分析钢铁联合企业的氮元素流动特征,讨论钢铁生产全流程中排放的含氮污染物及废气NO_x的产生、脱硝及排放情况。研究结果表明,钢铁企业输入的氮素主要来源于高炉鼓风和各工序燃烧所需的空气(99.655%),输出的氮素主要以N₂形式(82.917%)排放至大气,全流程内的氮素主要以煤气和工序产品形式循环;钢铁企业排放的含氮污染物以废气NO_x(97.982%)为主,高炉炼铁工序废气NO_x排放量最高;钢铁企业产生的废气NO_x主要来源于焦炭(56.84%)和煤炭(28.91%),其中24.23%的NO_x经脱硝后转化为N₂排放至大气。对钢铁生产全流程氮素流及含氮污染物的排放、控制及相关政策开展研究,提出合理建议,对中国环境保护和钢铁行业的绿色发展具有重要意义。     

利用偏最小二乘回归方法(PLS)解析、优化钢铁生产流程的各限制性环节

介绍了分析复杂系统规律的第二代多元统计分析方法——偏最小二乘回归(PLS)的原理和技术特点,利用国内第一款在Excel中实现PLS的软件——PEW( PLS+ Excel+ Word)对钢铁流程之一的烧结工序限制性环节——影响烧结矿低温还原粉化指数RDI的因素进行了分析.此技术提供了一种模型简单有效,物理意义清晰明确的...     

钢铁制造流程能源转换功能的开发与利用

针对钢铁制造流程能源结构和能源转换特点,提出钢铁制造流程能量流优化的核心是煤的转换与煤气、余热等二次能源的回收利用问题.在《冶金流程工程学》等理论的指引下,提出钢铁制造流程煤基能量系统是一个复杂的大系统,具有功能涌现性,通过充分开发与利用其能源转换功能,并与其他行业及社会大系统进行耦合,可构建"钢铁、化工、燃气、氢气、...     

中国钢铁工业节能减排现状及对策

为促进我国钢铁工业节能减排工作的进行,通过和先进国家比较分析的方法对我国钢铁工业节能减排现状进行了研究,研究发现我国钢铁行业耗能总量约占总能耗的18%,吨钢综合能耗为629.93 kg标煤,重点企业能耗水平已接近先进国家水平,CO2排放总量为世界钢铁工业的51%.我国节能技术的开发应用有很大空间,建议提高电炉炼钢比例,...