推进中国钢铁行业低碳发展的碳排放标准思考

为进一步推动中国钢铁行业绿色低碳可持续发展,制定适合中国钢铁行业现状并引领行业发展的碳排放标准势在必行.在简要总结国内外碳排放标准工作研究进展的基础上,基于中国钢铁行业低碳领域标准体系现状,分析了钢铁行业碳排放标准制定的必要性,结合冶金工业规划研究院提出的"C+4E"目标体系框架,给出对未来中国钢铁行业相关碳排放标准制...     

《钢铁标准原则》对低碳排放钢的影响初探

第28届联合国气候变化大会（COP28）年会上钢铁行业发布了《钢铁标准原则》,WTO对此表示赞赏。2022年WTO也在积极推动钢铁行业脱碳标准统一工作。在介绍这两项工作的基础上,分析了钢铁碳排放核算,低碳排放钢、近零钢、净零钢定义标准现状,以及《钢铁标准原则》和WTO在推动钢铁行业低碳发展、低碳排放钢方面的作用和影响。     

国内外钢铁行业低碳发展策略分析

在绿色化、低碳化发展的时代背景下，全球钢铁行业纷纷开展低碳研究工作，各类低碳技术层出不穷。首先概述了全球钢铁行业CO₂排放现状，以及主要产钢国家的碳减排目标，并对其低碳策略进行详细的分析，指出国际钢铁行业的低碳发展方向主要聚焦于发展电炉流程、氢冶金、碳捕集利用与封存和清洁能源利用等方面。随后聚焦我国钢铁行业碳排放现状，梳理了中国钢铁行业实现“双碳”目标的应对策略，指出减量化发展、流程结构调整是未来我国钢铁行业低碳发展的主攻方向。最后，为了使前文所提的宏观策略更加具体化，又选取我国某一典型钢铁企业，以其技术特点、地理位置、资源禀赋、发展规划为主要依据，针对性地分析并提出了7条适合该企业的减排路径，为其绿色低碳发展指明方向。      

河南省钢铁行业绿色低碳发展方向研究

钢铁工业作为我国碳排放和污染物排放的重点行业,绿色低碳发展已经成为行业面临的最紧迫任务。为此,研究了河南省钢铁行业企业分布、主要生产装备、污染物排放水平、能耗和碳排放水平,分析了产能整合和装备大型化、提高球团比例、提高电炉钢比例、提升资源能源利用效率、钢铁行业超低排放改造、发展清洁炼铁技术等对河南省钢业行业绿色低碳发展的重要影响。按不同产能、不同条件下核算河南省钢铁行业污染物排放和碳排放量,对河南省钢铁行业绿色低碳发展提出方向。     

氢的大规模制备及在钢铁行业的应用和展望

中国钢铁产量占世界总产量的一半以上,随着全球“碳达峰”“碳中和”的推进,钢铁行业面临着巨大的低碳发展挑战。氢能被认为是一种低碳能源,“以氢代碳”是实现源头降碳和流程低碳转型的重要途径之一。重点介绍氢气基本性质、制备来源与碳排放的关系,探讨煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢4种主流大规模制氢路线的技术特性、发展现状、制备成本和发展方向,结合钢铁行业的用氢特点,对氢在氢冶金和燃料替代方面的应用前景进行分析展望,提出中国钢铁行业通过实施氢能利用逐步实现低碳转型的发展路径。     

中国钢铁行业碳达峰碳中和时间表与路线图

2020年9月22日,中国在第七十五届联合国大会上提出,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。钢铁行业深度脱碳是实现“碳达峰”和“碳中和”的必经之路,是应对气候变化、缓解能源危机、推动绿色健康发展的重要战略举措。绿色低碳发展是钢铁行业实现转型升级高质量发展的关键,也是中国实现碳达峰碳中和目标的重要支撑。分析了中国钢铁行业碳排放现状,对比了主要产钢国家钢铁行业碳中和目标及实施路径,采用动态物质流分析方法构建了钢铁需求量模型、废钢回收量模型并预测了中国到2060年的钢铁需求量和废钢资源量。结果显示,中国的钢铁需求量将在2030年和2060年分别下降至8.78亿t和5.43亿t, 2030年国内废钢产量约为4.2亿t, 2055年以后,废钢产量将逐渐下降,但仍将保持在4亿t以上。在动态物质流分析结果的基础上,使用情景分析方法,构建了钢铁行业碳排放模型,分析了钢铁行业的节能降碳潜力;基于钢铁行业碳中和路径分析模型制定了中国钢铁行业碳达峰碳中和时间表和路线图,指出中国钢铁行业在实现碳中和之前要经历粗钢产量波动下行-控碳、粗钢产量下降-减碳、粗钢产量处于低值平台期...     

“双碳”目标下氢冶金发展现状和应用前景

作为支撑我国国民经济发展的基础性行业之一,钢铁行业碳排放总量占全国15%左右,是占比最高的制造业,也是“双碳”目标下工业绿色发展的主战场。目前我国钢铁行业仍以碳排放强度高的长流程为主,粗钢产能约占90%。在双碳目标背景下,“减污降碳”是钢铁行业高质量发展、落实生态文明理念的必然选择。与传统的碳冶金相比,氢冶金可以从源头降低二氧化碳排放量,使钢铁行业摆脱对化石能源的依赖。业界普遍认为,碳达峰碳中和目标下,氢冶金成为钢铁行业实现低碳发展的最为可行途径。本文结合中国钢铁行业特点,分析和展望中国氢冶金的发展模式,进一步提出推动氢冶金发展的相关建议。     

转炉炼钢工艺极限碳排放研究进展

中国钢铁行业发展取得长足进步,年钢产量连续多年位居全球第一,由此带来的CO₂排放等环保压力也日益凸显。降低钢铁行业CO₂排放至关重要。长流程炼钢工艺的吨钢CO₂排放量约为短流程炼钢工艺的3.5倍,如何降低长流程炼钢碳排放对钢铁工业的低碳发展具有重要意义。提出转炉炼钢极限碳排放工艺技术,从“低碳铁水”、“低碳冶炼”和“低碳原料”3个方面,研究分析长流程-转炉炼钢工艺的减排能力及潜力。在低碳铁水生产方面,依据现有可能实现的技术,铁水生产的碳排可由当前吨铁水碳排1.7 t/t降低至0.8 t/t;在低碳原料方面,转炉炼钢工序生产所需原辅料极限碳排放可由当前吨钢碳排197.5 kg/t降至61.7 kg/t;转炉炼钢工序采用低碳冶炼单元技术,吨钢碳排将显著下降,转炉采用20%废钢和50%废钢,吨钢极限碳排将降低至727 kg/t和466 kg/t。转炉炼钢工序使用50%废钢冶炼,喷吹生物质、采用绿电、低碳原料,转炉工序碳排放强度将从107 kg/t降至-186 kg/t,实现转炉工序“负碳炼钢”;精炼、连铸等工序着眼绿色低碳技术...     

钢铁行业低碳技术应用及发展研究

文章分析了钢铁行业在创新低碳技术方面的政策方向和发展趋势，从减碳技术、无碳技术、去碳技术三个方面梳理了钢铁行业目前的先进低碳技术发展特点和应用现状，并从加大低碳技术创新能力建设、完善低碳技术标准体系建设、推动低碳技术支撑体系建设、加强低碳技术国际交流合作四个方面提出未来钢铁行业低碳技术发展的建议，对推动行业低碳发展具有重要的意义。     

“双碳”目标下钢铁企业低碳发展的技术路径

为落实国家“碳达峰、碳中和”发展目标,解决钢铁行业低碳发展过程中面临的瓶颈和难题,展开了一系列政策、技术和行动方案的研究。对比国内外钢铁企业碳排放强度的现状及变化趋势,分析了引起碳排放强度差异性的原因,并给出我国钢铁工业“碳达峰、碳中和”发展的总体方向。解析了中国钢铁工业及国内大型钢铁企业的“碳达峰、碳中和”目标及实施方案,并重点基于某大型钢铁企业当前生产、装备、工艺流程、碳排放实际情况,在充分考虑了未来产能装备、工艺变革、技术创新、能源转型等方面规划的基础之上,制定了具体的低碳发展技术路线图,为我国钢铁企业落实国家“碳达峰、碳中和”目标提供了示范和引领。路线图指出,该企业低碳发展将经历“碳达峰平台期、稳步下降期及深度脱碳期”三个阶段,通过实施铁素资源优化、流程优化重构、系统能效提升、用能结构优化、低碳技术变革、产业耦合降碳六大技术路径,建设碳排放数据管理体系及钢铁产品全生命周期（LCA）碳足迹两大平台,实现2025年碳排放总量较峰值降低10%,2030年碳排放总量较峰值降低30%,最终在2050年实现碳中和,并详细阐明了该企业对各技术路径的规划目标,测算了各减碳技术路径实施后带来的碳减排量期望值,比较了不同技术路径在不同发展阶段所带来的减碳效果。最后,结合该企业低碳发展技术路线图的制定和实施过程,提出我国钢铁企业低碳发展的建议。      

钢铁工业实现“碳达峰”探讨及减碳建议

钢铁工业作为制造业中的碳排放大户,面临“碳达峰”和“碳中和”的严峻挑战,这也是低碳转型高质量发展的良好契机。根据国家统计局黑色金属冶炼及压延加工业的能源消耗数据,估算中国钢铁工业二氧化碳排放情况,并对中国钢铁工业实现“碳达峰”路径进行探讨,即在中国10亿t级的粗钢规模及当前流程结构、能源结构和工艺技术应用基础上,通过挖掘节能降碳潜力实现“碳达峰”空间有限,必须采取以控产量调结构为核心的减碳工作,争取在“碳达峰”“碳中和”目标内率先实现“碳达峰”。钢铁企业作为行业发展的主体,在“碳达峰”和“碳中和”目标的指引下,需尽快开展绿色低碳转型及深度减碳工作,共同推进钢铁工业“碳达峰”目标提前实现,并为最终实现“碳中和”奠定良好的基础。     

钢铁工业“碳达峰”“碳中和”及低碳技术的误区及现实路径

为澄清当前“双碳”工作中的一些误区和客观把握温室气体的内容和实质,正确指导中国钢铁工业的“碳达峰”“碳中和”工作,分别介绍了“碳”“碳达峰”“碳中和”的内容及其对中国发展的正面、负面影响,国内外目前在低碳领域的进展,认识的误区和存在问题,提出了下一步中国钢铁工业分阶段实施的几点现实路径,同时介绍了部分已知和未知的低碳技术。     

基于LCA钢铁工业环境保护标准体系研究与应用

通过分析中国钢铁行业标准化环境管理现状,采用生命周期方法(LCA)、模块化和系统化等理论方法,研究构建中国钢铁工业环境保护标准体系,形成了“5×15”模块化的标准体系结构图。钢铁企业应用标准体系,有利于产业转型升级和高质量发展,减少污染物排放,提高厂区环境保护水平。该研究对于中国钢铁工业实现绿色低碳可持续发展具有指导意义。     

中国钢铁工业碳达峰及低碳转型路径

 2020年中国宣布将提高国家自主贡献力度,二氧化碳排放力争在2030年前达峰。钢铁工业作为典型的资源、能源密集型行业,是率先落实碳达峰的重要行业。分析了钢产量、生产结构、节能减排技术和碳税等因素对中国钢铁工业碳排放的影响程度。研究表明,不同的钢产量达峰时间将对钢铁工业的碳达峰产生不同影响,技术和生产结构因素也将对中国钢铁工业产生重要影响。地方区域是落实国家碳达峰任务的责任主体,对京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原和两广地区4个具有不同钢铁生产特点的重点区域碳排放进行研究,并分析了区域达峰方案。加快调整产业结构、推广低碳技术、改变能源结构、推进产业间耦合和加强碳资产管理等方面制定钢铁工业低碳转型路径,对实现中国钢铁工业碳排放早日达峰和碳中和有重要意义。     

近零碳排电弧炉炼钢工艺技术研究及展望

 中国钢铁工业碳排放占全国总排放比例达16%,减少钢铁工业碳排放是中国政府实现“碳达峰、碳中和”承诺的重要抓手。在碳中和背景下,全球钢铁行业正加速推动技术革新以降低碳排放。提出近零碳排电弧炉炼钢新工艺,从能量来源碳近零、冶炼过程碳近零、原料生产碳近零3个层面开展技术创新,以实现炼钢工序碳近零。在能量来源碳近零方面,提出利用太阳能、风能及谷电等能源昼夜交替补充,能量有效存储及释放、微型智能电网及电弧炉优化供电,实现绿色能源的直接高效利用;在冶炼过程碳近零方面,提出利用氢能烧嘴、无碳发泡剂、CO₂-Ar动态底吹脱氮、熔池内O₂-CaO喷吹脱磷及系统能效评价等关键技术实现非涉碳冶炼;在原料生产碳近零方面,提出利用绿氢直接还原炼铁及相关配套技术、绿电等离子热风窑炉配合碳捕集工艺等大幅降低原辅料生产过程碳排放。对电弧炉炼钢过程能量输入、冶炼涉碳及原料带碳的吨钢坯二氧化碳排放进行了衡算,并结合上述关键技术减碳能力分析,计算预测该近零碳排电弧炉炼钢新工艺最终极限碳排放可降低到64 kg/t(钢)。因此,开展近零碳排电弧炉炼钢工艺研究,加速其工业落地应用,将有助于促进中国钢铁工业创新发展和绿色低碳发展。     

中国钢铁行业低碳模式及其相关政策分析

基于全过程分析和情景分析建立耦合模型,从中国钢铁工业的发展模式和政策角度,结合中国当前成熟的节能减碳技术,分析中国钢铁工业CO2的低碳发展模式和相关政策,并探讨未来中国钢铁工业CO2的最优减排量和优化技术路线。分析结果表明：若控制好经济发展和钢产量速度,实施提出的减碳技术路线,与2010年相比到2020年中国钢铁工业在焦化、烧结、炼铁、转炉、电炉和轧钢工序单位产品可减少CO2排放量分别为77.33、4.4、7.13、54.36、116.2和42kg/t;若同时保证相关末端处理技术的实施,到2020年吨钢CO2排放量为1.49t。可见,建立中国钢铁工业的低碳发展模式,主要在于促进相关成熟技术利用的政策调整,该发展模式可为中国钢铁行业的持续发展提供一定的理论依据。     

低碳环境下钢铁企业燃气系统动态平衡调度仿真

在“节能减排、降本增效”的大背景下,从碳素流视角切入,在煤气介质预测基础上,建立了0-1混合线性规划模型,以能源成本和碳交易成本总和最小化为目标,研究钢铁行业副产煤气生产调度问题。采用基于遗传算法的动态迭代调度算法,通过混合交叉算子和平均变异算子提高遗传算法局部搜索能力,并以国内某大型钢铁企业为仿真对象进行系统仿真,结果表明:混合煤气柜可以根据煤气产耗特点调整存储量,并保证存储量在合理范围内;调节用户会起到一定的缓冲作用,可以根据某种副产煤气的产耗特点响应增加或减少该种煤气的消耗量;当某种副产煤气严重不足时,固定消耗用户会根据优先级响应停调,以满足生产需求。可见副产煤气的优化调度应用可以为中国钢铁行业的低碳发展和节能减排提供技术支撑。