“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。     

“双碳”目标下行业能源责任碳排放测算与分析

识别碳减排关键部门和领域，为“双碳”目标实施提供经验借鉴，从能源供给侧视角，基于电热分摊原则，对2005—2019年中国能源消费直接碳排放和责任碳排放进行测算，并比较两者动态变化趋势和差异性。结果表明：首先，中国能源消费量具有一定的刚性，能源结构优化效果明显，碳排放量处于高位平台期，碳达峰可期，碳中和任重道远。其次，各行业直接碳排放与责任碳排放存在较大的差异性，碳减排的重点部门已经发生变化。提出了妥善处理碳达峰、碳中和的关系、提倡低碳生产生活模式、从能源供给侧和需求侧促进能源结构优化、明确各行业能源碳排放核算口径等启示和建议。     

“双碳”目标下中国钢铁工业的低碳发展分析

摘要：中国钢铁工业的流程结构特点是高炉—转炉长流程占主导,能源结构特点是以煤炭为主,因此造成吨钢CO2排放量高于世界平均水平,碳减排压力巨大。为探究中国钢铁工业的低碳现状与发展趋势,通过对流程结构、废钢资源、低碳技术、碳交易市场等进行深入分析,认为钢铁工业实现2030年碳达峰、2060年碳中和的“双碳”目标是一个长期的、多因素综合作用的过程,不同阶段应确立不同的研究重点,并就未来发展提出了自己的建议。钢铁工业下一步应该加快低碳技术发展、提高电炉短流程比例、重视氢冶金技术研发,并充分发挥政策和市场调节作用,最终摆脱碳冶金依赖,走向低碳化钢铁之路。     

我国铝行业碳达峰碳中和路径研究

铝行业是有色行业最大的二氧化碳排放源,所以降低铝行业碳排放是我国实现碳达峰、碳中和的重要保证。基于有色行业及国际铝业的碳减排目标,结合我国铝行业碳排放现状,我国铝行业预计于2025年实现碳达峰。我国铝行业碳排放以原铝生产碳排放为主,且以能源消耗排放的CO_2占比最大,存在电解铝生产中煤电占比大,电解铝、氧化铝能耗指标下降的空间有限,关键降碳技术存在瓶颈,再生铝产能占比较低的问题。针对上述问题,提出了提高能源利用效率、优化产业结构、优化能源结构、推动零碳、负碳技术创新等技术路径。     

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。     

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。     

高炉煤气循环耦合富氢对中国炼铁低碳发展的意义

中国钢铁工业规模巨大，主要由高炉 转炉长流程生产，其能源结构中90%为煤炭，是国家兑现2030年降低碳排放强度承诺的主战场之一。基于当前低碳炼铁技术的研发进展、中国面临的碳减排任务、中国钢铁工业的生产模式、中国钢铁工业碳排放现状等基本事实，提出了以高炉为主体、以炉顶煤气循环耦合富氢还原为技术特征的钢铁工业低碳发展的可行路径，分析了该工艺研发所面临的关键问题，以期引起钢铁行业的重视，为中国钢铁工业进一步深度降低碳排放提供参考。     

基于LMDI?STIRPAT模型的中国钢铁行业碳达峰路径研究

基于排放因子法核算中国钢铁行业2000—2019年碳排放,运用两阶段对数平均迪式分解法（LMDI）和STIRPAT模型分析碳排放增长的影响因素和2030年碳排放。结果表明,碳排放持续增长,2014年达到阶段峰值18.48亿吨。规模因素是碳排放增加的主要原因,能源强度是最大的抑制因素。情景分析表明,基准情景下将在2025年达峰,碳排放量为19.04亿吨;低碳情景下碳达峰时间为2021年,碳排放量为18.67亿吨;强低碳情景已于2020年达到碳排放峰值,碳排放量为18.52亿吨;快速发展情景则无法在2030年前实现碳达峰。      

钢铁企业铁前工序降碳研究

面对碳达峰和碳中和的大势所趋,钢铁行业的降碳之路势在必行。对铁前工序各环节的生产现状、涉及的碳排放因子、拥有的降碳潜能、已经或将来需要采取的降碳措施进行深入研究,提出了管理降碳、技术降碳和结构降碳三条主要的降碳路径。总结了改善化石类原料结构、推进大球比冶炼、工艺控制精细化、提高能源的回收利用率、建立实时碳排放监测模型等具体的降碳措施。探索钢铁企业铁前工序的低碳生产模式,助力钢铁行业实现低碳环保、节能增效、绿色智能的持续发展目标。     

钢铁行业低碳发展标准体系建设研究

为深入推进钢铁行业绿色低碳发展,中国钢铁行业明确提出力争2025年率先实现碳排放达峰,2060年之前实现“碳中和”的目标。标准化是推动落实这一目标的重要技术支撑,建立健全钢铁行业低碳发展标准体系尤为重要。通过总结国内外低碳发展现状,特别是重点阐述和分析了国内外钢铁行业低碳发展相关政策、目标及降低碳排放水平所采取的具体措施、标准化工作现状及需求,归纳、总结并研究提出了中国建立钢铁行业低碳发展标准体系的初步框架,涵盖了碳排放管理和低碳冶炼两大方向,并提出了健全和实施钢铁行业低碳发展标准体系的相关建议,以期促进中国钢铁行业应对气候变化标准化工作的发展。     

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。      

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。     

首钢京唐钢铁公司绿色低碳钢铁生产流程解析

 中国钢铁行业面临着资源能源短缺、市场盈利下降和生态环境制约三个方面的压力与挑战,在低碳循环经济成为当前社会发展主趋势的情况下,钢铁企业需要向低碳、绿色生产的方向转型升级。以京唐钢铁公司2015年上半年的生产调研为基础,计算京唐钢铁公司生产过程的能耗、CO2排放情况,并对钢铁生产过程能量流运行、废弃物处理与能源转换情况进行分析,为其他钢铁企业减少CO2排放、节约能源、保护环境提供一个参照。研究表明,京唐钢铁公司吨钢综合能耗为604.5 kg,吨钢CO2排放为2.165 t,与产品结构相类似的宝钢和武钢相比,能耗水平位于行业先进水平;基于钢铁生产的能量流分析表明,京唐钢铁公司通过采用干熄焦发电、煤气干法除尘、TRT余压发电等先进技术,实现吨钢余热余能回收136.26 kg,余热余能回收率为48.31%,高出全国平均水平10.89%;京唐钢铁公司基于循环理念,建立高效的煤气-电能转换中心和余热蒸汽回收利用中心,基本实现了煤气资源、固体废弃物资源、水资源的循环利用与废水零排放,生产过程中SO2、NO2、粉尘的全面达标排放。     

中国钢铁工业节能减排潜力及能效提升途径

 钢铁工业是典型的资源能源密集型行业，是节能减排重点行业之一。总结了中国钢铁工业“十二五”以来所取得的节能减排进展及存在的问题，采用动态物质流分析方法，构建了钢需求量和废钢回收量预测模型，基于35项重点节能减排技术评估，结合能源消耗与CO2排放模型，分析了中国钢铁工业到2050年的节能减排潜力并分析了各因素的影响。在此基础上提出了提升中国钢铁工业能效的若干途径，为钢铁工业的绿色低碳转型、可持续发展提供理论指导。     

钢铁行业碳减排技术应用与展望

论述了中国钢铁行业推行碳减排技术的重要意义,从多角度阐述了钢铁行业各类高效碳减排技术在国内外的应用情况及效果。首先分析了短流程炼钢工艺电弧炉炉容大型化趋势、烟气余热回收技术、废钢预热工艺和废钢供应情况;然后分别剖析了高炉富氢冶炼、富氢-气基竖炉和纯氢-气基竖炉工艺3个主要的氢冶炼工艺;之后介绍了碳捕集、利用与封存技术。最后,结合中国钢铁企业现状,展望了钢铁行业在大力推进直接还原铁技术和短流程炼钢生产工艺的情况下,未来高品质钢材低碳化、绿色化冶炼的发展之路。