钢铁工业减碳与CO2资源化利用技术的研究进展

在全球“碳达峰、碳中和”新发展背景下,钢铁工业低碳发展尤为重要。分析了钢铁工业构建低碳循环及减碳领域的典型技术研究现状,以及新型CO₂资源化利用产业的发展情况。从全球相对成熟的钢铁工业生产流程现状出发,重点介绍了高炉-转炉、全废钢-EAF、直接还原和熔融还原4类钢铁生产流程的碳排放强度。目前,全球钢铁制造流程主要以高炉-转炉长流程和废钢-电炉短流程为主,长流程吨钢碳排放强度约为电炉短流程的3倍。结合全球钢铁产量的演变值推算了2001—2022年间全球钢铁工业的CO₂排放量,阐述了减碳以及CO₂资源化利用的紧迫性和必要性。根据已有的钢铁工业减碳经验,选取日本、欧洲和中国的低碳冶炼项目进行分析,包括其在钢铁工业减碳发展中所进行的试验性技术探索和阶段发展实践。在钢铁工业减碳的基础上,推进CO₂的资源化利用是实现钢铁工业碳中和的重要任务。阐述了钢铁企业碳捕集固碳技术的研究现状与特点,系统归纳了当前助力钢铁工业CO₂资源化利用的有效方法,包括在炼钢转炉和精炼工序上采用不同模式的CO     

基于系统动力学的我国钢铁工业碳足迹研究

我国钢铁工业正在快速发展,目前已经成为世界钢铁大国,但还不是钢铁强国,在当前建设资源节约型、环境友好型社会的要求下,钢铁工业需要加强CO2减排工作。笔者在对中国钢铁工业节能减排现状研究的基础上,利用系统动力学,建立了中国钢铁工业钢铁需求量、能耗水平和CO2排放模型,并进行了相应计算,根据计算结果提出了中国钢铁工业CO2减排的对策。结论表明从内部需求和外部驱动两方面看,中国钢铁工业需要走低碳发展道路,钢铁工业可以在2020-2025年后将CO2排放量基本稳定下来。     

中国钢铁工业绿色发展回顾及展望

钢铁工业绿色发展是推动钢铁行业转型升级、实现可持续发展的重要途径。中国钢铁工业绿色发展经历了末端治理、清洁生产、生态工业、循环经济4个阶段。在相关政策指导下，钢铁工业推广应用了干熄焦、高炉富氧喷煤、连铸坯热送热装等技术，开展了超低排放改造、清洁生产试点示范、生态工业示范园区、循环经济示范点等工作。围绕钢铁制造流程的“产品制造、能源转换、废弃物消纳-处理-再资源化”3大功能，钢铁工业绿色发展已取得巨大进步。吨钢综合能耗(以标准煤计)从1981年的1.93 t/t下降至2020年的0.55 t/t,降幅为71.8%;吨钢颗粒污染物、SO₂排放量分别由2000年的6.77 kg/t、5.56 kg/t下降至2020年0.36 kg/t、0.30 kg/t,降幅分别为94.7%、94.6%;吨钢NO_x排放量由2007年的1.68 kg/t下降至2020年0.87 kg/t,降幅为48.2%;吨钢化学需氧量排放量由2000年的0.99 kg/t下降至2017年0.02 kg/t,降幅为98.2%;钢铁渣利用率自2005年以来一直高于90%;吨钢新水消耗...     

高炉炼铁要实现节能减排

<正>1前言我国已将"节能减排"作为国民经济发展的基本国策,并已向全世界宣布:到2020年中国单位GDP值的CO2排放量要比2005年减少40%。在国民经济中,钢铁工业是物耗、能耗、污染物排放     

高炉-转炉钢铁制造流程低碳技术发展与认识

在全球“碳达峰”“碳中和”发展形势下，研究高炉-转炉流程低碳技术发展战略、目标和路径，大幅度降低CO₂排放对钢铁工业实现可持续发展具有重要意义。面向未来，钢铁仍是重要的基础材料、结构材料和功能材料，钢铁工业仍是经济社会发展的重要基础产业。研究分析了日本钢铁工业发展现状及其特征，介绍了高炉-转炉流程减碳关键技术研究及其进展。针对日本钢铁工业减碳技术开发研究，论述了高炉矿焦混装技术、高比率球团矿冶炼技术对于常规高炉降低燃料比的机理和应用效果。讨论了含碳团矿和预还原烧结矿的制备工艺流程，分析了新型炉料制备的关键技术难点，论述了新型炉料在高炉冶炼过程的减碳机理。介绍了SCOPE 21新型炼焦工艺的构成、技术特点和应用效果；针对铁焦制备的工艺过程、冶金机理和使用效果进行了评述。重点论述了新一代高炉炼铁工艺COURSE 50的工艺组成、技术路线和流程特征，阐述了核心技术难点和关键技术构成以及工程应用前景。分析了构建智能化高炉信息物理系统对高炉减碳的支撑作用，指出了高炉智能化与低碳化协同发展的重要性。结合日本高炉-转炉流程减碳技术发展现状及未来方向，提出了制定可行的减碳技术战略...     

“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。     

“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。      

第五届中国金属学会青年学术年会在京召开

2010年是我国钢铁工业实现健康稳定发展的关键一年,且正值钢铁工业“十二五”规划草案制定之际,针对当前国内钢铁业正面临结构调整、节能减排和成本上升等主要问题,由中国金属学会主办、中国金属学会青年工作委员会承办的“第五届中国金属学会青年学术年会暨首届中国钢铁工业低碳发展论坛”于2010年11月4日-5日在北京隆重召开,主题为“钢铁工业低碳技术及途径与低碳经济”。会议旨在探讨钢铁工业低碳发展路线,交流各企业、研究院所的最新“低碳”成果,动态跟踪并研究低碳技术,研讨当今行业的热点问题。     

中国钢铁工业绿色发展工程科技战略及对策

 针对中国钢铁工业绿色发展问题进行研究,在分析绿色发展、循环发展、低碳发展的概念及其相互关系的基础上,提出了钢铁工业绿色发展的科学内涵。基于对当前中国钢铁工业绿色发展的现状和面临挑战的分析,研究预测了未来中国钢铁工业的能源消费总量和污染物排放总量的峰值;提出了2020年钢铁工业绿色发展的目标和钢铁工业发挥三大功能、与其他行业及社会构建生态链接的设想;筛选和凝练出“十三五”钢铁工业绿色发展的三大引领性重大工程、三类关键技术35个和5个示范带动项目;最后提出了中国钢铁工业绿色发展的措施及政策建议。     

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。     

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。     

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。      

炼铁新技术及基础理论研究进展

从炼铁新技术及基础理论研究方面介绍了烧结球团提质降耗新技术、焦炭在高炉内行为解析研究、高炉喷吹清洁燃料技术、高炉长寿技术、高炉炼铁数据建模技术以及冶金尘泥再处理技术。从基础研究出发,提出了目前最具有潜力的炼铁新技术;然后在国家碳中和战略的大背景下,综述了目前国际上的非高炉炼铁技术研究进展,为我国低碳炼铁发展提供依据;最后从最新微观研究手段出发,介绍了目前炼铁研究领域在微观尺度的研究进展,多尺度综合调控研究高炉炼铁过程机理,为未来低碳炼铁发展方向提供思路。      

Analysis on low carbon development of China′s steel industry under “dual carbon” goal

The process structure of China′s steel industry is dominated by the BF BOF steelmaking process, and the energy structure is dominated by coal, which causes CO2 emissions per ton product higher than the world average level, and the pressure of CO2 emission reduction is great. In order to explore the low carbon status and development trend of China′s steel industry, multiple perspectives such as production process structure, scrap resources, low carbon technology and carbon trading market were analyzed deeply, coming to the conclusion that achieving the “dual carbon” goal of CO2 emissions peak before 2030 and carbon neutrality before 2060 is a long term and multi factor comprehensive process, the steel industry should establish different research priorities at different stages. At the same time, suggestions for further development are put forward. In the next step, China′s steel industry should accelerate the development of low carbon technology, increase the proportion of EAF steelmaking process, pay attention to the research and development of hydrogen metallurgy technology, and give full play to the role of policy and market regulation, finally get rid of the dependence of carbon metallurgy and embark on the road of low carbon steel.     

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。      

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。     

基于CSC方法的钢铁行业节能减排技术潜力分析

为了研究中国钢铁行业的节能减排潜力，以35项钢铁行业先进节能减排技术为研究对象，建立节能供应曲线(Conservation Supply Curve，简称CSC)模型，分析影响钢铁行业的节能减排收益、成本效益以及钢铁生产流程工序层面的节能减排潜力因素。结果表明，这35项技术全部应用可实现3.01 GJ/t的节能量以及398.22 kg/t的CO2减排量。将结果与第十三个五年计划推广技术作对比，在当前情况下，约有50%的推广技术并不符合成本效益；运用CSC模型进行了钢铁生产流程工序层面的节能减排潜力研究，得到各个工序的节能量和减排量，并据此分析了各项技术未来的发展趋势和应用前景。     

关于中国钢铁行业产品碳足迹评价标准化工作的思考

产品碳足迹(PCF)是产品生命周期中温室气体排放的量化值,通过开展产品碳足迹评价,可有效指导并帮助企业真正了解生产、生活对气候变化的影响,并由此采取可行的措施以减少供应链中的碳排放,甚至影响消费者行为和企业生产决策。随着全球应对气候变化工作重视程度的不断提升,产品碳足迹已成为全球贸易供应链的必要追溯和重要考量因素之一。中国是全球第一大钢铁生产国和消费国,同时也是最大的机电产品出口国,钢材间接出口体量大。面对国际贸易碳关税、碳标签等相关制度要求,钢铁行业应做好与国际接轨的准备,加快发展钢铁行业产品碳足迹评价工作。本文简要概述了中国“碳达峰”与“碳中和”政策要求,中国钢铁行业低碳发展必要性,指出中国钢铁行业开展产品碳足迹评价的重大意义,并在研究分析国内外产品碳足迹评价标准以及碳标签发展现状基础上,给出了中国钢铁行业产品碳足迹评价工作的思考和建议。     

中国典型钢铁联合企业的碳足迹分析

 明确了碳足迹概念,综合森林面积对碳排放的缓解作用,并基于物流分析和投入产出的耦合法建立MFA-IO模型分析钢铁企业的碳足迹。以中国5个典型钢铁企业为实例,研究钢铁企业的吨钢产品的碳足迹及其影响因素。结果表明：从钢铁生产工序分析,炼铁工序的碳足迹最大,且消耗的能源中含有大量的焦炭、煤。其次是焦化、烧结工序。从气体种类分析,钢铁生产中碳足迹的主要贡献者是CO2,在5个案例分析中,CO2的贡献值均占到了70%以上。5个典型企业吨钢产品的碳足迹平均为0.325 hm2/t。其中,企业D的吨钢产品碳足迹最高,高达0.353 hm2/t,而企业E的最小,为0.303 hm2/t。这主要是由地域差异、企业周围能源分布差异、生产设备与技术差异等综合因素导致的。总体分析,5个典型企业总碳足迹合计为1 989.58万hm2,超过5省森林面积的总和。表明其总CO2排放量就已超出森林吸收净化的能力,总温室气体排放量更是超出森林净化能力,即碳足迹的承载呈严重赤字。因此,研究如何减少中国钢铁工业吨钢碳足迹是十分必要和紧迫的。