中国钢铁业碳减排对策分析

　　【摘要】中国钢铁业隐含碳排放量仅次于电力行业和建材业，有效控制钢铁业的碳排放对于缓解温室效应具有重要意义。基于钢铁业冶炼过程，分析指出钢铁业隐含碳排放主要源于矿床开采、选矿、产品运输、原煤清洗、精煤炼焦等环节，并在对中国钢铁行业隐含碳排放源头分析的基础上，提出了钢铁业隐含碳减排措施。

　　【关键词】钢铁业 隐含碳 减排对策

　　一、中国钢铁业隐含碳排放现状

　　钢铁行业是我国国民经济的支柱产业，也是工业领域的龙头企业，素来被称为“工业的粮食”，但同时它也是我国能源消费和碳排放大户，它的发展是建立在巨大的化石能源消耗基础上的，并且伴随大量的二氧化碳的排放。自从1996年以来，我国钢产量已连续十多年位居世界第一。2010年我国钢铁产量首次突破6亿吨，约为6.37亿吨，2011年约为6.85亿吨，约比上年增长了7.5�，2012年约为7.23亿吨，到2013年我国钢产量达到7.79亿吨，占全球粗钢产量的48.5%。2014年我国粗钢产量82269.8万吨，占全球粗钢产量的49.5%，同比增长0.9%，创历史新高，增幅为2001年以来最低，，比2013年下降0.2个百分点。2015年，全国生产生铁69141.51万吨，同比下降3.45%，生产粗钢80382.26万吨，同比下降2.33%，生产钢材112349.52万吨，同比增长0.56%；平均日产粗钢220.23万吨。随着钢铁产量的增加，二氧化碳的排放趋势也不曾减弱。在我国，钢铁行业二氧化碳的排放量仅次于电力系统和建材行业，居全国第三位。自改革开放以来，中国每年的二氧化碳排放总量都在增加，其中钢铁业二氧化碳排放所占比重甚高，从2002年开始，每年钢铁业排放的二氧化碳数量达5亿吨以上，根据IPCC碳排放系数估算，2009年二氧化碳排放量约为8.5亿吨，2010年碳排放量约为9.01亿吨，约占全球的12%左右，2011年约为9.64亿吨，而2012年碳排放量达到了10十亿吨以上，约为10.02亿吨，2013年约为10.53亿吨。从2012年开始，中国已成为全球第一大碳排放国家，碳排放量约占全球的29%。目前全球每年增加碳排放的65%来自中国。从钢铁业最近几年的碳排放数据可以看出，每年的碳排放总量都在增加，且增加幅度相差不大，这说明我国钢铁行业的碳减排措施仍未达到预期的功效。降低钢铁业二氧化碳的排放，是中国钢铁行业所面临的一个重大问题，这也是我国钢铁冶金业的重要目标之一，是国民经济实现低碳发展、走可持续发展之路的必严要求。

　　二、中国钢铁业隐含碳排放源头分析

　　（一）矿床开采过程中碳排放

　　我国矿床的开采方式有两种：露天开采和地下开采。目前主要采用露天开采方式。在露天开采工艺中，主要的碳排放源自采掘和运输设备以及爆破技术器材。露天开采的主要作业方式有间断式、连续式、半连续式。在这三种作业方式中，采掘和运输所用设备不同，但其在使用过程中或多或少产生碳排放。另外，岩石炸药、铵油炸药等也相继在露天开采爆破技术上得到应用，这些炸药爆破过程中产生的粉尘、含碳、硫等污染性气体，使得矿床周围环境恶化。在地下开采工艺中，主要的碳排放源自采矿方法、凿岩装运两个方面。在这些地下采矿方法中，大多用到爆破技术，其可能产生的碳排放不言而喻。而在凿岩装运上，设备的机械化是其产生碳污染的主要原因。

　　（二）选别作业中产生的碳气体

　　开采出来的铁矿石经粉碎后进入选别作业，使其中有用的矿物和脉石分离，或使各种有用矿物彼此分离。在选别方式中，主要有两大类，即物理选和化学选。其中物理选包括拣选、重选、电选、浮选、磁选。在物理选方式中，电选、磁选会需要电力支撑，对电的消耗，会间接产生碳排放。而在化学选中经常要用到萃取剂、浸取剂等使之与矿石发生化学反应，在反应过程中会产生二氧化碳。

　　（三）产品运输途中产生的碳

　　这里所指的产品是指钢铁冶炼所需的所有材料以及成型钢材产品。钢铁冶炼不仅需要铁矿石原料还需要燃料，在钢铁厂冶炼之前，这些材料都需要从各地运往冶炼厂，路途有远有近，因钢铁厂的位置而定。另外，在钢铁厂冶炼出各种钢铁产品后，会将其运往所需地方，不论运输工具是汽车或是游轮等等，在运输过程中交通工具排放的尾气中含有二氧化碳气体，这增加了温室效应。钢铁工业是资源密集型产业，钢铁企业每生产1吨钢，厂内运输量将高达5吨。钢铁企业物流实现方式主要包括铁路、公路、水路、辊道、行车、台车和皮带运输等。其中，公路运输占比通常在20%以上，部分中小企业公路运输的占比超过70%。公路运输产生的扬尘，重载货运卡车排放的尾气都会造成污染，一些厂区内，道路路面未硬化处理、散落的物料未及时清理，运输造成的污染更加严重。对于燃料煤炭来说，随着我国煤炭产业主要产区的西移，商品煤的平均运输距离已超过580km，并还在逐渐延长，随着新疆自治区煤炭的大量外运，商品煤运输距离还在加大。

　　（四）进入高炉冶炼以前所产生的碳排放

　　铁矿石并不是运往钢铁冶炼厂后就可直接进入高炉冶炼，在此之前还需进行两部分作业。一是进行炼焦煤焦化，二是铁矿石烧结球团。在对炼焦煤焦化前，要对原煤进行清洗，原煤作为燃料，相比较氢气 、天然气、 液化石油气等，污染是最严重的。它含碳、硫、磷等燃烧后生成有污染气体的元素，直接作为燃料供应进行燃烧，产生的危害特别大。提前进行原煤清洗，可以消除部分污染物，能够更清洁高效使用。原煤先集中进行洗选洁净化和均质化后，留下灰分、硫分等污染物，再分散供应市场。此后再进行炼焦，而炼焦释放的污染物也是焦化厂区污染和大气污染的重要来源。在焦化过程中产生的碳颗粒、一氧化碳、二氧化碳等扩散到周围环境中，造成污染。

　　（五）炼钢、连铸、轧钢过程中碳排放

　　进入高炉流程以后，主要是炼钢、连铸、轧钢过程，在这些过程中产生的碳污染主要是由于电力的使用所间接引起。钢铁业高炉流程以后主要靠火电厂供电来进行作业，而在我国，84%的火力发电燃烧煤炭，燃煤污染物排放严重，大量粉尘、碳、硫等气体。 　　三、中国钢铁业低碳策略

　　（一）引进低碳采矿设备和技术

　　随着矿业开采规模的扩大，对采矿设备的要求也越加严格。然而不管是露天采矿还是地下采矿，其采矿过程中，因其设备或是技术因素，二氧化碳的排放不可避免，对周围环境造成污染成为惯例。因此，引进低碳采矿设备和技术成为绿色采矿的一个新途径。国外露天采矿设备逐渐大型化、自动化、智能化。我们可以引进国外的先进设备，如大吨位矿用电动轮汽车、电铲斗容、低孔径牙轮钻机钻孔，露天矿大型设备单机载计算机实时监控等等。对于地下采矿设备，实现装备的无轨化、液压化、自动化、微型化、系列化、标准化、通用化。

　　（二）多采用拣选、重选、浮选方式，减少电选、磁选和化学选使用

　　为了减少碳排放，在选别作业中应多采用拣选、重选、浮选方式，而相应减少电选、磁选和化学选。拣选方式主要是用于丢除废石，它包括手选和机械拣选。手选是人工拣选，消耗劳动量大，效率低。在这里主要建议采用机械拣选，可以采用光拣选、电性拣选和磁性拣等。重选主要是利用矿石在介质中颗粒比重的不同进行选别，它可以在其他选别方式使用之前对矿石进行预选。这种选别方式成本低、污染少，适合贫矿、细矿的拣选。浮选通常指泡沫浮选，它是指利用各种矿物原料颗粒表面对水的润湿性（疏水性或亲水性）的差异进行选别。它能用于选别各种矿物原料，适用性强，污染小。对于电选、磁选方式，在处理量小颗粒物时，应该尽量少用。化学选分离效果好，成本高，污染大，应努力研制生物化学法，以降低成本减少污染。

　　（三）优化钢铁工业布局，减少产品运输量

　　我国钢铁工业总的布局特点是，大型钢铁厂比较接近原料、燃料产地或沿海消费区，中小型钢铁企业布局比较分散，广泛分布于全国各地【5】。由于煤炭和铁矿石是钢铁行业生产的两大必备原料，钢铁业冶炼厂的建设也与这两种原料的产地息息相关。我国重点钢铁企业的布局，按其离原料、燃料产地及消费地区的关系，大致可分为5种类型：及靠近铁矿石基地又靠近煤炭基地，如本刚、攀钢等；靠近铁矿石基地，如鞍钢、马钢等，靠近煤炭基地，如太钢、唐钢、抚钢等；位于交通枢纽，接近消费中心，如首钢、武钢等；远离原料产地，位于消费中心，如上海宝钢、天津各钢厂等。从这五种类型中可以看出，我国大部分钢铁企业选址存在不足，无法兼顾原料、燃料产地和消费地区，造成了大量的时间浪费在运输途中，产生了大量运输废气。又原材料运输占总运输量的73�～83�，故应将钢铁企业的地址选在靠近原料产地，减少运输路程，即可以降低物流成本又可以减少碳排放。

　　（四）积极研发“非涉碳”冶金技术

　　铁矿石从开采到最终轧制成各类钢材产品，需要的不仅仅是原铁矿石，还需要多种辅助材料，煤、焦、水、电、气等。例如在烧结过程中，需要将矿粉、溶剂、燃料按一定比例进行烧结，焦粉、煤粉这些含碳物质的使用，经过燃烧发生化学反应会产生碳气体污染环境。因此在冶炼过程中，尽量减少碳材料的使用，可以减少碳排放，积极研发“非涉碳”冶金技术也就成了钢铁业冶金技术发展的新方向，使用清洁能源冶金可以有效控制碳排放。清洁能源运行可与含碳能源共同运行，也可组成独立制度运行，独立运行的清洁能源钢铁生产系统一般具有高速反应与运行的特征，它可以进行多次能源的高效转化和运行，与含碳能源共同运行可减少二氧化碳排放外，基本上无二氧化碳排放。例如利用风能冶金、太阳能冶金等，完全不涉及碳材料的使用和产生碳的化学反应，从根本上杜绝了二氧化碳的产生。

　　（五）积极采用清洁能源发电，减少煤炭源电的使用

　　在钢铁的整个生产过程中，对电力的使用不可避免，而且耗电量大。一般钢铁企业所使用的电力大多来源煤炭发电，这从间接上增加了化石能源的消耗，增加了二氧化碳的排放。因此要想减少碳排放，也可以从减少使用煤炭发电这一点出发，使用清洁能源发电，减少碳排放。目前，清洁能源的种类很多，有太阳能、风能等。对于钢铁企业来说，使用太阳能、生物质能发电较为有利。太阳能能源丰富，免费试用，不需运输，无污染。而生物质能是化废为宝，在冶金过程中产生的工业废弃物，可以利用其中的有机废弃物来发电反过来供钢铁的冶炼。这样即可以减少煤炭的使用，减少二氧化碳的排放，也可以为钢铁业减少冶炼成本。

　　在清洁能源研究与应用方面，氢还原研究早已开始，如日本焦炉煤气重整后制成高氢含量的煤气输入高炉，加速还原铁矿石等；欧洲也开始利用太阳能进行高温炉研究；韩国POSCO研究院还开展核能→制氢→氢还原的前沿研究等。鞍钢鲅鱼圈从风能发电供生活用电→供轧钢用电→供冶炼用电的研究正逐步按计划进行。多家高校、研究院开展氢冶金实验研究。另外，除了使用清洁能源发电外，在钢铁的生产过程中还可以有效利用转炉蒸汽、轧钢加热炉蒸汽和烧结余热等进行发电，确保能源高效回收综合利用。

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