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钢铁业科学减碳考验行业智慧

 https://www.lgmi.com    发表日期:2021/12/9 13:43:42  经济参考报
    

钢企多线并进攻坚降碳减排

作为典型的高耗能、高排放行业,钢铁业正迈出降碳减排实质性步伐。从传统工艺改造,到尝试低碳冶金,再到设立碳中和基金,钢铁企业的降碳减排行动已在路上。

减碳时间紧任务重

钢铁是国民经济的重要基础性产业,也是减碳压力最大的行业之一。“我国钢铁工业的碳排放量占全国的15%左右,是制造业31个门类中碳排放量最大的。”对此,冶金工业规划研究院党委书记李新创表示,过去几年,钢铁行业实施了史上最大规模、最高标准的超低排放改造,如今又将面临碳达峰、碳中和的新考验。

钢铁行业之所以是碳排放大户,在业界专家看来,与巨大的产量不无关系。世界钢铁协会统计数据显示,全球钢厂平均每生产1吨钢会排放1.8吨二氧化碳,2020年我国粗钢产量突破10亿吨,占全球粗钢产量的一半以上,减排的压力可想而知。

而相比发达经济体的生产结构,我国的钢铁生产以高炉-转炉长流程生产工艺为主,也导致碳排放强度明显高于以短流程为主的钢铁生产,受制于能源结构的高碳化,钢企几乎每个生产环节都有一定的碳排放。

“简单说钢铁的产量巨大,而且消费可能还没达峰,能源结构也不占优势,是钢铁业减碳面临的巨大挑战。”对此,业界专家指出,尽管近年来钢材市场景气度改善,但随着铁矿石价格的再次走高,钢铁企业的盈利也受到影响,如何科学减碳考验行业智慧。

对钢铁企业而言,实现“双碳”目标可谓又一次的供给侧结构性改革。碳达峰、碳中和对钢铁行业必将带来一次洗牌,完成超低排放的、具有绿色环保生产能力的钢铁企业会有更大的发展空间,而没有超低排放、工业技术落后、产能落后的钢铁企业,不仅未来缺乏竞争力,还会被市场淘汰。

据了解,目前钢铁行业碳达峰实施方案以及碳中和技术路线图的制定工作已基本完成,行业普遍预期到2025年实现碳达峰,到2030年,钢铁业碳排放量则较峰值降低30%。“对钢铁行业,碳达峰不容易,碳中和会更难。”对此,李新创也表示,未来钢铁行业还要依靠碳汇、碳捕捉等手段来实现碳中和。

技术路径日渐清晰

面对新挑战,钢铁企业正密集推进行动。作为全球最大钢企,中国宝武钢铁集团有限公司(下称“中国宝武”)率先布局,在前期发布碳中和目标后,近期再次发布低碳冶金技术路线图,并发起设立全球低碳冶金创新联盟。

在专家看来,中国宝武的减碳路径正日渐清晰,即形成钢铁流程极限能效减碳、重构高炉工艺技术减碳、氢冶金技术减碳、短流程近终形制造技术减碳、循环经济减碳和二氧化碳资源化利用技术减碳六条技术路线。

其中在钢铁流程极限能效减碳方面,将研究全流程理论极限和技术极限能耗模型,通过最佳可适商业技术(BACT)应用以及智慧制造、能效提升、余热余能深度资源化等领域的集成创新,逼近极限能效。

在重构高炉工艺技术减碳上,则通过技术创新将高炉煤气二氧化碳分离提质、加热返回高炉使用,实现高炉碳利用率极致化,结合富氢冶炼,构建富氢碳循环高炉技术体系,争取实现较传统高炉吨铁碳排放强度下降30%左右。

而氢冶金技术减碳重点研究绿色制氢工艺技术、氢气直接还原铁矿石工艺技术以及集成应用绿氢-直接还原-电炉短流程冶炼技术,实现吨钢碳排放强度相比高炉-转炉流程大幅度的降碳。

在短流程减碳上,计划通过构建短流程近终形制造技术平台,开展电炉+近终形制造工艺技术路径研究,实现钢铁加工工艺流程极低减碳。

另外,通过研发钢铁循环材料、含铁含碳固废、多源生物质等资源在钢铁生产过程中的使用技术,减少化石能源消耗,实现循环经济减碳,并对钢铁流程二氧化碳低成本、大规模进行捕集和资源化利用,探索钢铁流程深度减碳技术。

为推进技术路线图,中国宝武组建了低碳冶金创新中心,初步形成一中心多试验基地格局,启动包括氢冶金技术、富氢碳循环高炉技术等十大科研项目。此外,中国宝武还成立了专业从事清洁能源和可再生能源开发利用的宝武清洁能源有限公司,发起设立国内市场规模最大碳中和主题基金。

“在各方努力下,钢铁行业实现‘双碳’目标的技术路线图相当丰富,相信在中国宝武的牵头努力下,全球钢铁行业一定会在2050年实现承诺。”世界钢铁协会总干事巴松表示。

绿氢冶金还有多远

值得注意的是,在主要行动路线中,氢冶金试验被寄予厚望。“由于国内钢企的主流炼钢技术和能源结构短期还难以改变,相比传统技术改造路线,企业更期待在引入清洁原料方向取得突破,产生相对‘终极’的解决方案。”一家行业咨询机构研究部门负责人表示。

所谓氢冶金工艺,是用氢替代传统煤焦作为还原剂来置换铁矿石中的铁元素,实现冶炼过程的完全零排放。此前,德国蒂森克虏伯钢铁公司在2019年率先在炼钢工艺中引入这一技术,国内钢企除了中国宝武,河北钢铁集团宣化钢铁公司等也启动了相关试验项目。

在业界专家看来,氢冶金与传统的高炉流程相比,以氢气代替高炉冶炼使用的碳作为钢铁的还原剂,能减少冶炼过程中二氧化碳等排放,同时,氢能可能来自可再生能源或天然气,还能进一步减少煤炭的使用,更会大幅降低碳排放。

“氢能作为目前最具潜力的二次清洁能源,在我国的能源转型中将占据重要地位。”李新创也表示,氢能源的利用,既是方向也是未来,但包括氢能源的运输和储存在内,技术层面上还有很多问题有待解决。

比如氢气尤其是清洁的氢气如何实现大规模生产。业内人士介绍,现有制氢技术大多依赖化石能源,一方面无法避免碳排放,另一方面产能规模有限,而尽管可再生能源制氢技术正逐步成熟,但目前产能还有限,同时不少机构探索的太阳能光解水制氢、生物质制氢等技术也还有待突破。

由于生产氢成本较高,氢冶金的成本也还较高。“总体上,国内部分氢能冶金技术已建成示范工程并投产,取得一定的创新突破,但示范工程尚处于工业性试验阶段。”冶金工业信息标准研究院的报告也指出,氢冶金还存在基础设施不完善、相关标准空白、成本较高、安全用氢等问题,同时现阶段所用氢气多数仍为“灰氢”,距离真正实现“绿氢冶金”还较远。

鞍钢:减碳路径高质量发展

在我国31个制造业门类中,钢铁业碳排放量最大,减排任务艰巨。面对“双碳”目标,被称为“共和国钢铁工业长子”的鞍钢集团多举措推进节能减排降碳,探索“双碳”目标下的高质量发展模式。

节能减排显实效

连日来,鞍钢集团朝阳钢铁有限公司(下称“朝阳钢铁”)的厂区内热火朝天。在厂区一角,一个长480米、宽148米、高49米,占地面积相当于10个足球场大小的储煤棚化封闭项目正在建设之中。据了解,这是辽宁省目前在建面积最大的储煤棚化封闭项目之一,预计明年4月末竣工,建成后将大幅减少储煤的风耗和扬尘污染,改善厂区环境。

朝阳钢铁是鞍钢集团的三级子公司,近年来该公司聚焦“双碳”目标,大幅降低能源消耗,升级改造环保设备,向环保绩效A级企业发起冲击。据朝阳钢铁总经理田勇介绍,目前该公司一方面大幅压低无组织排放,在运输储存等环节尽力实现清洁运输,另一方面缩短炼钢流程,降低吨钢综合能耗,减少二氧化碳排放。

“通过短流程炼钢,可将综合能耗压减在吨钢120公斤标煤左右,比长流程炼钢的二氧化碳排放减少一半以上。”田勇说。

与此同时,朝阳钢铁逐步加强企业内部控制,从上到下严控能耗总量。“我们炼钢厂的每个车间、每个小组、每个班组都下达降耗目标任务,并与员工绩效直接挂钩,比如吨钢消耗多少铁水和废钢,就决定了这个炉长50%的考核指标。”朝阳钢铁炼钢厂厂长助理宁生龙说。

通过多方改革,朝阳钢铁效益大幅提升。目前,朝阳钢铁共有员工1984名,年产能达250万吨;今年1月至9月实现利润14亿元,已超过2018年全年利润总额。

朝阳钢铁的节能管控仅是鞍钢集团推进节能减排的一个缩影。为创新构建与现代化企业相适应的节能减排管理规章制度体系,鞍钢集团修订了《鞍钢集团有限公司节能管理办法》,进一步明确了各子企业作为法人主体的节能减排责任,分解落实到各厂矿区等生产单元,并纳入鞍钢集团子企业提质增效专项评价考核体系。同时通过重点工序、环节、用能设备的节能减排工艺应用与改造,全面发挥设备功能,提升用能效率。2013年至2020年,鞍钢集团累计开展节能项目373项,投资额36亿余元。

向绿色冶金转型

在“双碳”政策背景下,钢铁行业面临巨大的低碳转型压力,钢企加速布局低能耗产业转型升级已成为重要发展战略。早在2016年,鞍钢集团就建立了碳核算体系,重点排放子企业每年根据要求编制温室气体排放报告、碳排放监测规划等,如实报告碳排放数据信息,并配合管理部门开展第三方/四方碳核查工作。

在今年5月27日于上海召开的世界钢铁大会上,鞍钢集团发布《鞍钢集团碳达峰碳中和宣言》,承诺在2021年底发布低碳冶金路线图;2025年前实现碳排放总量达峰;2030年实现前沿低碳冶金技术产业化突破,深度降碳工艺大规模推广应用,力争2035年碳排放总量较峰值降低30%;持续发展低碳冶金技术,力争成为我国钢铁行业首批实现碳中和的大型钢铁企业。

8月鞍钢、本钢两大钢企重组,进一步推动鞍钢集团在“双碳”目标下的转型升级步伐。“初步计划比钢铁行业提前一年,在2024年左右完成碳达峰目标。”鞍钢集团党委书记、董事长谭成旭介绍,目前鞍钢的吨钢排放量与全国行业平均值相当,而本钢则高于平均值,重组后鞍钢将推动节能减排技术向本钢复制推广,并合力研发新技术,向绿色冶金工厂转型。

压力与机遇并存

数据显示,2020年钢铁行业煤炭消费量占全国煤炭消费总量的20%,是除电力行业之外煤耗最大行业。“双碳”目标背景下,我国钢铁行业将面临“能耗双控”和“碳双控”的双重约束,压力与机遇并存。

一方面,我国钢铁行业工艺结构不合理、能源结构单一,且产业集中度低、绿色发展水平不平衡,绿色低碳转型任重道远。据了解,2020年我国前十位钢铁企业行业集中度仅为39.2%,高比例球团矿冶炼等节能降碳工艺技术仅少数企业能够掌握,一些中小钢铁企业缺乏节能降碳意识和能力。

另一方面,行业和地方碳达峰及减碳行动规划尚未完全出台,钢铁行业节能降碳相关标准缺失,减碳工作缺乏顶层设计指导;高端碳管理人才、创新性节能降碳技术以及配套资金支持的缺乏,使得行业节能降碳空间有限。据测算,以年产量400万吨的钢铁企业为例,若要达到降碳30%的目的,需要投资约35亿元,而目前我国缺乏相应的配套资金支持政策。

业内人士表示,当中国钢铁业进入市场需求接近饱和、产能规模接近峰值、“双碳”压力不断加大的新阶段,兼并整合将是大势所趋,也是解决行业问题的关键之举。

鞍钢集团明确表示,将通过推进兼并重组淘汰落后产能,优化产业布局及工艺流程,加快研发应用低碳冶金技术和前沿碳捕获、利用与封存技术,布局新能源产业,提高氢能、太阳能、风能等绿色能源应用比例,以此实现碳达峰、碳中和。

业内人士也指出,未来钢铁行业应加大龙头企业对行业节能降碳、绿色转型的引领和推进作用,由龙头企业牵头,筹备全球低碳冶金创新联盟,搭建绿色低碳冶金开放共享合作平台。同时应以国家宏观政策为引导,以技术为支撑、以管理为手段、以考核为监督、以投入为保障,加大财政金融支持力度,科学指导钢铁企业实施节能降碳技术改造,完善钢铁行业节能降碳监管体系,推动“双碳”目标实现。

河钢:低碳理念贯串绿色工厂

作为特大型钢铁集团,河钢集团近年来坚持“绿色”引领战略,累计实施重点节能减排项目500多个,投资219亿元。目前,河钢集团正以“三大革新”为引领,向“双碳”目标稳步迈进。

一年前,河钢唐钢新区和河钢石钢新区相继在唐山市乐亭县和石家庄市井陉矿区正式投产。从渤海之滨到太行山麓,两座新生的绿色钢铁工厂成为河钢集团践行低碳理念最好的注脚。

在河钢唐钢新区,巨龙般的管廊凌空飞架,将厂区和码头连接起来。“这既是生产运输的大动脉,也是一道环保屏障。”河钢唐钢新区能源环保部部长庞得奇告诉记者,海上运来的物料全部通过皮带通廊直接入仓,从源头上解决了汽车运输烟尘排放等污染问题。

河钢唐钢新区充分考虑炼铁、炼钢、轧钢各个环节的短流程优势,在设计上追求物质流、能量流和排放流最小化,有效缩短过程时间和空间,将生产过程中的碳排放量降到最低。目前,唐钢新区运用130多项国内外先进环保生产技术、工艺装置,实现了全流程超低排放。

废钢-电炉炼钢-轧钢……在河钢石钢新区,钢铁行业最绿色环保的流程布局——短流程炼钢分外亮眼。相较长流程,短流程主要以废钢为原料,以电和天然气为主要能源,省去了焦化、烧结、高炉等高排放生产环节。

据介绍,在新形势下,随着工业化进程的推进,废钢资源逐步积聚,以发展电炉短流程炼钢为核心的工艺结构创新势在必行。河钢石钢新区着力打造国内钢铁长流程转短流程典范,相比老厂区,实现吨钢综合能耗降低62%,吨钢水耗降低46%,颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等主要污染物排放减少75%。

今年3月,河钢集团发布了碳达峰、碳中和总体目标:2022年实现碳达峰,2025年实现碳排放量较峰值降低10%以上,2030年实现碳排放量较峰值降低30%以上,2050年实现碳中和。

河钢集团低碳绿色发展行动计划路线图包括:推动装备大型化、智能化和绿色化升级,实现全流程碳减排;应用降低高炉燃料比、提高球团矿比例、大比例“废钢+直还铁”炼钢、节能型炼钢技术、烧结烟气选择性循环技术、高炉渣余热回收、高炉喷吹氢气等技术,推进能源利用高效化;发展热泵、太阳能、风电、生物质能等新能源,加大绿色电力的消耗占比;开发高性能、轻量化、长寿命、近终型、可循环绿色低碳产品;加快固废减量和循环利用,发展电力重卡及氢燃料重卡物流体系;打造全球氢能还原与利用技术研发中心。

为保障目标的顺利实现,河钢集团建立健全了体制机制并制定了保障措施。从健全自主创新支撑体系、完善碳排放管理标准体系、健全碳金融交易制度、扩大跨行业交流合作、健全完善激励机制、健全低碳绿色发展组织领导体系、组建低碳绿色发展专业研究机构、强化碳减排配套政策支持、加强人才队伍建设、加强低碳宣传及全员碳减排意识等十个方面入手,推动碳减排工作扎实推进。

在行动计划中,河钢集团绘制了以“三大革新”来引领实现“双碳”目标的改革脉络。“当前,关于钢铁行业未来发展路径的研究有很多,但钢铁行业要真正实现碳达峰、碳中和,必须通过能源结构创新、工艺结构创新和材料技术创新来实现。”河钢集团党委书记、董事长于勇认为。

石钢新区、唐钢新区就充分体现了河钢集团在工艺结构上的创新。而在钢铁材料技术创新方面,河钢集团将健全产品全生命周期技术研发、评价和服务体系,建设以产品为核心的上下游生态圈。通过开发具有高性能、轻量化、长寿命、近终型、可循环等绿色低碳产品,开展产品生态设计和低碳生产,为下游用户提供绿色低碳钢铁产品和碳足迹核算钢铁材料数据,从产业链共赢降低碳排放。

“能源结构创新,就是要通过推进风能、太阳能、氢能和生物质能等可再生能源在钢铁生产各工序的有效利用,逐步摆脱钢铁生产对化石能源的绝对依赖,从源头上解决钢铁冶炼过程中碳排放高的问题。”于勇介绍,其中氢能被誉为最具发展潜力的清洁能源,氢能冶炼技术应用将是钢铁行业实现能源结构革命的有效途径。

据介绍,河钢集团已在河北张家口地区率先启动年产120万吨炼钢原料的富氢直接还原工程。该项目从分布式绿色能源利用、低成本制氢、氢气直接还原、二氧化碳脱除等全流程和全过程进行创新研发,探索世界钢铁工业发展低碳甚至零碳经济的最佳途径。

为加快实现能源绿色低碳发展,河钢集团还将进一步加大可再生能源的开发利用,减少化石能源消耗、调整优化能源结构,发展太阳能、风电、生物质能、干热岩等新能源,持续加大绿色电力的消耗占比。(经济参考报)

文章编辑:【兰格钢铁网】www.lgmi.com

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