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钢铁企业碳排放源分析

摘要:我国七省市碳排放交易试点以来,虽然国家颁布了《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》和《温室气体排放核算与报告要求第5部分:钢铁生产企业》,部分省市也根据当地区域发展的特点制定了钢铁企业核算报告指南或办法,但很多钢铁企业或第三方等机构根据上述指南和标准判断企业的碳排放源和对应的物料品种还是比较困难,因而无法准确把握企业上报的碳排放数据是否有遗漏或重复计算。本文正是基于此从碳排放源识别和对应物料品种的梳理分析,给企业和第三方等机构以借鉴和指导。

关键词:钢铁企业;排放源;主要物料品种

1引言

钢铁企业具有流程长,生产工艺复杂和物料消耗繁多的特点,并且钢铁企业是各省市的碳排放大户,企业和机构盘查清一个钢企的整体碳排放量对企业和地方的碳排放水平的评估具有决定作用,盘查的关键就在掌握一个企业的碳排放源到底有哪些,消耗的物料品种具体有哪些。本文对碳排放源和主要物料品种识别分析的依据主要是《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》和《温室气体排放核算与报告要求第5部分:钢铁生产企业》,不在指南和标准中的能源和固碳品种不在本文分析,例如烟气和高炉渣等。文中分析阐述的主要是典型钢铁联合企业的生产工序,包括焦化工序、烧结工序、球团工序、炼铁工序、炼钢工序、轧钢工序、石灰工序、发电厂和附属生产系统。

2排放源识别和主要物料品种

焦化工序输入端物料品种主要为洗精煤、焦炉煤气、高炉煤气和电力,输出端物料品种为焦炭、焦炉煤气、蒸汽、焦油和粗苯。洗精煤经备煤和配煤由贮煤塔经装煤车装入焦炉炭化室,洗精煤在炭化室中高温干馏;消耗的煤气主要是焦炉煤气和高炉煤气,煤气在焦炉燃烧室燃烧,为炭化室提供1300~1350℃的温度;焦炭是由炭化室推出的红焦经干熄炉与循环气体热交换后冷却排出,循环气体在锅炉热交换后产生蒸汽发电或自用;来自炭化室的荒煤气经冷鼓电捕工段产生焦油,脱硫的煤气经过终冷脱苯后产出粗苯。具体排放源和物料品种见图2-1。图2-1焦化工序排放源识别与主要物料品种烧结工序输入端物料品种有无烟煤、焦粉、焦炉煤气、高炉煤气、石灰石、白云石和电力,输出端主要是蒸汽。无烟煤和焦粉作为燃料,石灰石和白云石作为溶剂,燃料和溶剂与矿粉混合铺于烧结机台车上进行烧结;焦炉煤气和高炉煤气在烧结机头点火器点燃烧结料层;环冷机或带冷机经鼓风冷却后高温废气加热锅炉内的水产生蒸汽,用于发电。具体排放源和物料品种见图2-2。球团工序有三种工艺:竖炉焙烧法、带式焙烧机法和链篦机-回转窑法。应用最早的是竖炉焙烧,只能使用气体燃料:焦炉煤气和高炉煤气,若企业无焦化工序的就只使用了高炉煤气;采用最多的是带式焙烧机法,燃料可以使用煤气和重油;出现较晚的是链篦机-回转窑法,该方法燃料除了可以使用煤气和重油外,还可100%使用煤粉。企业或第三方等机构可根据企业所采用的工艺判断能源使用品种。图2-3主要以竖炉焙烧法为示意。图2-3球团竖炉排放源识别与主要物料品种炼铁工序输入端物料品种包括煤粉(无烟煤、烟煤或二者的混合煤粉)、焦炭和石灰石,输出端物料主要有铁水和高炉煤气。焦炭作为燃料、石灰石作为溶剂按照一定比例与烧结矿和球团矿配料送入高炉,煤粉和热风(1000~1300℃)由高炉炉腹送入高炉内,协助焦炭在炉内燃烧,产生的高炉煤气由炉顶导出。这里需要强调的是高炉煤气会供热风炉使用,属于内部消耗,高炉煤气外供量是在产生总量扣除了热风炉自用量,TRT发电也按照内部消耗使用,因此炼铁工序消耗的电力要扣除TRT发电。另外需要考虑铁水罐烤包器会使用高炉煤气和转炉煤气。具体排放源和物料品种见图2-4。图2-4炼铁工序排放源识别与主要物料品种炼钢工序输入端物料品种主要包括铁水、废钢、冷铁、合金(按照指南里要求合金只列出了镍铁合金、铬铁合金和钼铁合金,企业若有使用其他合金,如锰铁合金等,且量比较大,可列入输入端)、白云石(也有企业使用石灰石)和电力,输出端物料品种有转炉煤气、蒸汽和粗钢(钢坯)。铁水是转炉炼钢的主要原材料,一般占装入量的70%~100%,废钢占10%~30%,冷铁占0%~5%;白云石作为造渣剂加入转炉脱磷和脱硫,这里需要注意轻烧白云石(主要成分CaO•MgO)不作为碳排放物料消耗,只算生白云石(CaCO3•MgCO3)的消耗量;转炉煤气是铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体,经降温和净化后供用户使用,其中转炉烟气在经过汽化冷却烟道时产生蒸汽,蒸汽到汽包再输出到蓄热器,减温减压后到低压管网供用户使用;最后作为输出端的粗钢是指连铸工段将钢液用连铸机浇注、冷凝、切割而得到的钢坯。在炼钢工序除了上述主要碳排放源和物料品种外,还要考虑混铁炉、合金炉、钢包、中间包等所用高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气,同时若企业有采用电炉和LF炉还要计算电极消耗量。具体排放源和物料品种示意见图2-5。图2-5炼钢工序排放源识别与主要能源品种轧钢工序输入端物料品种主要有高炉煤气、转炉煤气和电力,输出端主要是蒸汽和废钢。高炉煤气和转炉煤气(有的企业也有使用焦炉煤气)主要用于加热炉加热钢坯,加热炉汽化冷却产生蒸汽,废钢是指轧钢过程中钢锭开坯,连铸坯轧制时的切头、切尾,钢材轧制的边角余料及废材。企业自产废钢都会进入炼钢转炉冶炼。具体示意见图2-6所示。图2-6轧钢工序排放源识别与主要物料品种目前钢铁企业都建立了自备电厂,降低了企业能耗和碳排放量,自备电厂的排放源和物料品种比较简单,输入端是焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气和电力,输出端是电厂发的电力。需要注意的是算自备电厂碳排放要扣除电厂自用电量,如果电厂是煤发电,还需考虑煤的消耗量。评价一个企业电厂能力,可以看企业的自发电比率,做的好的企业可以达到80%~90%,不好的企业只有30%~40%。自备电厂示意见图2-7所示。图2-7自备电厂排放源识别与主要物料品种除了上述主要的7个工序流程外,有的钢铁企业还有石灰工序。目前冶金石灰窑采用比较多的是竖窑和回转窑,回转窑在我国运用比较成熟,大型钢铁企业都有生产线。竖窑生产线的所用能源主要是煤气和电力;回转窑生产线所用能源主要是煤粉或煤气,还有电力。在附属生产系统,主要考虑厂区车辆所用汽油和柴油,生活所用电力、蒸汽以及食堂所用液化石油气或天然气。附属生产系统在部分省市不在计算边界内,企业核算和第三方核查时要注意。综上对各个工序排放源识别和主要物料品种的梳理,基本形成钢铁企业排放源和物料品种体系,企业和第三方等机构可根据表1所汇总的排放源和物料品种进行查漏补缺,使企业的碳排放数据更加准确、完整和有效。

钢铁企业碳排放源以及主要物料品种的识别,为企业和第三方等机构提供了一个参考评价的体系,当然不是企业和第三方等机构运用上述识别体系就能准确计算某钢铁企业的碳排量,上述识别主要是针对钢铁企业典型的工艺流程的识别,每家企业由于生产组织、产品规格和设备装备等的不同,会出现多种的差异,因此企业和机构要以上述识别体系为基础,根据国家和地方颁布的最新指南和标准要求,灵活判断企业各碳排源和物料品种,有效反映钢铁企业的碳排放水平,当然只要按照识别体系的关键环节进行判断分析,出现大的疏漏的概率就会低很多。

参考文件

[1]国家发展改革委气候司.中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)[S].2013-10-15.

[2]国家发展改革委气候司.温室气体排放核算与报告要求第5部分:钢铁生产企业[S].2015-11-19.

[3]叶匡吾.三种球团焙烧工艺的评述.烧结球团[J],2002,(1):5~7.

[4]黄卫国,张海珠.回转窑生产冶金石灰的探讨.有色金属设计[J].2013,(4):25~28.

[5]刘玲,赵婧.我国石化行业温室气体排放源识别.化工环保[J].2013,(3):330~334.

作者:苏文俊 单位:宝钢工程技术集团有限公司

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