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李新创:强化源头、严格过程、优化末端 高质量超低排放开启中国钢铁低碳发展之路

发布时间:2021-02-05来源:冶金工业规划研究院

日前,冶金工业规划研究院全文刊发冶金工业规划研究院党委书记、总工程师李新创《强化源头、严格过程、优化末端,高质量超低排放开启中国钢铁低碳发展之路》。详情如下:


强化源头、严格过程、优化末端

高质量超低排放

开启中国钢铁低碳发展之路

冶金工业规划研究院党委书记、总工程师

俄罗斯自然科学院外籍院士

李新创


一实现碳中和是推动生态文明建设的根本措施


全球气候变化是21世纪人类面临的重大挑战。作为全球最重要的经济体之一,我国在联合国大会上做出庄严承诺,明确提出中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,标志着我国应对气候变化工作已经进入了新的发展阶段。碳达峰目标及碳中和愿景是习近平总书记的重要宣示,是党中央、国务院统筹国际国内两个大局作出的重大战略决策,影响深远、意义重大。它不仅仅是对应对气候变化工作提出的要求,更是对我们国家未来经济高质量发展和生态环境高水平保护提出的明确要求。因此,我国将把碳达峰、碳中和作为推动实现高质量发展的倒逼机制和生态环境保护的治本之策,必须坚定不移实施积极应对气候变化国家战略,促进中国经济社会实现全面绿色转型。


二高质量超低排放是现阶段钢铁行业低碳发展的重要抓手


2019年,全球钢铁工业碳排放量约26亿吨/年,约占全球能源系统排放量的7%。而中国钢铁工业碳排放量占全球钢铁工业碳排放总量的60%以上,约占全国碳排放总量的15%,位居制造业行业首位。因此,钢铁行业如何实现低碳发展,对于我国实现碳达峰、碳中和目标具有举足轻重的作用。


钢铁行业的降碳途径主要包括减少钢铁产量、高炉长流程向电炉短流程转型、开发低碳冶炼工艺、发展清洁能源、实施节能改造、开发碳捕集利用与封存技术等。但是,除实施节能改造外,大多数途径要实现大规模应用还存在诸多现实条件的限制。如:我国经济发展还离不开钢铁产品的支撑,钢产量短期内难以大幅下降;电炉短流程置换的政策支持力度不足;企业发展风能、光伏清洁能源受地理位置、场地等因素制约;缺乏技术成熟可靠且经济可行的新型低碳冶炼工艺、碳捕集利用与封存技术等。此外,钢铁企业对于低碳发展的认知还较为模糊,人才储备有待加强,管理监控体系还不健全,短期内要全面实施的基础较为薄弱。


当前,我国钢铁行业正在全面实施超低排放改造,大幅削减主要大气污染物排放量,助力打赢蓝天保卫战。大气六项常规污染物和温室气体具有同根、同源、同过程的特点,两者可实现协同减排。生态环境部黄润秋部长接受新华社采访时表示,有关机构评估显示2013年至2017年,通过压减钢铁、水泥等行业过剩产能,在大幅降低大气污染物排放的同时,协同减排二氧化碳约7.37亿吨。“十四五”空气质量持续改善是我国生态环境领域的重点工作,其中钢铁行业高质量实施超低排放改造仍将是重要抓手,超低排放相关配套政策、技术体系也较为成熟。因此,在现有政策体系下,通过高质量实施超低排放改造,推动常规大气污染物和碳协同减排,是现阶段最可行的碳达峰途径,也可为下一步碳中和奠定坚实的基础。


三正确认识实施超低排放改造对钢铁企业碳排放的影响


一些观点认为实施超低排放必然大幅增加能耗,从而增加钢铁企业的碳排放,会对碳达峰、碳中和带来负面的影响。这种仅把钢铁超低排放当成是单纯的末端治理的认识是十分片面的,而从《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气[2019]35号)中可以看出,钢铁超低排放是一场全流程、全周期、全过程、全覆盖的绿色革命。因此,关于超低排放对钢铁企业碳排放的影响必须结合超低排放的相关要求进行全面分析。


1、超低排放改造直接增加的碳排放量分析


如果钢铁企业基本的污染治理设施缺失严重,在实施超低排放改造的过程中,需要补齐大量治理设施欠账,必然会造成能耗的上升,增加碳排放。但对于废气治理设施齐全的合法合规钢铁企业来说,与达标排放相比,超低排放并不会造成碳排放的大幅增加。


对比钢铁行业超低排放限值和特别排放限值,各项主要污染物排放浓度均大幅收严。首先,烧结球团的二氧化硫排放浓度由180mg/m3降低到35mg/m3,氮氧化物排放浓度由300mg/m3降低到50mg/m3。为实现超低排放,现有脱硫设施需要提高浆液循环量,增加循环浆液电耗;新增脱硝设施需要克服GGH和SCR反应器的阻力,增加增压风机电耗,烟气加热会增加高炉煤气消耗量。按平均水平测算,实施脱硫和SCR脱硝改造后整体增加电耗约5.2kWh/t矿,增加高炉煤气消耗量约38m3/t矿。其次,颗粒物排放浓度由10~40mg/m3降低到10mg/m3,需要采用高效滤筒等先进除尘工艺实施改造,通过增加过滤面积、降低过滤风速来实现超低排放,由于降低了除尘器阻力,不但不会增加能耗,反而可降低除尘系统1%~2%的电耗。因此,可测算出钢铁企业实施超低排放改造后直接增加的碳排放量约40kg/t钢,占钢铁企业碳排放总量的2%。


2、超低排放协同碳减排量分析


《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气[2019]35号)突出结构调整和源头控制,强调全流程、全过程环境管理,通过“超低改造一批、达标治理一批、淘汰落后一批”,推动行业整体转型升级,从而提升钢铁行业的碳效率,实现碳协同减排;通过实施差别化环保政策,营造公平竞争、健康有序的发展环境,为促进行业高质量发展,开启中国钢铁行业低碳发展之路创造有利条件。


高质量实施超低排放改造,要求实施源头减排。如实施储运设施机械化改造,替代厂内汽车倒运和非道路移动机械作业,可减少柴油用量约2~5L/t钢;实施烧结机头烟气循环,可减少固体燃料消耗约1~3kg/t矿,降低电耗约3kWh/t;实施高炉炉顶料罐均压放散煤气回收改造,可减少高炉煤气排放约5m3/t铁;合计可减少碳排放量11~19kg/t钢。此外,实施高炉煤气精脱硫,既可避免大量煤气用户配套末端治理设施而带来的能耗增加,还可为下一步高炉煤气分离捕集二氧化碳奠定基础。


高质量实施超低排放改造,强化无组织排放管控,要求加强产尘点的封闭和密闭,减少收尘系统的无效浪费;强调治理设施和生产设施的同步运行,减少治理设施的无效运行和能源浪费。首钢迁钢在实施超低排放改造后,治理设施运行能耗降低了12%,按钢铁企业除尘系统电耗约150kWh/t钢测算,可减少碳排放量约11kg/t钢。


高质量实施超低排放改造,要求提高大宗物料和产品清洁方式运输比例,大幅减少运输环节的污染物排放量。钢铁企业外部运输量为粗钢产量的4~5倍,道路运输平均距离约为350km,初步测算实施清洁运输改造后,可减少碳排放量约8~13kg/t钢。


因此,高质量实施超低排放改造,通过源头和过程协同减排,可基本中和掉末端治理增加的碳排放量。更重要的是,高质量实施超低排放改造,既可以倒逼企业进行结构调整、使用清洁原燃料、优化生产工艺流程、提高资源能源利用效率,从而实现更深层次的协同减排;还可以助力企业通过建立全流程全方位的监测监控体系,实现由过去粗放型管理向集约化管理、由传统经验管理向科学化及数字化管理的转变,形成低碳发展的长效机制。


四实现常规污染物超低排放和二氧化碳协同减排的建议


生态环境部于2021年1月发布的《关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见》(环综合[2021]4号)提出,在钢铁等行业开展大气污染物和温室气体协同控制试点示范。针对钢铁行业常规污染物及二氧化碳协同减排,本文提出以下四点建议:


1、因地制宜制定超低排放和碳减排协同的规划和路线图


钢铁企业应结合自身情况,统筹考虑两者需求,研究制定协同管控战略。通过开展重点大气污染物及温室气体协同减排效应评价,识别可落实的协同减排项目,提前规划发展路线。同时应做好以下三方面的融合:一是做好企业内部管理融合,进一步强化环保、低碳职责与分工;二是做好低碳与环保相关数据融合,实现大气污染与温室气体排放清单一体化;三是做好环保、低碳以及相关技术的融合,最终实现污染排放和碳排放的“双控”目标。


2、高质量实施超低排放应综合施策,杜绝堆砌末端治理设施


超低排放方案不但提出了具体的限值要求,还明确了超低排放改造的技术路径,不但提出了脱硫脱硝除尘等末端治理技术,还提出了烧结机头烟气循环、煤气精脱硫等源头控制措施。因此,钢铁企业应避免为了达到超低排放限值而一味堆砌末端治理设施,否则不仅难以取得预期效果,反而还会增加无效的能耗和成本,增加碳排放;同时末端治理的惯性思维,也会导致管理者对于结构优化、精细化管理等关注不够。钢铁企业实施超低排放应该强调源头削减、过程控制和末端治理并重,对于各污染源分类综合施策,强化源头削减、严格过程控制、优化末端治理,从而实现常规大气污染物和碳协同减排。


3、通过超低排放彻底梳理家底,建立碳排放一体化监测体系


钢铁工业是复杂的流程工业,长期以来家底不清问题对各项工作顺利开展造成了障碍。超低排放工作对监测监控体系提出了严格的要求,对有组织排放、无组织排放、清洁运输等各环节都要进行全方位、无死角的信息采集和记录。通过全面实施超低排放,建立完善的监测监控体系,可以彻底梳理清楚钢铁企业家底。结合下一步碳减排需求,企业可以在超低排放监控体系的基础上,进一步推进物联网、大数据、云计算、区块链等互联网技术应用,基于生产实时数据进行碳排放全流程管控,实现碳排放目标管理、监测预警和监督考核,打通数据链条,最终实现大气常规污染物及碳排放一体化协同监控。


4、通过实施超低排放练好内功,为碳中和奠定基础


“十四五”环境空气质量持续改善工作仍是重中之重,通过推行钢铁行业超低排放,倒逼京津冀、长三角等重点区域工艺装备落后、能耗和污染物排放高、管理粗放的企业退出,促进化解过剩产能和产量控制、促进结构调整和布局优化;此外,通过超低排放配套差别化支持政策的实施,督促企业进一步优化生产工艺流程、加快清洁化生产改造,同时提升管理精细化水平,推动行业绿色转型,练好内功,以健康的状态迎接碳中和时代的到来。

 

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