钢铁企业碳排放的计算与分析

Vo1．32 No．3 Mav．2013 冶 金 能 源 ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY 3 钢铁企业碳排放的计算与分析 黄丽文 ， 部龙江 ， 贾艳艳 ， (1．重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司， 2．国家钢铁冶炼装备系统集成工程技术研究中心) 摘要应用碳平衡原理，分析某钢铁企业的碳输入和碳输出，研究该企业的碳排放计算模 型，并对影响碳排放的因素做了分析。提高企业自发电比例、保证钢材产量、降低综合能耗 都是钢铁企业减少碳排放的有利措施。 关键词碳平衡碳排放钢产量综合能耗 Calculation and analysis of carbon emissions of steel enterprise Huang Linwen · Bu Longjiang · Jia Yanyan · (1．CISDI R and D Co．，Ltd．， 2．National Engineering Research Center for Iron and Steel Making Plant Integration) Abstract Study on the application of carbon balance principle，the input and output of carbon，the carbon emissions calculation model，and the influencing factors of carbon emissions in a steel enter— prise were analyzed．Improving the proportion ot enterprise§power，ensuring the output of steel，re- dueing comprehensive energy consumption were useful measures to reduce carbon emissions in steel en— terprises． Keywords carbon balance carbon emissions output of steel comprehensive energy consumption 根据《哥本哈根协议》，我国提交了减少温 室气体排放的目标：到2020年，在2005年的基 础上将单位GDP的碳排放减少40％～50％，并 制定相应的国内统计、监测、考核办法加以落 实u J。以化石燃料为主要燃、原料的钢铁企业 是温室气体排放的主要行业之一 。因此，钢 铁企业应顺应减少碳排放这个趋势，在完善碳排 放统计的基础上，采取一系列措施提高能源利用 率，降低企业自身的碳排放。 碳排放是关于温室气体排放的一一个总称或简 称，而温室气体中最主要的气体是二氧化碳。钢 铁企业碳排放的特点是以二氧化碳排放为主，该 文所说碳排放只研究二氧化碳的排放．包括直接 收稿日期：2012—11—26 黄丽文(1986一 )，助理研究员；401122重庆市北部新区。 排放和间接排放。间接二氧化碳排放是指以非二 氧化碳形式排放到大气中，终将在大气中氧化形 成的二氧化碳。文章针对某钢铁企业，研究该企 业的碳排放计算模型，并对影响碳排放的因素做 了分析。 1碳平衡计算 1．I碳素含量的数据 应用碳平衡的原理，研究分析某钢铁企业碳 输人和碳输出的物质及其碳素含量，计算该企业 的碳排放。碳输人包括能源、熔剂、载能介质和 废钢；碳输出包括粗钢、副产品、外销能源及外 销载能介质。 该钢铁企业年生产钢189．3万t、铁195．1 万t、钢材125．6万t，粗钢、废钢含碳量为 0．01万t／，万t。能源(无烟煤、烟煤、洗精煤、 冶 金 能 源 ENERGY FOR MEq、ALLURGICAI INDUS FRY VoI．32 NO．3 Mav．20l 3 焦炭)的碳素含量依据2006年《IPCC国家温室 气体清单指南》推荐的数据得到；载能介质 (新水、焦炉煤气、液氧)的碳素含量是将载能 介质折算成标煤，再由标煤的碳素含量计算得 到； 灰石、焦油和粗苯的碳素含量是通过本身 的碳素 衡折算得到 ．由于陔企业外购电来源是 传统的火力发电，所以计算模型将外购电产生的 碳排放考虑在内_3 J，外购电的碳素含量是根据 东北区域电网的碳排放系数折算得到。 碳排放计算模型是以面向消费终端的方式来 计算钢铁企业的碳排放量，所以将非含碳物质 (包括外购电、外购新水、外销液氧)也划分为 碳输入与碳输出物质。表1为某钢铁企业碳输 入、碳输出物质及其碳素含量。 表1 某企业碳输入、碳输出物质及其碳素含量 1．2碳平衡计算 利用表1中的数据，结合该钢铁企业的实际 生产数据和能源数据，对该企业201 1年碳平衡进 行计算，得到2011年的碳排放为122．4万t，如图 1所示，折合成二氧化碳排放量为448．8万t。 碳排放产生于电力、煤气消耗过程、能源输 配过程、废弃物收集和处理过程 。从图1可以 看出，归根到底，碳排放主要来源于煤和外购电 所带来的碳排放，减少钢铁企业碳排放需要提高 自发电比例(或者使用清洁能源发电)以及提 高外购煤的使用效率。提高自发电比例可以通过 提高余热回收效率、转炉煤气回收量、TRT发电 量等措施来实现。提高外购煤的使用效率可以通 过提高喷煤比、提升风温、提高富氧率等手段降 低高炉燃料比来实现。 2碳排放模型计算 依据表1中该钢铁企业的碳输人、碳输出物 质及其碳素含量，折算成二氧化碳的碳排放量的 计算公式如下： 碳排放量=(∑Mi×碳素含量i一∑Mj×碳 素含量 )×44／12 式中：碳排放量，万t；Mi为碳输人物质的消耗 量，万t或万kWh或万m ；Mj为碳输出物质的 产生量，万t或万m 。 为了便于对碳排放量进行分析，计算单位产 品的碳排放量，即万吨钢碳排放量，计算公式如 下： 蝈 外购 石废粗焦 粗外销外销外销碳 摆 煤 塑新水糖 钢 钢油 苯德I炉焦炭液氧 煤 电 煤 石 煤气……… 放 图l 某钢铁企业201 1年碳平衡图 Vol_32 No．3 Mav．2013 冶 金 能 源 ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY 5 万吨钢碳排放量=碳排放量／钢产量 式中：万吨钢碳排放量(以下简称“碳排放 量”)，万t／万t；钢产量，万t 3 碳排放的影响因素分析 3．1月份对碳排放的影响 为了分析一年内不同月份对碳排放的影响， 对该企业201 1年月度碳排放量进行计算，得到 图2。 _ ● ＼ 制 辎 器 皙 图2 某钢铁企业201 1年的月度碳排放量 在图2中，1、2、9—12月份的碳排放量在 2．4～2．6万 万t，要大于其它月份的碳排放 2．15—2．35万t／，万t，分析原因是东北地区秋冬 季节的环境温度极低，为了保证钢铁企业的正常 生产，需要消耗较多的能源，从而排放较多的：： 氧化碳 、月份对碳排放的影响实际是环境温度对 碳排放的影响，环境温度对碳排放的影响在北方 地区表现尤为明显。 3．2钢产量对碳排放的影响 为了分析钢产量对碳排放的影响，对该企业 不同钢产量下的碳排放量进行比较，得到图3。 从图3可以看出，该企业的碳排放量随钢产 量的增大呈现减少的趋势，月钢产量从l4万t 变化到17万t，而碳排放量从2．6万l／万t变化 到2．2万L／万t。分析钢产量偏低情况下，碳排 放量偏高的原因：月钢产量偏低说明该月份企业 的产能偏低，各工序较低的作业率或者生产效率 影响了该企业的生产节奏，从而影响了能源的利 用效率，使得该月份碳排放量升高。 3．3能耗对碳排放的影响 钢铁企业碳排放的过程本质是能源消耗的过 ● ＼ 蛹 挺 蜇 图3钢产量与碳排放量的关系 程 。为 ’分析能耗对碳排放的影响，对该企 业碳排放量、万吨钢综合能耗(以下简称综合 能耗)的关系进行比较，得到图4。 2·6 2．4 懿l as ．t,2 ，2 强 举 嚣2 0 R 图4碳排放量、综合能耗与钢产量的关系 从图4可以看出，随着钢产量的增大，碳排 放量与综合能耗都显现出降低的趋势 、 与月钢产 量小于l5万t时，碳排放量与综合能耗的变化 趋势不一致；而当月钢产量大于l5万tD,7，碳排 放量与综合能耗的变化趋势一致。理论上，碳排 放量与综合能耗的变化趋势都是一致的，但是由 于钢产量存在差异，因此出现了上述的不一致。 从3．2小节钢产量对碳排放的分析可以看 出，钢产量偏低对碳排放的影响不容忽视，而且钢 产量偏低的原因很多，从而使得碳排放量与综合 能耗的变化趋势产生偏差。如何保证钢铁企业的 钢材产量，把握生产节奏，是减少碳排放的一个重 要环节 4结论与展望 (1)钢铁企业碳排放主要来源于煤和外购电 (下转第l4页) 14 冶 金 能 源 ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY Vol_32 No．3 Mav．2013 调节阀，控制进入氧分配器站的氮气量，氮气的 瞬时流量为6300～6500 m ／h；然后氧氮气进行 混匀，混匀后的气体先进人缓冲罐，再接人去氧 分配器站的氧气管道上。 (3)混匀前氧氮气管道上均设截止止回阀， 防止混匀气体回窜，污染原有气体。混匀后气体 管路上设氧气浓度检测及流量检测，监控氧气的 使用浓度和使用量。 (4)氧气管道的安全措施：进行酸洗除锈、 脱脂和氩弧焊，并设防雷、防静电装置。 (5)新增氧气调压阀组设置防护墙。 4预计效果 目前该项目正在实施过程中，完成后预计可 减少约3000m ／h的中压氮气用量，可减少中压 液氮后备泵的启停次数，降低氧气放散率约两个 百分点。通过氧煤枪冷却介质的改造预计可以将 氧气、中压氮气的用量比由l：0．38调整为初期 设计的1：0．34．实现实际使用氧氮比与设计用 量上的动态平衡。 万雪编辑 (上接第5页) 所带来的碳排放，减少碳排放需要提高自发电比 例(或者使用清洁能源发电)以及提高外购煤 的使用效率。 (2)合理的生产节奏才能保证钢材产量和 降低钢铁企业的碳排放量。 (3)节能与减排并不是两个独立的问题， 钢铁企业在降低综合能耗的同时也减少了企业自 身的碳排放。 (4)近十年，国内外开始重视碳捕集技术 的研究，包括燃烧前捕集和燃烧后捕集等多种技 术。而钢铁企业作为碳排放大户，也已经着手碳 捕集技术的研究。钢铁企业自身减少碳排放与碳 捕集技术两手抓，才能真正实现我国降低碳排放 的承诺。 参考文献 [1]陈 军．低碳管理[M]．北京：海洋出版社， 2O1O． [2]徐匡迪．低碳经济与钢铁工业[J]．钢铁，2010， 45(3)：1—12． [3]盛刚．钢铁联合企业生产工序碳排放流模型建构 与CO 排放分析f D]北京：冶金自动化研究设 计院，2011． [4]IPCC．2006年IPCC国家温室气体清单指南[R]． 2006． [5]张颖．钢铁厂能耗评估与CO：排放量计算[D]． 上海：华东理工大学，2011． 万雪编辑 (上接第7页) (2)促进能源管控重心下移 现场人员更准确详细地了解岗位的用能现状 及优化控制方法，是能源消耗的直接相关者和控 制者。因此，有必要将现有能源管理方法进一步 推进到现场，将能源因素识别添加到岗位作业指 导书中，引导岗位人员关注影响能耗的操作要 点，促进能源消耗不断降低。 (3)完善能源管理系统(Energy Manage— ment System，以下简称EMS) 能源管理中心以能源管理系统为基础，EMS 实时上传的各种能源介质信息便于管理中心对生 产变动及时做出反应，调整系统运行方案，避免 生产变动的不利影响，提高了整个能源系统运行 的稳定性和经济性。然而由于种种原因目前缺少 对实时数据必要的处理和分析功能，仅满足13常 平衡功能而对生产现场当前运行的经济性缺少评 价，也不能为现场降低能源消耗提供及时的指 导。因此，EMS系统的实时数据并没有发挥出 更大的功能，其数据对于主体厂生产的经济运行 不具有直接的指导意义。如烧结余热发电项目， 最低的配料成本或最高的发电量不一定是最佳成 本，因此要通过EMS数据的分析引导生产寻求 综合成本最低，即考虑配料成本与高品质回收蒸 汽的最佳点。 万雪编辑