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李新創:強化源頭、嚴格過程、優化末端 高質量超低排放開啟中國鋼鐵低碳發展之路

發布時間:2021-02-05來源:冶金工業規劃研究院

日前,冶金工業規劃研究院全文刊發冶金工業規劃研究院黨委書記、總工程師李新創《強化源頭、嚴格過程、優化末端,高質量超低排放開啟中國鋼鐵低碳發展之路》。詳情如下:


強化源頭、嚴格過程、優化末端

高質量超低排放

開啟中國鋼鐵低碳發展之路

冶金工業規劃研究院黨委書記、總工程師

俄羅斯自然科學院外籍院士

李新創


一實現碳中和是推動生態文明建設的根本措施


全球氣候變化是21世紀人類面臨的重大挑戰。作為全球最重要的經濟體之一,我國在聯合國大會上做出莊嚴承諾,明確提出中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和,標志著我國應對氣候變化工作已經進入了新的發展階段。碳達峰目標及碳中和愿景是習近平總書記的重要宣示,是黨中央、國務院統籌國際國內兩個大局作出的重大戰略決策,影響深遠、意義重大。它不僅僅是對應對氣候變化工作提出的要求,更是對我們國家未來經濟高質量發展和生態環境高水平保護提出的明確要求。因此,我國將把碳達峰、碳中和作為推動實現高質量發展的倒逼機制和生態環境保護的治本之策,必須堅定不移實施積極應對氣候變化國家戰略,促進中國經濟社會實現全面綠色轉型。


二高質量超低排放是現階段鋼鐵行業低碳發展的重要抓手


2019年,全球鋼鐵工業碳排放量約26億噸/年,約占全球能源系統排放量的7%。而中國鋼鐵工業碳排放量占全球鋼鐵工業碳排放總量的60%以上,約占全國碳排放總量的15%,位居制造業行業首位。因此,鋼鐵行業如何實現低碳發展,對于我國實現碳達峰、碳中和目標具有舉足輕重的作用。


鋼鐵行業的降碳途徑主要包括減少鋼鐵產量、高爐長流程向電爐短流程轉型、開發低碳冶煉工藝、發展清潔能源、實施節能改造、開發碳捕集利用與封存技術等。但是,除實施節能改造外,大多數途徑要實現大規模應用還存在諸多現實條件的限制。如:我國經濟發展還離不開鋼鐵產品的支撐,鋼產量短期內難以大幅下降;電爐短流程置換的政策支持力度不足;企業發展風能、光伏清潔能源受地理位置、場地等因素制約;缺乏技術成熟可靠且經濟可行的新型低碳冶煉工藝、碳捕集利用與封存技術等。此外,鋼鐵企業對于低碳發展的認知還較為模糊,人才儲備有待加強,管理監控體系還不健全,短期內要全面實施的基礎較為薄弱。


當前,我國鋼鐵行業正在全面實施超低排放改造,大幅削減主要大氣污染物排放量,助力打贏藍天保衛戰。大氣六項常規污染物和溫室氣體具有同根、同源、同過程的特點,兩者可實現協同減排。生態環境部黃潤秋部長接受新華社采訪時表示,有關機構評估顯示2013年至2017年,通過壓減鋼鐵、水泥等行業過剩產能,在大幅降低大氣污染物排放的同時,協同減排二氧化碳約7.37億噸。“十四五”空氣質量持續改善是我國生態環境領域的重點工作,其中鋼鐵行業高質量實施超低排放改造仍將是重要抓手,超低排放相關配套政策、技術體系也較為成熟。因此,在現有政策體系下,通過高質量實施超低排放改造,推動常規大氣污染物和碳協同減排,是現階段最可行的碳達峰途徑,也可為下一步碳中和奠定堅實的基礎。


三正確認識實施超低排放改造對鋼鐵企業碳排放的影響


一些觀點認為實施超低排放必然大幅增加能耗,從而增加鋼鐵企業的碳排放,會對碳達峰、碳中和帶來負面的影響。這種僅把鋼鐵超低排放當成是單純的末端治理的認識是十分片面的,而從《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(環大氣[2019]35號)中可以看出,鋼鐵超低排放是一場全流程、全周期、全過程、全覆蓋的綠色革命。因此,關于超低排放對鋼鐵企業碳排放的影響必須結合超低排放的相關要求進行全面分析。


1、超低排放改造直接增加的碳排放量分析


如果鋼鐵企業基本的污染治理設施缺失嚴重,在實施超低排放改造的過程中,需要補齊大量治理設施欠賬,必然會造成能耗的上升,增加碳排放。但對于廢氣治理設施齊全的合法合規鋼鐵企業來說,與達標排放相比,超低排放并不會造成碳排放的大幅增加。


對比鋼鐵行業超低排放限值和特別排放限值,各項主要污染物排放濃度均大幅收嚴。首先,燒結球團的二氧化硫排放濃度由180mg/m3降低到35mg/m3,氮氧化物排放濃度由300mg/m3降低到50mg/m3。為實現超低排放,現有脫硫設施需要提高漿液循環量,增加循環漿液電耗;新增脫硝設施需要克服GGH和SCR反應器的阻力,增加增壓風機電耗,煙氣加熱會增加高爐煤氣消耗量。按平均水平測算,實施脫硫和SCR脫硝改造后整體增加電耗約5.2kWh/t礦,增加高爐煤氣消耗量約38m3/t礦。其次,顆粒物排放濃度由10~40mg/m3降低到10mg/m3,需要采用高效濾筒等先進除塵工藝實施改造,通過增加過濾面積、降低過濾風速來實現超低排放,由于降低了除塵器阻力,不但不會增加能耗,反而可降低除塵系統1%~2%的電耗。因此,可測算出鋼鐵企業實施超低排放改造后直接增加的碳排放量約40kg/t鋼,占鋼鐵企業碳排放總量的2%。


2、超低排放協同碳減排量分析


《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(環大氣[2019]35號)突出結構調整和源頭控制,強調全流程、全過程環境管理,通過“超低改造一批、達標治理一批、淘汰落后一批”,推動行業整體轉型升級,從而提升鋼鐵行業的碳效率,實現碳協同減排;通過實施差別化環保政策,營造公平競爭、健康有序的發展環境,為促進行業高質量發展,開啟中國鋼鐵行業低碳發展之路創造有利條件。


高質量實施超低排放改造,要求實施源頭減排。如實施儲運設施機械化改造,替代廠內汽車倒運和非道路移動機械作業,可減少柴油用量約2~5L/t鋼;實施燒結機頭煙氣循環,可減少固體燃料消耗約1~3kg/t礦,降低電耗約3kWh/t;實施高爐爐頂料罐均壓放散煤氣回收改造,可減少高爐煤氣排放約5m3/t鐵;合計可減少碳排放量11~19kg/t鋼。此外,實施高爐煤氣精脫硫,既可避免大量煤氣用戶配套末端治理設施而帶來的能耗增加,還可為下一步高爐煤氣分離捕集二氧化碳奠定基礎。


高質量實施超低排放改造,強化無組織排放管控,要求加強產塵點的封閉和密閉,減少收塵系統的無效浪費;強調治理設施和生產設施的同步運行,減少治理設施的無效運行和能源浪費。首鋼遷鋼在實施超低排放改造后,治理設施運行能耗降低了12%,按鋼鐵企業除塵系統電耗約150kWh/t鋼測算,可減少碳排放量約11kg/t鋼。


高質量實施超低排放改造,要求提高大宗物料和產品清潔方式運輸比例,大幅減少運輸環節的污染物排放量。鋼鐵企業外部運輸量為粗鋼產量的4~5倍,道路運輸平均距離約為350km,初步測算實施清潔運輸改造后,可減少碳排放量約8~13kg/t鋼。


因此,高質量實施超低排放改造,通過源頭和過程協同減排,可基本中和掉末端治理增加的碳排放量。更重要的是,高質量實施超低排放改造,既可以倒逼企業進行結構調整、使用清潔原燃料、優化生產工藝流程、提高資源能源利用效率,從而實現更深層次的協同減排;還可以助力企業通過建立全流程全方位的監測監控體系,實現由過去粗放型管理向集約化管理、由傳統經驗管理向科學化及數字化管理的轉變,形成低碳發展的長效機制。


四實現常規污染物超低排放和二氧化碳協同減排的建議


生態環境部于2021年1月發布的《關于統籌和加強應對氣候變化與生態環境保護相關工作的指導意見》(環綜合[2021]4號)提出,在鋼鐵等行業開展大氣污染物和溫室氣體協同控制試點示范。針對鋼鐵行業常規污染物及二氧化碳協同減排,本文提出以下四點建議:


1、因地制宜制定超低排放和碳減排協同的規劃和路線圖


鋼鐵企業應結合自身情況,統籌考慮兩者需求,研究制定協同管控戰略。通過開展重點大氣污染物及溫室氣體協同減排效應評價,識別可落實的協同減排項目,提前規劃發展路線。同時應做好以下三方面的融合:一是做好企業內部管理融合,進一步強化環保、低碳職責與分工;二是做好低碳與環保相關數據融合,實現大氣污染與溫室氣體排放清單一體化;三是做好環保、低碳以及相關技術的融合,最終實現污染排放和碳排放的“雙控”目標。


2、高質量實施超低排放應綜合施策,杜絕堆砌末端治理設施


超低排放方案不但提出了具體的限值要求,還明確了超低排放改造的技術路徑,不但提出了脫硫脫硝除塵等末端治理技術,還提出了燒結機頭煙氣循環、煤氣精脫硫等源頭控制措施。因此,鋼鐵企業應避免為了達到超低排放限值而一味堆砌末端治理設施,否則不僅難以取得預期效果,反而還會增加無效的能耗和成本,增加碳排放;同時末端治理的慣性思維,也會導致管理者對于結構優化、精細化管理等關注不夠。鋼鐵企業實施超低排放應該強調源頭削減、過程控制和末端治理并重,對于各污染源分類綜合施策,強化源頭削減、嚴格過程控制、優化末端治理,從而實現常規大氣污染物和碳協同減排。


3、通過超低排放徹底梳理家底,建立碳排放一體化監測體系


鋼鐵工業是復雜的流程工業,長期以來家底不清問題對各項工作順利開展造成了障礙。超低排放工作對監測監控體系提出了嚴格的要求,對有組織排放、無組織排放、清潔運輸等各環節都要進行全方位、無死角的信息采集和記錄。通過全面實施超低排放,建立完善的監測監控體系,可以徹底梳理清楚鋼鐵企業家底。結合下一步碳減排需求,企業可以在超低排放監控體系的基礎上,進一步推進物聯網、大數據、云計算、區塊鏈等互聯網技術應用,基于生產實時數據進行碳排放全流程管控,實現碳排放目標管理、監測預警和監督考核,打通數據鏈條,最終實現大氣常規污染物及碳排放一體化協同監控。


4、通過實施超低排放練好內功,為碳中和奠定基礎


“十四五”環境空氣質量持續改善工作仍是重中之重,通過推行鋼鐵行業超低排放,倒逼京津冀、長三角等重點區域工藝裝備落后、能耗和污染物排放高、管理粗放的企業退出,促進化解過剩產能和產量控制、促進結構調整和布局優化;此外,通過超低排放配套差別化支持政策的實施,督促企業進一步優化生產工藝流程、加快清潔化生產改造,同時提升管理精細化水平,推動行業綠色轉型,練好內功,以健康的狀態迎接碳中和時代的到來。

 

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