钢铁行业碳减排的方向与技术路径

2021-03-31 10:12 绿创碳和
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中国钢铁产量连续位居世界**,同时也消耗了大量的化石燃料,排放出大量的温室气体, 因此,钢铁工业会是我国碳减排的重点行业。中国政府承诺,到2025年,国内单位生产总值二氧化碳排放比 2005年下降60% 至 65%。如何提高我国钢铁工业的碳减排,已成为我们必须研究的热点问题。

钢铁行业节能减排刻不容缓

我国钢铁能源消耗约占全国工业总能耗的15%,废水和固体废弃物排放量分别占工业排放总量的14%和17%。废气排放量占各行业工业排放总量的 26%。全球每年生产和使用高达18亿吨钢铁,有将近50%的钢产于中国,中国钢铁行业碳排放量也约占全球钢铁行业碳排放总量的50%。国内钢铁行业的节能减排任务难度很大,形式也非常严峻。

钢铁行业主要减排路径

钢铁行业减排主要有四种途径:

1.加强行业/企业内部管理:完善能源监管机构,监管生产过程中节能减排工作的执行情况,督促在生产环节中节能减排工作落实。

2.优化产业结构:淘汰落后生产线及生产工艺,提升钢铁生产水平。推进行业联合重组,使生产更加集中化和现代化。

3.调整企业用能结构:使钢铁生产由“铁-转炉-钢”的生产工艺向“废钢-电炉-钢”的生产工艺转变,降低煤炭的使用。

4.推进节能技术创新及节能技术使用:加大对节能减排技术的投资,推动行业节能技术研发、引进与推广,从生产源头落实节能减排。

钢铁行业节能减排前沿技术

1.高炉炉顶煤气循环技术

采用炉顶煤气循环技术的高炉炼铁过程中,铁矿的还原全部由上部交换装置的煤气来完成(温度低于900℃),这样不会发生高温下因直接还原导致的碳消耗增加的现象。理论计算表明,采用该工艺的高炉比常规高炉的CO2排放量约减少24%。

2.焦炉煤气氧化重整技术(POX)

对焦炉煤气进行部分氧化重整(将CH4转化为H2及CO),并将重整后的富H2煤气吹入高炉或用于直接还原,此举可以减少CO2排放25%左右。该技术目前以欧洲超低CO2炼钢(ULCOS)项目和日本COURSE50项目为代表。

3.全氧高炉冶炼技术

该技术的特点是将高炉鼓入的空气改成氧气,炉顶煤气中的CO2被洗涤吸收后,剩余CO返回,可增加喷煤比、降低焦比,大大降低CO2排放。此外,采用该技术产生的CO2应更为集中,后续捕集也相对容易。在越来越严格的碳排放政策下,可以预见,全氧高炉冶炼和二氧化碳捕集技术的结合将很可能会在未来高炉炼铁中发挥重要作用。

4.带等离子加热装置的高炉冶炼

将部分炉顶煤气中的CO2通过等离子加热使其和C反应生成CO,产生的CO通过风口鼓入高炉。由于不再采用喷煤技术,仅用焦炭作骨架,通过模型计算,CO2排放量(包括CO2洗涤器去除的部分)比常规高炉减少51%。等离子高炉是CO2排放最低的流程,但电耗较高。

对钢铁行业的启发与建议

(1)钢铁冶金过程排放大量二氧化碳,具有排放点多、分布广泛、烟气量低、浓度不均匀以及烟气粉尘中重金属含量较高等特点。

(2)从钢铁生产方面考虑CO2的减排,高炉长流程炼铁工艺应该将铁前系统作为突破重点,并逐渐推广以废钢为主要原料的电炉短流程炼钢。

(3)针对钢铁企业烟气CO2减排,应充分考虑其烟气特性,借鉴现有较为成熟的吸收法、吸附法等捕集技术,并开发与钢铁生产工艺相结合的CO2捕集技术和装备。


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