鋼鐵企業(yè)碳排放源主要物料品種分析

蘇文俊

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司 上海 201900）

1　引言

鋼鐵企業(yè)具有流程長(zhǎng)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜和物料消耗繁多的特點(diǎn)，并且鋼鐵企業(yè)是各省市的碳排放大戶，企業(yè)和機(jī)構(gòu)盤查清一個(gè)鋼企的整體碳排放量對(duì)企業(yè)和地方的碳排放水平的評(píng)估具有決定作用，盤查的關(guān)鍵就在掌握一個(gè)企業(yè)的碳排放源到底有哪些，消耗的物料品種具體有哪些。

本文對(duì)碳排放源和主要物料品種識(shí)別分析的依據(jù)主要是《中國鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》和《溫室氣體排放核算與報(bào)告要求第5部分：鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)》，不在指南和標(biāo)準(zhǔn)中的能源和固碳品種不在本文分析，例如煙氣和高爐渣等。文中分析闡述的主要是典型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)工序，包括焦化工序、燒結(jié)工序、球團(tuán)工序、煉鐵工序、煉鋼工序、軋鋼工序、石灰工序、發(fā)電廠和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)。

2　排放源識(shí)別和主要物料品種

焦化工序輸入端物料品種主要為洗精煤、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣和電力，輸出端物料品種為焦炭、焦?fàn)t煤氣、蒸汽、焦油和粗苯。洗精煤經(jīng)備煤和配煤由貯煤塔經(jīng)裝煤車裝入焦?fàn)t炭化室，洗精煤在炭化室中高溫干餾；消耗的煤氣主要是焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣，煤氣在焦?fàn)t燃燒室燃燒，為炭化室提供1300～1350℃的溫度；焦炭是由炭化室推出的紅焦經(jīng)干熄爐與循環(huán)氣體熱交換后冷卻排出，循環(huán)氣體在鍋爐熱交換后產(chǎn)生蒸汽發(fā)電或自用；來自炭化室的荒煤氣經(jīng)冷鼓電捕工段產(chǎn)生焦油，脫硫的煤氣經(jīng)過終冷脫苯后產(chǎn)出粗苯。具體排放源和物料品種見圖2-1。

燒結(jié)工序輸入端物料品種有無煙煤、焦粉、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、石灰石、白云石和電力，輸出端主要是蒸汽。無煙煤和焦粉作為燃料，石灰石和白云石作為溶劑，燃料和溶劑與礦粉混合鋪于燒結(jié)機(jī)臺(tái)車上進(jìn)行燒結(jié)；焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣在燒結(jié)機(jī)頭點(diǎn)火器點(diǎn)燃燒結(jié)料層；環(huán)冷機(jī)或帶冷機(jī)經(jīng)鼓風(fēng)冷卻后高溫廢氣加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生蒸汽，用于發(fā)電。具體排放源和物料品種見圖2-2。

圖2　-2 燒結(jié)工序排放源識(shí)別與主要物料品種

球團(tuán)工序有三種工藝：豎爐焙燒法、帶式焙燒機(jī)法和鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯法。應(yīng)用最早的是豎爐焙燒，只能使用氣體燃料：焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣，若企業(yè)無焦化工序的就只使用了高爐煤氣；采用最多的是帶式焙燒機(jī)法，燃料可以使用煤氣和重油；出現(xiàn)較晚的是鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯法，該方法燃料除了可以使用煤氣和重油外，還可100%使用煤粉。企業(yè)或第三方等機(jī)構(gòu)可根據(jù)企業(yè)所采用的工藝判斷能源使用品種。圖2-3主要以豎爐焙燒法為示意。

圖2　-3 球團(tuán)豎爐排放源識(shí)別與主要物料品種

煉鐵工序輸入端物料品種包括煤粉（無煙煤、煙煤或二者的混合煤粉）、焦炭和石灰石，輸出端物料主要有鐵水和高爐煤氣。焦炭作為燃料、石灰石作為溶劑按照一定比例與燒結(jié)礦和球團(tuán)礦配料送入高爐，煤粉和熱風(fēng)（1000～1300℃）由高爐爐腹送入高爐內(nèi)，協(xié)助焦炭在爐內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高爐煤氣由爐頂導(dǎo)出。這里需要強(qiáng)調(diào)的是高爐煤氣會(huì)供熱風(fēng)爐使用，屬于內(nèi)部消耗，高爐煤氣外供量是在產(chǎn)生總量扣除了熱風(fēng)爐自用量，TRT發(fā)電也按照內(nèi)部消耗使用，因此煉鐵工序消耗的電力要扣除TRT發(fā)電。另外需要考慮鐵水罐烤包器會(huì)使用高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣。具體排放源和物料品種見圖2-4。

圖2　-4 煉鐵工序排放源識(shí)別與主要物料品種

煉鋼工序輸入端物料品種主要包括鐵水、廢鋼、冷鐵、合金（按照指南里要求合金只列出了鎳鐵合金、鉻鐵合金和鉬鐵合金，企業(yè)若有使用其他合金，如錳鐵合金等，且量比較大，可列入輸入端）、白云石（也有企業(yè)使用石灰石）和電力，輸出端物料品種有轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽和粗鋼（鋼坯）。鐵水是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原材料，一般占裝入量的70%～100%，廢鋼占10%～30%，冷鐵占0%～5%；白云石作為造渣劑加入轉(zhuǎn)爐脫磷和脫硫，這里需要注意輕燒白云石（主要成分CaO·MgO）不作為碳排放物料消耗，只算生白云石（CaCO3·MgCO3）的消耗量；轉(zhuǎn)爐煤氣是鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合氣體，經(jīng)降溫和凈化后供用戶使用，其中轉(zhuǎn)爐煙氣在經(jīng)過汽化冷卻煙道時(shí)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽到汽包再輸出到蓄熱器，減溫減壓后到低壓管網(wǎng)供用戶使用；最后作為輸出端的粗鋼是指連鑄工段將鋼液用連鑄機(jī)澆注、冷凝、切割而得到的鋼坯。在煉鋼工序除了上述主要碳排放源和物料品種外，還要考慮混鐵爐、合金爐、鋼包、中間包等所用高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，同時(shí)若企業(yè)有采用電爐和LF爐還要計(jì)算電極消耗量。具體排放源和物料品種示意見圖2-5。

圖2　-5 煉鋼工序排放源識(shí)別與主要能源品種

軋鋼工序輸入端物料品種主要有高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和電力，輸出端主要是蒸汽和廢鋼。高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣（有的企業(yè)也有使用焦?fàn)t煤氣）主要用于加熱爐加熱鋼坯，加熱爐汽化冷卻產(chǎn)生蒸汽，廢鋼是指軋鋼過程中鋼錠開坯，連鑄坯軋制時(shí)的切頭、切尾，鋼材軋制的邊角余料及廢材。企業(yè)自產(chǎn)廢鋼都會(huì)進(jìn)入煉鋼轉(zhuǎn)爐冶煉。具體示意見圖2-6所示。

圖2　-6 軋鋼工序排放源識(shí)別與主要物料品種

目前鋼鐵企業(yè)都建立了自備電廠，降低了企業(yè)能耗和碳排放量，自備電廠的排放源和物料品種比較簡(jiǎn)單，輸入端是焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和電力，輸出端是電廠發(fā)的電力。需要注意的是算自備電廠碳排放要扣除電廠自用電量，如果電廠是煤發(fā)電，還需考慮煤的消耗量。評(píng)價(jià)一個(gè)企業(yè)電廠能力，可以看企業(yè)的自發(fā)電比率，做的好的企業(yè)可以達(dá)到80%～90%，不好的企業(yè)只有30%～40%。自備電廠示意見圖2-7所示。

圖2　-7 自備電廠排放源識(shí)別與主要物料品種

表1　各工序排放源識(shí)別和主要物料品種

除了上述主要的7個(gè)工序流程外，有的鋼鐵企業(yè)還有石灰工序。目前冶金石灰窯采用比較多的是豎窯和回轉(zhuǎn)窯，回轉(zhuǎn)窯在我國運(yùn)用比較成熟，大型鋼鐵企業(yè)都有生產(chǎn)線。豎窯生產(chǎn)線的所用能源主要是煤氣和電力；回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線所用能源主要是煤粉或煤氣，還有電力。

在附屬生產(chǎn)系統(tǒng)，主要考慮廠區(qū)車輛所用汽油和柴油，生活所用電力、蒸汽以及食堂所用液化石油氣或天然氣。附屬生產(chǎn)系統(tǒng)在部分省市不在計(jì)算邊界內(nèi)，企業(yè)核算和第三方核查時(shí)要注意。

綜上對(duì)各個(gè)工序排放源識(shí)別和主要物料品種的梳理，基本形成鋼鐵企業(yè)排放源和物料品種體系，企業(yè)和第三方等機(jī)構(gòu)可根據(jù)表1所匯總的排放源和物料品種進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，使企業(yè)的碳排放數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、完整和有效。

結(jié)語

鋼鐵企業(yè)碳排放源以及主要物料品種的識(shí)別，為企業(yè)和第三方等機(jī)構(gòu)提供了一個(gè)參考評(píng)價(jià)的體系，當(dāng)然不是企業(yè)和第三方等機(jī)構(gòu)運(yùn)用上述識(shí)別體系就能準(zhǔn)確計(jì)算某鋼鐵企業(yè)的碳排量，上述識(shí)別主要是針對(duì)鋼鐵企業(yè)典型的工藝流程的識(shí)別，每家企業(yè)由于生產(chǎn)組織、產(chǎn)品規(guī)格和設(shè)備裝備等的不同，會(huì)出現(xiàn)多種的差異，因此企業(yè)和機(jī)構(gòu)要以上述識(shí)別體系為基礎(chǔ)，根據(jù)國家和地方頒布的最新指南和標(biāo)準(zhǔn)要求，靈活判斷企業(yè)各碳排源和物料品種，有效反映鋼鐵企業(yè)的碳排放水平，當(dāng)然只要按照識(shí)別體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行判斷分析，出現(xiàn)大的疏漏的概率就會(huì)低很多。

參考文件

[1]國家發(fā)展改革委氣候司.中國鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）[S].2013-10-15.

[2]國家發(fā)展改革委氣候司.溫室氣體排放核算與報(bào)告要求第5部分：鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)[S].2015-11-19.

[3]葉匡吾.三種球團(tuán)焙燒工藝的評(píng)述.燒結(jié)球團(tuán)[J]，2002，（1）：5～7.

[4]黃衛(wèi)國，張海珠.回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)冶金石灰的探討.有色金屬設(shè)計(jì)[J].2013，（4）：25～28.

[5]劉玲，趙婧.我國石化行業(yè)溫室氣體排放源識(shí)別.化工環(huán)保[J].2013，（3）:330～334.