鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)選擇與應(yīng)用

李 莊，許友靜，易文杰，黃 懿，劉興旺*，李 翔

1. 湖南省生態(tài)環(huán)境事務(wù)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410014

2. 湘潭大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，湖南 湘潭 411105

3. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

2020 年9 月22 日，我國(guó)在第75 屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上提出了“雙碳”目標(biāo)，即2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和. 鋼鐵行業(yè)作為我國(guó)重要的能源密集型行業(yè)，2020 年粗鋼產(chǎn)量達(dá)到10.65×108t，首次突破了10×108t 大關(guān)，占全球粗鋼總產(chǎn)量的56.76%，是全球較大的粗鋼生產(chǎn)國(guó)及消費(fèi)國(guó)[1-2].此外，我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能源消耗以煤炭和焦炭為主，占鋼鐵工業(yè)能源消耗的89.18%[3-4]，這使得鋼鐵行業(yè)成為我國(guó)CO2排放的主要行業(yè)，約占全國(guó)CO2排放量的15%[5-9]，是僅次于電力行業(yè)的第二大碳排放大戶. 作為高耗能、高排放的鋼鐵行業(yè)[10]，其發(fā)展越來越受到能源和環(huán)境的制約. 為了促進(jìn)鋼鐵行業(yè)的節(jié)能和綠色低碳發(fā)展，我國(guó)出臺(tái)了多項(xiàng)政策，例如，2014年發(fā)布《國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化計(jì)劃(2014—2020 年)》，要求制定鋼鐵行業(yè)的溫室氣體排放標(biāo)準(zhǔn)；2017 年發(fā)布的《國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄》指出，有必要在鋼鐵行業(yè)中引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)；2022 年2 月11 日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南》指出，要加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)攻關(guān)，加快成熟綠色低碳技術(shù)的普及. 因此，大力發(fā)展鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)，推動(dòng)低碳技術(shù)的廣泛應(yīng)用，是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳綠色發(fā)展的有效途徑.

目前，為了大力推廣和普及節(jié)能低碳技術(shù)，工業(yè)和信息化部(MIIT)發(fā)布了先進(jìn)適用的鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)指南和應(yīng)用案例，為先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和安裝提供指導(dǎo)[11]. 同時(shí)，也有學(xué)者對(duì)鋼鐵行業(yè)的低碳技術(shù)應(yīng)用潛力進(jìn)行研究，如Wu 等[12]選擇鋼鐵行業(yè)的24項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，若上述技術(shù)皆得到運(yùn)用，可以減少鋼鐵行業(yè)291.1×106t CO2排放量；Li 等[13]選擇了41 項(xiàng)廣泛使用或推廣的節(jié)能技術(shù)，收集了它們的投資、運(yùn)行成本、節(jié)能量和CO2排放量，發(fā)現(xiàn)節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)4.63 GJ/t 的節(jié)能貢獻(xiàn)和443.21 kg/t 的CO2減排貢獻(xiàn). 李新等[14]考慮鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)，對(duì)京津冀地區(qū)鋼鐵行業(yè)規(guī)模/技術(shù)減排進(jìn)行分析，至2030 年規(guī)模/技術(shù)減排可以減少19.41×107t CO2排放. 顯然，發(fā)展和推廣低碳技術(shù)對(duì)鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和具有較大的潛力，而如何評(píng)價(jià)鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)水平則是基礎(chǔ).

已有學(xué)者對(duì)鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)的研究基本上集中在碳減排成本及潛力上，而對(duì)低碳技術(shù)綜合評(píng)價(jià)方面的研究較少. 因此，通過對(duì)鋼鐵行業(yè)碳排放源及低碳技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，遴選出適合鋼鐵行業(yè)發(fā)展的低碳技術(shù)，形成鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)清單，并建立一套符合鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)水平評(píng)價(jià)的綜合評(píng)價(jià)體系是必要的. 該研究以湖南省為例，對(duì)湖南省鋼鐵企業(yè)已應(yīng)用的低碳技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，揭示了各項(xiàng)技術(shù)減排優(yōu)先順序，為湖南省鋼鐵行業(yè)減排路徑優(yōu)化提供有效支撐，以期為管理部門提供政策支持，為企業(yè)低碳技術(shù)的選擇提供技術(shù)支持.

1 鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)分類及其應(yīng)用環(huán)節(jié)

1.1 低碳技術(shù)分類

從鋼鐵行業(yè)使用的低碳技術(shù)來看，低碳技術(shù)可以分為4 種：①原材料替代技術(shù)，包括高爐噴吹廢塑料技術(shù)、核電氫化煉鋼技術(shù)、生物質(zhì)碳使用技術(shù)、以氫代煤技術(shù)等；②流程減碳類技術(shù)，包括焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱利用技術(shù)、燒結(jié)煙氣選擇性循環(huán)凈化與余熱利用技術(shù)、高溫高壓干熄焦裝置、燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)、轉(zhuǎn)爐煤氣干法回收技術(shù)、加熱爐黑體強(qiáng)化輻射節(jié)能技術(shù)等；③固廢綜合利用技術(shù)，包括煙氣磁化熔融爐處理鋼鐵塵泥及有價(jià)元素回收技術(shù)、蓄熱式轉(zhuǎn)底爐處理冶金粉塵回收鐵鋅技術(shù)；④儲(chǔ)碳類技術(shù)，如CO2碳捕集和存儲(chǔ)技術(shù)(CCS).

1.2 鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)

《溫室氣體排放核算與報(bào)告要求第五部分：鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)》指出，鋼鐵生產(chǎn)過程中碳排放的來源主要有四個(gè)部分，包括化石燃料燃燒排放、過程排放、凈購(gòu)入電力熱力排放、固碳產(chǎn)生隱含的排放，其中主要源是化石燃料的燃燒. 文旭林等[15]對(duì)長(zhǎng)流程鋼鐵廠的研究發(fā)現(xiàn)，燃料燃燒排放約占總排放量的94%，過程排放約占總排放量的6%，凈購(gòu)入電力熱力排放和固碳產(chǎn)生隱含的排放各占總排放量的4%左右.

從鋼鐵生產(chǎn)的各工序來看，燒結(jié)工序的主要CO2排放是由燒結(jié)原料中燃料燃燒、點(diǎn)火煤氣燃燒引起的，球團(tuán)工序的CO2產(chǎn)生主要是球團(tuán)礦焙燒，焦化工序CO2來源于洗精煤、加熱用燃料燃燒，煉鐵工序主要是在鐵水脫碳過程中會(huì)產(chǎn)生CO2. 煉鋼過程中鐵水中的碳會(huì)氧化成CO2排放到大氣中，軋鋼在熱處理消耗燃料的過程中會(huì)產(chǎn)生CO2. 在整個(gè)工序中CO2主要來自高爐中煤和焦炭與鐵礦石的化學(xué)反應(yīng)，焦化、燒結(jié)及高爐煉鐵工序組成的煉鐵系統(tǒng)碳排放量占總排放量的89.5%，其中高爐煉鐵碳排放量占總流程的73.6%[16]，CO2排放量最大(見圖1)，其次是燒結(jié). 因此，鋼鐵行業(yè)減少碳排放量的主要任務(wù)應(yīng)放在高爐煉鐵過程的減排上[17].

圖 1 傳統(tǒng)(長(zhǎng)流程)鋼鐵生產(chǎn)流程不同工序CO2 排放源分布Fig.1 Distribution of CO2 emission sources in different processes of traditional (long process) steel production process

隨著鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)于2014—2018 年相繼發(fā)布了《國(guó)家重點(diǎn)推廣的低碳技術(shù)目錄》(第一批)、《國(guó)家重點(diǎn)推廣的低碳技術(shù)目錄》(第二批)、《國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄》(1～4 批)，積極推廣先進(jìn)適用的技術(shù)，深挖降碳潛力. 國(guó)外在低碳技術(shù)上的發(fā)展較為前沿，如日本的COURSE50 項(xiàng)目、歐洲的超低CO2煉鋼項(xiàng)目(ULCOS)、瑞 典的HYBRIT 項(xiàng) 目、 德 國(guó) 的Carbon2Chem 和SALCOS 項(xiàng)目，美國(guó)熔融氧化物電解和氫氣閃速熔煉項(xiàng)目等[18-20]. 該研究總結(jié)了國(guó)內(nèi)外低碳技術(shù)發(fā)展情況，從焦化、燒結(jié)、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐/電爐煉鋼和軋鋼環(huán)節(jié)整理篩選出了鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)清單(見表1).

表 1 鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)清單Table 1 List of low-carbon technologies in iron and steel industry

續(xù)表 1

2 鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及方法

2.1 鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩個(gè)部分，該研究遵循全面性、科學(xué)性、可操作性原則，首先參考學(xué)者技術(shù)評(píng)價(jià)相關(guān)文獻(xiàn)[21-24]，結(jié)合溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南，考慮鋼鐵企業(yè)CO2排放的特點(diǎn)，對(duì)低碳技術(shù)選擇影響因素進(jìn)行細(xì)化，然后進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，采用Delphi 法征詢專家意見，建立了具有鋼鐵企業(yè)自身特點(diǎn)的低碳技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[25](見圖2). 鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)由若干個(gè)一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)組成，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、低碳效果3 個(gè)角度進(jìn)行全面的分析和評(píng)價(jià).

圖 2 鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Selection and evaluation index system of low-carbon technologies in iron and steel industry

2.2 鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)方法

2.2.1 指標(biāo)基準(zhǔn)值的確定

基于定性指標(biāo)與定量指標(biāo)相結(jié)合的指標(biāo)體系，為方便計(jì)算每個(gè)鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)水平，所以采用對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行基礎(chǔ)分賦值的方式實(shí)現(xiàn)歸一化. 該研究采用百分制來評(píng)估一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)，10 分為一個(gè)梯度，共分為4 個(gè)梯度：60 分、70 分、80 分和90 分. 該研究通過對(duì)鋼鐵企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及專家問卷所得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算得出低碳技術(shù)(除最大值)數(shù)值的平均值作為定量指標(biāo)的基準(zhǔn)值，根據(jù)基準(zhǔn)值的1/4、1/2、3/4得出低碳技術(shù)的基礎(chǔ)分. 例如，碳減排總量取值越大，分值越高，以鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)的碳減排總量的平均值為基準(zhǔn)值，設(shè)為90 分，碳減排總量達(dá)到基準(zhǔn)值的3/4 設(shè)為80 分，達(dá)到基準(zhǔn)值的1/2 設(shè)為70 分，達(dá)到基準(zhǔn)值的1/4 設(shè)為60 分；投資成本取值越大、分值越低，以鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)投資成本的平均值為基準(zhǔn)值，設(shè)為60 分，投資成本達(dá)到基準(zhǔn)值的3/4 設(shè)為70 分，達(dá)到基準(zhǔn)值的1/2 設(shè)為80 分，達(dá)到基準(zhǔn)值的1/4 設(shè)為90 分. 在對(duì)各項(xiàng)技術(shù)定性指標(biāo)的描述中，定義分值均是從60～100 分依次遞增，定性指標(biāo)主要是通過專家打分獲得.

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

層次分析法是一種簡(jiǎn)單的任意計(jì)算原理，是分配權(quán)重以比較其他參數(shù)/備選方案的標(biāo)準(zhǔn)工具. 層次分析法為決策、評(píng)級(jí)和優(yōu)先排序問題提供了一個(gè)強(qiáng)大的模型[26]. 該研究采用層次分析法來確定鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)指標(biāo)權(quán)重. 通過邀請(qǐng)15 位鋼鐵行業(yè)環(huán)保低碳領(lǐng)域的專家對(duì)各指標(biāo)因素兩兩比較重要性，再由1～9標(biāo)度法(見表2)確定判斷矩陣，計(jì)算出特征向量，進(jìn)而進(jìn)行總排序，輔助進(jìn)行決策.

指標(biāo)權(quán)重確定的步驟：①構(gòu)建評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu). 通過上述已建立的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，確定指標(biāo)的層次和歸屬關(guān)系，將指標(biāo)體系的一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)分別以A、B 表示. ②構(gòu)造判斷矩陣. 專家憑借豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和工作實(shí)際進(jìn)行各二級(jí)指標(biāo)的兩兩重要性判斷，并打分得到判斷矩陣A〔A=(aij)n×n〕. ③判斷矩陣歸一化. 方根法(歸一化方法多種，此處只以其中一種進(jìn)行說明)，即首先計(jì)算判斷矩陣每一行元素乘積Mi，然后計(jì)算Mi的n次方根，并求出，最后歸一化處理得到特征根〔Wi=，其中W=(W1,W2,...，Wn)T〕 .④進(jìn)行一致性檢驗(yàn). 首先近似計(jì)算最大特征根λmax，其中，然后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，即CI=(λmax-n)/(n-1)，CR=CI/RI，求得一致性比率比例CR 的值. 當(dāng)CR＜0.1 時(shí)，可判斷矩陣A具有一致性，則W1,W2, …,Wn為指標(biāo)權(quán)重. 當(dāng)CR＞0.1 時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整矩陣，直到CR＜0.1. 式中的n代表判斷矩陣的階數(shù)，RI 為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其值根據(jù)表3 確定.

該研究在實(shí)際運(yùn)算過程中使用Yaahp 軟件，選擇判斷矩陣集結(jié)、平均權(quán)重的算法對(duì)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算. 計(jì)算結(jié)果如表4 所示.

表 2 1～9 標(biāo)度方法的描述Table 2 Description of the 1-9 scale method

表 3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(RI)Table 3 Average random consistency index (RI) values

表 4 鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculation results of low carbon technology evaluation index weight of iron and steel enterprises

綜上，由確定的基準(zhǔn)值判斷低碳技術(shù)在二級(jí)指標(biāo)上的基礎(chǔ)分，記為S′，將基礎(chǔ)分乘以各自的權(quán)重W′后相加得到相應(yīng)的一級(jí)指標(biāo)的得分，記為S，再將各一級(jí)指標(biāo)得分乘以相應(yīng)的權(quán)重W并求和，得出低碳技術(shù)的綜合得分，用符號(hào)H表示，計(jì)算公式：

式中，H為低碳技術(shù)的綜合得分，W′為各項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，W為各項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，S′為低碳技術(shù)在二級(jí)指標(biāo)上的基礎(chǔ)分，S為相應(yīng)一級(jí)指標(biāo)的得分.

3 案例分析—湖南省鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)

3.1 湖南省鋼鐵企業(yè)概況

湖南省主要有湖南華菱鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“華菱集團(tuán)”)和冷水江鋼鐵有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“冷鋼”)兩大鋼鐵企業(yè)，其中華菱集團(tuán)下轄子公司衡陽華菱鋼管有限公司(簡(jiǎn)稱“衡鋼”)、湖南華菱漣源鋼鐵有限公司(簡(jiǎn)稱“漣鋼”)、湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司(簡(jiǎn)稱“湘鋼”). 2020 年華菱集團(tuán)(含省外生產(chǎn)基地)生產(chǎn)生鐵2 109×104t、粗鋼2 678×104t、鋼材2 516×104t，鋼鐵產(chǎn)品覆蓋無縫鋼管、冷熱軋薄板、寬厚板、線棒材等十大類7 000 多個(gè)規(guī)格系列. 冷鋼2020 年 生 產(chǎn) 生 鐵289×104t、粗 鋼298×104t、鋼 材299×104t，產(chǎn)品主要有棒線材和中寬帶.

湖南省鋼鐵企業(yè)是湖南省碳排放大戶，CO2排放量基本上在200×104t CO2當(dāng)量以上，其中湘鋼在2019 年CO2排放總量為1 374×104t (見圖3)，居湖南省鋼鐵企業(yè)第一. 因此，選取了湖南省衡鋼、冷鋼、漣鋼、湘鋼4 家企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，共收集到了13 項(xiàng)企業(yè)已應(yīng)用的低碳技術(shù).

圖 3 2019 年湖南省鋼鐵企業(yè)CO2 排放量Fig.3 CO2 emissions from steel companies in Hunan Province in 2019

3.2 湖南省鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)基礎(chǔ)分計(jì)算

采用Delphi 法，由專家對(duì)指標(biāo)體系的二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行賦值，需要注意的是，定性定量指標(biāo)的賦值都是與具體的技術(shù)有關(guān)，其中定量指標(biāo)是確定的具體技術(shù)數(shù)值，定量指標(biāo)通過對(duì)各項(xiàng)技術(shù)數(shù)值(去除最大值)求取平均值，以平均值為基準(zhǔn)值，計(jì)算出各指標(biāo)下的各基礎(chǔ)分值對(duì)應(yīng)的具體基準(zhǔn)值(見表5). 以投資成本為例，湖南省鋼鐵企業(yè)各項(xiàng)低碳技術(shù)的投資成本平均值為4 155×104元，則二級(jí)指標(biāo)投資成本基礎(chǔ)分為60分時(shí)對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值為4 155.78×104元，基礎(chǔ)分為70分時(shí)對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值為3 116.84×104元，基礎(chǔ)分為80分時(shí)對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值為2 077.89×104元，基礎(chǔ)分為90分時(shí)對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值為1 038.95×104元. 然后根據(jù)基礎(chǔ)分判定的標(biāo)準(zhǔn)，得出各項(xiàng)技術(shù)在二級(jí)指標(biāo)上的基礎(chǔ)分，若是正向指標(biāo)，則大于平均值賦90 分，在平均值的3/4～1 之間賦80 分，在平均值的1/2～3/4 之間賦70 分，在平均值的1/4～1/2 之間賦60 分；若是負(fù)向指標(biāo)，則大于平均值賦60 分，在平均值的3/4～1 之間賦70 分，在平均值的3/4～1/2 之間賦80 分，在平均值的1/2～1/4 之間賦90 分.

表 5 指標(biāo)對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值Table 5 Benchmark values corresponding to indicators

3.3 案例結(jié)果與討論

根據(jù)3.3.2 節(jié)得出的13 項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)分，結(jié)合二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算得出各項(xiàng)技術(shù)在二級(jí)指標(biāo)上的得分情況(見表6). 由表6 可知，若只評(píng)價(jià)年碳減排效果，焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱利用技術(shù)、廢鋼循環(huán)利用技術(shù)、富含一氧化碳的氣態(tài)二次能源綜合利用技術(shù)、加熱爐黑體強(qiáng)化輻射節(jié)能技術(shù)的碳減排總量較大，且在二級(jí)指標(biāo)上的得分較高，在未來湖南省實(shí)現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)中是值得大力推廣的低碳技術(shù). 若只評(píng)價(jià)技術(shù)的投資成本、成熟度和普適性，目前湖南省仍然是以余熱余壓利用等節(jié)能技術(shù)為主，而碳儲(chǔ)存、碳利用技術(shù)以及智能化煉鋼技術(shù)目前的投資成本較大，并且存在著個(gè)別的技術(shù)問題，在鋼鐵企業(yè)技術(shù)應(yīng)用上較少.

表 6 13 項(xiàng)低碳技術(shù)在各項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)上的得分情況Table 6 Scores of 13 low carbon technologies on each secondary indicator

由表7 可知，湖南省13 個(gè)鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)綜合評(píng)價(jià)得分在70～85 分之間，80 分以上的占比為23.1%，75～80 分的占比為38.5%，70～75 分的占比為38.5%. 其中高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置、廢鋼循環(huán)利用技術(shù)的得分較高. 多項(xiàng)研究[27-29]亦表明：高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置技術(shù)在鋼鐵行業(yè)技術(shù)應(yīng)用上屬于成熟的技術(shù)且已基本普及；加大廢鋼資源利用，是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰且有效降碳的重要途徑.

表 7 鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)評(píng)價(jià)的排名情況Table 7 Evaluation ranking of low-carbon technologies in iron and steel industry

該研究發(fā)現(xiàn)，湖南省鋼鐵低碳技術(shù)還是以過程控制技術(shù)類別占主導(dǎo)位置，如得分較高的高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置、燒結(jié)煙氣選擇性循環(huán)凈化與余熱利用技術(shù)、燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)等. 全過程管控及儲(chǔ)碳類技術(shù)如智能化煉鋼技術(shù)、富含一氧化碳的氣態(tài)二次能源綜合利用技術(shù)得分較低，目前智能化煉鋼技術(shù)只有湘鋼已實(shí)現(xiàn)，富含一氧化碳的氣態(tài)二次能源綜合利用技術(shù)只有衡鋼已應(yīng)用. 原材料替代類的技術(shù)如氫冶煉技術(shù)、高爐噴吹廢塑料技術(shù)在湖南省內(nèi)基本沒有應(yīng)用，而在未來，改變鋼鐵行業(yè)能源結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)綠色鋼鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵路徑[30].

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

a) 根據(jù)各項(xiàng)技術(shù)在二級(jí)指標(biāo)上的得分顯示：以年碳減排總量為目標(biāo)，廢鋼循環(huán)利用技術(shù)、富含一氧化碳的氣態(tài)二次能源綜合利用技術(shù)、加熱爐黑體強(qiáng)化輻射節(jié)能技術(shù)年碳減排總量較大且在二級(jí)指標(biāo)上的得分較高，在湖南省鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)降碳過程中值得大力推廣；以技術(shù)投資成本、成熟度、普適性和二次能源回收利用率為目標(biāo)，得分較高的是余熱余壓利用等節(jié)能技術(shù)，目前湖南省鋼鐵企業(yè)仍然以余熱余壓利用等節(jié)能技術(shù)為主，可大大降低能源的損耗.

b) 基于鋼鐵企業(yè)低碳技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置、廢鋼循環(huán)利用技術(shù)得分較高，分別為83.129、82.982 分；智能化煉鋼技術(shù)、富含一氧化碳的氣態(tài)二次能源綜合利用技術(shù)得分較低，分別為74.040、72.991 分；處于中等水平的技術(shù)基本上屬于余熱余壓利用等節(jié)能技術(shù).

4.2 建議

a) 加快余熱余壓利用等成熟節(jié)能技術(shù)的普及推廣，提升自發(fā)電比例，降低能源直接消耗. 積極推廣鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣選擇性循環(huán)凈化與余熱利用、焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱利用、高爐沖渣余熱利用、燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)等尚未普及且節(jié)能效果好的余熱余壓回收技術(shù)，高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置在我國(guó)鋼鐵企業(yè)基本已普及，但仍需進(jìn)一步加大推廣. 通過提高余熱和剩余能源資源的深度利用，減少對(duì)電力的需求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的快速推進(jìn)和企業(yè)能源成本的有效降低. 同時(shí)，加大技術(shù)創(chuàng)新，鼓勵(lì)電爐、轉(zhuǎn)爐等復(fù)雜條件下技術(shù)裝備的研發(fā).

b) 進(jìn)一步提高廢鋼比. 積極采用廢鋼循環(huán)利用技術(shù)，如果在高爐/轉(zhuǎn)爐(BF/BOF)工藝中采取相應(yīng)的技術(shù)措施，提高廢鋼比，降低鐵鋼比，鋼鐵工業(yè)的CO2排放總量可以大大降低. 然而如果采用純廢鋼電弧爐煉鐵工藝，比高爐/轉(zhuǎn)爐(BF/BOF)工藝降碳空間更大.

c) 提升鋼鐵企業(yè)智能化水平，緩解減排壓力. 積極引入5G、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中的運(yùn)用，推動(dòng)鋼鐵企業(yè)在能源管理、生產(chǎn)工藝上的數(shù)字化、智能化的發(fā)展，減少能耗，緩解減排壓力.