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钢铁减污降碳的技术创新探析

目前,钢铁工业碳排放量约占全国碳排放总量的15%,是我国碳排放量最高的制造业行业。在“双碳”目标下,减污降碳成为钢铁工业的主旋律。不过,在近日召开的2021(第十二届)中国钢铁节能减排论坛上,冶金工业规划研究院总工程师李新创坦言,“‘十四五’时期,我国经济发展对钢铁总量需求仍将保持较高规模,在钢铁生产总体规模难以大幅下降的背景下,总量降碳空间非常有限,结构减污降碳仍需要时间。”在中国钢铁工业协会执行会长何文波看来,钢铁工业减污降碳不仅要靠综合治理和机制引导,更需要在技术创新上谋出路。

一、超低排放取得较大成效

工业和信息化部节能与综合利用司副司长尤勇表示,“十三五”期间我国加快推动传统制造业绿色低碳化改造,深入实施绿色制造工程,积极培育绿色增长新动能,工业绿色发展取得了积极成效,实现了经济效益和环境效益双赢。对于钢铁工业来说,超低排放改造等绿色低碳发展也取得了较大进展。中国生态环境部大气环境司司长刘炳江表示,中国正在打造全球规模最大的清洁钢铁生产基地。通过十余年的节能减排行动,中国钢铁行业在产量和利润大幅增加的情况下,实现了污染物排放和能耗的双降,花园式工厂越来越多。刘炳江介绍,2010年,中国吨钢综合能耗640千克标准煤,吨钢二氧化硫排放量2.89千克,颗粒物排放量2.2千克。而去年,钢铁业吨钢的综合能耗降至540千克标准煤,吨钢二氧化硫和颗粒物的排放量均低于0.5千克,各指标均明显下降。与此同时,钢铁产量从2010年的逾6亿吨增长到2020年的10亿吨左右。李新创称,北京周边区域主要大气污染物排放,钢铁企业独占一半。2019~2020年,通过推动京津冀及周边地区5000万吨钢铁产能全面实现超低排放,减少污染物外部传输约30%,北京市PM2.5浓度首次实现“30+”。此外,2020年重点大中型钢铁企业吨钢综合能耗也显著下降,达545.78千克标准煤,同比降低1.42%;受生产结构、技术进步和管理提升的影响,单年吨钢能耗指标实现大幅下降。

二、钢铁行业面临新挑战

虽然钢铁行业节能减排成果显著,但该行业仍是我国最大的工业排放源,“双碳”目标下仍将面临新的挑战。首先,钢铁业的超低排放改造标准水平很高。中国工程院院士干勇指出,中国超低排放标准当中,每立方米烧结烟气的粉尘、二氧化硫、氮氧化物的排放为10毫克、35毫克和50毫克。而欧洲上述三项指标每立方米分别为50毫克、500毫克和400毫克。日本、韩国每立方米烧结烟气的各项污染物标准也显著高于中国的超低排放标准。其次,钢铁产业布局结构调整也面临新的挑战。李新创表示,国家尚未出台关于主要污染物排放总量指标和能耗指标随钢铁产能指标转移的政策,钢铁产能跨地区转移难度巨大。同时,一些地方出于财政税收压力而滋生对钢铁产能的地方保护主义,也会限制钢铁企业的布局优化调整。此外,低碳发展也对钢铁行业布局调整提出新的要求。一些环境容量不足、能耗减量压力大的地区将倒逼钢铁产能就地压减,或逐步向环境、能源条件更优越的地区转移。李新创认为,为适应钢铁行业绿色低碳化发展,在推动流程结构调整的同时,现阶段亟待依靠工艺装备升级改造、绿色低碳技术创新解决难题。

三、减污降碳谋划新思路

“在决定中国钢铁未来的关键、前沿技术大规模开发上,一定要走协同创新之路,特别是在关键低碳冶金技术方面,要在研发组织上实现变革和突破。”何文波强调。李新创提出,要鼓励先进协同减排技术示范应用,对典型行业源头及过程碳减排控制技术和装备开展研究,研发可行技术。在钢铁优化用能及流程结构方面,开展高效球团矿生产工艺、熔剂性球团生产、高炉大比例球团矿冶炼、高炉高效使用块矿等先进工艺技术研究,减少烧结矿用量;开展高炉低焦比、高煤比冶炼技术研究应用,减少焦炭用量;开展风能、太阳能、生物质能等新能源和可再生能源的使用研究,通过多能互补,实现能源结构和流程结构的进一步优化。在强化节能及能效提升方面,开展高能效转化工艺、装备、管理技术研究,构建设备、工艺、系统“三位一体”能源管理模式,建立能源预测及调度优化模型,实现对能源产生和消耗的预测、平衡和优化调度,通过精益化管理为节能降碳赋能。此外,还要加强创新环保低碳冶炼技术的研发力度。李新创表示,实现深度脱碳的途径包括氢能冶炼、电解还原、氧气高炉及非高炉冶炼、生物质能利用。现阶段,生物质能不具备大规模利用的条件,电解技术仍处于实验基础研究阶段。因此,氢能冶炼、氧气高炉及非高炉冶炼将是重点。

作者:李惠钰 单位:中国科学报

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