鋼鐵減污降碳的技術(shù)創(chuàng)新探析

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目前，鋼鐵工業(yè)碳排放量約占全國碳排放總量的15%，是我國碳排放量最高的制造業(yè)行業(yè)。在“雙碳”目標(biāo)下，減污降碳成為鋼鐵工業(yè)的主旋律。不過，在近日召開的2021（第十二屆）中國鋼鐵節(jié)能減排論壇上，冶金工業(yè)規(guī)劃研究院總工程師李新創(chuàng)坦言，“‘十四五’時(shí)期，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對鋼鐵總量需求仍將保持較高規(guī)模，在鋼鐵生產(chǎn)總體規(guī)模難以大幅下降的背景下，總量降碳空間非常有限，結(jié)構(gòu)減污降碳仍需要時(shí)間?！痹谥袊撹F工業(yè)協(xié)會(huì)執(zhí)行會(huì)長何文波看來，鋼鐵工業(yè)減污降碳不僅要靠綜合治理和機(jī)制引導(dǎo)，更需要在技術(shù)創(chuàng)新上謀出路。

一、超低排放取得較大成效

工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司副司長尤勇表示，“十三五”期間我國加快推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)綠色低碳化改造，深入實(shí)施綠色制造工程，積極培育綠色增長新動(dòng)能，工業(yè)綠色發(fā)展取得了積極成效，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益雙贏。對于鋼鐵工業(yè)來說，超低排放改造等綠色低碳發(fā)展也取得了較大進(jìn)展。中國生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境司司長劉炳江表示，中國正在打造全球規(guī)模最大的清潔鋼鐵生產(chǎn)基地。通過十余年的節(jié)能減排行動(dòng)，中國鋼鐵行業(yè)在產(chǎn)量和利潤大幅增加的情況下，實(shí)現(xiàn)了污染物排放和能耗的雙降，花園式工廠越來越多。劉炳江介紹，2010年，中國噸鋼綜合能耗640千克標(biāo)準(zhǔn)煤，噸鋼二氧化硫排放量2.89千克，顆粒物排放量2.2千克。而去年，鋼鐵業(yè)噸鋼的綜合能耗降至540千克標(biāo)準(zhǔn)煤，噸鋼二氧化硫和顆粒物的排放量均低于0.5千克，各指標(biāo)均明顯下降。與此同時(shí)，鋼鐵產(chǎn)量從2010年的逾6億噸增長到2020年的10億噸左右。李新創(chuàng)稱，北京周邊區(qū)域主要大氣污染物排放，鋼鐵企業(yè)獨(dú)占一半。2019~2020年，通過推動(dòng)京津冀及周邊地區(qū)5000萬噸鋼鐵產(chǎn)能全面實(shí)現(xiàn)超低排放，減少污染物外部傳輸約30%，北京市PM2.5濃度首次實(shí)現(xiàn)“30+”。此外，2020年重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼綜合能耗也顯著下降，達(dá)545.78千克標(biāo)準(zhǔn)煤，同比降低1.42%；受生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進(jìn)步和管理提升的影響，單年噸鋼能耗指標(biāo)實(shí)現(xiàn)大幅下降。

二、鋼鐵行業(yè)面臨新挑戰(zhàn)

雖然鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排成果顯著，但該行業(yè)仍是我國最大的工業(yè)排放源，“雙碳”目標(biāo)下仍將面臨新的挑戰(zhàn)。首先，鋼鐵業(yè)的超低排放改造標(biāo)準(zhǔn)水平很高。中國工程院院士干勇指出，中國超低排放標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，每立方米燒結(jié)煙氣的粉塵、二氧化硫、氮氧化物的排放為10毫克、35毫克和50毫克。而歐洲上述三項(xiàng)指標(biāo)每立方米分別為50毫克、500毫克和400毫克。日本、韓國每立方米燒結(jié)煙氣的各項(xiàng)污染物標(biāo)準(zhǔn)也顯著高于中國的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。其次，鋼鐵產(chǎn)業(yè)布局結(jié)構(gòu)調(diào)整也面臨新的挑戰(zhàn)。李新創(chuàng)表示，國家尚未出臺關(guān)于主要污染物排放總量指標(biāo)和能耗指標(biāo)隨鋼鐵產(chǎn)能指標(biāo)轉(zhuǎn)移的政策，鋼鐵產(chǎn)能跨地區(qū)轉(zhuǎn)移難度巨大。同時(shí)，一些地方出于財(cái)政稅收壓力而滋生對鋼鐵產(chǎn)能的地方保護(hù)主義，也會(huì)限制鋼鐵企業(yè)的布局優(yōu)化調(diào)整。此外，低碳發(fā)展也對鋼鐵行業(yè)布局調(diào)整提出新的要求。一些環(huán)境容量不足、能耗減量壓力大的地區(qū)將倒逼鋼鐵產(chǎn)能就地壓減，或逐步向環(huán)境、能源條件更優(yōu)越的地區(qū)轉(zhuǎn)移。李新創(chuàng)認(rèn)為，為適應(yīng)鋼鐵行業(yè)綠色低碳化發(fā)展，在推動(dòng)流程結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時(shí)，現(xiàn)階段亟待依靠工藝裝備升級改造、綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新解決難題。

三、減污降碳謀劃新思路

“在決定中國鋼鐵未來的關(guān)鍵、前沿技術(shù)大規(guī)模開發(fā)上，一定要走協(xié)同創(chuàng)新之路，特別是在關(guān)鍵低碳冶金技術(shù)方面，要在研發(fā)組織上實(shí)現(xiàn)變革和突破。”何文波強(qiáng)調(diào)。李新創(chuàng)提出，要鼓勵(lì)先進(jìn)協(xié)同減排技術(shù)示范應(yīng)用，對典型行業(yè)源頭及過程碳減排控制技術(shù)和裝備開展研究，研發(fā)可行技術(shù)。在鋼鐵優(yōu)化用能及流程結(jié)構(gòu)方面，開展高效球團(tuán)礦生產(chǎn)工藝、熔劑性球團(tuán)生產(chǎn)、高爐大比例球團(tuán)礦冶煉、高爐高效使用塊礦等先進(jìn)工藝技術(shù)研究，減少燒結(jié)礦用量；開展高爐低焦比、高煤比冶煉技術(shù)研究應(yīng)用，減少焦炭用量；開展風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等新能源和可再生能源的使用研究，通過多能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)和流程結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化。在強(qiáng)化節(jié)能及能效提升方面，開展高能效轉(zhuǎn)化工藝、裝備、管理技術(shù)研究，構(gòu)建設(shè)備、工藝、系統(tǒng)“三位一體”能源管理模式，建立能源預(yù)測及調(diào)度優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)對能源產(chǎn)生和消耗的預(yù)測、平衡和優(yōu)化調(diào)度，通過精益化管理為節(jié)能降碳賦能。此外，還要加強(qiáng)創(chuàng)新環(huán)保低碳冶煉技術(shù)的研發(fā)力度。李新創(chuàng)表示，實(shí)現(xiàn)深度脫碳的途徑包括氫能冶煉、電解還原、氧氣高爐及非高爐冶煉、生物質(zhì)能利用?，F(xiàn)階段，生物質(zhì)能不具備大規(guī)模利用的條件，電解技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)研究階段。因此，氫能冶煉、氧氣高爐及非高爐冶煉將是重點(diǎn)。

作者:李惠鈺 單位:中國科學(xué)報(bào)