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低碳炼铁和低碳经济 刘文权 （冶金工业规划研究院，北京 100711） 摘要 通过对钢铁工业不同工序和不同流程CO2排放状况的分析，指出低碳炼铁是钢铁工业发展低碳经济的关键。节能减排，发展循环经济是低碳炼铁的第一步。对国外低碳炼铁技术作了介绍，并对低碳炼铁技术的现状、发展和创新等进行了描述。 关键词 炼铁 二氧化碳 低碳经济 节能减排 1 引言 低碳经济一词首见于英国政府贸工部白皮书《我们未来的能源——创建低碳经济》2003年（Low Carbon Economy or Economy of Low Carbon Exhaustion and Low CO2 Emission）。2009年哥本哈根气候变化会议后，低碳经济迅速成为全球关注的焦点。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济发展模式，是对现行大量消耗化石能源、大量排放CO2的生产生活方式的根本变革。我国政府承诺到2020年，单位GDP的CO2排放量比2005年下降40%～45%，并作为约束性指标被纳入国民经济和社会发展中长期规划。钢铁工业是主要温室气体排放行业之一，从全球统计来看，钢铁工业排放的CO2占全球温室气体总排放量4%～5%（国际能源组织IEA发布），而中国钢铁工业占全国CO2排放总量12%左右。因此，钢铁企业承担节能减排的任务责无旁贷并承担巨大的减排压力。减少CO2排放，发展低碳经济成为未来钢铁行业发展的重要前提。 2 低碳炼铁是钢铁工业发展低碳经济的关键 2.1钢铁工业各工序CO2排放状况 碳是钢铁冶金过程能量流与物质流的主要载体，铁矿石依靠焦炭和煤粉还原成铁水，而铁水中的碳又是转炉炼钢过程升温及能量平衡的保证。因此，钢铁工业的基础就是碳冶金学。而钢铁冶金过程产生的CO2主要来自于高炉中煤和焦炭与铁矿石的化学反应，即铁矿石的还原过程，炼铁工序直接和相关CO2排放超过90%[1]。因此，低碳炼铁是钢铁企业CO2减排的关键，见图1。炼铁CO2减排责任重大，而发展低碳炼铁技术任重而道远。2.2钢铁工业不同生产流程CO2排放差异 2009年，全球高炉生铁产量8.98亿吨；直接还原铁产量6200万吨，仅占世界铁产量的6.9%。我国生铁产量54375万吨，占世界生铁总产量60.53%，已占据全球生铁半壁江山，目前高炉流程为生铁生产主流工艺，且在短期内不会有较大改变。不同流程生产1t钢产生的CO2排放见表1[2]。中国钢铁工业铁钢比高是造成单位钢产量CO2排放强度高的最主要原因。中国钢铁累积量小，废钢资源紧缺，大宗废钢质量差，电价高，导致电炉钢比例低（2008年世界主要国家和地区电炉钢见图2），导致中国钢铁工业铁钢比一直居高不下，近年来中国铁钢比情况见图3。同时高炉流程单位的排放强度是电炉流程的4倍左右。而目前国内大多数电炉钢企业为提高成本竞争力采用配加电炉配加热铁水生产工艺。另外，我国钢铁工业一次能源以煤炭为主，占能源消费总量的70%左右，而且煤发热量，灰分，硫分等质量指标与美国、德国和日本等国相比，存在比较明显的差距。石油类能源和天然气所占比例比其他国家低15%～25%。从而造成能源利用效率相对较低。 数据来源：德国蒂森克虏伯公司 图1 传统钢铁生产流程中不同工序的CO2排放源分布表1 不同流程生产1t钢产生的CO2排放 生产流程 CO2排放，kg/t 电力，kWh/t CO2总排放，kg/t 高炉＋转炉（153kgPCI） 2111 187 2198 高炉＋转炉（250kgPCI） 2084 184 2170 COREX+电炉 1639 632 1934 Hismelt＋电炉 ～1600 370 ～1970 电炉（150kg/t铁水） 396 478 619 电炉（100%废钢） 68 458 282 注：电力生产50%依靠化石燃料为能源，现代高炉CO2总排放～1900kg/t；世界高炉平均CO2总排放～2200kg/t 图2 2008年世界主要国家和地区电炉钢比 图3 近年来我国铁钢比情况 数据来源：中国钢铁统计2009．中国钢铁工业协会 3 国外钢铁工业低碳炼铁技术研究 炼铁系统（含焦化、烧结球团）是钢铁生产中CO2的主要排放工序，直接和相关排放占钢铁工业总排放量的90%以上。由于装备及工艺技术改进，钢铁工业的CO2排放量与20世纪70年代相比已降低了约50%。目前，工业发达国家正在研发超低CO2排放的钢铁生产工艺。 3.1欧洲超低CO2排放项目（ULCOS） 欧洲钢铁业者在国际钢铁协会的协调下，由安赛乐米塔尔公司牵头对“超低CO2排放(ULCOS)”项目进行研发。ULCOS作为一项研究与技术开发项目，旨在开发突破性的炼钢工艺，达到CO2减排的目标。ULCOS的研究包括了从基础性工艺的