鋼鐵減污降碳的技術創新探析

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目前，鋼鐵工業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行業。在“雙碳”目標下，減污降碳成為鋼鐵工業的主旋律。不過，在近日召開的2021（第十二屆）中國鋼鐵節能減排論壇上，冶金工業規劃研究院總工程師李新創坦言，“‘十四五’時期，我國經濟發展對鋼鐵總量需求仍將保持較高規模，在鋼鐵生產總體規模難以大幅下降的背景下，總量降碳空間非常有限，結構減污降碳仍需要時間。”在中國鋼鐵工業協會執行會長何文波看來，鋼鐵工業減污降碳不僅要靠綜合治理和機制引導，更需要在技術創新上謀出路。

一、超低排放取得較大成效

工業和信息化部節能與綜合利用司副司長尤勇表示，“十三五”期間我國加快推動傳統制造業綠色低碳化改造，深入實施綠色制造工程，積極培育綠色增長新動能，工業綠色發展取得了積極成效，實現了經濟效益和環境效益雙贏。對于鋼鐵工業來說，超低排放改造等綠色低碳發展也取得了較大進展。中國生態環境部大氣環境司司長劉炳江表示，中國正在打造全球規模最大的清潔鋼鐵生產基地。通過十余年的節能減排行動，中國鋼鐵行業在產量和利潤大幅增加的情況下，實現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640千克標準煤，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，鋼鐵業噸鋼的綜合能耗降至540千克標準煤，噸鋼二氧化硫和顆粒物的排放量均低于0.5千克，各指標均明顯下降。與此同時，鋼鐵產量從2010年的逾6億噸增長到2020年的10億噸左右。李新創稱，北京周邊區域主要大氣污染物排放，鋼鐵企業獨占一半。2019~2020年，通過推動京津冀及周邊地區5000萬噸鋼鐵產能全面實現超低排放，減少污染物外部傳輸約30%，北京市PM2.5濃度首次實現“30+”。此外，2020年重點大中型鋼鐵企業噸鋼綜合能耗也顯著下降，達545.78千克標準煤，同比降低1.42%；受生產結構、技術進步和管理提升的影響，單年噸鋼能耗指標實現大幅下降。

二、鋼鐵行業面臨新挑戰

雖然鋼鐵行業節能減排成果顯著，但該行業仍是我國最大的工業排放源，“雙碳”目標下仍將面臨新的挑戰。首先，鋼鐵業的超低排放改造標準水平很高。中國工程院院士干勇指出，中國超低排放標準當中，每立方米燒結煙氣的粉塵、二氧化硫、氮氧化物的排放為10毫克、35毫克和50毫克。而歐洲上述三項指標每立方米分別為50毫克、500毫克和400毫克。日本、韓國每立方米燒結煙氣的各項污染物標準也顯著高于中國的超低排放標準。其次，鋼鐵產業布局結構調整也面臨新的挑戰。李新創表示，國家尚未出臺關于主要污染物排放總量指標和能耗指標隨鋼鐵產能指標轉移的政策，鋼鐵產能跨地區轉移難度巨大。同時，一些地方出于財政稅收壓力而滋生對鋼鐵產能的地方保護主義，也會限制鋼鐵企業的布局優化調整。此外，低碳發展也對鋼鐵行業布局調整提出新的要求。一些環境容量不足、能耗減量壓力大的地區將倒逼鋼鐵產能就地壓減，或逐步向環境、能源條件更優越的地區轉移。李新創認為，為適應鋼鐵行業綠色低碳化發展，在推動流程結構調整的同時，現階段亟待依靠工藝裝備升級改造、綠色低碳技術創新解決難題。

三、減污降碳謀劃新思路

“在決定中國鋼鐵未來的關鍵、前沿技術大規模開發上，一定要走協同創新之路，特別是在關鍵低碳冶金技術方面，要在研發組織上實現變革和突破。”何文波強調。李新創提出，要鼓勵先進協同減排技術示范應用，對典型行業源頭及過程碳減排控制技術和裝備開展研究，研發可行技術。在鋼鐵優化用能及流程結構方面，開展高效球團礦生產工藝、熔劑性球團生產、高爐大比例球團礦冶煉、高爐高效使用塊礦等先進工藝技術研究，減少燒結礦用量；開展高爐低焦比、高煤比冶煉技術研究應用，減少焦炭用量；開展風能、太陽能、生物質能等新能源和可再生能源的使用研究，通過多能互補，實現能源結構和流程結構的進一步優化。在強化節能及能效提升方面，開展高能效轉化工藝、裝備、管理技術研究，構建設備、工藝、系統“三位一體”能源管理模式，建立能源預測及調度優化模型，實現對能源產生和消耗的預測、平衡和優化調度，通過精益化管理為節能降碳賦能。此外，還要加強創新環保低碳冶煉技術的研發力度。李新創表示，實現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、生物質能利用。現階段，生物質能不具備大規模利用的條件，電解技術仍處于實驗基礎研究階段。因此，氫能冶煉、氧氣高爐及非高爐冶煉將是重點。

作者:李惠鈺 單位:中國科學報