第12期 白皓等：钢铁企业CO,排放模型及减排策略 1627 排6.67%.平均C0减排量可达到6.68%左右. ▣原始排放量 2.22短流程取代长流程 4400 口电炉取代后（计入用电） ▣电炉取代后（不计用电） 钢铁工业生产有两种流程类型：长流程和短流 3900 程.一般而言，短流程的原料主要是废钢，从而可大 大减少O排放量.同时，对于电弧炉炼钢工序本 2900 身而言，由于电能的使用，C0排放量也非常小.因 2400 此，有必要研究短流程的应用对钢铁厂C门减排的 1900 影响. 1400 1600 1800 2000 电弧炉有很多类型，其容量和耗电量也都各不 钢产量/万1 相同，钢铁厂根据自身的条件会选择合适的电弧炉. 图8使用电炉前后不同钢产量下的C0排放量 目前国际的先进水平是使用“Ultmae EAP,由于 Fg8 CO cm issons with and without EAF under different steel 采用了自动控制超高功率供电（高至吨钢1500kW Pduct ouputs A),能增强EAF性能且具有精炼复合燃烧器 (refining comb ned bumer RCB)技术，一台120t万，根据推算，当钢产量为2000万时，可实现减 “U1 tmate EAP的吨钢耗电量为340kWH).国内 排24.26%，减排量可达1161.59万t说明钢产量 比较先进的电弧炉技术是攀枝花钢铁公司采用的 越大，钢铁厂C口减排量也越大. 70超高功率电弧炉，其吨钢耗电量可以达到 22.3先进能耗水平 315Wb但在炼钢时仍需加入20%的铁水山.一 所谓先进能耗水平，就是指可以实现国内外当 般而言，我国的电炉炼钢平均吨钢耗电量为 前工序能耗最小值的先进节能技术，设置此情景 417kWh.本文选取国际先进水平“U1mate 的目的是研究钢铁厂采用先进节能技术时的C) EAF技术作为分析情景. 减排潜力. 计算电炉的C9排放量，须作以下假设：①根 为了计算方便，假设该钢铁厂的能源结构比例 据欧美国家的平均水平，假设电炉钢产量占钢铁厂 较稳定.因此，使用先进节能技术后的能耗为使用 总钢产量的40%：②吨钢电极消耗定为12k3 前的9086%，根据这些关系得钢产量和C排放 吨钢耗电量为340W。h③电炉碳电极的碳质量分 量的关系如图9所示.由图9可以看出，先进能耗 数为90%；④电炉炼钢时需要占料重1.5%的石灰 水平所可实现减排约9.14%.以2007年的实际钢 造渣，电炉生产的粗钢碳的质量分数为0%0， 产量为例，可减排029666万t当钢产量2000 ⑤炼钢工序的工序能耗保持6.45%不变（数据来源 万时，可减排C9367.05万t减排程度较大.因 于国内某钢铁厂). 此钢铁厂对各个生产工序采用先进节能技术是比较 电炉炼钢不使用铁水，因此要重新计算铁水减 有效的Q减排手段. 产后的四排放量.另外，由于电炉的主要用能为 4500 电能，发电厂如果是用火力发电，那么排放的CQ 巴原始排放量 是不可忽略的.因此，对使用电炉后C排放量与 口先进工序能耗水平 4000 钢产量关系的回归分析分为两种情况（见图8）：一 种是仅仅考虑电炉取代转炉后的门减排量，不考 年3500 虑电炉的电能消耗引起的C9排放：另一种是将电 炉的电能消耗引起的C①排放计入钢铁厂的总CO 排放中. 2500- 由图8可以看出：使用电炉炼钢部分取代转炉 1600 1800 2000 钢产量/万1 炼钢后，若2007年该钢铁厂用短流程40%替代长 图9先进工序能耗的Q)排放量与钢产量关系 流程后，不计用电产生排放的情况下减排量可达到 Fg 9 C emissions with and without feasible pwest process enegy 45.32%.达1470.19万当钢产量为2000万时， consumption under different steel poduct outputs 可实现减排44.99%.平均C0减排量可达到 45.07%左右.为了便于分析，若考虑电炉用电产生 22.4余热利用技术 的排放，2007年实现减排2443%，减排量达996.10 根据国家余热标准GB/T10892000认为固第 12期 白 皓等:钢铁企业 CO2 排放模型及减排策略 排 6.67%.平均 CO2 减排量可达到 6.68%左右. 2.2.2 短流程取代长流程 钢铁工业生产有两种流程类型 :长流程和短流 程 .一般而言, 短流程的原料主要是废钢, 从而可大 大减少 CO2 排放量.同时, 对于电弧炉炼钢工序本 身而言, 由于电能的使用, CO2 排放量也非常小.因 此, 有必要研究短流程的应用对钢铁厂 CO2 减排的 影响. 电弧炉有很多类型, 其容量和耗电量也都各不 相同, 钢铁厂根据自身的条件会选择合适的电弧炉 . 目前国际的先进水平是使用 “UltimateEAF”, 由于 采用了自动控制超高功率供电 (高至吨钢 1 500 kV· A), 能增 强 EAF性能且具有 精炼复合燃烧器 ( refiningcombinedburner, RCB) 技 术, 一台 120 t “ UltimateEAF”的吨钢耗电量为 340kW·h [ 10] .国内 比较先进的电弧炉技术是攀枝花钢铁公司采用的 70 t超高 功率电弧炉, 其 吨钢耗电量 可以达到 315kW·h, 但在炼钢时仍需加入 20%的铁水 [ 11] .一 般而 言, 我 国 的电 炉炼 钢 平均 吨 钢耗 电 量为 417kW·h [ 12] .本文选取国际先进水平 “ Ultimate EAF”技术作为分析情景. 计算电炉的 CO2 排放量, 须作以下假设:①根 据欧美国家的平均水平, 假设电炉钢产量占钢铁厂 总钢产量的 40% [ 13] ;②吨钢电极消耗定为 1.2 kg, 吨钢耗电量为 340 kW·h;③电炉碳电极的碳质量分 数为 90%;④电炉炼钢时需要占料重 1.5%的石灰 造渣, 电炉生产的粗钢碳的质量分数为 0.1% [ 10] ; ⑤炼钢工序的工序能耗保持 6.45%不变 (数据来源 于国内某钢铁厂 ) . 电炉炼钢不使用铁水, 因此要重新计算铁水减 产后的 CO2 排放量.另外, 由于电炉的主要用能为 电能, 发电厂如果是用火力发电, 那么排放的 CO2 是不可忽略的.因此, 对使用电炉后 CO2 排放量与 钢产量关系的回归分析分为两种情况 (见图 8) :一 种是仅仅考虑电炉取代转炉后的 CO2 减排量, 不考 虑电炉的电能消耗引起的 CO2 排放 ;另一种是将电 炉的电能消耗引起的 CO2 排放计入钢铁厂的总 CO2 排放中 . 由图 8可以看出:使用电炉炼钢部分取代转炉 炼钢后, 若 2007年该钢铁厂用短流程 40%替代长 流程后, 不计用电产生排放的情况下减排量可达到 45.32%, 达 1 470.19万 t;当钢产量为 2 000万 t时, 可实现减排 44.99%.平 均 CO2 减排 量可达到 45.07%左右.为了便于分析, 若考虑电炉用电产生 的排放, 2007年实现减排 24.43%, 减排量达 996.10 图 8 使用电炉前后不同钢产量下的 CO2 排放量 Fig.8 CO2 emissionswithandwithoutEAFunderdifferentsteel productoutputs 万 t;根据推算, 当钢产量为 2 000万 t时, 可实现减 排 24.26%, 减排量可达 1 161.59万 t.说明钢产量 越大, 钢铁厂 CO2 减排量也越大 . 2.2.3 先进能耗水平 所谓先进能耗水平, 就是指可以实现国内外当 前工序能耗最小值的先进节能技术 [ 14] , 设置此情景 的目的是研究钢铁厂采用先进节能技术时的 CO2 减排潜力 . 为了计算方便, 假设该钢铁厂的能源结构比例 较稳定.因此, 使用先进节能技术后的能耗为使用 前的 90.86%, 根据这些关系得钢产量和 CO2 排放 量的关系如图 9所示.由图 9 可以看出, 先进能耗 水平所可实现减排约 9.14%.以 2007年的实际钢 产量为例, 可减排 CO2 296.66 万 t;当钢产量 2 000 万 t时, 可减排 CO2 367.05万 t.减排程度较大 .因 此钢铁厂对各个生产工序采用先进节能技术是比较 有效的 CO2 减排手段 . 图 9 先进工序能耗的 CO2 排放量与钢产量关系 Fig.9 CO2 emissionswithandwithoutfeasiblelowestprocessenergy consumptionunderdifferentsteelproductoutputs 2.2.4 余热利用技术 根据国家余热标准 GB/T1089— 2000, 认为固 · 1627·