钢铁碳减排,减自何处

文章来源:美尔雅期货碳交易网2021-03-12 08:24

  我国钢铁行业碳减排的实现路径,将主要来自于对粗钢产量的直接压减和高炉炼铁环节的技术改造。无论是基于技术因素,还是成本因素,通过废钢和电炉工艺实现碳减排碳中和,道阻且长。

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  政策背景 本+文+内.容.来.自:中`国`碳`排*放*交*易^网 t a np ai fan g.com

  在2020年12月举行的中央经济工作会议上,将碳达峰、碳中和列为八项重点工作之一。随后各各部委在不同场合开始发布细化和部署落实的方案。钢铁产业是典型的高能耗、高污染行业,势必成为节能减排的重中之重。每年全国总能耗中的13%~15%来自于钢铁工业,其中二氧化碳排放量约占全部排放量的12%。工信部作为钢铁行业的主管部门,将“压减粗钢产量”作为钢铁工业实现“碳达峰、碳中和”目标节点的主要抓手。

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  图表1:中央及各部委“碳达峰、碳中和”有关会议表述 本+文`内.容.来.自:中`国`碳`排*放*交*易^网 t a np ai fan g.com

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  工艺环节计算 本文+内-容-来-自;中^国_碳+排.放_交^易=网 t a n pa ifa ng .c om

  由于国内实际生产中的电弧炉添加铁水比例较高,电弧炉碳排放量并不明显小于传统的高炉-转炉设备。未来碳排放的减量将主要来自于长流程粗钢产量的压减,以及长流程设备的更新换代带来的减量,下面作详细说明:

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  图表2:不同工艺的吨钢碳排放量 內.容.來.自:中`國*碳-排*放*交*易^網 t a npai fa ng.com

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  以钢铁产业链周期的碳排放计算,排放源包括燃料燃烧排放、工业生产过程排放、电力和热力调入调出产生的排放和固碳产品隐含的二氧化碳排放。以生产1t普通碳素钢为单位,以供需分,可以分为原燃料铁矿石煤炭的开采、洗选、运输,焦化,烧结,高炉,炼钢,轧制等工序的碳排放。由于生产工艺的提高,不同工序间形成的中间产物和余热可以被二次利用,继而减少全周期的碳排放。

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  钢铁成产流程中,从消耗物料的角度看,焦油、炼焦原煤等原料碳排放量最大;从生产流程角度看,炼铁工序为碳排放量最高的工序。 本+文+内.容.来.自:中`国`碳`排*放*交*易^网 t a np ai fan g.com

  图表3:炼铁炼钢生产环节物料碳排放量 本+文+内.容.来.自:中`国`碳`排*放*交*易^网 t a np ai fan g.com

  图表4:钢铁生产全周期物料消耗情况 本+文`内/容/来/自:中-国-碳-排-放-网-tan pai fang . com

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  图表5:钢铁生产工序碳排放情况汇总 本`文-内.容.来.自:中`国^碳`排*放*交^易^网 ta np ai fan g.com

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  由各环节的物料消耗可知,只要在炼钢工序中兑入一定比例的铁水,则全环节的碳排放量必须考虑炼铁系统的巨大排放量。究其原理,主要是炼钢过程主要为物理提纯,而任何需要从矿石到铁水的工艺流程均需通过氧化还原反应进行。 本%文$内-容-来-自;中_国_碳|排 放_交-易^网^t an pa i fang . c om

  同时,单纯从炼铁工序而言,不同钢厂的新式设备与老式设备间的碳排放量差异也比较明显,同样一吨生铁,碳排放差异可以达到五倍以上。新式设备与老式设备间的碳排放差异来源于节能技术和设备的差异。

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  图表6:老式设备炼铁工序碳排放 本`文@内/容/来/自:中-国^碳-排-放^*交*易^网-tan pai fang. com

 

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  图表7:新式设备炼铁工序碳排放

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  产业结构的限制

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  国内电弧炉添加铁水后,碳排放较长流程钢厂的优势并不大。根据中钢协2020年年鉴数据,近年来电弧炉生产工艺中,虽然生铁添加比例逐步减小,但仍高于50%,远超过10-25%的理论比例水平.

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  图表8:中钢协会员企业电炉炼钢吨钢主要金属料消耗 內.容.來.自:中`國*碳-排*放*交*易^網 t a npai fa ng.com

  同时,短流程电炉炼钢尚未形成成本优势,电炉炼钢开工率近四年来均在70%左右,电炉钢企业盈利情况不佳。而添加铁水的另一个作用,即是为了平抑废钢价格的较大波动。这进一步限制了我国短流程电炉炼钢的生产。

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  图表9:全国电炉开工率 本`文-内.容.来.自:中`国^碳`排*放*交^易^网 ta np ai fan g.com

  从冶炼技术上看,电炉生产效率明显低于转炉。2019年电炉平均冶炼周期在58分钟左右,而转炉平均冶炼周期在33分钟左右,电炉生产效率明显较长。 本*文@内-容-来-自;中_国_碳^排-放*交-易^网 t an pa i fa ng . c om

  图表10:钢厂平均每炉冶炼周期 本文`内-容-来-自;中_国_碳_交^易=网 tan pa i fa ng . c om

  回顾历史,世界其他产钢大国,如德国、日本电炉炼钢短流程提升比例缓慢。炼钢短流程所占比例从10%到30%用时均在20年以上。电炉炼钢存在明显的阻力上升区。 本/文-内/容/来/自:中-国-碳-排-放-网-tan pai fang . com

  图表11:日本粗钢产量和电炉钢产量

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  图表12:德国粗钢产量和电炉钢产量 本*文@内-容-来-自;中_国_碳^排-放*交-易^网 t an pa i fa ng . c om

  总结:我国钢铁行业碳减排的实现路径,将主要来自于对粗钢产量的直接压减和高炉炼铁环节的技术改造。无论是基于技术因素,还是成本因素,通过废钢和电炉工艺实现碳减排、碳中和,道阻且长。

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  (数据来源:世界钢铁协会、中国钢铁协会,冶金工业规划院,美尔雅期货整理) 夲呅內傛莱源亍:ф啯碳*排*放^鲛*易-網 τā ńpāīfāńɡ.cōm

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