钢铁产业降低碳源排放的路径选择论文
时间：2021-08-31河北省钢铁产业发展及碳排放现状
河北省作为京畿大省，工业基础雄厚。其中钢铁产业产能连续多年居全国第一位。2012年一至三季度全省生铁产量13054.493万吨、粗钢产量14127.40万吨、钢材产量16029.47万吨，分别占全国的25.96%、26.04%与22.63%。钢铁产业增加值完成2887.95亿元，占全省地区生产总值的14.71%，全省第一大支柱产业的地位进一步稳固。
与此同时，河北省钢铁工业的能源消耗指标从2010年来一直处于高位运行态势，具体指标见表2。从表2可以看出，2010年至2012年前3季度，河北省钢铁产业能源消耗总量呈缓慢增长态势，这与近三年来河北省钢铁产能持续扩大有关；吨钢综合煤耗呈缓慢下行态势。根据实验数据表明，工业锅炉燃烧一吨标煤共产生2.62吨二氧化碳，基于上述数据与折算系数计算，2010至2012年前3季度，河北省全省钢铁行业吨钢二氧化碳分别排放1.57吨、1.53吨、1.50吨，也呈缓慢下行趋势。从工艺分解工序上看，钢铁产业能耗工序分为焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢五道工序，近年来工序分解能耗见表3按照可比碳源排放折算，钢铁产业碳源排放大户炼铁工艺二氧化碳排放2012年前三季度为1049.44吨。而在2004年日本钢铁企业在炼铁工艺环节二氧化碳排放仅为966，78吨4，尚且领先我们7.87个百分点，加之近十年来日本在节能环保领域持续高额投入，节能降碳技术发展迅速。
从国际国内趋势上看，自从1997年全球100多个国家为应对全球变暖签订《京都议定书》以来，各国都在减少碳源排放，增加碳汇储备方面投入巨资。据相关文献显示5，全球碳市场飞速发展，从2005年的100亿美元增加至2009年的1437亿美元。世界银行2012年5月12日的碳现状和趋势报告表明，2011年全球碳交易额达1760亿美元，比2010年涨11%，交易量103亿吨，有超过10种不同的碳产品。EUETS交易额1478亿美元，比2010年增142亿美元，交易量79亿吨，超过2010年的68亿吨。预计2012年仍会保持高速增长态势。从碳价格变动上看，根据欧洲气候交易所（ECX）推出的碳排放配额市场的期货合约（EUA）与项目市场的sCER期货价格的变动趋势，每吨二氧化碳当量价格经历了一段从急速上升到急速下降再到企稳变化过程。每吨二氧化碳当量不足10欧元增长到最高29.38欧元（2008年1月达到这个点）。随后由于金融危机影响，EUA的价格急速下跌到2009年3月份的7.5欧元，随后逐步企稳。2010年至2011年EUA期货均价基本维持在18欧元/吨。
基于上述价格，按照可比汇率计算，河北省钢铁工业2012年当期吨钢碳排放外部性成本高达17欧元，折合人民币136.05元。如果按照这一碳排放水平征收碳税或者购买碳排放指标，河北省乃至全国钢铁行业将不堪重负。
钢铁产业降低碳源排放的路径选择
（一）调整钢铁产品结构，削减生铁粗钢产能
根据河北省钢铁工业工艺能耗情况，2010、2011、2012年前三季度炼铁工序能耗分别为409.87千克/吨，402.77千克/吨与400.55千克/吨，分别占到钢铁业吨钢煤耗的68.59%、68.83%与69.56%。从数据上看，炼铁工艺能耗下降水平远逊于焦化、烧结、转炉、轧钢工艺，在吨钢综合煤耗的占比反而呈上升趋势。由此可见炼铁工艺的节能减排潜力已非常有限。从价值构成项来看，生铁、粗钢产值在整个钢铁行业中所占比重很低，产值利润率趋近于0。从产品产量上看，2012年前3季度，生铁粗钢增长率仅为3.57%与3.82%，远低于钢材的7.45%。从钢铁企业附加值产品构成项上看，冷轧薄板、冷轧薄宽钢带、电工钢板（带）、镀层板精品钢材产品已成为钢铁企业利润构成的主项。从负外部性成本构成来看，炼铁工艺的负外部性已远远高于其附加值。因此，笔者认为，河北省钢铁企业应逐步削减并淘汰生铁、粗钢产能，而将这一类产品转移到负外部性承受能力更高的地区。
（二）加大炼钢装备投入，降低单吨能耗
工艺技术装备是钢铁产品提升竞争力，节能降耗的重要基础。有资料显示，炼铁高炉炉体容量越大，单位炼铁成本越低。1000m3高炉相比400m3吨钢综合煤耗降低80%，吨铁焦耗降低60%。具体而言就是尽力提高高炉转炉容量，减少并逐步取消400m3以下高炉和100吨以下转炉和电炉，努力使各企业工艺技术装备实现大型化、现代化。
（三）采用优质能源，降低碳源排放
钢铁企业在采用大型高炉的.同时，提高精质能源比例是其关键。具体而言就是提高喷煤比，降低炉焦比。伴随着高炉大型化的进一步发展，有资料6预测在2015年前我国入炉焦比有望下降到350千克/吨，喷煤比增加至200千克/吨。按照可比碳源排放计算，吨钢二氧化碳排放量能同比下降5.5%，钢铁产业碳源排放形势将进一步好转。从成本考虑，高炉喷煤的采用可进一步降低生铁成本，减少焦炭使用量，间接降低能耗。具体降低成本见式一：J=M（Px*R-Pm）/1000（式一）目前按照喷煤量100kg/t计算，置换比全国平均水平大约为0.8，据此计算焦化环节可节煤21.14kg/t，生铁可降低成本42元。可以实现经济、生态效益双赢。
（四）建立碳汇储备，平衡碳源排放
降低空气中的二氧化碳等温室气体含量，除了采取降低能耗、提高能效、使用清洁能源等减排措施外，还可以考虑发展碳汇林业。森林通过光合作用，把大气中的二氧化碳转化为碳水化合物，并以生物量的形式固定贮存下来，这个过程国际上称之为碳汇。各钢铁企业也应该考虑根据实际建立自己的碳汇储备体系，通过在荒山上植树造林建立自己的碳汇储备，以便应对“低碳时代”带来的战略转型。我国目前采用的森林碳储量公式见式二：Cz=∑Vi*Di/Ri*Cci（式二）其中C为碳汇量，V为某一森林类型的森林蓄积量，D是树干密度，R是树干生物量占乔木层生物量的比例，Ci是植物中的含碳率，Tc是碳元素分子质量在CO2分子质量中所占的比例，i为树种。目前经过查核计算，森林每生长出1立方米的蓄积量，平均要吸收1.83吨二氧化碳，释放出1.62吨氧气。单位面积森林吸收固定二氧化碳的能力达到每公顷150.47吨。从一定意义上讲，森林具有以最低成本实现最大固碳效益的特性，是未来各排放企业实现低成本碳源平衡的最优选择。
结语
发展低碳经济，降低碳源排放，是未来世界发展的潮流，对我国未来产业结构将形成深远影响，钢铁工业作为碳源排放大户在未来的调整中必然首当其冲。基于此，笔者通过对其产品结构与工艺排放的研究，提出了诸如调整产品结构，改善装备工艺，采用优质能源与建立碳汇储备等建议。其中调整产品结构与建立碳汇储备两点的意义将更为深远，希望能在今后的研究与应用领域引加以深入并引起相关决策者的高度重视。
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