低碳经济指导下的钢铁工业发展和展望

低碳经济指导下的钢铁工业发展和展望中国金属学会苏天森2010年03月1低碳经济2钢铁科技创新现状及在发展低碳经济中的作用、应有的贡献3钢铁科技创新朝低碳和“非涉碳”方向发展的展望1低碳经济1.1低碳经济的由来二十世纪八十年代以来，人类不断总结社会经济发展的经验和教训，逐渐把减少CO2排放锁定为重要的发展目标之一。2003年英国政府能源白皮书《我们能源的未来：创建低碳经济》第一次明确提出了“低碳经济”的概念。1.2低碳经济与可持续发展等社会经济概念的关联——可持续发展基本定义：可持续发展即满足当代人类需求，又不危及后代人类需求的发展——清洁生产是将综合预防的环境战略，持续地用于生产过程和产品种，以减少对人类和环境的风险“清洁的能源、情节的生产过程和清洁的产品”——低碳经济是实现人类社会可持续发展最好的经济模式之一。——流程制造业按低碳经济指导来发展，必需实现清洁生产低碳经济是以低能耗和低碳化物(主要是CO2)排放为主要特点的人类生产和生活的经济模式。低碳技术主要包括4个方面：能效技术：改善燃油经济性、提高建筑能效、提高电厂能效；减碳技术：天然气替代煤炭、风力发电、光伏发电、氢能、生物燃料、核聚变；碳封存、富氧燃烧捕集；碳汇技术：森林管理、农业土地管理。1.3低碳经济与低碳技术1.4发展低碳经济是当前十分紧迫的任务十一月十七日发布的中美联合公报第五点强调：“双方一致认为，向绿色经济、低碳经济转型十分关键”，“就碳捕集与封存技术的开发、利用、推广和转让立即开展工作”，“两国将就大规模利用风能、太阳能、先进生物燃料和现代电网制订路线……”我国政府在2009年12月哥本哈根会议上庄严承诺，到2020年单位产能CO2排放量比2005年减少40－50％。我国电力、石化行业已制订CO2减排路线图。钢铁行业已开始制订CO2减排路线图。2钢铁科技创新现状在发展低碳经济中的作用和应作出的贡献2.1钢铁科技创新现状2.1.1近几年来主要成就我国钢铁产品升级与结构调整取得重大突破。细晶钢生产与规范化取得新进展汽车用钢已大批量生产，占领国内市场并出口，质量达到和保持国际先进水平电工钢以冷代热，高性能取向，无取向冷轧硅已批量占领国内市场并有出口铁道用钢生产已达到国际先进水平，其中高速(250-350Km/h)、重载(80/车)及100米长钢轨世界领先，已有出口不锈钢产量世界第一，2009年粗钢产量达880万吨，而且铁素体不锈钢比例首次超过30％×80、×100、×120等高水平管线钢已批量生产或进行试验，×80管线钢已全面占领国内市场，并有出口独特的离心铸造复层钢管坯——热挤压(或冷轧)成型复合管——热处理工艺世界领先，冶金质量生产效率大幅度提高F型中低速磁悬浮铁路线用轨直接轧制工艺世界独创、领先钢材品种质量突破性进展的最重要原因是掌握好了高效率、低成本的洁净钢生产平台和控轧控冷等先进轧钢技术两个基础技术。高水平的钢材不但降低了钢铁生产过程物料，能源消耗，减小CO2排放，也为用户节能减排创造条件。高效率、低成本洁净钢生产平台建设尤其对耐火材料质量提出了更高的要求，主要是要求更长的寿命（更低的消耗）、对钢水最小程度的污染和更优越的功能（包括洁净钢水的功能——如钙质耐材、良好导磁性能等）2.1.2新一代可循环钢铁流程工艺技术已建成第一个工程——京唐钢铁公司世界最大的钢厂流程动态、有序、连续、紧凑高度大型化、高效化全新流程、物耗能耗最低化干法冷却水除尘（干熄焦、高炉转炉干法除尘）海水淡化应用及消纳社会废弃物2.1.3钢铁行业节能减排技术开发与应用取得重要进展系统节能思路确立，降耗与回收利用结合干熄焦、高炉干法除尘、转炉干法除尘技术进展突出单位产品污染物排放量继续大幅度下降干法冷却水除尘（干熄焦、高炉转炉干法除尘）海水淡化应用及消纳社会废弃物2.1.4前沿技术研发取得新进展展薄（中厚）板坯连铸连轧在生产效率、规格产品、半无头轧制品种开发上都有较大进展薄带铸轧技术继续再生产稳定性、质量和品种开发上取得进展世界上有台COREX－3000在宝钢投产，两年来进行了大量技术再创新低温冶金技术研究取得初步成果清洁能源应用技术研发已进入新阶段2.1.5冶金装备和自动化，智能化技术开发实现了由跟踪性研究再创新到以自主创新为主的重大转变。自主创新的大型冶金装备在国际上据有明显的性价比优势难度最大的冷、热大型连轧机组已可高达国内并有出口，水平属国际先进世界上最大直径(Φ800mm)圆坯铸机与成套工艺技术由中国率先开发成功并投产智能化炼钢，带钢质量全流程跟踪预测与控制技术开发达到国际先进水平2.2还存在的不适与差距2.2.1淘汰落后产品、装备和工艺的工作远未完成，总体上影响了钢铁工业的发展水平，尤其是偏离了低碳经济的基本要求Ⅱ级钢筋仍占钢筋生产的多数热轧硅钢不仅生产过程物耗、能耗不经济，而且使用过程中电损失大大高于冷轧硅钢，社会损耗巨大落后装备本身能耗、物耗高，CO2排放量大2.2.2行业信息化、优化的全线物流、质量、成本、能源、设备在线监控技术发展不平衡，与国外某些先进钢厂仍有差距，这也是质量稳定性、单位产品污染物排放量等方面与国外领先水平存在差距的原因所在。2.2.3前沿科技开发与应用无论是投入强度、全面程度、成果产业化程度和进展等方面总体上与国外还有一定的差距。现代钢铁生产是以碳还原、碳氧化、碳添加为主线的生产过程，CO2排放是必然的。发展低碳经济必然要求钢铁生产大力开展节能减排的各项工作2.3钢铁工业在发展低碳经济中的作用及应出的贡献2.3.1CO2减排是钢铁生产发展最重大的瓶颈——传统钢铁生产90%以上CO2排放源自能耗——钢铁厂能耗中含碳能源占主导——电能生产也以含碳能源为主导——传统钢铁生产发展，CO2排放总量只能增加，不会减少2.3.2现代钢铁生产CO2减排最重要的措施是节能流程高效、连续、紧凑是最重要的节能必须把着眼点放在提高能源的利用效率、实现能源的高效转换、回收能源的高效高附加值的利用三个重点上面必须建立和优化以能源（或能源环保）中心为核心的全企业节能、CO2减排的管控体系大力推进重点节能减排技术的推广应用和优化建立钢铁产品从设计、原材料（包括铁矿、耐材、铁合金和能源）准备（开采、提纯、加工和输送）、制造、排放污无害化和资源化处理到产品的使用、再使用和回收利用全过程清洁生产的理念并贯彻实行着力研究钢铁生产全流程各工序降低消耗、碳的循环利用减少CO2排放的全新工艺与技术3钢铁科技创新朝低碳和“非涉碳”方向发展的展望3.1“少碳”钢铁生产是重要发展方向3.1.1流程优化、高效能源转换机制和能源流网络运行优化是“少碳”生产的重要措施流程紧凑高效工艺优化二次能源高效转化与高效应用3.1.2低温冶金和全氧高炉、非高炉炼铁技术研发与新型钢铁流程3.2采用清洁能源的非“涉碳”钢铁生产是解决CO2排放的根本途径H2冶金核能冶金太阳能光伏冶金风能冶金场冶金3.2.1清洁能源在钢铁厂能源流网络中的运行特点使用清洁能源与传统含碳能源在钢铁厂能源流网络中的运行，既有与铁素物质流时分时合，可能转化为其它质量和状态能源等的共同特征，又独具下列可能的特征：可与含碳能源共同运行也可组成独立制度运行，从可发展来看清洁能源独立运行系统是方向。独立运行的清洁能源钢铁生产系统一般具有高速反应与运行的特征。可能进行多次能源的高效转化和运行：1.多数在使用前需进行首次转化2.大多数反应后的余能可转化为其他状态的能太阳能、风能具有时间、空间的不稳定性，因而反应过程的能量组合、稳定控制具有特殊性。除与含碳能源共同运行可减少CO2排放外，基本上无CO2排放。3.2.2钢铁厂清洁能源研究与应用现状H2还原研究早已开始太阳能冶金有小型太阳能高炉和其他约100座太阳能高温炉，还有太阳能→制H2→H2还原核能冶金：如韩国POSCO——国外情况——国内情况风能冶金：从风能发电供生活用电→供轧钢用电→供冶炼用电（鞍钢鲅鱼圈）H2冶金：多家高校、研究院开展实验研究太阳能冶金：北科大、昆明理工大学、中南工业大学都开展研究北科大从2005年提出“太阳能光伏炼钢”理念至今已研究了供热熔炼、电解盐溶液还原出金属铁的多项实验室试验太阳能光伏非碳冶金研究内容及思路长期冶金工艺理论研究经验积累“太阳能光伏非碳冶金”概念设计实验平台和工艺方案研究温室气体减排现实需求实验装置制作研究三类实验室试验实验结果的理论分析和总结论文、专利、文集、专著理念的创新理念的实现理念的提升集成技术创新太阳能光伏技术还原介质研究电子电能电子H2熔盐电解技术研究水溶液电解技术研究氢还原技术研究电弧电阻感应电渣高温转换技术研究高温冶炼技术研究还原冶金技术研究熔分、精炼技术研究太阳能光伏非碳冶金技术路线图3.3大力支持清洁能源在钢铁生产中应用的政策导向建议高效、大能量级清洁能源制备（采集、转化）的装备和技术钢铁行业清洁能源冶金理论和应用技术研究清洁能源在钢铁行业中应用的经济性研究3.3.1组织国家级国家投资为主体不同类别的研发团队3.3.2政策优惠支持清洁能源装备技术企业的税收、成本补贴支持政策钢铁企业采用清洁能源激励机制与政策风能冶金太阳能冶金3.3.3尽快建设示范试验线谢谢