河北省某鋼鐵企業(yè)能耗和CO2排放的核查分析

王韻銘，馬秀琴*，張 寧，2

（1.河北工業(yè)大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，天津 300401；2.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，天津 300191）

河北省某鋼鐵企業(yè)能耗和CO2排放的核查分析

王韻銘1，馬秀琴1*，張 寧1，2

（1.河北工業(yè)大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，天津 300401；2.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，天津 300191）

鋼鐵工業(yè)是資源和能源密集型工業(yè)，需要消耗大量的化石能源，導(dǎo)致CO2大量排放。根據(jù)河北省鋼鐵行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，筆者對(duì)鋼鐵行業(yè)CO2核查方法進(jìn)行了研究，對(duì)河北省的一家重點(diǎn)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了能耗調(diào)研，識(shí)別了該企業(yè)CO2的排放源，并對(duì)其進(jìn)行量化計(jì)算。根據(jù)核查可知：該鋼鐵企業(yè)2013—2015年CO2排放量分別為1 619.06萬(wàn)t、1 607.46萬(wàn)t和1 677.72萬(wàn)t。其中，2015年焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼和鋼材深加工等環(huán)節(jié)的CO2排放量分別為29.59萬(wàn)t、223.08萬(wàn)t、544.30萬(wàn)t、-99.77萬(wàn)t和191.16萬(wàn)t，其工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放量為75.59萬(wàn)t，外購(gòu)電力的排放量為158.51萬(wàn)t。

鋼鐵能耗；CO2排放核查；節(jié)能減排；不確定分析；減排潛力

1 河北省鋼鐵行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

鋼鐵工業(yè)是我國(guó)工業(yè)部門(mén)中資源和能源消耗最多的行業(yè)，是節(jié)能減排的重點(diǎn)。我國(guó)鋼鐵行業(yè)消耗的能源主要是煤炭，占整個(gè)行業(yè)能源消費(fèi)總量的68%[1-2]?！丁笆濉惫?jié)能減排綜合工作方案》提出，到2020年，鋼鐵行業(yè)單位工業(yè)增加值能耗比2015年下降12%[3]，根據(jù)2014年工信部數(shù)據(jù)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)能源消耗、二氧化碳排放量、煙塵排放量等分別占全國(guó)的15%、12%和8.3%。同國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)噸鋼綜合能耗高出10%～15%[4]。從全國(guó)鋼鐵生產(chǎn)情況來(lái)看，河北省鋼鐵產(chǎn)量連續(xù)15年位居全國(guó)之首。以2015年為例，河北省生鐵、粗鋼、鋼材、鐵礦石和焦炭的產(chǎn)量分別占全國(guó)的25.14%、23.43%、22.47%、13.15%和12.23%，如表1所示[5]。高產(chǎn)量帶來(lái)高能耗，河北省鋼鐵行業(yè)能耗占全省總能耗的36%左右，其中，2012—2015年期間年度綜合能耗均超過(guò)1億t標(biāo)準(zhǔn)煤。河北省工業(yè)企業(yè)排放量占全省主要污染物排放量的六成以上，其中鋼鐵、水泥、電力等高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)二氧化硫、氮氧化物和煙粉塵排放量，分別占全省工業(yè)排放量的75.7%、87.2%和87.5%，是大氣污染的重要源頭[6]。未來(lái)河北省鋼鐵行業(yè)要完成減排目標(biāo)，必須要進(jìn)行低碳轉(zhuǎn)型，徹底改變高耗能、高污染的現(xiàn)狀[7-8]。

表1 2015年河北省鋼鐵行業(yè)主要產(chǎn)品產(chǎn)量與全國(guó)的對(duì)比

2 能耗調(diào)查

2.1 調(diào)研企業(yè)簡(jiǎn)況與能耗主要設(shè)備

所調(diào)研企業(yè)主要產(chǎn)品為板、棒、線、型四大類(lèi)，鋼鐵板塊具有2 000萬(wàn)t/a的配套生產(chǎn)能力，高爐系統(tǒng)最為先進(jìn)的是3 200 m3高爐，該高爐生產(chǎn)過(guò)程的噴煤比和焦比數(shù)都處于行業(yè)先進(jìn)水平。該企業(yè)主要能耗設(shè)備有2臺(tái)焦?fàn)t，5臺(tái)燒結(jié)機(jī)，4臺(tái)高爐，7臺(tái)轉(zhuǎn)爐，5臺(tái)LF爐，1臺(tái)RH爐，4臺(tái)板坯，5臺(tái)方坯連鑄機(jī)，15臺(tái)燃?xì)忮仩t，3臺(tái)蒸汽余熱鍋爐，生產(chǎn)線主要是1條中型生產(chǎn)線，2條棒材生產(chǎn)線，2條高線生產(chǎn)線和2條熱板生產(chǎn)線。為了充分利用二次能源，該企業(yè)采用了干熄焦發(fā)電、燒結(jié)余熱發(fā)電、高爐余壓發(fā)電 (TRT)、三氣（焦?fàn)t，高爐和轉(zhuǎn)爐煤氣）發(fā)電等技術(shù)。

2.2 調(diào)研內(nèi)容

調(diào)研目的是了解鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的能耗和排放情況。調(diào)研內(nèi)容包括：煤、外購(gòu)電、成品油和天然氣等能源消耗情況；綜合能耗、年總產(chǎn)量、工業(yè)總產(chǎn)值、工業(yè)增加值、噸鋼綜合能耗和萬(wàn)元產(chǎn)值綜合能耗及萬(wàn)元工業(yè)增加值綜合能耗等。

2.3 調(diào)研數(shù)據(jù)分析

該鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)為長(zhǎng)流程，包括焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、鋼材深加工5個(gè)主要環(huán)節(jié)。根據(jù)調(diào)研內(nèi)容分析能源消耗種類(lèi)和煤炭、外購(gòu)電力以及焦炭的消耗量和產(chǎn)量，能耗分析包括綜合能耗和噸產(chǎn)量綜合能耗等。

2.3.1 消耗能源種類(lèi)

該鋼鐵企業(yè)主要消耗的能源有煤、汽油和柴油，消耗的煤有3種，分別為洗精煤、無(wú)煙煤和煙煤；汽油和柴油消耗量很少，煤為消耗的主要能源。

2.3.2 煤炭消耗量

圖1是該企業(yè)2013—2015年的煤炭消耗情況。從圖1中可見(jiàn)，該企業(yè)消耗的煤炭種類(lèi)有洗精煤、無(wú)煙煤、煙煤和焦炭；2013—2015年無(wú)煙煤、煙煤的消耗量均上下浮動(dòng)，但變化量較小，消耗量基本穩(wěn)定；洗精煤呈下降趨勢(shì)，而焦炭的消耗量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。綜合來(lái)看，煤炭的消耗量整體變化不大。

圖1 2013—2015年煤炭消耗量

2.3.3 外購(gòu)電力消耗

2013—2015年的外購(gòu)電力消耗量分別為159.64萬(wàn) MW·h、164.59 MW·h和 179.25 MW·h，由此可得出凈購(gòu)入電力消耗量是逐年增加的，而且2015年的增長(zhǎng)幅度最大。

2.3.4 綜合能耗分析

該企業(yè)的綜合能耗情況如圖2所示，其中噸鋼綜合能耗使用次坐標(biāo)軸。從圖2可知，該企業(yè)2013—2015年綜合能耗波動(dòng)較小，整體變化稍下降；噸鋼綜合能耗呈下降趨勢(shì)，2014年比2013年噸鋼綜合能耗下降了4.59%，2015年較2014年噸鋼綜合能耗下降了2.25%。

圖2 綜合能源消耗

3 CO2排放核查

3.1 主要排放源與邊界的確定

CO2主要排放源是各類(lèi)型的固定或移動(dòng)燃燒設(shè)備，如焦?fàn)t、燒結(jié)機(jī)、高爐、轉(zhuǎn)爐、連鑄機(jī)和工業(yè)鍋爐等，時(shí)間邊界是2013—2015年。直接排放邊界內(nèi)包含焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼和鋼材深加工等環(huán)節(jié)化石燃料的燃燒；工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中含碳熔劑的高溫分解和電極的消耗；煉鐵煉鋼降碳過(guò)程含碳量變化等產(chǎn)生的碳排放。間接排放邊界內(nèi)主要是指鋼鐵廠使用外購(gòu)的電力和熱力等產(chǎn)生的CO2排放。

3.2 量化計(jì)算

根據(jù)CO2排放核算量化的公式[9]，分別計(jì)算該企業(yè)2013—2015年度的每個(gè)工序環(huán)節(jié)燃料燃燒的CO2排放量、生產(chǎn)過(guò)程的CO2排放量和電力、熱力的間接CO2排放量，最后計(jì)算該企業(yè)2013—2015年CO2排放量，結(jié)果見(jiàn)表2。

3.3 量化結(jié)果分析

2013—2015年企業(yè)排放的CO2總量分別為1 619.06萬(wàn)t、1 607.46萬(wàn) t和 1 677.72萬(wàn) t。所調(diào)研企業(yè)實(shí)現(xiàn)了負(fù)能煉鋼。企業(yè)應(yīng)用了余熱、余氣和余壓發(fā)電技術(shù)，高效利用余能，從而減少能量的損失和溫室氣體的大量排放。

該企業(yè)的2013—2015年各個(gè)工序的排放量如圖3所示，其中噸鋼CO2排放量使用次坐標(biāo)軸。從圖3中可知，煉焦工序的排放量逐年下降，其他各環(huán)節(jié)排放量均有小幅波動(dòng)。該企業(yè)在2014年總排放量有小幅下降，而在2015年排放量又有一定的增加，上升幅度為4.37%；從排放強(qiáng)度來(lái)看，2014年企業(yè)較上年增加了3.85%，2015年又下降了0.46%。

表2 2013—2015年度CO2排放量匯總 t

圖3 2013—2015年各工序排放量

3.4 不確定性分析

對(duì)不確定性量化采用誤差傳播法，計(jì)算出2013—2015年CO2總排放量的不確定性為±2.94%、±2.84%和±2.76%。根據(jù)（政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)）（IPCC） 2006國(guó)家溫室氣體清單指南[10]可知，該企業(yè)2013—2015年CO2排放量化核算的不確定性屬于高級(jí)，所以計(jì)算數(shù)據(jù)具有可信性。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)河北省某鋼鐵企業(yè)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，隨著國(guó)家和河北省對(duì)于節(jié)能降耗規(guī)劃要求的提高，企業(yè)也相應(yīng)采取了各種節(jié)能措施，2013—2015年噸產(chǎn)量的綜合能耗呈下降趨勢(shì)。所調(diào)研企業(yè)是一個(gè)長(zhǎng)流程的工藝，CO2排放最多的環(huán)節(jié)是煉鐵工序，其次是燒結(jié)工序，最少的是煉鋼工序。

所調(diào)研企業(yè)因?yàn)椴捎昧藦U氣、余熱和余壓發(fā)電，各種規(guī)格的發(fā)電機(jī)組總計(jì)達(dá)18組，高效利用余能，從而減少了大量的能量損失和CO2排放。2013—2015年煉焦工序的排放量逐年下降，其他各環(huán)節(jié)排放量均有小幅波動(dòng)。該企業(yè)在2014年總排放量有小幅下降，而在2015年排放量又有一定的增加，上升幅度為4.37%；從排放強(qiáng)度來(lái)看，2014年企業(yè)較上年增加了3.85%，2015年又下降了0.46%。

該調(diào)研企業(yè)的CO2排放核查結(jié)果表明，此長(zhǎng)流程鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)于2013—2015年排放的CO2總量分別為1 619.06萬(wàn)t、1 607.46萬(wàn)t和1 677.72萬(wàn)t。其中2015年，焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼和鋼材深加工等環(huán)節(jié)的CO2排放量分別為29.59萬(wàn)t、223.08 萬(wàn) t、544.30 萬(wàn) t、-99.77 萬(wàn) t、191.16 萬(wàn)t，其工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放量為75.59萬(wàn)t，固碳產(chǎn)品隱含的排放量為29.93萬(wàn)t。2013—2015年溫室氣體排放總量的不確定性分別為±2.94%、±2.84%和±2.76%，均屬于高精度等級(jí)，說(shuō)明計(jì)算數(shù)據(jù)具有可信性。

德國(guó)鋼鐵工業(yè)近50年來(lái)通過(guò)采取一系列措施使能源消耗量明顯降低，迄今為止，其長(zhǎng)流程工藝的排放量低于1.8 t CO2/t粗鋼，而綜合長(zhǎng)流程和短流程路線的排放量則降為1.3 t CO2/t粗鋼[11]。而采用長(zhǎng)流程的該調(diào)研企業(yè)2013—2015年排放強(qiáng)度分別為2.08 t CO2/t粗鋼、2.16 t CO2/t粗鋼和2.15 t CO2/t粗鋼，與國(guó)際先進(jìn)水平仍有差距。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本新日鐵住金鋼鐵公司2013年碳排放強(qiáng)度為噸鋼1.97 t CO2，2014年排放強(qiáng)度為噸鋼1.99 tCO2，所調(diào)研企業(yè)同期的排放強(qiáng)度均高于新日鐵住金鋼鐵公司，其中2014年排放強(qiáng)度較新日鐵住金高出8.54%，說(shuō)明該企業(yè)仍有較大的減排空間。

[1]閻波，孫浩，何培育.大力發(fā)展能源管理中心促進(jìn)鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能[J].冶金經(jīng)濟(jì)與管理，2014（4）：55-56.

[2]黃超，呂學(xué)都，馬秀琴.論中國(guó)主要溫室氣體排放行業(yè)的低碳發(fā)展[M].北京：中國(guó)環(huán)境出版社，2014.

[3]國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知[EB/OL].（2017-01-05)[2017-03-01].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-01/05/content_5156789.htm.

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[5]中華人民共和國(guó)統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒—2016[EB/OL].[2017-05-27].http：//www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2016/indexch.htm.

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[7]李樺.河北省鋼鐵年綜合能耗近億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煙粉塵排放在全省占比四成[EB/OL].（2013-11-11)[2017-04-10].http：//www.xinyilian.com/Bizinfo/News/201311/t20131111_5191.html.

[8]WINKLER H.Climate change mitigation negotiations，with an emphasis on options for developing countries[M].New York：UNDP，2008：1-45.

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[11]楊婷.國(guó)外鋼鐵工業(yè)低碳技術(shù)發(fā)展與我國(guó)減排CO2策略[J].中國(guó)鋼鐵業(yè)，2011（6）：12-16.

Analysis on Energy Consumption and GHG Emission Verification of Some Iron-steel Industry in Hebei Province

Wang Yunming1,Ma Xiuqin1*,Zhang Ning1,2
（1.School of Energy and Environmental Engineering， Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;2.Tianjin Academy of Environmental Sciences,Tianjin 300191,China）

The iron-steel industry belongs to a resource and energy intensive industry and produces a lot of GHG emissions because of a quantitative of fossil fuel consumption.The methodology of GHG emission calculation was studied based on developing conditions of the iron-steel industry in Hebei province.A typical iron-steel production enterprise in Hebei province was surveyed.The research identified the CO2emission sources and calculated the CO2emissions.According to the verification,the CO2emissions of the enterprises were 16 190.6 kt,16 074.6 kt and 16 777.2 kt respectively from 2013 to 2015.The research can be used to help the iron-steel companies to verify the GHG emission in every process and find out emissions reduction potentials and then promote low-carbon transformation in the iron-steel industry.

energy consumption of iron-steel industry,verification of GHG,energy conservation and emissions reduction,uncertainty analysis,emissions reduction potential

2017-07-14

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目《我國(guó)主要行業(yè)溫室氣體檢測(cè)與核算技術(shù)研究》（2012BAC20B11）；河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目《鋼鐵行業(yè)碳排放核查技術(shù)與低碳技術(shù)評(píng)價(jià)》（14273701D）

王韻銘（1992-），男，河北邯鄲人，河北工業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生在讀，主要從事可再生能源利用與建筑節(jié)能技術(shù)方面的研究工作。

*通訊作者：馬秀琴（1963-），女，天津人，畢業(yè)于日本國(guó)立長(zhǎng)崎大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)博士，教授，主要從事低碳建筑、節(jié)能減排、清潔發(fā)展機(jī)制方法學(xué)方面的研究工作。

X511

A

1008-813X（2017）06-0050-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.06.13

（編輯：程 俊）