节能减排：钢铁业的新机遇，本文主要内容关键词为：钢铁业论文,节能论文,新机遇论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
钢铁工业是一国国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。同时钢铁也是一种科技含量高、附加值高、用途非常广泛的材料。
中国自改革开放，特别是2000年以来，钢铁产业取得了长足的发展，生产量和消费量均名列世界第一。2006年钢产量达到4.2亿吨，钢的消费量3.84亿吨，已连续11年居世界首位。钢铁工业已经成为促进中国国民经济平稳较快发展的重要支柱产业。
但钢铁业同时也是一个高耗能、高污染的产业。根据2006年有关统计数据，钢铁工业能耗约占全国总能耗的15％，二氧化硫排放量占全国的6.6％，耗水量占工业总量的14％。
虽然钢铁业是国民经济领域的耗能、耗水和排污大户，但同时也是极具节能减排潜力的产业之一。根据国际钢联对欧洲钢铁业在1976年到2000年的统计数据，25年间欧洲钢铁业每吨成品钢的能源消耗降低了53.1％。
目前中国钢铁业的能耗、物耗水平与世界先进水平还有相当的一段差距。根据来自中国国家发改委能源研究所的数据，中国钢铁的单位产品能耗和国际先进水平的差距为21.4％。因此，欧洲钢铁业在节能减排方面的成就使我们看到了希望。
根据欧洲钢铁工业联合会的统计数据，2005年，欧盟25国的粗钢产量为1.87亿吨，位居全球粗钢产量第二，占全球粗钢产量的17％（2005年中国占全球粗钢产量的31％，位居全球第一），创造了1000亿欧元的营业额，直接雇用欧盟公民35万。因此，和中国一样，欧洲钢铁工业同样是在国民经济中占据重要地位的产业部门，而保持钢铁业持续稳定的发展对欧盟是非常重要的。
欧洲钢铁业在最近50年，甚至是直至今天都面临着来自环境保护方面的压力，特别是二氧化碳减排，因此欧洲钢铁业将环境保护作为一种挑战，一种塑造其新的竞争力的机遇。笔者将欧洲钢铁工业在节能减排方面的经验和思路，以及欧盟各国在工业节能减排方面的政策介绍给读者，希望能给中国的钢铁业者提供新的思路。
规模化生产和工艺创新
欧洲钢铁业者在过去的50年当中，尤其是自20世纪70年代能源危机以来，对整个生产流程进行了分析研究，并对其进行了相应的技术改造，提高了能源、资源利用效率。采取的主要措施有规模化生产、连铸工艺的发展进步、废钢回用量不断上升、生产流程优化以及生产自动化程度提高等。
从炼钢环节来看，欧洲钢铁业已经实现了负能炼钢，不但不消耗能源，反而提供高热值煤气。对于轧钢系统，其能量来自于焦化、炼铁和炼钢所产生的煤气，而钢铁生产的绝大部分能量消耗和污染排放发生在炼铁环节，所以欧洲的钢铁公司将节能减排的重点集中在这个环节上。
规模化生产
欧洲在炼铁环节采用的主要手段是高炉大型化。因为大型高炉单位炉容的表面积比小高炉更小，这就意味着热量散发损失少，无谓的能耗得以减少。而且高炉大型化之后，环保设施相应配套齐全。尽管在中国，小高炉的产量也非常高，但是这些小高炉往往无法做到环保设施配套。因此这些小高炉容量小、能效低、污染重，单位能耗通常要比大型设备高10-15％，物耗高7-10％，水耗高1倍左右，二氧化硫排放高3倍以上，而且安全生产条件较差。
借鉴欧洲的经验，中国不应再在小高炉上再花费更多的资金和技术。当然，中国政府也开始日益重视这个问题，出台了一系列产业政策来淘汰落后产能。目前中国不符合产业政策的落后炼铁能力约1亿吨，落后炼钢能力约5500万吨。把落后的钢铁产能淘汰掉，一年可以节能5000多万吨标准煤，节水1亿吨，减少二氧化硫排放40多万吨。
炼铁高炉大型化之后，在系统设计和设备设计上容易解决节能和环保的问题。欧洲钢铁业者不以“投资少、周期短、见效快”作为指导思想，因为欧洲钢铁业者必须建造节能环保的大型高炉，否则避免不了严刑峻法。在高炉建设上急功近利也将得不偿失。在中国，建造一座大型高炉只需欧洲的一半投资，但很多设备却没有欧洲产品的品质，例如很多零件因无法承受高风温考验而发红，使辛苦得来的高风温在“临门一脚”处损失掉了。这些无谓消耗的能源也就导致中国高炉在生产过程中，生产单位生铁所需的成本要高于欧盟。
因此，规模化的生产方式，虽然在短期内看投资是相对较高的，但是在工厂的整个运营期间内能够节约大量的能源、资源，减少污染。
工艺创新
欧洲钢铁业者在规模化生产的同时不断地改进生产工艺，提高生产流程的自动化程度，这使得不需要增加高炉容量，就可以大大提高生产效率和产量，温度和压力控制技术也使钢铁质量控制变得更为容易。
电炉生产流程也因欧洲钢铁业在过去20年中的技术创新，能源利用效率大幅提高，吨钢能源消耗从630Kwh/t降到了345Kwh/t，电极消耗从6.5kg/t降到了1.1kg/t，冶炼周期从180分钟降到了40分钟。
节能与二氧化碳减排
欧盟在1975-2000年间，每吨成品钢耗能减少了53％，每吨成品钢二氧化碳排放量减少了50％，这说明耗能和二氧化碳减排存在极大的相关关系，也就是说减少了对于能源的消耗，就减少了二氧化碳的排放量。
回用废钢和提高焦炭利用率
回用废钢 众所周知，生产钢铁需要使用铁矿石，如果我们使用铁矿石生产1吨钢铁，在生产过程中会排放2.1吨二氧化碳。但是幸运的是，钢铁是一种100％可循环利用的材料，而且不论回用多少次，其内在的材料特性都不会损失和改变。
如果我们回用废钢生产1吨钢铁，会排放0.6吨二氧化碳，这也就意味着通过废钢生产1吨钢铁比用铁矿石生产减排了1.5吨二氧化碳，同时也会减少铁矿石、煤炭等资源、能源消耗。目前欧洲有47％的钢铁是钢铁回用生产的。根据欧洲钢铁联合会在2001的预测，如果充分利用废钢生产钢铁，那么全世界每年可以节约6亿吨铁矿石和2亿吨焦炭。
1吨废钢按80％的回用率回用至其完全消失殆尽之后，相当于生产了5吨钢铁，减排了7.5吨二氧化碳。二氧化碳来自于钢铁生产的炼焦、炼铁过程中使用的煤炭和铁矿石。回用废钢减排了二氧化碳也就意味着减少了对煤炭和铁矿石等不可再生能源和资源的消耗。
提高焦炭利用率 钢铁业中的二氧化碳主要来自于高炉中焦炭与铁矿石的还原反应，这意味着提高焦炭的利用率可以减少二氧化碳的排放量。比如对喷吹高炉喷煤进行预先加热，使得煤粉先行受热分解，喷进高炉后能够完全燃烧，通过这项技术可以为每吨铁水节省约20公斤的冶金焦炭。
欧洲钢铁业不仅通过在产业内部进行节能减排的研究和实践，同时在产业链的下游，通过和客户一起设计、生产质量更好、更为节能、节约资源的产品，以进一步减少钢铁业对环境的影响。欧洲钢铁业者通过以下两个方面的努力实现二氧化碳的持续减排。
让钢铁在整个生命周期中节能
汽车制造商是钢铁的重要客户之一，虽然在汽车生产过程中并不如钢铁生产会产生大量的二氧化碳，但是汽车在整个生命周期中将会排放大量的二氧化碳，以及碳氢化合物和氮氧化物等有害物质。就二氧化碳而言，据统计，全球20％的温室气体是由交通行业排放的，而陆上交通的能源消耗占到了整个交通部门的73％。因此，各国都对汽车尾气排放制定了越来越严格的标准，汽车制造商正在面对和解决这样的挑战。
欧洲钢铁业者将汽车制造商的挑战视为自己的挑战，他们开发出了超级高强度钢，这种钢材在呈现出高强度的同时质地却非常轻，既能保证汽车乘客的安全，又能够降低排放水平。就拿一辆中等大小轿车而言，用高强度钢生产的汽车因重量减轻，整个生命周期可以减少排放二氧化碳2.8吨，其中460公斤二氧化碳是在钢铁生产过程中减排的，2340公斤则是在汽车使用过程中减排的。欧洲钢铁业通过这个产品，增强了在汽车产业相对其他材料的竞争力。
让副产品继续节能减排
炼钢过程中会产生钢渣、高炉尘等，这些副产品因为仍然含有铁，因此大部分可以回用到炼钢过程中，或者是在其他的产业中找到用途。这些副产品可以被用作制造诸如水泥、混凝土、土壤改良物、路基、堤坝、矿毛绝缘纤维、玻璃、陶瓷、颜料、磁铁、聚苯乙烯等塑料制品、铝工业和电炉炼钢所使用的电极以及化妆品等。比如炉渣是绿色水泥的基本原料，使用炉渣制造水泥使得水泥厂每年能够减少二氧化碳排放量200万吨。绿色水泥比起标准波兰特水泥可以有更高的强度和持久度。含铁、碳和石灰石的副产品还可以被回用制造铸铁或者钢。
欧洲钢铁业者也通过各种科学的管理方法来减少现在的技术方法还不能回用的副产品。例如安赛乐米塔尔设有专门的内部组织，以促进各个工厂之间协同配合和加强在副产品管理方面的实践。所有吨钢不可转化残余物超过50公斤的安赛乐工厂发起了一个减少不可转化残余物的计划，共同研发可以减少不可转化残余物的技术。
合力研究新的突破
欧洲钢铁业者在二氧化碳减排方面已经做了大量的努力，就拿欧洲最大的钢铁公司安赛乐米塔尔而言，1990年至2004年间，公司将每吨成品的二氧化碳排放量减少18％；将生产每吨粗钢的二氧化碳排放量减少了23％，见图3。而欧盟在《京都议定书》框架下承诺，1990年至2008年之间将温室气体排放量减少8％。可见，欧洲钢铁业者是欧洲二氧化碳减排的重要力量。
但是欧洲钢铁业者也意识到，目前所采用的减排技术经已经达到了技术经济的极限，如果继续研究下去，边际效用将递增，必须开发新的减排技术，才能突破目前的减排瓶颈。
欧洲钢铁业者在国际钢铁协会的协调下，在安赛乐米塔尔公司的领导下对“超低二氧化碳排放（ULCOS）”项目进行研发。这个项目集中了欧洲48个钢铁公司、研究院所的力量，预算4400万欧元。这个项目旨在通过突破性的技术发展，比如回用高炉煤气，利用氢气和生物质能，开发分离二氧化碳以及如何在适合的地理结构中贮存二氧化碳的技术，使钢铁工业的二氧化碳排放量进一步减小30％～70％。
这个项目分三个阶段实施。第一阶段是从2004年到2009年，这一阶段的主要任务是分别测试以煤炭、天然气、电以及生物质能为基础的钢铁生产路线，是否有潜力满足钢铁业未来减排二氧化碳的需求；第二阶段是从2009年到2015年，这一阶段则是在第一阶段测试成果的基础上，在现有工厂进行两个相当于工业化的试验，并且至少运行一年，检验工艺中可能出现的问题，以便进行修正，并且估算投资和运营费用；第三阶段的主要任务是在2015年以后，在对第二阶段工业化实验成果进行经济和技术分析的基础上，建设第一条工业生产线，这个阶段有别于一般意义上的研发，它将成为真正的工业实践，而且在该阶段，这个项目会受到欧盟在财政上的大力支持。
企业自愿协议
企业自愿协议就是企业和政府双方自愿签订的涉及环境保护、节能降耗方面的协议。这个制度在欧盟国家有很多实施的案例。比如，第一个欧盟自愿协议——家电产业和欧盟委员会协议是1997年签订的，目标是到2000年，洗衣机、电视机及录像机的能源效率要比1994年提高20％。
企业自愿协议能够提供经济的环境解决方案，带来超前的环境保护措施，对立法和行政法规是有效的补充。但是自愿协议也有一些缺点，比如需要第三方核证，保证协议实施的透明性和可靠性，如何保证企业最终实施协议目标等。
欧洲钢铁企业对与政府签订自愿节能协议是认同的。根据2000年的统计数据，目前芬兰、法国、德国、荷兰以及卢森堡5个国家的钢铁企业都与政府签订了企业自愿节能协议，覆盖了欧洲50％的钢铁产量。
欧洲最大的钢铁公司安赛乐米塔尔和比利时、法国、卢森堡和德国政府都签订了提高能效、降低二氧化碳排放的自愿协议。比如和法国政府的自愿协议提出在2003年到2007年间，将CO[,2]排放量在1990年的水平上削减20％，与卢森堡政府签订的自愿协议是在1990年到2010年间将能效提高20％；安赛乐米塔尔与比利时政府签订了采购可再生能源的自愿协议，承诺采购的能源中必须有规定比例的可再生能源，如果没有达到这个比例，安赛乐米塔尔将付给比利时政府一定的附加税。
在欧洲，政府通过与企业签订自愿节能协议，通过各种税收和财政优惠鼓励企业完成其承诺的节能目标，这对企业形成了正面的鼓励和激励，形成了节能减排的良性循环。
欧洲钢铁业在面对节能减排的困局时，选择的是用不断研究开发新的技术来应对气候变化，把不断严格的环境保护要求作为钢铁业创造新的发展机会。中国钢铁业所面临的节能减排挑战也是一次不可多得的机遇。中国钢铁业如果抓住这次机遇，将有利于中国钢铁业的长远发展。