冶金行業(yè)碳排放綜合治理研究范文

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《寧夏社會(huì)科學(xué)雜志》2015年第四期

科學(xué)已經(jīng)證明，人類大規(guī)模的碳排放是造成全球溫度上升的主要原因。由于氣候變暖可能帶來(lái)災(zāi)難性的影響，應(yīng)對(duì)全球氣候變化已成為重要的國(guó)際議題。中國(guó)已成為世界第一的溫室氣體排放國(guó)［1］。為履行大國(guó)責(zé)任，中國(guó)正在積極推動(dòng)節(jié)能低碳發(fā)展。西部大開(kāi)發(fā)以來(lái)，寧夏進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，國(guó)民生產(chǎn)總值年均增速達(dá)到了10%左右，工業(yè)增加值大多年份以兩位數(shù)的速度增長(zhǎng)。其中，冶金行業(yè)的發(fā)展令人矚目，形成了稀有金屬材料、鎂及鎂合金材料、電解鋁鋁合金及型材等產(chǎn)業(yè)鏈，是全球最大的鉭鈮冶煉加工基地，也是我國(guó)主要的電解鋁、金屬鎂及鎂合金產(chǎn)地［2］。冶金行業(yè)屬于高耗能、高污染行業(yè)。粗放型的、以環(huán)境和資源為代價(jià)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式已經(jīng)不符合寧夏的發(fā)展方向，亟需轉(zhuǎn)型升級(jí)。

一、寧夏冶金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

(一)行業(yè)概況寧夏冶金行業(yè)的發(fā)展源于20世紀(jì)60—70年代，包括寧夏有色金屬冶煉廠在內(nèi)的一批外埠企業(yè)先后遷入寧夏，構(gòu)筑起了寧夏工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)家投資擴(kuò)建青銅峽鋁廠等一批大型骨干企業(yè)，寧夏冶金行業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展。冶金工業(yè)已成為寧夏一個(gè)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，是各級(jí)地方財(cái)政收入的主要來(lái)源之一，在全區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。寧夏金屬礦產(chǎn)資源并不豐富，但具有能源優(yōu)勢(shì)。此外，也具有煤炭、土地資源與環(huán)境容量的優(yōu)勢(shì)。寧夏黑色金屬行業(yè)與有色金屬行業(yè)分別占工業(yè)總產(chǎn)值的7%與12%，冶金行業(yè)約占工業(yè)總產(chǎn)值的1/5。1998—2012年以來(lái)，寧夏黑色金屬行業(yè)產(chǎn)值年均增速接近30%，有色金屬行業(yè)產(chǎn)值年均增速23%，增長(zhǎng)迅速(如圖1所示)。冶金行業(yè)也是推動(dòng)社會(huì)就業(yè)的重要部門，其從業(yè)人數(shù)占工業(yè)從業(yè)人數(shù)的17%。從西北地區(qū)看，寧夏冶金行業(yè)總體規(guī)模較小，黑色金屬行業(yè)與有色金屬行業(yè)的規(guī)模分別排在第五和第四(如圖2所示)，但在全國(guó)范圍內(nèi)寧夏有色金屬冶金行業(yè)單個(gè)企業(yè)的平均規(guī)模(即行業(yè)總產(chǎn)值/企業(yè)數(shù)量)僅次于甘肅(如圖3所示)。單個(gè)企業(yè)規(guī)模越大越有利于實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)與資源整合，同時(shí)也有利于節(jié)能低碳技術(shù)的利用推廣。尤其寧夏有色金屬行業(yè)相對(duì)于黑色金屬行業(yè)更有優(yōu)勢(shì)。

(二)主要產(chǎn)品與子行業(yè)寧夏黑色金屬冶金行業(yè)產(chǎn)品主要包括鋼鐵以及鐵合金、碳化硅、焦炭等高載能冶金爐料產(chǎn)品。從表1看，寧夏粗鋼、生鐵、鋼材的產(chǎn)量都很小，只有鐵合金的產(chǎn)量高于其他四省區(qū)。鐵合金產(chǎn)品是煉鋼不可缺少的添加劑。“十一五”期間，寧夏通過(guò)加大技術(shù)改造創(chuàng)新力度，加大硅系列復(fù)合合金及低鋁、低鈦、低碳等鐵合金產(chǎn)品的研發(fā)力度和生產(chǎn)能力，優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品附加值。到2010年，硅鐵及復(fù)合合金產(chǎn)量達(dá)到100萬(wàn)噸，銷售收入超過(guò)50億元，保持全國(guó)硅鐵大省和內(nèi)外貿(mào)生產(chǎn)基地的地位。寧夏有色金屬冶金行業(yè)產(chǎn)品主要包括以鉭鈮鈹系列產(chǎn)品為主的稀有金屬冶煉和加工業(yè)，以及以鋁鎂為主的輕金屬冶煉及加工業(yè)。從表2看，寧夏電解鋁和鎂相對(duì)較大。“十一五”期間，中電投青銅峽能源鋁業(yè)公司形成70萬(wàn)噸電解鋁生產(chǎn)能力，冶煉技術(shù)、裝備水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，加上中寧鋁廠全區(qū)電解鋁產(chǎn)能達(dá)到90萬(wàn)噸。寧夏是世界主要的金屬鎂及鎂合金產(chǎn)地之一。鎂錠生產(chǎn)能力超過(guò)18萬(wàn)噸。寧夏以鉭鈮鈹系列產(chǎn)品為主的稀有金屬冶煉和加工業(yè)處于國(guó)際先進(jìn)水平，是世界重要的鉭鈮鈹生產(chǎn)研發(fā)基地。中色東方集團(tuán)主導(dǎo)產(chǎn)品鉭粉、鉭絲在技術(shù)、產(chǎn)品檔次和質(zhì)量等方面與世界同行同步，某些品種達(dá)到世界領(lǐng)先水平，產(chǎn)品90%以上銷往美國(guó)、日本、韓國(guó)以及歐洲等。鉭絲占世界市場(chǎng)份額的60%，綜合質(zhì)量和市場(chǎng)占有量均居世界第一位;鉭粉占世界市場(chǎng)份額的30%，居世界第二位。

二、寧夏冶金行業(yè)能耗現(xiàn)狀

在環(huán)境保護(hù)與能源成本上升的多重壓力之下，實(shí)現(xiàn)冶金行業(yè)的低碳發(fā)展日益受到關(guān)注。寧夏雖然總體能源消費(fèi)量不高，但是單位GDP能耗強(qiáng)度處于全國(guó)最高水平(2005—2013年)，面臨較嚴(yán)峻的節(jié)能低碳?jí)毫ΑＪ紫龋瑥膶幭母鱾€(gè)工業(yè)行業(yè)看，黑色金屬冶金行業(yè)與有色金屬冶金行業(yè)的能源消費(fèi)量排名第三與第四，屬于能源消費(fèi)的重點(diǎn)行業(yè)。其次，為了解寧夏冶金行業(yè)的能源效率水平，計(jì)算冶金行業(yè)單位產(chǎn)值能耗，并與其他四個(gè)省區(qū)進(jìn)行了比較(如圖5所示)。寧夏黑色金屬冶金行業(yè)與有色金屬冶金行業(yè)的單位產(chǎn)值能耗分別處在第四高和第三高的水平，這意味著可以通過(guò)能效對(duì)標(biāo)的方式，進(jìn)一步識(shí)別寧夏冶金行業(yè)的節(jié)能潛力。

三、重點(diǎn)行業(yè)節(jié)能低碳技術(shù)選擇

(一)鋼鐵行業(yè)(1)干法熄焦(CDQ)技術(shù)。據(jù)測(cè)算，每干熄1t紅焦可回收能源40kg—50kg的標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)能減少環(huán)境污染，100萬(wàn)t/a焦化廠每年可以減少8—10萬(wàn)噸動(dòng)力煤燃燒對(duì)大氣的污染［3］。(2)煤調(diào)濕(CMC)技術(shù)。煤調(diào)濕技術(shù)主要經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:①焦?fàn)t生產(chǎn)能力提高11%;②煉焦耗熱量減少15%;③焦炭粒度分布更加均勻;④焦炭機(jī)械強(qiáng)度提高1—1.5個(gè)百分點(diǎn)或可多配弱粘結(jié)性煤8—10個(gè)百分點(diǎn)，每噸煤減少剩余氨水約44kg。(3)燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收技術(shù)。噸燒結(jié)礦可回收蒸汽20kg—30kg，降低工序能耗4kg標(biāo)準(zhǔn)煤左右。(4)燒結(jié)低溫余熱回收技術(shù)。一般每噸燒結(jié)礦可以回收蒸汽量30kg—90kg，降低燒結(jié)工序能耗3kg—10kg標(biāo)準(zhǔn)煤。目前，鞍山鋼鐵集團(tuán)公司、武漢鋼鐵公司、唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司等鋼鐵企業(yè)采用燒結(jié)廢氣余熱發(fā)電技術(shù)。(5)轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼工藝技術(shù)。上海寶山鋼鐵集團(tuán)股份有限公司是我國(guó)最早實(shí)現(xiàn)“負(fù)能煉鋼”的鋼鐵企業(yè)。近年來(lái)，武漢鋼鐵公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司等一批中型轉(zhuǎn)爐也都成功應(yīng)用負(fù)能煉鋼技術(shù)。

(二)電解鋁行業(yè)(1)碳陽(yáng)極消耗排放的CO2減排技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)可以通過(guò)提高陽(yáng)極質(zhì)量、改善陽(yáng)極反應(yīng)性能來(lái)減少陽(yáng)極消耗產(chǎn)生的CO2［5］。國(guó)家級(jí)科技成果“鋁電解用優(yōu)質(zhì)碳陽(yáng)極生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)”，目前在中國(guó)鋁業(yè)公司得到了大范圍推廣應(yīng)用，減排效果明顯，2010年榮獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。(2)低電壓節(jié)能技術(shù)。目前，噸鋁(電解鋁)產(chǎn)品能耗已經(jīng)下降到14000kWh，比國(guó)際(除中國(guó)外)平均綜合能耗低1000kWh以上，其噸鋁直流電耗一直在13000kWh左右徘徊，仍是理論直流電耗6330kWh的2倍以上，碳氟化合物排放量仍然較高，屬全球十分矚目的節(jié)能減排重點(diǎn)行業(yè)［6］。究其原因，在2008年以前，國(guó)內(nèi)外所有電解鋁生產(chǎn)系列均采用傳統(tǒng)的“高溫高電壓”生產(chǎn)工藝技術(shù)路線，很難實(shí)現(xiàn)能耗的進(jìn)一步降低。因此，在保證電流效率的前提下，降低電解槽工作電壓是電解鋁節(jié)能減排的主要途徑。目前，中國(guó)鋁業(yè)公司、云南鋁業(yè)公司、中孚實(shí)業(yè)公司采用該技術(shù)路線均取得了較好的節(jié)能減排效果。(3)自動(dòng)熄滅陽(yáng)極效應(yīng)技術(shù)。為了幫助中國(guó)電解鋁企業(yè)降低陽(yáng)極效應(yīng)PFC排放，亞太合作伙伴組織(APP)計(jì)劃在中國(guó)推廣應(yīng)用“自動(dòng)熄滅陽(yáng)極效應(yīng)技術(shù)”，該技術(shù)由新西蘭奧克蘭大學(xué)研究開(kāi)發(fā)，在國(guó)外多家電解鋁企業(yè)推廣應(yīng)用后收到了良好效果，可在30s內(nèi)快速熄滅陽(yáng)極效應(yīng)(人工熄滅陽(yáng)極效應(yīng)需要90—120s)，大大縮短了陽(yáng)極效應(yīng)持續(xù)時(shí)間，有效降低了陽(yáng)極效應(yīng)PFC排放。中南大學(xué)正在與新西蘭奧克蘭大學(xué)洽談合作意向，準(zhǔn)備共同開(kāi)發(fā)具有自動(dòng)熄滅陽(yáng)極效應(yīng)功能的新一代電解槽控制技術(shù)［8］。

(三)鎂冶煉行業(yè)(1)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。利用半焦?fàn)t產(chǎn)煤氣的工藝流程，可以建立“煙煤—半焦煤氣—鎂”“煙煤—蘭炭—硅鐵—鎂”“鎂渣—水泥”等多條循環(huán)經(jīng)濟(jì)鏈。半焦化爐生產(chǎn)的焦化煤氣是最重要的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)收集、洗滌、凈化處理后輸送到回轉(zhuǎn)窯、還原爐、精煉爐使用，氣源穩(wěn)定，升溫控制有保障。半焦?fàn)t副產(chǎn)品蘭碳供硅鐵電爐使用。電爐又生產(chǎn)硅鐵供鎂使用。硅鐵占去鎂成本的30%—50%。以低鋁、低錳的硅鐵供應(yīng)鎂生產(chǎn)，既保證鎂的質(zhì)量，又降低了鎂成本。半焦?fàn)t副產(chǎn)品煤焦油是優(yōu)質(zhì)化工廠產(chǎn)品，全部銷售，也可沖減鎂成本。(2)利用回轉(zhuǎn)窯煙氣余熱。利用回轉(zhuǎn)窯窯尾排出的煙氣為余熱鍋爐提供熱源產(chǎn)出蒸汽，滿足射流泵的動(dòng)力需求，同時(shí)，并入焦?fàn)t汽網(wǎng)。回轉(zhuǎn)窯排出的煙氣溫度由入鍋爐前的660℃降至出鍋爐后的180℃，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的循環(huán)利用。窯尾加裝豎式預(yù)熱器，提高煅燒產(chǎn)能15%，降低能源消耗。(3)新型窯襯保溫技術(shù)。回轉(zhuǎn)窯窯體表面積大，溫度高，散熱損失可觀，必然影響窯熱效率。窯皮溫度由300℃—400℃降至210℃以內(nèi)，可望將散熱損失控制在8%左右，噸鎂節(jié)省煤100kg。

四、結(jié)論

寧夏發(fā)展冶金行業(yè)的資源、能源、配套條件等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)尤存，節(jié)能減排的倒逼機(jī)制和現(xiàn)代節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用，給冶金行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)、解決寧夏萬(wàn)元GDP耗能居高不下、碳排放強(qiáng)度過(guò)大等問(wèn)題提供了較大的潛在及后發(fā)優(yōu)勢(shì)，更是做強(qiáng)做大做優(yōu)冶金產(chǎn)業(yè)的大機(jī)遇。寧夏現(xiàn)有的鋼鐵、鐵合金、焦炭、電解鋁、有色金屬冶煉以及滿足能源供應(yīng)的火電廠，既是耗能和碳排放的傳統(tǒng)重點(diǎn)行業(yè)，也是采用先進(jìn)技術(shù)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)，綜合治理碳排放的大產(chǎn)業(yè)。只要節(jié)能減排投入到位，現(xiàn)有技術(shù)措施能夠保障，企業(yè)不僅能取得客觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且冶金行業(yè)會(huì)成為建設(shè)天藍(lán)、地綠、水清的美麗寧夏的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。

作者：馬漢成 姜茂發(fā) 單位：東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院