日本钢铁产业低碳化发展研究
日本钢铁业研究的减排CO_2炼铁新技术
日本钢铁业在不断地开发减少 CO2 排放的炼铁新 技术，包括近期计划和长期计划。近期主要开发新型 炉料，以保持在当前高炉设施和产能不变情况下，可以 进一步降低高炉还原剂比（ 生产 1t 铁所需要的还原剂 量，比如焦炭、煤等） ，从而实现减排的 CO2 目的。长期 则通过开发革命性的、以氢气还原铁矿石的高炉炼铁 控制技术和与之相配套的使用新型粘结剂的炼焦技术 等，以达到大量减少 CO2 排放的目的。
预还原烧结矿的关键技术包括预制小球结构
图 4 高炉使用预还原烧结矿的效果
优化设计及烧结氧分压控制，因为在工业生产中既 要保证利用系数又要保证预还原的烧结矿不发生再 氧化现象。目前实验室研究已证明，烧结矿预还原 率可达到 40% ～ 70% 。
2 长期开发的减排 CO2 的炼铁新技术
随着上述新型炉料技术的开发以及传统高炉炼 铁技术进一步改进与完善，还原剂比的降低将接近 理论极限，CO2 的减排空间将非常有限。为进一步 减少 CO2 排放，日本钢铁企业出台了同时兼顾环境 保护和经济发展的技术开发计划，即 COURSE 50。 其最终目的是使 CO2 减排达 30% ，大约至 2030 年， 使所开发的技术达到工业化推广应用水平。
本文介绍了高反应性焦炭铁焦复合球团和预还原烧结矿对高炉降低还原剂比的作用及其在高炉中的用法阐述了氢气还原铁矿石的高炉炼铁技术及与之相配套的新型焦炭技术的研究进展指出我们应借鉴其高反应性焦炭概念在矿焦混装时使用高反应性焦炭以及应着手开发类似hpc的粘结剂技术
第 3 期 总第 193 期 2011 年 6 月
Abstract New furnace burden technology development is being focused on for reducing CO2 emission in Japan Iron and Steel industry in the coming few years． New burden includes high reactivity coke，carbon iron composite and pre － reduced sinter，etc． In the long run，reduction of iron ore by Hydrogen supported with new coke technology development is being concentrated on． The application and role of reducing blast furnace RAR of high reactivity，carbon iron composite and new coke are introduced． Development of reduction of iron ore by Hydrogen and new coke technology are presented． High reactivity coke，carbon iron composite and HPC technology are compared and analyzed． It is pointed that the concept of high reactivity coke，applying high reactivity coke in coke mixing technology should be used for reference，and the technologies like HPC additives should be researched in our country． Key words reducing CO2 emission； low reduction ratio； new furnace burden； hydrogen smelting
钢铁节能技术发展现状及展望
钢铁节能技术发展现状及展望Credit is the best character, there is no one, so people should look at their character first.钢铁节能技术发展现状及展望日本钢铁业在克服石油危机、原料涨价的历程中取得了节约能源的显着成绩.但是,零排放、减轻地球环境负荷等社会要求日益高涨,为取得比过去更好的节能效果,就必须开展新思路节能技术和热流体技术方面的中长期课题研究.节能技术的现状日本钢铁业从很早就开始了节能工作,1951年钢铁技术共同研究会开展了热经济技术专业会的活动.当时引进了外国的热计量技术并推进热计算标准化的工作,通过“热管理”的实施,钢铁业的“热经济有了快速发展”,这是钢铁业节能工作的第一步.1973年发生石油危机,日本开展了钢铁生产实际能耗分析和对策、钢铁联合企业节能系统考察、开发最小能耗加热炉等项工作,同时对高炉煤气余压发电TRT和干熄焦装置CDQ等大型节能装备进行投资建设.石油危机以后,粗钢产量经过高峰期,设备能力过剩的问题从1985年开始持续了10年,在这期间推进了以降低生产成本为目的的节能技术.1995年以后,地球环境问题引发出进一步节能的要求,出现了新的节能技术.经历了上述的历史变化过程,日本钢铁业从炼铁、炼钢等上游工序到轧钢、表面处理等下游工序全面实施节能措施见图1,节能效果达到世界最高水平见图2,1990年吨钢能耗比1973年下降了20%.在此基础上,日本钢铁业自主行动计划提出了2010年吨钢能耗比1990年下降10%的目标.高炉煤气余压发电TRT高炉炉顶散放出来的高炉煤气压力高达.利用这个压力驱动透平膨胀机进行发电就是高炉煤气余压发电TRT.TRT 技术是20世纪60年代欧洲、前苏联研究成功的技术,1969年前苏联的TRT1号机投入运转.1974年日本开始引进TRT 技术并在1980年前后迅速推广应用.目前日本各个大型高炉都配置了TRT,发电能力从6MW到15MW以上.干熄焦技术CDQ炼焦生产能耗很大,主要的放热有焦炭显热、焦炉煤气显热、焦炉燃烧废气放热和焦炉炉体散热见图3.过去利用喷水的办法将从焦炉推出的炽热焦炭冷却湿式熄焦,干熄焦技术是将炽热焦炭显热以高压蒸汽形式进行回收.干熄焦技术开发成功以后就成为炼焦生产普遍采用的熄焦技术.近年来已经出现了蒸汽产量超过200t/h的大型CDQ设备见图4.蓄热式烧嘴加热系统极限热回收和低NOx排放曾是加热系统中两个互相矛盾的能耗和环境问题,而蓄热式烧嘴加热系统是同时成功解决这两个问题的节能加热技术.蓄热式烧嘴加热系统是在日本国家项目“高性能工业炉技术开发1993~2000年”中研究开发成功的.过去,在加热炉节能方面采取两类措施,一种是将辐射式热交换变更为对流式热交换,强化炉体密封绝热,炉壁陶瓷纤维化等硬件改进措施；另一种是炉压、空气比最佳化控制、防止过加热等提高操作方法的措施.这些措施的实施提高了燃料利用率,但难以进一步节能.环境友好型蓄热式烧嘴加热系统利用与烧嘴相连的热交换器将燃烧用空气预热到接近炉温的温度,从而使连续式大型加热炉实现了大幅度节能.蓄热式烧嘴加热炉的热回收方法是利用烧嘴热交换器中的蓄热体在加热炉废气和燃烧用空气之间进行热交换见图5.采用传统烧嘴时,当空气预热温度超过1200K,加热炉废气中的氮氧化物浓度会急剧增加.由于受到排放标准的限制,所以空气预热温度不能超过1200K.采用环境友好型蓄热式烧嘴加热系统,将1500K以上的高温预热空气和燃料在炉内一面稀释一面缓慢发生反应,大大降低了NOx的浓度.该系统可以节能30%、降低NOx浓度50%.环境友好型蓄热式烧嘴加热系统利用成对蓄热式烧嘴工作,一个烧嘴起到排烟口的作用,炉内气体被抽进蓄热体传热蓄热过程时,另一个烧嘴通过蓄热体对燃烧用空气进行预热放热过程,通过两个烧嘴切换工作交替燃烧可以提高空气预热温度.近年来,由于有日本政府补贴资金的支持,环境友好型蓄热式烧嘴加热系统的应用快速增加,日本钢铁业采用该技术的加热炉已经超过1000座.其他节能技术除了上述节能技术外,焦炉和转炉废气回收、烧结矿废热回收、转炉废热锅炉、钢坯热装热送HCG、直接轧制等也是效果显着的节能技术.这些技术也已经被日本钢铁企业应用.有报告指出,在对世界钢铁采用最高效节能减排技术的条件下比较各国CO2减排潜力时,由于日本钢铁的能源利用效率最高,所以CO2减排的潜力最小.日本已经采用了煤气回收等大型节能设备,但是从世界范围来看,这些技术尚未被普遍采用,目前,日本的先进节能技术正在向中国、印度等国家推广使用.3 极限节能以热力学熵的概念衡量,目前钢铁生产的能源效率约为60%,尚有40%未能有效利用.以下首先论述有效能分析方法对有效热源进行分析,并说明有效热源的利用方法,然后进一步论述能量逐级利用方法以及今后节能技术的发展方向.有效能评价及今后节能技术的发展方向3.1.1用有效能评价能源利用状况热力学的基本定律有“热力学第一定律——能量守恒定律”和“热力学第二定律——熵增加定律有效能减少定律”,这两个定律是能量使用的重要评价原则.热力学第一定律指出,一个系统的能量变化等于从外界获取的能量.在进行加热炉操作中的热平衡管理时,第一定律是热力学评价的基础,是必不可缺的法则.用热平衡方法评价制品显热和各种热量损失,就可以明确该工艺热能的有效利用程度,就可以采取相应的减少热损失的措施.另一方面,第二定律对于能量的有效利用是一个重要的法则,必须对全工艺有效能的减少量进行估算并对工艺本身进行评价.例如,锅炉的大部分有效能损失是水和燃烧气体进行热交换产生的,从高温燃烧气体生成低温蒸汽这种大温差变化工艺的有效能损失是很大的.因此,将各种热能利用方法组合起来,使能量损失控制在最小限度的能量逐级利用方法,在近年来受到大力提倡.燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的组合、利用预热改质甲烷进行化学能转换等能量逐级有效利用的实例正在增加.此外,目前正在大力开发的燃料电池可以直接将化学有效能转换为电能,在这个过程中不经过热能形态,因此不受卡诺循环效率的制约,使有效能损失受到抑制.今后开发、应用燃料电池这种能量转换工艺将会越来越重要.通过生态联合工厂和发电及废热供暖系统可将一个单独产业不能回收利用的物质和蒸汽等用于其他产业或用于民生,这些工艺已经作为日本国家级项目正在推进.钢铁业要处理超过1700K高温的燃烧废气和铁水、钢水,所以是各种产业中使用最高温度能量的产业,处于能量逐级有效利用的重要位置,必须探索钢铁业高效率的能量利用方法.3.1.2炼铁工艺有效能评价图6是按温度高低对炼铁厂各种散热进行整理的结果.热焓损失评价结果是低温冷却水的焓损失最大,其次是炉体散热、制品显热、烧结矿显热、高炉炉渣显热等未回收废热.有效能损失评价结果是高温高炉渣显热、烧结矿显热、制品显热等未回收,有效能损失最大.也就是说,温度低的冷却水等方面的总能量损失大,但由于是低级能量,目前回收有困难.另一方面,高温炉渣显热具有很大的有效能,由于目前尚无固体显热的有效回收方法,这些有效能也没有得到回收.3.1.3 根据有效能评价得出的节能课题高炉渣和转炉渣的温度高达1700~1800K,因此能量很大,而且具有很高的有效能.并且,炉渣中还有与热有效能相同的化学有效能,因此,不仅要考虑炉渣的热回收问题,还要考虑炉渣化学有效能的利用问题.所以,不仅要研究炉渣在钢铁业的应用,还要与其他产业相结合研究在更大范围内对炉渣进行利用的问题.目前高炉炉渣已经用于水泥原料和路基材料等钢铁业以外的领域.但是,现实情况是,由于在制造风冷渣或水冷渣时有一个急冷过程,所以热能的利用并不完全.此外,到目前为止炉渣等固体显热的回收尚无进展,其原因是与液体或气体显热相比,固体显热的回收比较困难,还没有建立有效的回收方法.由于蓄热室高效化和蓄热式烧嘴的应用,加热炉、热处理炉的燃烧气体废热已经实现了高水平的回收,但是,最后还是存在300~500K的中低温废热排放.假设用某种方法将这种中低温度废热回收,得到的也只是低温过热蒸汽或低温饱和蒸汽.另一方面,用现有废热回收方法已满足了炼铁厂内对蒸汽的需求,因此钢铁厂不再需要蒸汽供应.如有可能,最好将中低温废热用于发电,生产附加值高的电力,但由于发电效率很低,所以从经济性考虑也很难实用化.此外,烧结废气的温度更低,只有400K左右,但是这种废气中含有未燃烧的CO,所以具有化学有效能,对这种CO潜热的回收是利用有效能的一个重要方面.冷却水的排热量很大,所以热焓被大量排出,但由于冷却水的温度较低,有效能小,是低级能量.冷却设备用低温的水来冷却高温物质,不可逆的热损失很大,这类设备是废热不能得到完全有效利用的典型设备.今后需要开拓视野,研究将这种低级废热用于其他领域或民生方面的技术.炼铁工艺极限节能技术利用有效能评价方法已经看到了炼铁工艺今后废热利用废热种类和温度范围的总体研究方向.为进一步利用炼铁工艺中尚未被利用的能量,目前正在进行研究的课题列于表1.该表中也包括了以前进行了初步研究的节能技术,但为实现极限节能目标,必须进一步开发新节能技术和提高设备功能.表1 钢铁科学技术战略性课题炼铁工艺极限节能COURSE50节能技术的开发COURSE50是进一步削减CO2排放的“环境友好型炼铁技术开发”项目,该项目开发的技术是从铁矿石入手的根本性CO2减排技术,技术内容是利用氢还原铁矿石和将铁矿石还原时产生的CO2分离回收进行无害化处理.其中特别要研究的技术是利用炼铁厂内的废热生产CO2分离回收所需的蒸汽和电力.在COURSE50项目中,对炼铁厂尚未利用的废热进行回收的技术有以下四项需要开发：1炉渣显热回收技术开发；2混合介质循环发电技术开发；3PCM潜热蓄热材利用技术的开发；4热泵利用技术的开发.主要的废热利用技术3.4.1炉渣显热回收技术钢铁生产中的高炉、转炉、电炉产生大量的高温炉渣,其中渣量最大的高炉渣的产生量是287kg/t生铁,渣温约1700K,热量是487MJ/t生铁.一般情况下,对高炉渣喷洒大量的水使之细粒化并产生蒸汽,将渣变成水淬渣实现资源化.从废热回收的观点来看,存在的问题是如何利用高温炉渣急冷时产生的大量低温排水的热能.由于这种排水的温度低,所以目前尚无合适的热能回收方法.过去1979~1987年曾对高温热能的回收进行过研究见表2,进行了流化床热回收法、辐射热回收法、滚筒式热回收法等各种方法的实验,并且有一些方法已经进行了实机试验,但由于经济性和炉渣制品的质量问题,到目前还没有正式运行的设备.表2 高炉显热回收的主要方法实现炉渣高温热能回收实用化,需要解决以下几个问题：1快速冷却水淬渣玻璃化和炉渣显热回收技术；2抑制渣棉生成的技术；3在粉碎处理时保证炉渣产品强度和水淬渣强度相同的技术；4和炉渣用户如水泥业联合形成一个整体进行技术开发；5热能回收设备费用不超过水淬渣设备费用以及设备长寿化技术.最近正在研究一种回收炉渣显热和使炉渣再资源化的炉渣显热回收设备见图7.利用高速转动的滚筒将熔渣微粒化,用水雾对熔渣微粒进行冷却,以防止熔渣微粒互相粘结,将熔渣制成沙粒状制品.计划将该设备回收的显热作为再生能源用于炼铁排放CO2的分离回收COURSE50.利用高炉渣显热对高炉炉气CO2进行回收的流程方案如图8所示.在COURSE50项目中也进行了钢渣显热回收利用的研究.在这方面,应将钢渣用于充分发挥其特性的领域和更高附加值的应用领域,并实现钢渣应用和显热回收兼顾的工艺.除了钢铁渣的显热回收,还提出了使炉渣发生化学反应对反应热吸热反应进行回收的方案.在该方案中,高速旋转的回转筒造粒机RCA将上面投放下来的熔渣颗粒化,熔渣颗粒积存在下面的渣槽内,用平板给料器切碎后输送出来.在这过程中,通入渣槽的甲烷+水蒸汽流经渣槽内的颗粒渣,一面预热一面上升,经过RCA下部的Ni基触媒被改质为氢+一氧化碳. 高宏适未完待续3.4.2 转炉废气显热的利用目前,许多钢铁厂都利用转炉废热锅炉OG锅炉进行转炉废热的回收.但是,还有很大的节能潜力.根据有效能的评价结果,目前转炉尚未利用的能量是钢渣的热能和化学能以及转炉炉体散热和管道散热.其中炉体和管道散热占未利用能量的80%.此外,除了钢渣、炉体和管道散热,还有不可逆热损失.不可逆热损失发生在温差大的情况,是在与高温废气进行热交换制造温度较低的蒸汽时产生的,如OG锅炉的热损失和燃烧热损失.因此,在高温状态下利用高温进行废热回收比用低温蒸汽回收废热的方法可以减少不可逆热损失.例如目前就有将转炉废气用于石灰烧成的方案见图9.将石灰石投入转炉排放的炉气中,炉气中的粉尘附着在石灰石上,去除这些粉尘的同时通过炉气显热对石灰石进行烧成,生成生石灰.由于这个烧成过程是从常温开始一直升高到1170K,所以有效能效率大大高于生产温度较低的蒸汽.如果再将利用炉气温度发生的化学变化组合起来,会使能量利用效率进一步提高.在转炉炉气除尘时常常使用喷洒水雾的方法,由于水与高温炉气混合,使不可逆热损失很大.因此,采用干式集尘,抑制温度下降也是今后需要研究的重要课题.3.4.3 低沸点介质废热回收发电技术有效能评价表明,钢铁厂废热的特征是存在着大量低温废热.于是出现了低沸点介质废热回收发电技术的方案,并且有些方案已经实用化.1混合介质发电混合介质发电系统的特征是,将沸点低于水的氨与水混合,使混合介质的气泡点开始蒸发的温度低于水的沸点,利用更低温度的热源使介质蒸发进行发电.由于沸点温度和露点温度不同,所以,在混合介质蒸发过程中,蒸发温度不是定值,而是从气泡点开始连续升高到露点.因此,使对流式热交换器的的温度差减小,增加了从显热热源回收的热能.日本最早使用转炉废气预热进行混合介质发电的是住友金属鹿岛制铁所,其工艺流程如图10所示.流过转炉上部侧缘和排气罩的废气冷却水是水温371K的温水,该温水被送入蒸发器,在蒸发器内对88%水+氨混合介质进行加热得到湿蒸汽.湿气分离器将该湿气分离为高浓度氨蒸汽,368K和低浓度氨水.高浓度氨蒸汽被导入发电机驱动涡轮机发电,然后在冷凝器被海水冷却、凝缩.低浓度氨水在再生器内与氨水进行热交换后,导入冷凝器和高浓度氨蒸汽一起被冷却,然后用泵加压,再送入蒸发器.在混合介质发电以前曾使用过以氟里昂为工作介质的发电系统,发电效率提高40%.运行一年的发电量为24839MWh,相当于节省燃油6600kl,CO2减排19536t/a.第一台混合介质发电机于1999年投入使用,与设备规模相比发电量较小而且建造成本较高,没有得到推广应用,但在COURSE50项目中正在研究采用优良性能混合介质的发电技术.2有机蒸汽循环发电以85%CF3CH2OH的水溶液沸点349K作为热介质,从烧结机冷却装置排出的热风618K中回收热能进行发电.其原理是热介质蒸发后进行气液分离,驱动涡轮机发电,涡轮机的输出功率为12500kW.3氨蒸汽循环发电氨蒸汽循环发电是以473K以下的废气和343K~373K的温排水为热源的废热回收发电系统,可以对低温废热进行利用.该方法是利用热风发生装置将发电厂废气锅炉排出的423K废气加热到473K,然后导入温水发生器,通过管道将在温水发生器内通过热回收得到的温水输送到氨蒸汽循环发电装置的氨蒸汽锅炉,作为锅炉的热源.氨蒸汽锅炉产生的氨蒸汽驱动涡轮机发电,然后被冷却水冷却.4双涡轮机发电系统该发电系统有两个涡轮机,并增加一个加热器,1号涡轮机工作时,抽出一部分蒸汽,在加热器中利用这部分蒸汽的热量加热冷凝器中被冷凝的水-氨溶液.该发电系统的冷凝器的蒸汽处理量较少,比混合介质发电的热效率提高10%.今后如能通过设备的大型化降低发电成本,该技术是一项可被采用的发电技术.5蒸汽再加热发电技术蒸汽再加热发电技术采用某种加热方法对工厂废热生成的低温饱和蒸汽进行再加热,制造过热蒸汽,利用这种过热蒸汽驱动涡轮机进行发电.蒸汽再加热发电技术的加热方法有燃气轮机废气加热、内燃式加热氧燃烧、内燃式加热空气燃烧、蓄热式加热等见表3.表3 各种低温蒸汽再加热方法3.4.4 利用热电元件回收废热进行发电的技术当给热电元件一定的温度差时,热电元件会根据温差大小产生相应的电力,利用热电元件的这种特性可以将热能直接转换为电能.由于热电元件是没有转动部件的小型化元件,所以容易安装在现有设备中,并具有可靠性高、易维护、无噪音、无震动、无废弃物等诸多优点,适用于发电、废热供暖系统和分散发电系统.但由于能量转换效率低等原因,实际应用很少,目前仅限于一些特殊用途.因此,有必要开发新型热电元件材料,提高性能,解决目前热电元件存在的问题.热电元件的基本结构如图11所示.p型热电材料和n型热电材料发电的正负电性不同,所以热电元件采用了将p、n 进行电学串联和热学并联的配置结构.目前使用的热电元件采用将柱状p型热电材料和n型热电材料夹在两片板材之间的结构.热电元件的性能是用性能指数Z1/K来表示的.塞贝克系数SV/K是指当热电元件的一侧温度固定时,另一侧温度变化1K时发生的电力变化.设电阻为ρΩm、热传导率为κW/mK,热电元件的性能指数Z=S2/ρκ.因此,热电发生量越大、电阻越小、热传导率越小的热电元件的性能越好.此外,热电元件的性能也用温差区间的积分值ZT无量纲指数进行评价.目前已经商品化的热电材料有 BiTe系低温用、PbTe系中温用、SiGe系高温用等,根据各种材料对温度的依存性不同,分别用于不同的温度区域.近年来正在开发全新的热电材料,期待热电材料的特性将会有飞跃性的提高.目前,正在开发的有方钴矿系化合物、氧化物、 ZnSb系、half-Heusler等热电材料.过去热电材料的适用温度以300℃左右为界限,现在已经开发出可用于400℃~700℃中高温区域的热电元件.过去热电元件的无量纲指数ZT最大是1,目前开发的SrTiO3系氧化物的室温ZT值为,达到世界最高见图12.由于热电材料的温度特性,存在着材料的最佳使用温度,所以为使在工作温度下的发电效率最大化,开发出将多个热电材料串联组合的热电元件和倾斜功能材料柔性填充物.此外,薄片状柔性热电元件的开发也在进行,如果这种热电元件可安装在管道等曲面装置内,那么热电元件的应用范围将会进一步扩大.由于温差越大热电元件的发电量就越大,所以在应用热电元件时选择能够强制性地形成大温度差的场地是很必要的.如炉壁强制冷却结构或热交换器结构能够保证固体表面的热通量,在这种结构的高温壁和低温壁之间安装热电元件发电装置就可以进行发电.极限节能课题以上概要介绍了目前正在开发的节能技术和近期可望推广的节能技术.下面以钢铁生产中尚未利用的废热为例,说明今后应开展的节能技术研究工作.目前由于回收困难而未利用的废热有以下几种.3.5.1制品显热钢坯、热轧板卷等制品的显热是固体显热,目前尚未回收.根据制品质量要求对钢材冷却需要进行控制时,例如要求快速冷却的TMCP钢进行水冷时,钢材的热能仅使冷却水温度升高少许,所以回收很困难.3.5.2高温废气显热目前在回收一些高温废气,但是COG、LDG等废气含有焦油、炭粉和粉尘,所以利用除尘技术防止这些粉尘类物质附着在传热面上,进一步提高热回收效率是高温废气显热回收的关键.因此需要开发干式除尘技术.此外,以蒸汽形式回收高温废气显热,温度落差很大,有效能的损失也很大,这也是高温废气显热回收尚未解决的一个问题.3.5.3炉体散热目前尚无有效的切实可行的焦炉、高炉、加热炉等炉体散热回收方法.在这方面,提高耐火材料性能,强化绝热效果比回收炉体散热更值得期待.3.5.4冷却水显热除了上述钢坯、热轧钢材的冷却水显热外,加热炉炉底滑道,冷床滑道冷却水和锅炉冷凝水显热也没有被回收.由于这些是最低温度的热能,即使回收,在经济上也不合算.以上尚未回收的废热中有许多是难以利用的.因此,实际仅回收利用了一定温度以上的热能,其余的热能就成为废。
日韩钢铁行业节能政策及启示
日韩钢铁行业节能政策及启示【摘要】日本、韩国的钢铁节能成效卓着，是世界上能源单耗最低的国家，其节能水平的提高有赖于节能技术的研究和节能政策措施的开展，本文研究分析了日本、韩国在钢铁产业政策中的有关节能措施，阐述了中国钢铁行业现有的节能措施，并在此基础上有针对性地提出了促进我国钢铁行业节能的政策建议。
【关键词】钢铁行业节能政策日本韩国一、引言钢铁行业是能源密集型行业，近年来，在钢铁行业产能快速增长的拉动下，焦炭、电力、油、天然气等钢铁生产所需的能源的需求增长较快，能源供应紧张的状况时有发生。
能源短缺在世界各国都普遍存在，加之世界各国人民对环保问题日益关注，根据各国的国情以及钢铁行业的发展状况，世界各国在发展自己的钢铁工业时都采取了相应的对策和措施，力求获得经济发展和能源、环境之间的平衡。
这些对策和措施的重点之一是开展节能的研究和采取节能措施。
从节能效果比较来看(见图1)，以日本钢铁企业能源单耗为100计算的指数分析，韩国钢铁企业能源单耗略大于日本为105，欧洲为110，中国大中型钢铁企业为130，全行业则为150，也就意味着中国钢铁企业吨钢能耗是日本的倍，中国与日韩钢铁在节能上还存在一定的差距。
研究中比较了日本、韩国在钢铁产业政策中的有关节能措施，分析了中国钢铁行业现有的节能措施，并在此基础上结合中国的实际，有针对性地提出了促进我国钢铁行业节能的政策建议。
二、钢铁行业节能：日本和韩国的政策1、日本日本是一个能源匮乏的国家，节能政策在日本能源政策中占有举足轻重的地位。
它不仅对日本确保能源供应大有帮助，而且通过节能设备的开发，可以提高产业竞争力。
日本在制定能源政策的时候，在确保能源供应的同时，提高能源利用效率是其优先考虑的课题。
日本于1979年10月实施了《节约能源法》，并分别于1998年和2003年进行了两次修正。
钢铁行业也有相应的节能政策。
日本的钢产量曾一度为世界第一，1996年后，虽然被我国超过退居世界第二位，但其产量仍然保持在1亿吨左右，能源供应的压力十分巨大。
低碳经济模式下日本产业结构调整研究
新兴工业 行业的政 策扶持 ， 培 育出 口导向型支柱产业 。从 ６ ０年
代 开始 ，日本 政府 确定了以赶超欧美 国家为 目标 的贸易 立国战 略 ，重点扶持 重化 工产业的发展 ．制定 了一 系列相关 的产业 政 策， 扩大 出 口、 提高产业竞争力 。贸易立 圈战略 以 ６ ０年代 中期 为 分界线 ， 以前实行进 口替代战略 ， 以后实行 出口导 向战略 。这 两 步走 的战略使 口本 在 ２ ０世纪 ７ ０年代 以前国民经济得到 了大 幅 增长 ， 产业结构高级化进程显著加快 。 ２ ０世纪 ７ ０年代 以后 ， 面对
一
、
号 Ｊ 言
的能源环境 方面的激励措施 ．以及实施碳排放交易 制度 和征收
随着全球气候 变暖 、 生态环境恶化 、 资源能源匮乏的程度 Ｅ ｌ 益加 深 ， 以及受到 国际金融危机 的影响 ， 发达冈家纷纷确定低碳
经济 发展 战略， 一方面为未来 的可持续发展创造条件 ， 另一方面 为摆脱如 今的经济发展 闻境创造 新的机遇 日本是经济高度发 达的国家 ，其 高度 化和合理化的产业结构在过去的几十年 中为 拉动 国家经济增长做 出 ｊ ’ 不 可磨灭 的贡献 ．在如今 国际社会呼
（ 二） 制 定 产 业 政 策
日本 是世 界上最早重视 产业结构 研究和 产业政策制 定 ． 并 成功应用 产业 政策和产业结构冈素促进经 济增 长的国家。 Ｅ ｔ 本 的产业政 策对 产业 结构有很强的干预性 ．充分 引导 了产业结 构 的凋整 。２ ０世纪 ５ ０ 年代左右 ， 日本制定了 旨在突破 能源和资源 匮乏 的瓶 颈、 壮大基础工业行业 的倾斜 生产 方式经济复兴政策 ，
放量 比 １ ９ ９ ０ 年水平 降低 ７ ０ ％的能力 ，在 ｌ ２项行动计划 中包 括 日本多个部 门实现低碳发展 的 目标 ， 步骤 、 阻力 和政策。这些报 告 和行动计划研究细致人微 ．为 Ｅ ｌ本 向低碳经 济社会发展 提供
欧洲和日本钢铁行业低碳技术发展
欧洲和日本钢铁行业低碳技术发展全球气候变化已经成为国际社会关注的热点。
低碳发展作为解决气候变化问题、协调社会经济发展的综合路径，为应对气候变化提供了新的机遇。
钢铁行业是能耗大户，同时也是二氧化碳排放大户[2]。
在全球碳排放控制日趋严格的大环境下，大力发展钢铁行业低碳技术、推广低碳技术的应用，是钢铁行业实现低碳发展，保证绿色可持续发展的有效途径[3]。
目前，许多国家都已经开展钢铁行业低碳技术相关项目的研究工作，具体包括美国、瑞典、加拿大、韩国、日本、巴西及欧洲部分国家，为减排二氧化碳提供了新思路。
一、欧洲钢铁行业低碳技术概况为应对气候变化，欧盟从2004年开始启动超低二氧化碳排放炼钢项目(ULCOS)，旨在使钢铁工业二氧化碳排放量减少50%左右。
之后经研究，确定对其中4个最有发展前景的技术做进一步研究，即高炉炉顶煤气循环(TGR-BF)、新型直接还原工艺(ULCORED)、新的熔融还原工艺(HIsarna)[2]和碱性电解还原铁工艺(ULCOWIN、ULCOLYSIS)。
1.TGR-BF高炉炉顶煤气循环该工艺是利用氧气鼓风并将高炉炉顶煤气应用真空变压吸附(VPSA)技术脱除二氧化碳后返回高炉重新利用的炼铁工艺，工艺流程见图1。
该工艺有以下3个主要的特点：一是使用纯氧代替预热空气，除去了氮气，有利于二氧化碳的捕集和储存；二是用VPSA技术和二氧化碳捕集和贮存(CCS)技术将二氧化碳分离并储存在地下；三是回收一氧化碳并作为还原剂，减少焦炭的使用量[4]。
图1 高炉炉顶煤气循环炼铁技术工艺流程2007年，ULCOS项目组在瑞典LKAB公司的试验高炉(EBF)上分别开展了为期7周的炉缸和炉身喷吹循环煤气的试验研究。
在喷煤比为170kg/t的条件下，焦比由400～405kg /t降至260～265kg/t，碳耗降低24%；VPSA装置运行非常平稳，97%的高炉炉顶煤气都能循环使用，并且能回收88%的一氧化碳，二氧化碳平均体积分数约为2.67%。
双碳目标下钢铁企业低碳发展的路径研究
双碳目标下钢铁企业低碳发展的路径研究摘要：钢铁企业具有能耗大、排放量大的特点，在双碳目标背景下，作为碳排放量最大的企业，钢铁企业低碳发展面临着全新机遇以及挑战，切实做好相关应对，制定科学发展路径将会是实际工作开展应当把握的要点。
对于钢铁企业低碳发展来讲，做好双碳目标下的发展路径研究工作，不仅是国家完成双碳目标的有力支持，同时也是自身高质量发展的基本要求，所以需要切实展开研究实践，以此来做好全新时代下的发展工作。
本文接下来将会对此展开分析。
关键词：双碳目标；钢铁企业；面临挑战；发展路径双碳目标指的是碳达峰以及碳中和，是全新气候变化下制定的绿色低碳发展理念，因为钢铁企业是碳消耗以及排放的大企业，因此将两者结合起来，始终是最为关键的研究课题。
另外，钢铁企业在我国国民经济发展中，承担着支柱产业角色，但是也是碳排放量重点行业，正是因为如此钢铁企业也就在双碳目标中，能够产生最为重要的作用，这也是钢铁企业发展的必然性要求，应当及早展开研究，制定科学发展路径。
一、双碳目标下钢铁企业面临的挑战内容研究钢铁工业作为我国国民经济的支柱产业，低碳发展已取得显著成效，同时也面临巨大挑战。
双碳目标下钢铁企业面临的挑战内容，是制定发展路径之前，需要切实把握好的研究内容，具体挑战内容主要表现在以下方面：（一）钢铁企业碳减排的任务极为艰巨首先，钢铁企业碳排放量极高。
国内钢铁企业是碳排放量最高的制造行业，碳排放量在我国大约占到了全国15%，所以应当作为碳减排目标任务的关键性责任主体。
面对国家制定的双碳目标理念，钢铁企业减排工作开展的压力必然很大，未来需要将面临碳排总量以及强度展开全面约束，如此才能适应全新时代下的要求。
其次，钢铁能源消耗结构具有高碳化特点。
因为国内能源资源的特点，钢铁企业主要以高炉-转炉长流程为主，其中煤炭等化石能源占比最大，达到了90%，所以减排工作难度也会相对较大。
（二）钢铁企业基础能力建设有待提升一方面，钢铁企业低碳发展水平不平衡。
关于炼钢业的环保问题：日本高级钢冶炼环保技术
关于炼钢业的环保问题：日本高级钢冶炼环保技术文章来源：法钢特种钢材（上海）有限公司日本是世界先进的钢铁生产国家，其在炼钢方面存在的矛盾问题是，一方面采用大型设备进行大批量生产来提高生产效率，另一方面为满足产品高级化、多品种化需求，不得不降低生产效率和增加能源消耗。
以京都议定书为代表的CO2减排、减少能耗、节省资源等全球性的环保要求不断高涨，在这种情况下，钢铁业需要研究根本性对策以实现低环境负荷生产。
日本住友金属和歌山钢厂在高级钢冶炼环保技术方面开发出良好工艺，现介绍如下。
1 炉渣、粉尘的循环利用技术1.1 炉渣循环利用在传统转炉精炼法中，由于脱磷能力小，所以要投入大量的脱磷剂，因此产生大量的炉渣，排出的炉渣废弃物增加了环境负荷。
虽然炉渣可以在土建工程和路基建设中得到循环利用。
但是由于炉渣的市场需求量不断变化，所以对炉渣发生量的控制就成为一个急需解决的问题。
对流精炼法由于利用顶底吹转炉分别进行脱碳和脱磷精炼，所以可以实现脱磷处理条件的最佳化，并且脱碳处理使用完的精炼剂可以在脱磷处理中进行再利用，所以渣量大幅度减少。
对流精炼法由于精炼剂再利用和脱磷处理条件最佳化，使炉渣的发生量从97kg/t钢下降到52kg/t钢，渣量约减少了一半。
1.2 粉尘循环利用在钢铁厂的产品制造过程中会产生镀锌废钢，为在厂内将这些被锌污染的废钢处理掉，就将这些废钢作为转炉的钢铁料使用。
因此，转炉吹炼中产生的粉尘含Zn。
由于转炉产生的粉尘量很大，分离回收Zn的成本很高，所以不得不采用填埋方法处理含Zn粉尘，但这种方法增加了环境负荷。
由于脱磷反应比脱碳反应的温度低，供氧速度小，所以烟尘中Zn损失小。
因此，在进行脱磷处理时投入含Zn废钢，就可以生成少量高浓度含Zn粉尘。
这样，就比较容易从回收粉尘中分离出Zn。
对流精炼法利用粉尘集尘装置回收少量高浓度含Zn粉尘，再利用回转窑将粗锌和铁粉进行分离，将粗锌销售给锌精炼厂做原料，铁粉用作厂内高炉的炼铁原料。
日本钢铁技术现状及二氧化碳减排发展
日本钢铁技术现状及二氧化碳减排发展来源：王小天 文章发表时间：2010-04-06全球变暖是世界各国面临的一个严峻问题。
气候变暖影响着人类的生存和发展，应对这一难题是世界各国共同的责任，因此必须站在新的高度强调国际间的技术合作，以及向发展中国家转让技术。
在二氧化碳减排方面，不能低估炼铁工艺在整个钢铁工序中的作用。
可以毫不夸张地讲，钢铁工业未来的发展依赖于未来炼铁技术的进步。
因此，既要从短期着手又要从长远角度出发，针对局部区域和全球范围研究开发炼铁工艺技术。
在日本，钢铁工业面临降低能耗的任务是到2010年能源消耗在1990年的基础上下降10%。
为实现这一目标，日本钢铁业者一直致力于炼铁新工艺、新技术的开发。
1日本炼铁技术现状自1983年开始应用煤粉喷吹技术直至2000年，日本高炉喷煤比在不断增加。
在此期间，主要的经营目标之一就是大量使用廉价原料，例如从澳大利亚进口了大约50%的铁矿石，渣量大，大量劣质煤的使用虽然降低了生产成本，但导致还原剂消耗普遍超过500kg/t。
然而，由于全球气候变暖问题的日益加剧和产能提高的需要，自2000年起至2007年，高炉操作目标已经转为降低还原剂消耗。
降低还原剂消耗的工作主要集中在大型高炉上，特别是由于原燃料的变化，高炉操作需要做出相应调整。
2007年日本喷煤比接近130kg/t，低于其它国家。
主要原因是日本所用焦炭质量发生了变化。
如果盲目提高喷煤比，可能会影响高炉较高的利用系数。
但是从2008年下半年开始，由于全球经济危机的爆发，高炉操作条件彻底改变，高炉利用系数也大幅度降低。
未来经济复苏的前景仍不明朗，一些高炉已经关停。
所以近期钢铁行业的二氧化碳排放量显著降低。
尽管如此，降低高炉还原剂消耗仍然被视作重要操作目标之一。
2 针对二氧化碳减排的研究1996年，日本铁钢联盟JISF根据《京都议定书》制定了环境保护行动计划，把减少温室气体排放作为应对全球变暖的措施之一。
因此，该计划主要应用了以下温室气体减排措施：1） 在1990年的基础上，到2010年实现钢铁行业能耗下降10%；2） 通过政府建立回收机构，实现高炉回收利用100万t废塑料。
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日本钢铁产业低碳化发展研究
钢铁产业是能源、资源和排放的重点行业，2009年其能源消耗占全国总能耗的16.1%、占工业总能耗的23%、新水消耗占3%、废水占8%、二氧化硫占8%、固体废物排放量占16%左右。
世界钢铁产量中，1978年时中国的份额只有4.42%，2011年猛增至44.3%，产量为6.83亿多吨，是名符其实的世界最大钢铁生产和消费大国。
改革开放以后，由于我国从上至下过度强调经济快速增长，导致我国钢铁工业结构性矛盾日益突出，产量大量增加的同时，严重地破坏了生态系统，环境代价巨大，只能说中国是钢铁产量大国，却并不是真正意义上的钢铁强国。
在国际激烈竞争中，中国钢铁产业“高能耗、高污染、高排放”，即“三高”问题较为突出，严重地影响到我国钢铁产业核心竞争力的提升。
中国钢铁产业由大变强，提高国际竞争力及环境友好先进产业形象的关键环节在于急需改变传统的“三高”发展模式，寻求“低能耗、低污染、低排放”的低碳化发展道路。
总之，钢铁冶炼需要消耗大量黑色能源。
炼钢越多，耗能越多，排放也就越多。
在这个意义上，排放权的确就是钢铁产业的“生存发展”权。
日本是世界上能源使用效率最高的国家。
与中国实际GDP中1美元的能源消耗0.75相比，日本为0.1。
20世纪90年代以来，日本特别注重国内环保产业及各产业的低碳化发展，获得ISO14001环境管理体系认证的企业数量也居世界首位。
2008年，日本能源消耗排放的CO2总量为11.38亿吨，比2007年减少6.7%，承诺2012年日本的有害气体排放量要比1990年减少6%。
2010年10月底日本政府又追加发展低碳产业补助金300亿日元，并积极调整节能减排的对策选择。
目前，日本钢铁产业在制造业中，无论是能源使用效率，还是减少污染排放方面，在日本产业界，乃至世界同行业中均是佼佼者。
世界钢铁产业能源效率平均指数为123，日本为100，中国持平，大部分国家在120—143之间，因此，日本的能源使用效率是世界第一。
本文对最具环境竞争力的日本钢铁产业低碳化发展过程进行全面深入的研究，从政府、产业和企业三个层面总结其低碳化发展的成功经验与做法，以择优为鉴原则为我国钢铁产业低碳化发展提出：政府应重视钢铁产业政策的连贯性与灵活性，钢铁产业联盟应充分发挥主观能动性，协调各种关系，并且确保钢铁企业环保信息的公开透明，建立官产学研民的合作机制等对策建议。
全文主要包括以下三个部分：（1）第一章重点阐述本文研究背景和研究意义，梳理国内外关于低碳经济与钢铁产业低碳化发展研究的文献资料，明晰研究范围，提出研究思路和研究框架，确定研究方法。
第二章是钢铁产业低碳化发展研究的理论基础。
首先明晰钢铁产业相关概念和内涵，结合相关理论，建立起本文研究的理论基础。
（2）全文的核心内容是第三、第四和第五章。
第三章从钢铁产业政策的目标体系入手对日本政府在不同的经济发展阶段
实施的内容各异的钢铁产业政策及实施效果，分析日本钢铁产业低碳化发展历程的同时对其特点进行评价。
第四章对日本钢铁产业“三低”情况，具体分为能源消耗、固体废弃物排放及环境污染等三个领域进行实证分析与评价，全面了解日本钢铁产业低碳化发展现状及趋势。
第五章对新日铁公司、JFE控股公司和神户制钢所三大集团的低碳化发展过程及实际效果进行案例分析研究，总结其成功的经验。
（3）第六章是全文的研究结论和展望。
对我国钢铁产业发展现状和存在的问题进行概述，重点突出“三高”的瓶颈所在，并在前文实证和规范分析的基础上提出政府应重视钢铁产业政策的连贯性与灵活性，钢铁产业联盟应充分发挥主观能动性，协调各种关系，确保钢铁企业环保信息的公开透明，建立官产学研民的合作机制等对策建议和展望。