鋼鐵行業(yè)固體廢物資源化利用碳減排研究

摘要：鋼鐵行業(yè)固體廢物資源化利用具有巨大的節(jié)能減排潛力。文章基于中國鋼鐵行業(yè)典型高爐一轉(zhuǎn)爐長流程，設(shè)計主要固體廢物的資源化利用途徑，建立碳減排貢獻計算方法，對不同固體廢物資源化途徑的碳減排進行定量化測算。結(jié)果表明：設(shè)計案例的長流程CO2排放量為1 860. 78 kg/噸鋼材，固體廢物資源化利用帶來的總CO2減排量達227.24 kg/噸鋼材，占長流程CO2排放總量的12.2％。CO2減排潛力與固體廢物利用量、利用方式以及固碳能力有關(guān)，鋼鐵行業(yè)應(yīng)加大和推廣固體廢物資源化利用高效益技術(shù)的開發(fā)，企業(yè)間的合作以及替代燃料的使用。

關(guān)鍵詞：鋼鐵行業(yè)；固體廢物；資源化；CO2減排

中圖分類號：X22 文獻標(biāo)志碼：A

前言

中國鋼鐵工業(yè)規(guī)模巨大，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2021年中國鋼鐵產(chǎn)量10.33億噸，位列全球第一，并且占比達到全球產(chǎn)量的52.9％。鋼鐵行業(yè)作為高耗能、高排放行業(yè)，能源消耗約占全國能源消耗總量的11％，碳排放量約占全國碳排放總量的15％，是中國制造業(yè)行業(yè)中名副其實的碳排放量大戶。鋼鐵行業(yè)每年產(chǎn)生大量固體廢物，一般全流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)1噸鋼產(chǎn)生固體廢物約0.6噸，據(jù)此估算年總產(chǎn)量達6億噸以上，其中大部分固體廢物中含有豐富的鐵、硅、鋁等有價元素，可在鋼鐵行業(yè)內(nèi)部或跨行業(yè)實現(xiàn)資源化利用。固體廢物的資源化利用通過節(jié)約物質(zhì)或能源能實現(xiàn)CO2減排，而且還能有效減少環(huán)境污染和緩解中國資源短缺的問題，逐漸引起眾多研究者的關(guān)注。

然而，目前中國鋼鐵行業(yè)尚未形成統(tǒng)一的核算方法和清晰的核算邊界，在2015年國家發(fā)展改革委組織編制的《中國鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》中僅規(guī)定了固碳產(chǎn)品隱含的CO2減排量，而對于固體廢物綜合利用的減排放核算方法未作規(guī)定。因此，文章基于鋼鐵行業(yè)典型高爐－轉(zhuǎn)爐流程，建立碳減排貢獻計算方法，定量化測算固體廢物不同路徑資源化利用減排效應(yīng)，分析碳減排的主要影響因素，為指導(dǎo)鋼鐵工業(yè)碳減排提供科學(xué)支撐。

1研究方法

1.1案例設(shè)計

中國鋼鐵企業(yè)的主導(dǎo)生產(chǎn)流程為高爐－轉(zhuǎn)爐長流程，2020年轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占全國粗鋼產(chǎn)量的91.01％。高爐－轉(zhuǎn)爐長流程產(chǎn)生的固體廢物主要包括各生產(chǎn)工序生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的塵泥、渣等，目前較為成熟度和普及度較高的資源化利用技術(shù)途徑主要包括在鋼鐵生產(chǎn)流程內(nèi)部工序循環(huán)再利用以及作為建材行業(yè)的原材料進行再利用。

此研究通過文獻調(diào)研和現(xiàn)場調(diào)研中國鋼鐵長流程企業(yè)固體廢物資源化利用的實際情況，設(shè)計了如圖1所示案例。其中長流程以鐵礦石為主原料，包括焦化、燒結(jié)、球團、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼、精煉、軋鋼等生產(chǎn)工序。同時設(shè)計了如表1所示的鋼鐵行業(yè)主要固體廢物的資源化利用途徑。資源化利用途徑主要有三種：其中S-1、S-5、S-7和S-8是固體廢物并人其他工序進行資源化利用；S-2和S-3是固體廢物返回產(chǎn)生工序進行資源化利用；S-4和S-6是固體廢物跨企業(yè)資源化利用。