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冶金行业碳排放综合治理研究

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《宁夏社会科学杂志》2015年第四期

科学已经证明,人类大规模的碳排放是造成全球温度上升的主要原因。由于气候变暖可能带来灾难性的影响,应对全球气候变化已成为重要的国际议题。中国已成为世界第一的温室气体排放国[1]。为履行大国责任,中国正在积极推动节能低碳发展。西部大开发以来,宁夏进入快速增长阶段,国民生产总值年均增速达到了10%左右,工业增加值大多年份以两位数的速度增长。其中,冶金行业的发展令人瞩目,形成了稀有金属材料、镁及镁合金材料、电解铝铝合金及型材等产业链,是全球最大的钽铌冶炼加工基地,也是我国主要的电解铝、金属镁及镁合金产地[2]。冶金行业属于高耗能、高污染行业。粗放型的、以环境和资源为代价的经济发展方式已经不符合宁夏的发展方向,亟需转型升级。

一、宁夏冶金行业发展现状

(一)行业概况宁夏冶金行业的发展源于20世纪60—70年代,包括宁夏有色金属冶炼厂在内的一批外埠企业先后迁入宁夏,构筑起了宁夏工业和经济发展的基础。改革开放以来,国家投资扩建青铜峡铝厂等一批大型骨干企业,宁夏冶金行业得到进一步发展。冶金工业已成为宁夏一个重要的支柱产业,是各级地方财政收入的主要来源之一,在全区经济发展中发挥着不可替代的作用。宁夏金属矿产资源并不丰富,但具有能源优势。此外,也具有煤炭、土地资源与环境容量的优势。宁夏黑色金属行业与有色金属行业分别占工业总产值的7%与12%,冶金行业约占工业总产值的1/5。1998—2012年以来,宁夏黑色金属行业产值年均增速接近30%,有色金属行业产值年均增速23%,增长迅速(如图1所示)。冶金行业也是推动社会就业的重要部门,其从业人数占工业从业人数的17%。从西北地区看,宁夏冶金行业总体规模较小,黑色金属行业与有色金属行业的规模分别排在第五和第四(如图2所示),但在全国范围内宁夏有色金属冶金行业单个企业的平均规模(即行业总产值/企业数量)仅次于甘肃(如图3所示)。单个企业规模越大越有利于实现规模效应与资源整合,同时也有利于节能低碳技术的利用推广。尤其宁夏有色金属行业相对于黑色金属行业更有优势。

(二)主要产品与子行业宁夏黑色金属冶金行业产品主要包括钢铁以及铁合金、碳化硅、焦炭等高载能冶金炉料产品。从表1看,宁夏粗钢、生铁、钢材的产量都很小,只有铁合金的产量高于其他四省区。铁合金产品是炼钢不可缺少的添加剂。“十一五”期间,宁夏通过加大技术改造创新力度,加大硅系列复合合金及低铝、低钛、低碳等铁合金产品的研发力度和生产能力,优化了产品结构,提高了产品附加值。到2010年,硅铁及复合合金产量达到100万吨,销售收入超过50亿元,保持全国硅铁大省和内外贸生产基地的地位。宁夏有色金属冶金行业产品主要包括以钽铌铍系列产品为主的稀有金属冶炼和加工业,以及以铝镁为主的轻金属冶炼及加工业。从表2看,宁夏电解铝和镁相对较大。“十一五”期间,中电投青铜峡能源铝业公司形成70万吨电解铝生产能力,冶炼技术、装备水平达到国际先进水平,加上中宁铝厂全区电解铝产能达到90万吨。宁夏是世界主要的金属镁及镁合金产地之一。镁锭生产能力超过18万吨。宁夏以钽铌铍系列产品为主的稀有金属冶炼和加工业处于国际先进水平,是世界重要的钽铌铍生产研发基地。中色东方集团主导产品钽粉、钽丝在技术、产品档次和质量等方面与世界同行同步,某些品种达到世界领先水平,产品90%以上销往美国、日本、韩国以及欧洲等。钽丝占世界市场份额的60%,综合质量和市场占有量均居世界第一位;钽粉占世界市场份额的30%,居世界第二位。

二、宁夏冶金行业能耗现状

在环境保护与能源成本上升的多重压力之下,实现冶金行业的低碳发展日益受到关注。宁夏虽然总体能源消费量不高,但是单位GDP能耗强度处于全国最高水平(2005—2013年),面临较严峻的节能低碳压力。首先,从宁夏各个工业行业看,黑色金属冶金行业与有色金属冶金行业的能源消费量排名第三与第四,属于能源消费的重点行业。其次,为了解宁夏冶金行业的能源效率水平,计算冶金行业单位产值能耗,并与其他四个省区进行了比较(如图5所示)。宁夏黑色金属冶金行业与有色金属冶金行业的单位产值能耗分别处在第四高和第三高的水平,这意味着可以通过能效对标的方式,进一步识别宁夏冶金行业的节能潜力。

三、重点行业节能低碳技术选择

(一)钢铁行业(1)干法熄焦(CDQ)技术。据测算,每干熄1t红焦可回收能源40kg—50kg的标准煤,同时能减少环境污染,100万t/a焦化厂每年可以减少8—10万吨动力煤燃烧对大气的污染[3]。(2)煤调湿(CMC)技术。煤调湿技术主要经济效益体现在以下四个方面:①焦炉生产能力提高11%;②炼焦耗热量减少15%;③焦炭粒度分布更加均匀;④焦炭机械强度提高1—1.5个百分点或可多配弱粘结性煤8—10个百分点,每吨煤减少剩余氨水约44kg。(3)烧结环冷机余热回收技术。吨烧结矿可回收蒸汽20kg—30kg,降低工序能耗4kg标准煤左右。(4)烧结低温余热回收技术。一般每吨烧结矿可以回收蒸汽量30kg—90kg,降低烧结工序能耗3kg—10kg标准煤。目前,鞍山钢铁集团公司、武汉钢铁公司、唐山钢铁集团有限责任公司等钢铁企业采用烧结废气余热发电技术。(5)转炉负能炼钢工艺技术。上海宝山钢铁集团股份有限公司是我国最早实现“负能炼钢”的钢铁企业。近年来,武汉钢铁公司、马鞍山钢铁股份有限公司等一批中型转炉也都成功应用负能炼钢技术。

(二)电解铝行业(1)碳阳极消耗排放的CO2减排技术。此项技术可以通过提高阳极质量、改善阳极反应性能来减少阳极消耗产生的CO2[5]。国家级科技成果“铝电解用优质碳阳极生产关键技术”,目前在中国铝业公司得到了大范围推广应用,减排效果明显,2010年荣获国家科技进步二等奖。(2)低电压节能技术。目前,吨铝(电解铝)产品能耗已经下降到14000kWh,比国际(除中国外)平均综合能耗低1000kWh以上,其吨铝直流电耗一直在13000kWh左右徘徊,仍是理论直流电耗6330kWh的2倍以上,碳氟化合物排放量仍然较高,属全球十分瞩目的节能减排重点行业[6]。究其原因,在2008年以前,国内外所有电解铝生产系列均采用传统的“高温高电压”生产工艺技术路线,很难实现能耗的进一步降低。因此,在保证电流效率的前提下,降低电解槽工作电压是电解铝节能减排的主要途径。目前,中国铝业公司、云南铝业公司、中孚实业公司采用该技术路线均取得了较好的节能减排效果。(3)自动熄灭阳极效应技术。为了帮助中国电解铝企业降低阳极效应PFC排放,亚太合作伙伴组织(APP)计划在中国推广应用“自动熄灭阳极效应技术”,该技术由新西兰奥克兰大学研究开发,在国外多家电解铝企业推广应用后收到了良好效果,可在30s内快速熄灭阳极效应(人工熄灭阳极效应需要90—120s),大大缩短了阳极效应持续时间,有效降低了阳极效应PFC排放。中南大学正在与新西兰奥克兰大学洽谈合作意向,准备共同开发具有自动熄灭阳极效应功能的新一代电解槽控制技术[8]。

(三)镁冶炼行业(1)循环产业链。利用半焦炉产煤气的工艺流程,可以建立“烟煤—半焦煤气—镁”“烟煤—兰炭—硅铁—镁”“镁渣—水泥”等多条循环经济链。半焦化炉生产的焦化煤气是最重要的产品。经过收集、洗涤、净化处理后输送到回转窑、还原炉、精炼炉使用,气源稳定,升温控制有保障。半焦炉副产品兰碳供硅铁电炉使用。电炉又生产硅铁供镁使用。硅铁占去镁成本的30%—50%。以低铝、低锰的硅铁供应镁生产,既保证镁的质量,又降低了镁成本。半焦炉副产品煤焦油是优质化工厂产品,全部销售,也可冲减镁成本。(2)利用回转窑烟气余热。利用回转窑窑尾排出的烟气为余热锅炉提供热源产出蒸汽,满足射流泵的动力需求,同时,并入焦炉汽网。回转窑排出的烟气温度由入锅炉前的660℃降至出锅炉后的180℃,实现烟气余热的循环利用。窑尾加装竖式预热器,提高煅烧产能15%,降低能源消耗。(3)新型窑衬保温技术。回转窑窑体表面积大,温度高,散热损失可观,必然影响窑热效率。窑皮温度由300℃—400℃降至210℃以内,可望将散热损失控制在8%左右,吨镁节省煤100kg。

四、结论

宁夏发展冶金行业的资源、能源、配套条件等传统优势尤存,节能减排的倒逼机制和现代节能减排技术的应用,给冶金行业的产业升级、解决宁夏万元GDP耗能居高不下、碳排放强度过大等问题提供了较大的潜在及后发优势,更是做强做大做优冶金产业的大机遇。宁夏现有的钢铁、铁合金、焦炭、电解铝、有色金属冶炼以及满足能源供应的火电厂,既是耗能和碳排放的传统重点行业,也是采用先进技术发展低碳经济、循环经济,综合治理碳排放的大产业。只要节能减排投入到位,现有技术措施能够保障,企业不仅能取得客观的经济效益,而且冶金行业会成为建设天蓝、地绿、水清的美丽宁夏的优势产业。

作者:马汉成 姜茂发 单位:东北大学 材料与冶金学院

宁夏社会科学杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次
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