从生命周期视角看钢铁行业节能减排

从生命周期视角看钢铁行业节能减排
摘要：目前，我国的钢铁行业发展十分迅速，钢铁企业节能减排工作局限于产业内部，空间有限，因此钢铁行业需要从生命周期视角系统化地从钢铁上下游全产业链来开展节能减排工作。介绍了钢铁工业生命周期视角的内涵及基于生命周期视角的生命周期评价方法与工具。从生命周期视角分析了钢铁行业节能减排的现状及问题，现阶段，在能源结构、能源耗量短期内不太可能有太大提升的情况下，提高钢铁产品的成材率和下游材料利用率是钢铁行业节能减排的重点方向；整合下游工序、用户端解决方案是从全生命周期理念出发的节能减排方向和发展机遇。
1.2生命周期视角与生命周期评价
钢铁产品全生命周期思想的提出，旨在通过全生命周期评价（Life Cycle Assessment，简称LCA）理念下的钢铁工业对全社会节能减排贡献的研究，澄清社会对钢铁工业的误解，体现钢铁工业在全社会的可持续发展中所承担的责任及促进作用，从全生命周期视角来反映钢铁产业升级、品种结构调整的环境效益，以及在全生命周期评价理念下，钢铁行业的节能减排方向与发展机遇。钢铁产品性能的提升、高附加值产品的生产，一般会增加钢铁制造流程的环境负荷，但从生命周期视角来看，却可能更大程度地减少下游产业及全社会的环境负荷，钢铁行业实际上承载了更多的社会责任。因此，在制订行业发展规划、出台节能减排政策措施、进行相关决策时，企业应充分认识这一点，从全社会、全产业链角度系统化考虑，做出科学决策。生命周期评价是一种“从摇篮到坟墓”的环境管理和分析工具，其是从产品生命周期的全过程来量化其资源能源消耗和环境排放，并评价这些消耗和排放对资源、生态环境及人体健康带来的影响。其特点就是定量化、数字化评价产品的全生命周期过程的各种消耗和排放。生命周期评价提供了一种对产品全生命周期进行扫描的方法，是国际上评价绿色产品的主要标准。LCA可以让每一卷钢材都有自己的生命周期环境绩效数据档案，是节能减排重要的科学依据。
1概述
1.1钢铁生产流程简介
钢铁生产流程按照生产特征的不同主要分为长流程和短流程，前者是以铁矿石为原料的高炉－转炉（ＢＦ－ＢＯＦ）生产流程，后者是以废钢为原料的电炉（ＥＡＦ）流程。长流程是中国主要的钢铁生产工艺，其钢产量约占总粗钢产量的９０％，远高于世界平均水平；短流程在世界范围也被广泛使用，其钢产量约占总粗钢产量的３０％，但在中国ＥＡＦ仅占１０％。由于中国不具备电能和废钢方面的优势，因此电炉冶炼常被用作生产优质钢。除上述两种生产流程外，还包括直接还原铁及熔融还原铁等工艺，但是这些工艺在中国的应用比例非常小，所以不再计入本文的研究范围内。本文确定图１所示的钢铁生产流程。长流程主要包括焦化、烧结（球团）、炼铁、炼钢、精炼／连铸和轧钢等工序，短流程包括电炉、精炼／连铸和轧钢等工序。
关键词：钢铁行业；节能减排；生命周期评价；材料利用率；用户端解决方案
引言
钢铁工业是国民经济重要的支柱产业，在工业化、城镇化发展过程中发挥着重要作用。但是，钢铁工业也是资源、能源密集型行业，能耗高、污染重是其典型特点。2017年，中国粗钢产量达到8.3亿t，占全球粗钢产量的49.2%，其中由高炉-转炉流程生产的粗钢产量占总产量的90%以上。2015年，钢铁行业的能源消耗占全国能源消耗总量的15%，CO 2排放占全国CO 2排放总量的15.4%，是中国节能减排的重点行业之一。
3全生命周期理念下的钢铁业节能减排方向与发展机遇
从全生命周期视角来看，目前主要有2种可能的途径：一是产业内部解决方案；二是用户端解决方案。——产业内部解决方案，是钢铁业一直在努力做的工作，也是与企业经营成本密切相关的，所以各企业开展内部节能降耗减排的积极性都很高。产业内部解决方案主要是通过提高能效来实现。但经过全行业对于这项工作的长期努力，剩余的节能空间有限，加之技术创新面临的诸多不确定性，业内普遍认为能效提高的极限是20％。因此，如果从最乐观的视角观察钢铁产业的未来，若需求翻倍，即使在现有工艺范围内想尽一切办法，二氧化碳排放量也只能控制在目前的水平。如果无所作为，那么单凭产业内部能源回收量的增加，二氧化碳排放量就将几乎翻1倍。因此，在最理想的情况下，2050年钢铁行业的碳排放量将维持在目前的水平，但不可能达到减半的要求。——用户端解决方案，是从全生命周期理念出发的节能减排措施。即在保证现有生活质量的前提下减少钢材的消耗量，提高材料利用效率，从而达到碳排放减少50%的目标。用户端解决方案的核心是提高材料利用效率，从上述当前存在的问题来看，针对这些问题的解决方案和策略包括：通过全生命周期生态设计减少钢材使用量；减少生产损失（如冲割、剪切和加工等工序的损失、边角料等）；废钢转移回用；废钢不熔融直接回用；延长产品使用寿命；减少终端需求。只有产业内部解决方案和用户端解决方案2种方式并用，钢铁行业方能应对需求加倍而碳排放减半的挑战。对钢铁产业而言，为客户减少钢材用量和提供更多服务是未来的发展机遇。目前，钢铁产业制造的是中间产品（材料），而用户需要的是由这些中间产品（材料）组装的制成品。这是钢铁业的一个重大机遇，钢铁产业应关注下游动向，跟踪中间产品被做成了什么，通过整体设计参与到这个过程中甚至到产品结束；或整合下游的一个阶段，提供组件而不是库存产品，那么就可以为客户提供更高价值且用料更省的组件，这也是节省出25%产出损失的方式所在，是创造价值的重要机会。未来，轧钢厂可以通过升级和更新轧制工艺，最终成为开放式产品机构的设计单元，设计其他产品，升级旧产品特征，达到与市场新产品兼容的目标。
2中国钢铁工业节来自百度文库现状
近年来，随着中国钢铁工业生产结构调整、节能减排技术普及和节能管理水平提高，能源消耗得到进一步下降，节能减排工作取得了一定的进步，部分企业生产技术经济指标达到世界先进水平。1996—2016年的20年间，钢铁工业综合能耗进一步降低，重点大中型企业的吨钢综合能耗由33 176下“十二五”期间，重点钢铁企业主要能耗指标逐步改善，烧结、焦化、炼铁、转炉冶炼、轧钢等工序能耗进一步下降，节能技术得到进一步普及。截至2015年底，干熄焦技术和高炉煤气干法除尘技术在重点大中型钢铁企业的普及率均已达到90%以上，转炉煤气干法除尘在重点大中型钢铁企业的普及率已达到20%。已建和在建的烧结余热发电机组数量超过150套，部分关键共性节能技术已达到世界领先水平。焦炉荒煤气显热回收技术、烧结竖罐式余热回收技术、高炉渣显热回收技术、高温超高压煤气发电技术、低温余热发电技术等得到进一步研发和工业化应用，余热余能资源利用水平得到提升。尽管钢铁工业在节能工作中取得了一定进展，但纵观整个行业，仍然存在很多问题，能源管理水平亟待提高，节能潜力急需进一步挖掘。