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一、钢铁工业节能技术发展的趋势 1、产业转型推动节能降耗纵深开展，能耗强度持续下降 钢铁工业是国民经济的重要基础产业，也是高耗能、高污染的产业。近20年来，我国钢铁产业处在由粗放型发展向集约型发展的转型阶段。发展方式的转变，对产业的“高能耗、高污染、高成本”提出挑战。我国钢铁行业总能耗占全国总能耗的15%左右，钢铁企业的能源成本占总成本的30%-35%。节能降耗、减少排放是产业转型发展、可持续发展的必然要求，也是钢铁企业降本增效、提升竞争力的有效途径。 随着钢铁产业转型发展步伐的加快，节能技术的实施，产业能源消耗强度不断下降，节能取得明显成效，能效水平显著提高，吨钢综合能耗呈现出逐年下降的趋势（见下图）。
图1 2000-2019年吨钢综合能耗图（数据来源中国钢铁工业协会） 但是，一些问题需要重视。 一是我国钢铁产业规模不断扩大。2000年粗钢产量1.285亿吨，2019年增加到9.963亿吨，今年将突破10亿吨。粗钢产量持续增加，能耗总量依然很大。虽然吨钢综合能耗逐年下降，但由于产量增加太快，使得行业的能耗总量居高不下。与2000年相比，2019年全国粗钢产量增加了7.75倍，总能耗增加了4.63倍。 二是钢铁企业间节能进展不平衡，大型企业的装备、工艺技术以及能效等已达到或接近世界先进水平，但仍有一些中小型企业的装备和工艺技术落后、能耗较高、污染严重、严重影响行业整体水平的提高。 2、节能和提高能效的主要途径 节能和提高能效的主要途径在以下三个方面： （1）管理节能 管理工作是节能的基础。通过加强管理、建立和完善企业能源管理体系和能流网络信息监控平台，使节能工作有人管、有制度、有规划、有目标、有任务、有检查、有考核、有奖惩，充分调动各岗位人员履行岗位职能的积极性、主动性和进取心。为生产装备的稳定运行，技术工艺的严格执行、产业政策和相关标准的贯彻落实提供保障，实现管理节能。 （2）装备和工艺节能 技术装备是否先进是企业能耗水平的重要条件。钢铁工业是热工流程产业，装备大型化、生产规模化、流程连续化可以有效提升能效水平。因此，淘汰落后的生产装备，促进装备升级改造，采用先进的节能产品（如电机、运输设备、照明设备等）是实现节能的重要条件。 先进的技术工艺是节能的有效措施。推广先进的技术工艺，淘汰落后的技术工艺，是促进工序流程节能的主要途径。如：炼焦工序的干熄焦技术，煤调湿技术；烧结工序的优化配料与厚料层烧结技术；炼铁工序的高炉富氧喷煤、高炉长寿、煤气干法除尘；炼钢工序的溅渣护炉、煤气干法除尘；轧钢工序的蓄热式加热炉、棒线材连轧、钢坯热装、热送、直轧技术；动力系统电机变频调速节电技术等，这些先进节能技术工艺的推广和应用，使各工序的能耗明显降低。 （3）余能回收利用 余能回收利用是节能的重要领域。钢铁生产流程长、工序多、生产过程对能源的吞吐量很大，即消耗大量能源，又转换产出多种二次能源（如煤气、蒸汽、余压、余热等）。据有关的研究，钢铁生产过程消耗的有效能量仅占供给能量的29%，而转化为余能的占71%，这部分能量以煤气、显热等状态排出。因此，加大对生产流程中余能的回收利用，是降低能耗强度的主要途径。近多年来，我国钢铁企业围绕“余能回收利用”这一目标，通过引进、自主研发相关技术，推广应用了一大批余能回收利用项目，如焦炉、高炉、转炉煤气回收；焦炉干熄焦（gdq）余热回收，焦炉荒煤气上升管余热回收；高炉（trt）发电，转炉蒸汽回收，烧结矿余热发电，轧钢加热炉余热回收等。这些余能回收利用项目陆续投产达效，使生产流程中余能回收利用量大幅增加，实现了能量流在消耗和转换流程中的循环利用，即减少了企业外采的能源量，也优化了企业的能源结构，减少了污染，降低了能源成本。 综上所述，做好节能工作要强化基础，创造条件，采取措施，抓住重点。 3、钢铁产业节能技术发展的趋势 有理念才能有技术。我国钢铁工业的节能理念起初是防止和减少“跑、冒、滴、漏”。上世纪70年代，我国钢铁工业的节能理念提升到技术层面，开始研发和运用技术措施开展节能。通过改进燃烧、提高热效率、装备升级、工艺优化、余能回收等技术工艺实现节能。近30年来，我国钢铁工业的节能技术发展很快，陆续有一大批先进的生产装备、节能技术和余能回收技术得到广泛推广和应用，促进了生产流程优化和吨钢综合能耗的大幅下降，生产水平得到明显提升。但这些节能技术主要着重于设备节能、工序节能和工序余能回收等，可归纳为单体节能技术。十多年前，钢铁行业提出系统节能的理论和技术。这一理论是在拓展和深化单体节能技术发展的同时，开始研究钢铁生产流程中的能源转化功能，从能源转化功能的角度系统分析钢铁流程中的能量流代谢过程，利用信息化、网络化、智能化的能源管控手段，实现以提升系统能效为目标的“动态有序、连续紧凑、高效转化、耦合匹配、智能调度”的集成优化技术。 二、我国能源结构调整的方向 1、调整能源结构的目的是要控制碳排放 近30年来，气候变暖的现象引起全球的关注，其根源是因为人类的经济活动和生活方式造成大量co２、甲烷等温室气体的排放（又称碳排放），使大气中的co２比例过高而产生温室效应，导致全球气候异常。如果碳排放不加以控制，温室效应会进一步加重，将导致南北极冰川加速融化，海平面进一步上升，陆地沿海区域被淹没，自然灾害增加。 控制碳排放是一个世界性问题。以联合国为首的国际社会就控制碳排放先后形成了《联合国气候变化框架公约》、《京都议定书》、《巴黎协议》等约束性协议。我国对上述协议的形成发挥了积极作用，同时对减少碳排放向国际社会做出了承诺，具体是：到2015年末碳排放强度比2005年下降17%；到2020年下降40%-45%；到2030年下降60%-65%，并采取了一系列政策措施和工作方案，务求兑现承诺。从执行情况看，我国承诺的阶段性目标均已兑现。近年来，我国已将控制碳排放全面融入国家经济社会发展的总战略，力求通过优化能源结构控制碳排放。国家主席习近平在近日举行的气候雄心峰会上宣示：到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。 中央经济工作会议强调，“十四五”要全面加强应对气候变化工作，推动经济结构、产业结构、能源结构的根本转型。二氧化碳排放量力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。这是保障我国经济可持续发展必须完成的任务。 能源结构向低碳化、非化石类方向调整是主要目标 大家知道，大部分co２气体来源于煤炭、石油等化石类燃料的燃烧。而我国的能源消费中，化石能源尤其是煤炭占主导地位，占能源消费总量的60%（2019年）。据检测，燃烧1吨煤，大约生成2.64吨co２、12-15千克so２、16-20千克nox、200-300千克灰渣、50-70千克粉尘。由于我国是全球煤炭消费最多的国家，因此，我国是世界最大的碳排放国（美国第二）。近年来，我国每年碳排放量超过100亿吨，约占全球co2排放量的25%左右，是全球碳污染最严重的国家。调整能源结构、降低化石类能源尤其是煤炭消费的比例，是优化我国能源结构的基本原则和重要途径。 与此同时，我们应清楚，由于我国煤炭资源丰富的特点，决定了在未来较长时期，煤炭仍然是我国的主要能源。在努力降低煤炭消费比重的同时，更要广泛推广煤炭清洁生产和清洁高效利用，使煤炭资源在使用过程中减少排放，切实保护生态环境。 调整与开发并重，构建低碳化能源体系 据有关方面统计，2018年我国一次能源消费结构如下图所示： 煤炭、石油属于化石类能源，燃烧过程碳排放量大，应尽可能减少使用。在不具备降低煤炭用量的条件下，要采取排放治理的技术措施，做到清洁利用，减少排放。 天燃气也属化石类能源，但它能够充分燃烧，碳排放量较小，可归类为清洁能源，使用范围会扩大。 电力能源中火电需要燃煤，必须控制火电的发展。但水电、风电、光伏电、太阳能电、核电、生物电等均属于清洁能源，应大力发展，扩大非化石电的比重。 与此同时，积极开发低碳类新型能源，是能源结构调整的战略措施。近年来，氢能的开发利用已引起世界多国的关注。我国在氢能源的开发上也有一定进展。有关部门预测，到2050年，氢能在我国能源结构中的占比将达到10%，应当引起高度关注。 可以预见，我国未来能源结构的格局是：绿色低碳，多能互补，系统集成的能源体系。
国家主席习近平在近日举行的气候雄心峰会上宣示：到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。中央经济工作会议强调，“十四五”要全面加强应对气候变化工作，推动经济结构、产业结构、能源结构的根本转型。二氧化碳排放量力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。这是保障我国经济可持续发展必须完成的任务。 三、低碳发展是钢铁行业的必由之路 1、钢铁行业是碳排放的重要领域，低碳发展面临挑战 我国钢铁行业是煤炭消费大户，年碳排放量约占全国碳排放量的14%。因此，钢铁工业是控制碳排放的大户。国家和省发布的“钢铁工业大气污染物排放”相关标准中，已纳入了碳排放限额指标。随着相关标准的贯彻执行，给钢铁工业的环保要求又一次提出挑战，应当引起全行业的高度重视。 2018年，我国钢铁行业碳排放达18.84亿吨，吨钢co2排放2.03吨，碳排放强度在不断下降，但与发达国家相比，差距仍很明显。目前日本的吨钢碳排放量在1.6吨左右，说明我国钢铁产业碳排放还有巨大的下降空间。 多年来，我国工业领域推行的节能降耗、环境保护、产业升级转型等政策，特别是目前正在钢铁行业执行的“超低排放”政策，已为钢铁行业碳排放强度下降起到了积极作用，虽然目前国家在控制碳排放方面对钢铁工业还未提出“强制限额”的要求，但是随着我国环保政策的趋严，国家对钢铁工业碳排放在“排放总量”或“排放强度”方面将进行强制性约束，将碳排放指标纳入到考核企业产能先进与落后的标准当中。因此，各钢铁企业必须高度重视碳排放问题，对本企业的碳排放总量和排放强度做一次全面的自查和测算，做到心中有数。
钢铁行业控制碳排放的主要措施 我国钢铁行业碳排放量大，排放强度高，压减碳排放的空间很大。压减碳排放的主要途径在以下几方面：
提高能效、节约用能 煤、焦是钢铁工业的主要能源，而co2的形成是由煤、焦等化石能源燃烧产生的，燃烧越多，排放量越大。因此，通过提高能效，降低耗能量，将会有效减少碳排放。 优化流程及用能结构 不同的生产工艺投入能源的结构和产生的co2量区别很 大。有关研究表明：高炉—转炉炼钢工艺约90%的能源是煤、焦，吨钢co2排放量2.2t，而电弧炉炼钢（基于废钢）仅11%的能源来自煤炭，吨钢co2排放量为0.3t（见下表）。
| co2排放源 | 高炉—转炉 | 天然气直接还原铁—电炉 | 废钢—电弧炉 | | 直接排放 | 1.2t | 1.0t | 0.04t | | 间接排放 | 1.0t | 0.4t | 0.26t | | 合 计 | 2.2t | 1.4t | 0.3t |
数据来源：世界钢铁协会 我省粗钢生产绝大多数是长流程工艺，应当重视电炉钢的发展，通过调整技术工艺，减少碳排放。 （3）打造循环经济产业链 钢铁生产对物质流和能量流的吞吐量都很大，发展循环 经济是实现集约发展的重要途径。在钢铁生产流程中，通常我们重视铁素流形成产品的流程与得失，而对能量流和其余物流的得失重视不够，使大量余能放散，大量物质当作固废外排。从循环经济的理念来看，就当今的科技水平，只要做好循环经济的顶层设计，打造循环经济产业链，钢铁生产流程中的余能和固废绝大部分都能够回收利用，即可以实现节能减排，物尽其用，又能做到保护环境，低碳发展。 （4）突破低碳冶炼技术 低碳冶炼技术的关键是改变或调整用能结构，把低碳或 无碳化的氢能利用到钢铁工业。开发利用氢能的工艺技术已是全球性课题 ，日本、韩国、瑞典等国已开始在钢铁行业利用氢能。德国的一家钢铁厂已实施氢能炼铁技术，用氢气替代焦炭，使氢气与铁矿石中的氧反应，形成水蒸气，还原出铁。德国克虏伯钢厂已开始实施了把氢气注入高炉，以氢气代煤来炼铁。我国开发利用氢能方面的动作也不少，就我省钢铁行业来看，美锦已投入氢能开发，还有几家企业开发利用焦炉煤气或天然气中的氢作为还原剂生产海绵铁。我们期待氢能在钢铁工业中的应用取得良好进展，突破低碳冶炼技术，切实解决钢铁行业的碳排放问题。
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