河北省某钢铁企业能耗和CO2排放的核查分析

王韵铭，马秀琴*，张 宁，2

（1.河北工业大学 能源与环境工程学院，天津 300401；2.天津市环境保护科学研究院，天津 300191）

河北省某钢铁企业能耗和CO2排放的核查分析

王韵铭1，马秀琴1*，张 宁1，2

（1.河北工业大学 能源与环境工程学院，天津 300401；2.天津市环境保护科学研究院，天津 300191）

钢铁工业是资源和能源密集型工业，需要消耗大量的化石能源，导致CO2大量排放。根据河北省钢铁行业的发展现状，笔者对钢铁行业CO2核查方法进行了研究，对河北省的一家重点钢铁生产企业进行了能耗调研，识别了该企业CO2的排放源，并对其进行量化计算。根据核查可知：该钢铁企业2013—2015年CO2排放量分别为1 619.06万t、1 607.46万t和1 677.72万t。其中，2015年焦化、烧结、炼铁、炼钢和钢材深加工等环节的CO2排放量分别为29.59万t、223.08万t、544.30万t、-99.77万t和191.16万t，其工业生产过程排放量为75.59万t，外购电力的排放量为158.51万t。

钢铁能耗；CO2排放核查；节能减排；不确定分析；减排潜力

1 河北省钢铁行业的发展现状

钢铁工业是我国工业部门中资源和能源消耗最多的行业，是节能减排的重点。我国钢铁行业消耗的能源主要是煤炭，占整个行业能源消费总量的68%[1-2]。《“十三五”节能减排综合工作方案》提出，到2020年，钢铁行业单位工业增加值能耗比2015年下降12%[3]，根据2014年工信部数据，我国钢铁工业能源消耗、二氧化碳排放量、烟尘排放量等分别占全国的15%、12%和8.3%。同国际先进水平相比，我国吨钢综合能耗高出10%～15%[4]。从全国钢铁生产情况来看，河北省钢铁产量连续15年位居全国之首。以2015年为例，河北省生铁、粗钢、钢材、铁矿石和焦炭的产量分别占全国的25.14%、23.43%、22.47%、13.15%和12.23%，如表1所示[5]。高产量带来高能耗，河北省钢铁行业能耗占全省总能耗的36%左右，其中，2012—2015年期间年度综合能耗均超过1亿t标准煤。河北省工业企业排放量占全省主要污染物排放量的六成以上，其中钢铁、水泥、电力等高耗能、高排放产业二氧化硫、氮氧化物和烟粉尘排放量，分别占全省工业排放量的75.7%、87.2%和87.5%，是大气污染的重要源头[6]。未来河北省钢铁行业要完成减排目标，必须要进行低碳转型，彻底改变高耗能、高污染的现状[7-8]。

表1 2015年河北省钢铁行业主要产品产量与全国的对比

2 能耗调查

2.1 调研企业简况与能耗主要设备

所调研企业主要产品为板、棒、线、型四大类，钢铁板块具有2 000万t/a的配套生产能力，高炉系统最为先进的是3 200 m3高炉，该高炉生产过程的喷煤比和焦比数都处于行业先进水平。该企业主要能耗设备有2台焦炉，5台烧结机，4台高炉，7台转炉，5台LF炉，1台RH炉，4台板坯，5台方坯连铸机，15台燃气锅炉，3台蒸汽余热锅炉，生产线主要是1条中型生产线，2条棒材生产线，2条高线生产线和2条热板生产线。为了充分利用二次能源，该企业采用了干熄焦发电、烧结余热发电、高炉余压发电 (TRT)、三气（焦炉，高炉和转炉煤气）发电等技术。

2.2 调研内容

调研目的是了解钢铁生产企业的能耗和排放情况。调研内容包括：煤、外购电、成品油和天然气等能源消耗情况；综合能耗、年总产量、工业总产值、工业增加值、吨钢综合能耗和万元产值综合能耗及万元工业增加值综合能耗等。

2.3 调研数据分析

该钢铁企业的生产为长流程，包括焦化、烧结、炼铁、炼钢、钢材深加工5个主要环节。根据调研内容分析能源消耗种类和煤炭、外购电力以及焦炭的消耗量和产量，能耗分析包括综合能耗和吨产量综合能耗等。

2.3.1 消耗能源种类

该钢铁企业主要消耗的能源有煤、汽油和柴油，消耗的煤有3种，分别为洗精煤、无烟煤和烟煤；汽油和柴油消耗量很少，煤为消耗的主要能源。

2.3.2 煤炭消耗量

图1是该企业2013—2015年的煤炭消耗情况。从图1中可见，该企业消耗的煤炭种类有洗精煤、无烟煤、烟煤和焦炭；2013—2015年无烟煤、烟煤的消耗量均上下浮动，但变化量较小，消耗量基本稳定；洗精煤呈下降趋势，而焦炭的消耗量呈增长趋势。综合来看，煤炭的消耗量整体变化不大。

图1 2013—2015年煤炭消耗量

2.3.3 外购电力消耗

2013—2015年的外购电力消耗量分别为159.64万 MW·h、164.59 MW·h和 179.25 MW·h，由此可得出净购入电力消耗量是逐年增加的，而且2015年的增长幅度最大。

2.3.4 综合能耗分析

该企业的综合能耗情况如图2所示，其中吨钢综合能耗使用次坐标轴。从图2可知，该企业2013—2015年综合能耗波动较小，整体变化稍下降；吨钢综合能耗呈下降趋势，2014年比2013年吨钢综合能耗下降了4.59%，2015年较2014年吨钢综合能耗下降了2.25%。

图2 综合能源消耗

3 CO2排放核查

3.1 主要排放源与边界的确定

CO2主要排放源是各类型的固定或移动燃烧设备，如焦炉、烧结机、高炉、转炉、连铸机和工业锅炉等，时间边界是2013—2015年。直接排放边界内包含焦化、烧结、炼铁、炼钢和钢材深加工等环节化石燃料的燃烧；工业生产过程中含碳熔剂的高温分解和电极的消耗；炼铁炼钢降碳过程含碳量变化等产生的碳排放。间接排放边界内主要是指钢铁厂使用外购的电力和热力等产生的CO2排放。

3.2 量化计算

根据CO2排放核算量化的公式[9]，分别计算该企业2013—2015年度的每个工序环节燃料燃烧的CO2排放量、生产过程的CO2排放量和电力、热力的间接CO2排放量，最后计算该企业2013—2015年CO2排放量，结果见表2。

3.3 量化结果分析

2013—2015年企业排放的CO2总量分别为1 619.06万t、1 607.46万 t和 1 677.72万 t。所调研企业实现了负能炼钢。企业应用了余热、余气和余压发电技术，高效利用余能，从而减少能量的损失和温室气体的大量排放。

该企业的2013—2015年各个工序的排放量如图3所示，其中吨钢CO2排放量使用次坐标轴。从图3中可知，炼焦工序的排放量逐年下降，其他各环节排放量均有小幅波动。该企业在2014年总排放量有小幅下降，而在2015年排放量又有一定的增加，上升幅度为4.37%；从排放强度来看，2014年企业较上年增加了3.85%，2015年又下降了0.46%。

表2 2013—2015年度CO2排放量汇总 t

图3 2013—2015年各工序排放量

3.4 不确定性分析

对不确定性量化采用误差传播法，计算出2013—2015年CO2总排放量的不确定性为±2.94%、±2.84%和±2.76%。根据（政府间气候变化专门委员会）（IPCC） 2006国家温室气体清单指南[10]可知，该企业2013—2015年CO2排放量化核算的不确定性属于高级，所以计算数据具有可信性。

4 结论

通过对河北省某钢铁企业的调查研究发现，随着国家和河北省对于节能降耗规划要求的提高，企业也相应采取了各种节能措施，2013—2015年吨产量的综合能耗呈下降趋势。所调研企业是一个长流程的工艺，CO2排放最多的环节是炼铁工序，其次是烧结工序，最少的是炼钢工序。

所调研企业因为采用了废气、余热和余压发电，各种规格的发电机组总计达18组，高效利用余能，从而减少了大量的能量损失和CO2排放。2013—2015年炼焦工序的排放量逐年下降，其他各环节排放量均有小幅波动。该企业在2014年总排放量有小幅下降，而在2015年排放量又有一定的增加，上升幅度为4.37%；从排放强度来看，2014年企业较上年增加了3.85%，2015年又下降了0.46%。

该调研企业的CO2排放核查结果表明，此长流程钢铁生产企业于2013—2015年排放的CO2总量分别为1 619.06万t、1 607.46万t和1 677.72万t。其中2015年，焦化、烧结、炼铁、炼钢和钢材深加工等环节的CO2排放量分别为29.59万t、223.08 万 t、544.30 万 t、-99.77 万 t、191.16 万t，其工业生产过程排放量为75.59万t，固碳产品隐含的排放量为29.93万t。2013—2015年温室气体排放总量的不确定性分别为±2.94%、±2.84%和±2.76%，均属于高精度等级，说明计算数据具有可信性。

德国钢铁工业近50年来通过采取一系列措施使能源消耗量明显降低，迄今为止，其长流程工艺的排放量低于1.8 t CO2/t粗钢，而综合长流程和短流程路线的排放量则降为1.3 t CO2/t粗钢[11]。而采用长流程的该调研企业2013—2015年排放强度分别为2.08 t CO2/t粗钢、2.16 t CO2/t粗钢和2.15 t CO2/t粗钢，与国际先进水平仍有差距。根据数据统计，日本新日铁住金钢铁公司2013年碳排放强度为吨钢1.97 t CO2，2014年排放强度为吨钢1.99 tCO2，所调研企业同期的排放强度均高于新日铁住金钢铁公司，其中2014年排放强度较新日铁住金高出8.54%，说明该企业仍有较大的减排空间。

[1]阎波，孙浩，何培育.大力发展能源管理中心促进钢铁企业系统节能[J].冶金经济与管理，2014（4）：55-56.

[2]黄超，吕学都，马秀琴.论中国主要温室气体排放行业的低碳发展[M].北京：中国环境出版社，2014.

[3]国务院.国务院关于印发“十三五”节能减排综合工作方案的通知[EB/OL].（2017-01-05)[2017-03-01].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-01/05/content_5156789.htm.

[4]王俊岭，张新社.中国钢铁工业经济增长、能源消耗与碳排放脱钩分析[J].河北经贸大学学报，2017，38（4）：77-82.

[5]中华人民共和国统计局.中国统计年鉴—2016[EB/OL].[2017-05-27].http：//www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2016/indexch.htm.

[6]张倩.河北出台18个专项方案推动大气污染深度治理[EB/OL].（2017-03-31）[2017-05-20].http：//news.xinhuanet.com/local/2017-03/31/c_1120734718.htm.

[7]李桦.河北省钢铁年综合能耗近亿吨标准煤，烟粉尘排放在全省占比四成[EB/OL].（2013-11-11)[2017-04-10].http：//www.xinyilian.com/Bizinfo/News/201311/t20131111_5191.html.

[8]WINKLER H.Climate change mitigation negotiations，with an emphasis on options for developing countries[M].New York：UNDP，2008：1-45.

[9]陈亮，李靖，林翎，等.GB/T 32151.5-2015温室气体排放核算与报告要求 第5部分：钢铁生产企业[S].北京：中国标准出版色，2015.

[10]AMIT GARG，KAINOU KAZUNARI，TINUS PULLES.2006年IPCC国家温室气体清单指南第二卷能源[M].北京：全球环境战略研究所，2006：6-10.

[11]杨婷.国外钢铁工业低碳技术发展与我国减排CO2策略[J].中国钢铁业，2011（6）：12-16.

Analysis on Energy Consumption and GHG Emission Verification of Some Iron-steel Industry in Hebei Province

Wang Yunming1,Ma Xiuqin1*,Zhang Ning1,2
（1.School of Energy and Environmental Engineering， Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;2.Tianjin Academy of Environmental Sciences,Tianjin 300191,China）

The iron-steel industry belongs to a resource and energy intensive industry and produces a lot of GHG emissions because of a quantitative of fossil fuel consumption.The methodology of GHG emission calculation was studied based on developing conditions of the iron-steel industry in Hebei province.A typical iron-steel production enterprise in Hebei province was surveyed.The research identified the CO2emission sources and calculated the CO2emissions.According to the verification,the CO2emissions of the enterprises were 16 190.6 kt,16 074.6 kt and 16 777.2 kt respectively from 2013 to 2015.The research can be used to help the iron-steel companies to verify the GHG emission in every process and find out emissions reduction potentials and then promote low-carbon transformation in the iron-steel industry.

energy consumption of iron-steel industry,verification of GHG,energy conservation and emissions reduction,uncertainty analysis,emissions reduction potential

2017-07-14

国家科技支撑计划项目《我国主要行业温室气体检测与核算技术研究》（2012BAC20B11）；河北省科技支撑计划项目《钢铁行业碳排放核查技术与低碳技术评价》（14273701D）

王韵铭（1992-），男，河北邯郸人，河北工业大学动力工程专业硕士研究生在读，主要从事可再生能源利用与建筑节能技术方面的研究工作。

*通讯作者：马秀琴（1963-），女，天津人，毕业于日本国立长崎大学土木工程专业，工学博士，教授，主要从事低碳建筑、节能减排、清洁发展机制方法学方面的研究工作。

X511

A

1008-813X（2017）06-0050-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.06.13

（编辑：程 俊）