钢铁联合企业分工序核算碳排放量方法研究

孙祥超　潘玉桐　贺姝峒　张　宁

（1.天津荣程联合钢铁集团有限公司 天津 300352 2.南开大学 天津 300071 3.天津市环境保护科学研究院 天津 300191）

1　引言

一直以来，中国高度重视气候变化问题，在控制温室气体排放方面积极采取措施并作出国际承诺。国务院《“十三五”控制温室气体排放工作方案》提出有效控制温室气体排放，把低碳发展作为我国经济社会发展的重大战略和生态文明建设的重要途径[1]。其中，充分发挥市场机制是我国控制温室气体排放的重要手段之一。2017年，全国碳排放权交易体系启动，区域碳交易试点地区将继续发挥现有作用，在条件成熟后逐步向全国碳市场过渡[2]。

随着中国经济的快速发展,中国钢铁工业为满足国内需求而发展壮大，是国家建设的重要支撑[3]。作为我国国民经济的支柱产业，钢铁行业肩负着实现低碳经济转型的主要任务，但生产过程仍存在高耗能、高污染、高排放、二次能源利用效率低、固体废物利用率低的问题[4]。因而，碳排放权交易七个试点地区都纳入了钢铁行业。系统、准确地核算与核查钢铁企业二氧化碳排放量是碳交易市场的重要环节，也是钢铁行业在未来纳入全国碳市场中关键的和必须的一步。

目前，国际上最主要的两个温室气体报告制度，即美国温室气体报告制度（Greenhouse Gas Reporting Program,GHGRP）和欧盟排放交易体系（EU Emissions Trading Scheme,EU ETS），均是在设施层面上管理企业直接碳排放，即强制要求企业报告单个设施的温室气体排放量[5]。我国国家发展改革委于2013年发布了首批10个行业企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行），其中包括钢铁行业[6]。依据该指南，钢铁行业企业除报告企业二氧化碳排放总量之外，还应报告化石燃料燃烧排放量、工业生产过程排放量、净购入使用的电力、热力产生的排放量和固碳产品隐含的排放量等四部分排放量，但未要求报告设施层面排放量。2016年，国家发展改革委就全国碳排放权交易市场启动部署重点工作，提出企业报送的排放报告应包含补充数据[7]。钢铁生产企业年温室气体排放报告补充数据表要求企业进行分工序的核算与报告，包括炼焦工序、烧结（或造团）工序、炼铁工序、炼钢工序、钢铁加工工序、自备发电、供热和其他辅助工序，各工序均需要补充报告化石燃料燃烧排放、净购入电力、热力产生的排放，前五个工序还应报告相关产品产量。

在此背景下，研究钢铁联合企业碳排放分工序核算核查技术研究，对于政府主管部门和企业掌握、报告碳排放情况，明确重点排放源，制定有效的节能减排对策，特别是对进一步研究钢铁行业配额分配、未来建立全国碳市场钢铁行业MRV制度、探索与国际碳市场对接可行性等各项工作具有重要意义。因此，本文系统提出具有较强可行性的钢铁联合企业分工序碳排放核算方法与所需数据，并以天津市某钢铁联合企业为案例验证这一方法在实际核算中的应用，提出企业可能遇到的困难及应对方法，以期为全国碳市场的建立提供方法与实践的参考。

2　钢铁联合企业分工序碳排放核算方法

2.1　排放源识别

钢铁联合企业碳排放有三类来源：化石燃料使用直接排放、生产过程直接排放与外购电力、热力间接排放，碳类型与示例如表1所示。

表1　钢铁联合企业碳排放源类型

钢铁企业直接生产系统排放单元包括：炼焦单元、烧结单元、炼铁单元、炼钢单元、压延及热处理单元、石灰烧制单元、自备发电单元等。主要直接排放源包括：烧结机、焦炉、干熄炉、高炉、转炉、连铸机、轧机、竖窑、回转窑、发电锅炉等。间接排放源主要包括使用外购电力和热力的设备。典型钢铁企业分工序CO2排放单元和排放源识别如图1所示。

图1　典型钢铁企业CO2排放单元和排放源识别

2.2　碳排放量核算方法

企业碳排放总量为各排放单元直接排放量与企业间接排放量之和。

2.2.1直接排放

（1）化石燃料燃烧

企业外购煤、石油、天然气、煤气、焦炭等化石燃料，须按照不同排放单元的燃料消费量分别核算各自的直接排放量，并纳入本企业碳排放。企业副产煤气外销的，须扣除，不纳入本企业碳排放量。

对于包含炼焦单元的钢铁联合企业，炼焦单元仅需计算焦炉燃料燃烧产生的CO2直接排放量，原料煤产生的CO2排放在炼铁、炼钢及其他单元中按照焦炭及焦炉煤气燃烧计算，不计算在炼焦单元中。

此外，炼铁排放单元CO2直接排放量，须扣除外销和下游单元使用的本企业炼铁副产高炉煤气和炼钢副产转炉煤气燃烧产生CO2直接排放量。而对于除炼焦、炼铁单元外的其他排放单元，则须计算外购化石燃料和企业副产高、转炉煤气两部分的直接排放。

各排放单元消耗的煤、焦炭、石油、天然气、煤气等化石燃料排放量，主要基于分燃料品种的燃料消费量、燃料低位发热值、单位热值含碳量和碳氧化率计算得到，见公式（1）：

式中，为化石燃料燃烧产生的CO2排放量，单位t；i为燃料品种；ADi为燃料i的消费量，单位t；Hi为燃料i的低位发热值，单位TJ/t；Fchi为燃料i的单位热值含碳量，单位tC/TJ；Faxi为燃料i的碳氧化率，%。

（2）工业生产过程

炼铁生产过程熔剂消耗产生的CO2直接排放量，按公式（2）计算：

式中，ADl为消耗的作为熔剂的石灰石数量，单位104t；EFl为石灰石消耗的排放因子，单位tCO2/t；ADd为消耗的作为熔剂的白云石数量，单位104t；EF为白云石消耗的排放因子，单位tCO2/t；

炼钢生产过程含碳原料消耗产生的CO2直接排放量，按公式（3）计算：

式中,ADr为炼钢生产过程钢铁企业消耗的生铁、铁水的数量，单位104t；Fr为炼钢生产过程生铁、铁水含碳率，%；ADs为炼钢生产过程钢铁企业的粗钢产量，单位104t；Fs为炼钢的钢材产品的平均含碳率，%。

石灰生产过程产生的CO2直接排放量，按公式（4）计算：

式中，AD为石灰产量，单位104t；EF为单位石灰生产过程的CO2排放因子，单位tCO2/t。

燃煤发电锅炉、工业锅炉等，采用碳酸盐脱硫环节产生CO2的排放，按公式（5）计算：

式中，ECO2为烟气脱硫处理产生的CO2量，单位t；A为设施脱硫消耗碳酸盐物质的量，单位t；C为设施脱硫消耗碳酸盐物质中碳酸盐所占的比例，%；为碳酸盐物质的分子量；η为碳酸盐的反应率，%，若企业无法提供可采用缺省值100%。

2.2.2间接排放

（1）外购电力

外购电力CO2排放按公式（6）计算：

式中，ECO2为外购电力消耗产生的CO2排放量，单位t；ADe为外购电量，单位104kWh；EFe为电力抵扣量，单位104kWh，仅包括余热余压发电量和光伏发电量；EFe为外购电力的间接CO2排放因子，单位t CO2/104kWh。

（2）外购热力

外购热力二氧化碳（CO2）排放量按公式（7）计算：

式中，为外购热力消耗产生的CO2排放量，单位t；为外购热量，单位GJ；为外购热力的CO2排放因子，单位tCO2/GJ。

2.3　数据来源

2.3.1活动数据

直接排放核算所需化石燃料、熔剂、原料消耗量及产品产量数据根据年度购买量或销售量以及库存的变化确定。购买量或销售量采用采购单或销售单等结算凭证上的数据，库存变化数据采用计量工具读数或其他符合要求的方法来确定。化石燃料消耗量须细分到排放单元。

间接排放核算所需外购的电力、热力活动数据根据供应商出具的结算凭证获取。

2.3.2相关参数

燃料、原料、产品、副煤气产出量及动力消耗量等通过企业计量或统计数据获取，至少按月份提供统计报表。

含碳率采用实际检测值的算数平均值，每年应至少检测12次，且连续两次检测的时间间隔不小于1周。

企业发电锅炉、工业锅炉所用燃料低位发热值必须采用监测值；其他设备所用燃料低位发热值可通过采用监测值或缺省值两种方法获得。

单位热值含碳量、燃煤碳氧化率等相关参数可通过采用监测值或天津市缺省值两种方法获得，其他燃料碳氧化率采用缺省值。

上述缺省值均可通过《天津市钢铁行业碳排放核算指南（试行）》附录B获取[8]。

3　天津市某钢铁联合企业分工序核算案例

3.1　案例概述

案例企业是天津市一家包含焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢和石灰生产等钢铁全流程生产的典型企业。企业所在厂区内包含原料场、焦化、烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等生产工序，形成了一套完整的钢铁联合企业生产体系。生产投入的主要能源品种为无烟煤、烟煤、焦炭、液化石油气、柴油、电力和中间过程所产生的高炉煤气和焦炉煤气。该企业钢铁生产工序齐全，能源计量统计基本完备，参与碳市场建设的主动性较强，可作为研究钢铁联合生产企业碳排放核算方法的典型案例。

3.2　排放源与核算边界识别

该企业主要固定排放源包括：高炉、烧结机、加热炉等消耗无烟煤、烟煤、焦炭等产生的直接排放；钢包精炼炉、热连轧板带轧机、除尘器、电机、风机等耗电产生的间接排放。主要移动排放源包括：多台厂内叉车及装卸车辆消耗柴油产生的直接排放。

该企业冬季办公采暖采用转炉、轧钢和烧结等工序余热收回采暖，无外购热力，也不对外供热。企业的在炼铁工序产生的高炉煤气、转炉煤气供烧结、球团、轧钢等工序作为燃料使用，因此在炼铁单元的核算过程中对外供燃料气部分予以扣除。

企业排放源如表3所示。

表3　企业排放源列表

3.3　核算结果

钢铁联合案例企业2014年分工序碳排放量核算结果，如表4。

表4　案例企业分工序碳排放核算结果

各工序及企业碳排放强度水平如表5所示。

表5　各工序碳排放强度水平分析结果

3.4　分工序核算重点与难点问题讨论

获取准确的活动水平数据是分工序核算企业排放量数据的难点之一，需要企业提供多渠道数据支持，并在核算过程总进行交叉核对。本文研究的案例企业作为产品复杂、工序众多的钢铁联合生产企业，存在活动水平数据繁多、来源渠道不一、数据交叉核对难度较大等情况。在数据获取与核算工作中，通过加强与企业的沟通、多渠道核证保证数据真实性。重点分析企业主要耗能设施、工艺流程和能源走向等情况，收集企业月度、年度能源统计台账，生产情况报表，生产日志以及部分能源品种检测记录等信息，随机抽查财务结算发票，对各渠道来源数据交叉核对，对核对结果不一致的情况及时进行记录，并形成问题清单，通过与企业现场检查、电话、邮件、传真等形式进行核证，确认数据的准确性及核对差异存在的原因，最终确定可靠、合理、可追溯的数据来源和排放结果。

分工序核算有助于摸清钢铁联合企业温室气体排放重点环节、深挖钢铁工业碳减排潜力。从碳流向来看，钢铁联合企业的碳源主要来自三方面：一是炼焦、烧结、炼铁消耗的煤和焦炭、各工序消耗天然气以及汽、柴油产生的直接排放；二是炼焦、炼铁、炼钢以及石灰生产的工业生产过程直接排放；三是各工序耗电产生的间接排放。其中，电力消耗量与企业产业链的长短密切相关，具有企业差异性；而工业生产过程排放也因企业生产工艺（如转炉炼钢和电炉炼钢）和产品类型的不同具有较大差异。因此，钢铁联合企业碳排放的重点环节是烧结和炼铁生产工序。分工序核算需要以全面梳理钢铁联合企业的能流、物流、重点耗能设备为基础，为摸清本企业与先进企业在燃料组成、工业流程以及资源利用效率等方面的差距提供了良好的数据基础，并为企业进一步核算碳减排成本、优化生产流程、有针对性地投入减排技术设备提供了有力抓手。

结语

钢铁是能源密集型行业，是我国碳排放权交易的重要参与者。本文提出钢铁联合企业碳排放分工序核算方法，并以天津市某钢铁联合企业为案例检验该算法在实践中的应用，以期为政府主管部门和企业掌握、报告碳排放情况，明确重点排放源，制定有效的节能减排对策，特别是积极有序地推进全国碳市场建设、控制温室气体排放等各项工作提供方法支撑与实践参考。

在钢铁联合企业分工序碳排放核查与核算的实际工作中发现，核算的主要难点集中在各工序活动水平数据的收集上，主要原因是企业碳资产管理意识薄弱、各工序数据统计工作界限不清晰。建议开展企业碳排放报告与核查工作的地区组织企业培训、树立企业碳排放基础数据管理意识，核查单位应在首次核查时理清并记录各工序核算边界与数据来源、通过交叉核对核证各工序排放量，钢铁企业应尽快数据分工序核算核查的所需数据与流程、配备专业人员统筹日常数据监测管理与年度核算、报告、核查工作。

我国钢铁工业发展面临着环境和资源的双重压力，但也孕育着产业结构化的机遇。碳排放核算核查全面梳理了钢铁联合企业的能流、物流、重点耗能设备，钢铁企业应以碳排放核算工作为抓手，学习行业内领先企业的节能减排技术和管理方法，将低碳减排作为企业文化贯彻落实到每个员工的思想和行为中，实现企业整体减排成本效益最优和企业的可持续发展。

[1]国务院.国务院关于印发“十三五”控制温室气体排放工作方案的通知[EB/OL].（2016-10-2 7)）[2017-12-31].

[2]国家发展和改革委员会.国家发展改革委关于印发《全国碳排放权交易市场建设方案（发电行业）》的通知[EB/OL].(2017-12-18)[2017-12-31].

[3]中国钢铁工业协会.中国钢铁工业发展报告(2016版)[R/OL].(2016-05-24)[2017-12-31].

[4]张蕊娇,刘振鸿.中国钢铁行业CO2排放核算[J].中国人口资源与环境,2012,v.22;No.141(s2):5-8.

[5]张丽欣,段志洁,燕百强,等.美国和欧盟温室气体管理机制对我国电力行业碳排放管理的启示[J].中国电力,2013,46(5):77-82.

[6]国家发展和改革委员会.国家发展改革委办公厅关于印发首批10个行业企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)的通知:发改办气候[2013]2526号[EB/OL].(2013-10-15)[2017-12-31].

[7]国家发展和改革委员会.国家发展改革委办公厅关于切实做好全国碳排放权交易市场启动重点工作的通知：发改办气候[2016]57号[EB/OL].(2016-01-11)[2017-12-31].

[8]天津市发展和改革委员会.天津市发展改革委关于开展碳排放权交易试点工作的通知:津发改环资[2013]1345号[EB/OL].天津:天津市发展和改革委员会,(2013-01-02)[2017-04-24].