钢铁企业自产石灰碳排放计算与经济性分析

焦鹏琳 张紫禾陈 颖

（1天津环科环境咨询有限公司 天津 300191 2国网天津市电力公司经济技术研究院 天津 300171 3天津市环境保护科学研究院 天津 300191）

引言

以化石燃料为基础的科学技术不断进步给世界各国的经济和社会发展提供了强大的动力，但是与此同时导致的各种环境污染问题也逐步加深。随着我国市场经济的快速发展，二氧化碳的排放问题已经成为阻挡我国实施可持续发展战略的不可忽视的重要因素。钢铁行业既是国民经济中的支柱行业，同时也是资源消耗、能源消耗、碳排放报告的重点行业。

现代炼铁绝大部分采用高炉炼铁，在炼铁炉内把铁矿石炼成生铁，再以生铁为原料，用不同方法炼成钢，再铸成钢锭或连铸坯。在钢铁冶炼过程中，为了除去磷、硫等杂质，造成反应性好、数量适当的炉渣，需要加入氧化钙纯度较高的冶金石灰作为熔炼钢铁的熔剂[1]。石灰生产过程中，将主要成分为碳酸钙的天然岩石，在适当温度下煅烧，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化钙为主要成分的产品即为石灰，又称生石灰。因此，石灰的生产意味着大量二氧化碳碳的排放，属于碳排放中的工业生产过程排放，需包括在碳排放报告中。如今国家以碳排放权交易的方式来控制碳排放，意味着企业的生产产品成本将会比从前多增加一部分购买碳配额的费用，这一变化将会改变企业原先的资金结构。但是，目前多数钢铁企业自备石灰窑，可自产石灰，以减少石灰外购部分的支出，但其无法规避碳市场下自产石灰产生碳排放而需购买的碳配额费用。因此，本文将以天津市某钢铁联合企业的石灰生产活动数据为基础，对该企业在碳排放控排背景下石灰自产与外购所引发的成本与费用进行计算、比较和分析。

1 碳控排背景下自产石灰碳排放量计算与成本分析方法

1.1 石灰生产过程CO2排放因子计算方法

石灰生产是采用在石灰窑中煅烧石灰石的方式进行的，石灰石主要是由碳酸钙（CaCO3）和碳酸镁（MgCO3）组成，这两种物质在生产过程中发生分解反应产生氧化镁（MgO）和氧化钙（CaO），以及大量的二氧化碳（CO2），根据氧化镁含量的多少，石灰分为钙质石灰和镁质石灰，反应方程式如下：

计算石灰生产过程CO2排放因子时，根据国家温室气体排放清单[2]中给出的计算公式，如下：

式中：EFCO2表示石灰生产过程CO2排放的排放因子，tCO2/t熔剂；Rcao表示石灰中CaO含量加权平均值，%；MCO2表示CO2的摩尔质量，kg/mol；Mcao表示 CaO 的摩尔质量，kg/mol；RMgo表示石灰中MgO含量加权平均值，%；MMgo表示MgO的摩尔质量，kg/mol。

1.2 石灰生产碳成本计算方法

碳成本也叫做碳社会成本，是指向每单位空气内排入的碳量超过环境可容纳程度的部分，对环境造成的危害用货币计量的价值，是衡量碳排放对环境气候危害的重要指标。碳成本区别于传统成本之处在于碳成本是在特定制度规定下的产生的成本，可通过某种制度的安排，将带有外部性的碳排放成本内部化为企业成本。生产单位石灰所产生的碳成本的计算公式如下：

式中：Cc表示生产单位石灰所产生的碳成本，元/tCaO；UCc表示单位二氧化碳排放所对应的碳价，元/tCO2；EFCO2表示石灰生产过程CO2排放的排放因子，tCO2/t熔剂；YCaO表示石灰CaO的产量，t，YCaO=1。

1.3 石灰自产总成本与外购费用的比较方法

碳成本是碳市场下的新名词，对于纳入碳减排的企业，在其生产总成本中均应考虑碳成本这一要素。因此计算石灰自产总成本，应在石灰生产成本的基础上增加碳成本，公式如下：

式中：CSP表示石灰自产总成本，元/tCaO；CP表示石灰自产成本，元/tCaO；Cc表示石灰自产所需支付的碳成本，元/tCaO。

石灰外购费用可用CB表示，并与CSP进行比较。当CB＜CSP时，外购石灰比自产石灰更加经济；当CB＞CSP时，自产石灰比外购石灰更加经济；当CB=CSP时，自产石灰与外购石灰价格持平。

2 碳控排背景下石灰成本计算和比较

2.1 石灰生产碳成本

选取天津市某钢铁联合企业的石灰生产过程为研究对象，根据其提供的石灰生产活动水平数据，对石灰生产过程CO2排放因子进行计算。数据包括该钢铁联合企业2013-2015年每月生产石灰的产量，以及CaO、MgO在其中所占的比例。由于数据体量较大，以2014年该钢铁联合企业石灰生产基础数据2014年数据为例（如表1所示）进行计算。

表1 某钢铁联合企业2014年石灰生产基础数据

根据表1所示数据并通过公式（3）可以计算出钙灰2014年排放因子数值为0.67，镁灰2014年排放因子数值为0.81。通过将该年钙灰和镁灰排放因子加权平均后，可以计算出该厂2014年石灰生产的排放因子EF2014为0.685。通过上述计算方法，计算出2013年石灰生产排放因子EF2013为0.707，2015年排放因子EF2015为0.682。最后，将计算出三年的排放因子进行加权平均，得出该厂石灰生产排放因子值EFco2为0.686。

当前，天津碳市场中单位二氧化碳排放所对应的碳价UCC为15元/tCO2，由前文知，该钢铁联合企业每生产一吨石灰将排放0.686 tCO2，通过公式（4）-（6）推导计算得知该钢铁联合企业自产单位石灰将产生10.29元的碳成本CC支出。

2.2 石灰自产成本

该钢铁联合企业有两种石灰窑，分别是石灰竖窑和石灰回转窑。不计设备、人工、管理等间接费用，通过石灰竖窑生产单位石灰，其直接材料费（原材料、辅助材料、备品备件、燃料及动力等）约为368元，通过石灰回转窑生产单位石灰，其直接材料费约为286元，从而估算出该钢铁联合企业自产石灰所需的平均费用约为327元/吨，记为石灰自产成本CP。

2.3 石灰自产总成本与外购费用的比较

根据计算出的该钢铁联合企业石灰自产成本CP为327元/tCaO，及其产生的碳成本CC为10.29元/tCaO，可知该钢铁联合企业每自产一吨石灰的总成本CSP为337.29元/tCaO。又据调查，与该钢铁联合企业所生产石灰类型的石灰的市场购买价格CB约为450元/tCaO。因此，将该钢铁联合企业自产石灰总成本与市场外购费用二者进行对比，可见该钢铁联合企业自产石灰比外购石灰相对更加经济，企业自产石灰较外购石灰每吨石灰成本节约约110元。

3 石灰成本计算结果分析

3.1 石灰生产过程CO2排放因子值分析

通过公式计算出的排放因子存在一定的不确定性，一是来自于石灰中氧化钙、氧化镁含量抽样调查的误差，由于石灰生产受工况、原料品质等多方面影响而企业普遍采用以日产量为一批量的机械抽样法抽样，导致样品中氧化钙、氧化镁含量不能准确的代表实际产品中二者的含量；二是来自于企业进行化学分析的误差，虽然化学分析的方法已经十分精确，但仍有系统误差和随机误差的存在，也会使测量值与实际值产生一点的偏差。

3.2 碳市场碳价情况分析

碳市场概念引入中国的时间不长，天津作为试点省市一直处于摸索阶段，碳市场管理、配额分配制度都不完善，导致碳市场目前处于一个低迷的阶段，市场活跃度远远没有达到理想水平，因此碳价也未能达到理想值。如今，国家通过将前几年各个试点省市出现的问题汇总，逐渐建立了较为完善的碳市场体系并于2017年开启全国碳市场，根据国家发展与改革委员会气候司的预测，全国碳价的理想值应在300元/tCO2，与当前碳市场的碳价差异巨大。假设研究企业石灰自产总成本与外购费用相等，均为450元/tCaO，石灰自产成本CP为327元/tCaO，石灰生产排放因子值EFco2为0.686，石灰CaO的产量Ycao为1，根据公式（8）反推碳价UCC为179.3元/tCO2。不同碳价下研究对象石灰自产总成本与石灰外购费用对比图如图1所示。

图1 不同碳价下研究对象石灰自产总成本与石灰外购费用对比图

通过图1可以看出，当按照当前市场碳价15元/tCO2，低于179.3元/tCO2时，该研究企业自产石灰明显外购石灰更为经济；当碳价达到179.3元/tCO2时，该研究企业自产石灰与外购石灰基本持平；当碳价达到理想值即300元/tCO2，高于179.3元/tCO2时，该研究企业自产石灰的价格远高于外购石灰的价格。

结语

《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》规定钢铁行业自产石灰部分碳排放属于工业生产过程排放计入企业排放总量中，意味着钢铁企业自产石灰的成本随之增加，在碳市场下，可根据碳价调整钢铁企业的石灰获取方式，对于该研究企业而言，目前的碳价水平下，企业自产石灰生产钢铁更为经济；当碳价高于179.3元/tCO2时，该企业可以通过外购石灰代替自产来降低成本。同时，随着碳市场的推广以及减排技术的增强，该研究企业也可通过新增减排设施或采用一些碳市场的操作手法而减小碳价波动产生的影响。经对碳控排背景下石灰成本计算、比较和分析可以看出，碳价的涨幅对钢铁生产企业的经济效益有着直接的影响，所以对于碳市场这一新生事物的应对必将是钢铁企业乃至所有高碳排放企业为保证效益而深入考虑的问题。

[1]张春霞,上官方钦,胡长庆,等.钢铁流程结构及对CO2排放的影响[J].钢铁,2010,45(5)：1-6.

[2]国家发展和改革委员会.省级碳清单编制指南(试行)[R].国家发展和改革委员会,2011.