中国钢铁工业绿色发展工程科技战略及对策-张春霞

第50卷第10期2015年10月Vol.50，No.10，p1-7October2015钢铁IronandSteelDOI：10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150322中国钢铁工业绿色发展工程科技战略及对策张春霞1，王海风1，张寿荣2，殷瑞钰1（1.钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室，北京100081；2.武汉钢铁(集团)公司，湖北武汉430080）摘要：针对中国钢铁工业绿色发展问题进行研究，在分析绿色发展、循环发展、低碳发展的概念及其相互关系的基础上，提出了钢铁工业绿色发展的科学内涵。基于对当前中国钢铁工业绿色发展的现状和面临挑战的分析，研究预测了未来中国钢铁工业的能源消费总量和污染物排放总量的峰值；提出了2020年钢铁工业绿色发展的目标和钢铁工业发挥三大功能、与其他行业及社会构建生态链接的设想；筛选和凝练出“十三五”钢铁工业绿色发展的三大引领性重大工程、三类关键技术35个和5个示范带动项目；最后提出了中国钢铁工业绿色发展的措施及政策建议。关键词：中国钢铁工业；绿色发展；峰值；情景分析；工程科技；战略对策文献标志码：A文章编号：0449-749X（2015）10-0001-07StrategicstudyongreendevelopmentofChinesesteelindustryZHANGChun-xia1，WANGHai-feng1，ZHANGShou-rong2，YINRui-yu1（1.StateKeyLaboratoryofAdvancedSteelProcessesandProducts，CentralIronandSteelResearchInstitute，Beijing100081，China；2.WuhanIronandSteel(Group)Company，Wuhan430080，Hubei，China）Abstract：IssuesofgreendevelopmentofChinesesteelindustryarestudied.Thegreendevelopmentconnotationsofsteelindustryareputforwardbasedonanalysisoftheconceptandtherelationshipsamonggreendevelopment，recyclingdevelopmentandlow-carbondevelopment.ThepresentstatusandchallengesonthegreendevelopmentofChinesesteelindustryareanalyzed.ScenarioofpeakpointofthetotalenergyconsumptionandthetotalpollutantemissionsforChinesesteelindustryinthefutureareanalyzed.Then，targetsofgreendevelopmentofChinesesteelindustryfacing2020areset.Itisemphasizedthatsteelenterprisesmustdevelopinharmonywiththesocietyandshouldbeintegratedintothecirculareconomybasedonfunctionextension.Finally,3leadingengineeringprojects,3kindsof35keytechnologies,5demonstra-tionprojectsandaseriesofstrategyandpolicyareproposedforthegreendevelopmentofChinesesteelindustryduringthe13thfiveplan.Keywords：Chinesesteelindustry；greendevelopment；peakpoint；scenarioanalysis；engineeringtechnology；strategy绿色发展源于环境保护领域，是资源承载能力和环境容量约束下的可持续发展[1-2]，是培育新的经济增长点、保护生态环境活动的总和。广义的绿色发展包括存量经济的绿色化改造和发展绿色经济两方面，覆盖了国民经济的空间布局、生产方式、产业结构和消费模式，也是“转方式、调结构”的重要方式。狭义的工业绿色发展包括绿色生产制造过程、产品绿色化、节能减排、清洁生产、企业绿色化等。循环经济是以“3R”为基本原则，在一定条件下将物质、能量、时间、空间、资金等“五要素”有效地整合在一起。循环经济是有循环成本的、有资金流动增值内涵、利于形成“资源-产品-废弃物-资源再生”的再生循环发展模式，是实现经济效益、社会效益和环境效益协同发展的经济模式[3]。低碳发展源自气候变化领域，本质是能源与发展战略调整，核心是能源技术创新、碳汇技术的发展和制度创新以降低单位GDP的碳强度，避免温室气体浓度升高影响人类的生存和发展。低碳发展的着基金项目：中华人民共和国工业和信息化部与中国工程院重大咨询项目资助项目（2013-ZD-3）；国家自然科学基金资助项目（51234003）作者简介：张春霞（1963—），女，博士，教授级高级工程师；E-mail：[e-mail]；收稿日期：2015-07-09第50卷·2·钢铁眼点是未来几十年的国际竞争力和低碳技术市场，具体体现在能源效率提高、能源结构优化以及消费行为的理性化[4]。绿色发展、循环发展和低碳发展相辅相成，相互促进，构成一个有机整体。绿色化是发展的新要求和产业的转型主线，循环发展是提高资源效率的途径，低碳发展是能源战略调整的目标。从内涵看，绿色发展更为宽泛，涵盖循环发展和低碳发展的核心内容，循环发展、低碳发展则是绿色发展的重要路径和形式，因此，可以用绿色化来统一表述。本研究所指的钢铁工业与国际上的概念一致，主要是钢铁生产企业，即主要包括焦炭、球团、烧结、直接还原铁、高炉炼铁、转炉炼钢、电炉炼钢、炉外处理（含铁水预处理与钢水精炼）、连铸、热轧、冷轧、深加工以及配套系统等。不包括铁合金、耐火材料和炭素等。1钢铁工业绿色发展的内涵钢铁工业是典型的流程制造业[5]。流程制造业往往是指原料经过一系列以改变其物理、化学性质为目的的加工-变性处理，获得具有特定物理、化学性质或特定用途产品的工业。流程制造业有时为突出其物料流在工艺过程中不断进行加工-变性、变形的特点，也可称为流程工业。流程工业的工艺流程中各工序（装置）加工、操作的形式是多样化的，包括了化学的变化、物理的变化等，其作业方式则包括了连续化、准连续化和间歇化等形式[5]。对钢铁制造流程动态运行的物理本质研究可以清晰地推论出：在未来可持续发展过程中，钢厂的制造流程（特别是高炉-转炉长流程）将主要发挥三大功能（图1）[5-6]，即：钢铁产品制造功能、能源转换功能、废弃物（企业的、社会的）消纳-处理和再资源化功能。钢铁工业绿色发展，指按照循环经济的基本原则，以清洁生产为基础，重点抓好资源高效利用和节能减排，全面实现钢铁产品制造、能源转换、废弃物处理-消纳和再资源化等三大功能、具有低碳特点，能与其他行业和社会实现生态链接，从而实现良好的经济、环境和社会效益的发展模式。图1钢厂生产流程功能的演变趋向Fig.1Functionextensionofthesteelmanufacturingprocess2钢铁工业绿色发展现状和挑战2.1钢铁工业绿色发展现状自2000年以来，中国粗钢产量快速增加，2014年中国粗钢产量达8.22亿t，约占世界粗钢产量的49.5%。2012年，中国钢铁工业总能耗约占全国的13.2%，新水消耗约35亿t，约占全国工业新水量的3%。（1）钢铁产品制造功能。钢材质量明显改善，基本满足经济发展和产业结构调整的需要；工艺技术装备水平显著提升，主要技术经济指标取得明显进步（表1）[5，7-8]，具有目前世界最现代化、最大型冶金装备，主要工序主体装备的本地化率达90%以上[9]。吨钢新水消耗由2000年的25.24t/t降至2013年的3.5t/t（图2）。（2）能源转换功能。2000年以来，一些节能技术迅速普及，如TRT、CDQ等（图3）[10-11]，煤气高效、高值利用，自发电比例提高，能源中心逐步建设，界面模式优化及与物质流协同运行的能量流网络优化开始得到重视，使吨钢综合能耗不断下降。2012年重点钢铁企业的吨钢综合能耗比2000年下降约27%（表1），缩小了与国际先进水平的差距。中国钢铁工业绿色发展工程科技战略及对策第10期·3·表12000——2013年中国钢铁工业技术经济指标变化Table1TechnicalandeconomicindexesofChinesesteelindustryfrom2000to2013时间2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年2009年2010年2011年2012年2013年吨钢综合能耗/（t·t－1）0.9200.8760.8150.7700.7610.7410.6450.6280.6270.6150.5990.6000.6010.592高炉喷吹煤粉/（kg·t－1）117122126118116120134136134145149148151149高炉入炉焦比/（kg·t－1）437422417430427412397396400374369376363363高炉利用系/（t·m－3·d－1）2.152.342.462.472.522.642.712.742.632.622.592.632.512.46转炉炉龄/炉35003526438646315218564768248558923394351042711882115647363连铸比/%86.9789.4493.0396.1998.3597.5198.5398.6998.8599.3899.4799.3999.5599.67重点钢铁企业综合成材率/%92.4894.0194.1994.9294.9895.6195.4595.3295.396.0896.196.0496.2196.3注：2000—2005年电力折算系数为0.404kg/（kW·h）；2006—2013年电力折算系数为0.1229kg/（kW·h）。图22000——2013年中国重点钢铁企业吨钢新水消耗量的变化Fig.2ChangeofspecificfreshwaterconsumptionpertonsteelofChinesekeysteelplantsfrom2000to2013图31990——2010年中国钢铁工业CDQ和TRT的普及率变化Fig.3DeploymentofCDQandTRTofsteelindustryinChinafrom1990to2010（3）废弃物处理-消纳和再资源化功能。中国重点钢铁企业主要污染物排放强度逐年降低。与2000年相比，2013年吨钢烟粉尘排放量、SO2排放量和吨钢化学需氧量排放量分别降低了88.8%、77.3%和96.8%；钢铁工业固体废弃物利用率提高；钢铁行业与石化、化工、建材、电力等其他行业建立起生态链接，部分钢铁企业开始利用城市中水（表2），并利用钢厂低温余热为社区供暖。表2部分钢铁企业城市中水利用和处理能力Table2Dispositionandutilizationcapacityofcivilsewagewaterinsomesteelplants钢厂名称唐钢太钢济钢宁钢处理能力/（t·d－1）36000240007000390002.2中国钢铁工业绿色发展面临挑战（1）产业规模大、粗钢产量增速快。虽然吨钢综合能耗逐年下降，但由于粗钢产量增加太快，使得钢铁工业的能源消耗总量和污染物排放总量居高不下。与2000年相比，2012年中国吨钢能耗下