5月30日，財政部發(fā)布《財政支持做好碳達峰碳中和工作的意見》，明確了財政支持的六大重點方向和領域，重點行業(yè)領域綠色低碳轉型是其中之一。在這一政策的加持下，鋼鐵行業(yè)推進“雙碳”的步伐將加快。

　　鋼鐵是具有剛性需求的基礎性材料。但目前，資源瓶頸和環(huán)境壓力越來越強烈地對鋼鐵發(fā)展構成了實質性約束。我國鋼鐵行業(yè)耗用的煤炭約占全國的20%，排放的二氧化碳約占全國的15%，在制造業(yè)中名列首位。在實施國家“雙碳”戰(zhàn)略中，鋼鐵行業(yè)肩負著重大的責任，面臨巨大的壓力。尋求現(xiàn)實、有效、經濟的減排模式和路徑，是鋼鐵行業(yè)面臨的重要課題。

　　習近平總書記重要講話、國家的頂層設計文件已經為該課題提供了一些明確的思路。習近平總書記2021年9月13日在陜西榆林化工公司考察時指出：“煤化工產業(yè)潛力巨大、大有前途，要提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能，促進煤化工產業(yè)高端化、多元化、低碳化發(fā)展?！苯衲?月份發(fā)布的《關于促進鋼鐵工業(yè)高質量發(fā)展的指導意見》提到“積極推進鋼鐵與建材、電力、化工、有色等產業(yè)耦合發(fā)展，提高鋼渣等固廢資源綜合利用效率”；《2030年前碳達峰行動方案》提出“深挖節(jié)能降碳潛力，鼓勵鋼化聯(lián)產”，昭示著國家對鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標提出了產業(yè)耦合的循環(huán)發(fā)展思路。本期，我們將圍繞此路徑進行深入探討。

　　01  如何確定鋼鐵減排新模式？——立足四大現(xiàn)實

　　據調研，鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標的技術路徑，大體可分為中近期和遠期兩大類型。

　　一類是遠期目標和路徑。從源頭開發(fā)不用碳的綠色能源和以“綠氫”代炭的還原體系，即用非化石能源制造“綠氫”，代替現(xiàn)有的炭能源，從而生產“零碳鋼”。這是一個美好的終極愿景，也是一項涉及我國整體能源結構調整的重大系統(tǒng)工程，不是鋼鐵行業(yè)單槍匹馬就能實現(xiàn)的，也需要漫長歲月。據日本鋼鐵聯(lián)盟2019年發(fā)布的信息：高爐使用“綠氫”替代碳還原生鐵，繼而生產“零碳鋼”，預計到2100年可以實現(xiàn)，距今約需80年。當然，中國可以加快能源結構調整步伐，但涉及的因素很多，不太可能在短期內實現(xiàn)。

　　另一類是從現(xiàn)實出發(fā)開拓減排新路徑。鋼鐵行業(yè)應綜合我國經濟發(fā)展階段、資源稟賦狀況和鋼鐵市場需求以及技術支撐能力等因素考慮，從實際出發(fā)，本著現(xiàn)實、有效、經濟的思路另辟減排途徑，即按照鋼鐵生產流程特點和優(yōu)勢，采用煉鋼生產排放的“富碳”與焦化生產排放的“富氫”，耦合成化工產品，固碳減排；同時將生產流程中大量顯熱余能優(yōu)化利用，用于發(fā)電等，向“鋼化聯(lián)產、高效用碳、大幅減排”的模式發(fā)展。

　　本文提出應主要考慮以下幾方面現(xiàn)實因素：

　　現(xiàn)實之一，鋼材需求短期內不會大幅度下降。今后一個相當長的時期，我國將仍然處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展階段，東部與西部、城市與農村差距較大，對鋼材的需求仍處高位，不會大幅度下降。因此，單靠限制鋼鐵產量而減少碳排放的空間有限。

　　現(xiàn)實之二，短流程電爐鋼還不具備大規(guī)模發(fā)展條件。我國廢鋼資源有限，電爐鋼不可能快速發(fā)展。2020年我國電爐鋼產量僅占10.4%，而且多數(shù)電爐還加入了30%~60%的高爐熱鐵水。因此，鋼鐵工業(yè)以長流程為主、用炭還原和加熱的工藝在近期不會明顯改變。

　　現(xiàn)實之三，我國以煤炭為主的能源結構將延續(xù)多年。據中國工程院專家研究測算，隨著我國能源結構調整，到2030年我國煤炭占能源的比例將從2020年的56.8%下降為50%左右，但煤炭仍然是主體能源。不講條件地減煤、棄煤是自剪羽翼，高效用煤才是正確選擇。

　　現(xiàn)實之四，僅依靠傳統(tǒng)思維和路徑實現(xiàn)“雙碳”目標的難度很大。回顧2010年～2020年的10年間，鋼鐵行業(yè)視節(jié)能減排為生命線，投入巨額資金，采用了最先進的技術裝備，節(jié)能降耗達到了國際一流水平。10年來，鋼鐵行業(yè)平均噸鋼綜合能耗由640千克/噸左右降到540千克/噸左右，下降了100千克/噸，降幅達15.6%，取得了舉世矚目的成績。然而，同期的鋼產量由6億噸增加為10億噸，增加了4億噸，增幅達66%。可見，鋼產量增長幅度是能耗下降幅度的4倍，導致了碳排放總量的繼續(xù)增加。顯然，僅靠傳統(tǒng)的節(jié)能減排措施，不能適應“雙碳”目標的要求。

　　因此，我們必須立足現(xiàn)實，根據鋼鐵工業(yè)的工藝流程特點，創(chuàng)新思路，開辟符合鋼鐵工業(yè)特色的減排新模式。

　　推進鋼焦融合、鋼化聯(lián)產的主導思路與優(yōu)勢

　　鋼鐵工業(yè)是多種要素并流的流程工業(yè)。在鐵素流、碳素流和價值流的運行過程中，具有顯著的煤炭高效轉換和增值增效功能。

　　在鋼鐵生產中，每生產1噸鋼，約需煉焦洗精煤482公斤、燒結燃料煤25公斤、高爐噴吹煤138公斤，共約650公斤。過去，我們習慣把煤炭作為“燃料”，為鋼鐵加熱“一燒了之”，葬送了它的價值功能。實際上，煤炭在完成鋼鐵生產過程中，按能量計算，有50%以上的能量可轉化為焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣和各種形態(tài)的顯熱余能，即所謂的余熱余能。其實，這些煤氣和余熱余能是制造化工產品的優(yōu)質原料或轉化新能源的寶貴資源。如果我們不充分認識并利用它的價值，不但能效低、附加值低，還增加了碳排放和污染；如果有效利用，制成化工產品，就能實現(xiàn)“固碳減排”并增值增效。

　　鋼鐵行業(yè)應大力推進鋼焦融合、鋼化聯(lián)產，將焦化與鋼鐵生產充分耦合，把傳統(tǒng)的鋼鐵廠轉化為“鋼鐵廠+化工廠+發(fā)電廠”，構建具有鋼鐵流程特色的節(jié)能、固碳、減排、增值的新模式。

　　鋼焦融合可實現(xiàn)煤氣資源的高效利用——制造化工產品。鋼焦融合企業(yè)產生的焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣具有各自的發(fā)生量、熱值、成分和性能特點（見表1）。

　　焦爐煤氣富含氫氣、轉爐煤氣富含一氧化碳，發(fā)揮這種系統(tǒng)資源優(yōu)勢，兩種煤氣匹配聚合，可生產甲醇或乙二醇、碳酸二甲酯等高附加值化工產品并分離甲烷生產天然氣，構成“鋼化聯(lián)產”新模式（見圖1）。

　　以年產鋼1000萬噸規(guī)模的鋼焦融合企業(yè)為例，經煤氣平衡測算，可優(yōu)化出轉爐煤氣13億標準立方米/年、焦爐煤氣16.38億標準立方米/年。充分利用這兩種煤氣，每年可生產甲醇約56.5萬噸、天然氣3.8億標準立方米。除生產甲醇和天然氣外，還有剩余的馳放氣和富余的高爐煤氣，可發(fā)電約17億千瓦時。該模式可減排二氧化碳約294萬噸/年，具體如下：

　　生產甲醇56.5萬噸，減排二氧化碳77.69萬噸；生產天然氣3.8億立方米，重量29.3萬噸，減排二氧化碳80.57萬噸；其他富余的煤氣發(fā)電17億千瓦時，減排二氧化碳136萬噸。

　　實例：山西晉南鋼鐵公司以焦爐煤氣與轉爐煤氣為原料建成的年產30萬噸乙二醇項目已投入運行。據2021年上半年運行數(shù)據，每生產1噸乙二醇和附產的天然氣，可消納焦爐煤氣3200立方米、轉爐煤氣1500立方米，乙二醇成本約3000元/噸，與化工行業(yè)傳統(tǒng)工藝成本（4500元/噸）相比，有明顯的成本優(yōu)勢。實施鋼化聯(lián)產、固碳減排后，每年可減排二氧化碳136萬噸。

　　從化工產品市場需求看，因乙二醇屬于無毒無害產品，是制造纖維、塑料等產品的重要原料，市場前景十分廣闊。據調查，全國每年消費乙二醇1500多萬噸，其中進口占比57%?；て髽I(yè)生產乙二醇利潤較高，而鋼鐵企業(yè)利用“廢氣”作原料，成本更低、效益更好。一個年產鋼1000萬噸的鋼鐵企業(yè)，1年可生產乙二醇50萬噸，在正常年份，利潤可達20億元以上，1年多即可收回投資成本。

　　鋼焦融合可實現(xiàn)余熱余能資源的高效利用——余熱余能發(fā)電。鋼焦融合企業(yè)與獨立的焦化企業(yè)相比，增加了更多的優(yōu)化用能和高效用能條件，提高了余熱余能自發(fā)電率。

　　在鋼焦融合企業(yè)中，煉鋼汽化冷卻煙道、軋鋼加熱爐和汽化冷卻爐筋管會產生大量的低參數(shù)余熱蒸汽，可引入化產系統(tǒng)滿足工藝對低參數(shù)蒸汽的需要；干法熄焦（CDQ）產生的高溫高壓蒸汽直接實現(xiàn)純凝高效發(fā)電，發(fā)電量可達110千萬時/噸焦～150千瓦時/噸焦，而不必經降溫降壓或抽汽生產出低參數(shù)蒸汽再用于化產系統(tǒng)；煙氣顯熱采用煤調濕（CMC）技術，對煉焦洗精煤進行烘干調濕，裝爐煤含水量每下降1個百分點，煉焦耗熱量可降低55兆焦耳/噸～62兆焦耳/噸；焦化初冷器循環(huán)水熱量可用于焦化—鋼鐵多聯(lián)產系統(tǒng)的保溫和制冷；荒煤氣顯熱還可采用特殊設計的換熱器，加熱熱導油用于化產系統(tǒng)或產生蒸汽用于發(fā)電；CDQ（干法熄焦發(fā)電技術)、CCPP（燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術）、余熱蒸汽發(fā)電產生的電力可全部被鋼焦融合企業(yè)所消納，自發(fā)電率可達67%，從而減少社會供電和二氧化碳排放（見圖2）。

　　鋼焦融合可實現(xiàn)焦炭資源的高效利用——高爐節(jié)能減炭。干熄焦（CDQ）技術以惰性氣體替代噴水對熾熱紅焦進行降溫冷卻，可以明顯改善焦炭質量，可使焦炭的抗碎強度指標M40提高3%～8%、抗磨強度指標M10改善0.3%～0.8%，焦炭的熱反應性(CSR、CIR)均有所改善，并且大幅度降低了焦炭的含水量。高爐長期使用干熄焦炭時，可提高噴煤量、提高生產能力、降低焦比，節(jié)焦量在2%~7％之間或者更多；且在相同質量前提下，自產焦炭比外購能夠節(jié)省成本100元/噸~400元/噸。干熄焦（CDQ）技術、CMC（煤調濕技術）應用后，焦炭粒度分布均勻，焦炭機械強度提高，M40提高1%~1.5%，M10改善0.5%~0.8%，高爐冶煉節(jié)焦量為5千克/噸鐵~7.5千克/噸鐵。

　　鋼焦融合可提高吸納煉焦污染物能力——提升環(huán)保水平。鋼焦融合企業(yè)具有更大的流程功能優(yōu)勢，與獨立焦化廠相比，可消納焦化產生的多種廢棄物。

　　以年產120萬噸焦炭規(guī)模的焦化廠為案例，鋼焦融合產生的環(huán)保效果如下：蒸汽消耗大幅度減少，可降低到5噸/小時以下，能源效率更高；酚水量大大降低，可減少酚水量29.35萬噸/年，實現(xiàn)焦化廢水最小化；焦化廢水經處理后可用于鋼鐵制造流程中的高溫工藝進行消納降解，實現(xiàn)焦化廢水零排放。鋼焦融合企業(yè)應用CDQ技術，可實現(xiàn)節(jié)水0.44立方米/噸焦；應用CMC技術，可減少焦化酚氰廢水量25千克/噸焦~30千克/噸焦。

　　對“鋼焦融合、鋼化聯(lián)產”模式的基本評估和減排效果初步測算

　　本文的核心是從我國國情和鋼鐵工業(yè)的現(xiàn)實出發(fā)，發(fā)揮鋼鐵工業(yè)特有的流程優(yōu)勢，通過鋼焦融合、鋼化聯(lián)產，把“碳”由燃料轉化為原料；由排放固化為產品，走綠色、低碳、高效發(fā)展道路。

　　在減排效果測算上，我們借鑒北京國金衡信認證公司近幾年對30多家鋼鐵企業(yè)現(xiàn)場采集的有關數(shù)據及優(yōu)化平衡測算，以年產鋼1000萬噸的鋼焦融合企業(yè)為例，對“鋼焦融合、鋼化聯(lián)產”運行效果進行了初步測算，其結果是：每年可生產乙二醇56.5萬噸/年；生產天然氣3.8億立方米/年；余熱余能（不含已用于制造化工產品的焦爐和轉爐煤氣）自發(fā)電比可達到67%。以上3項（甲醇、天然氣、自發(fā)電）每年可減排二氧化碳約294萬噸。

　　若包括焦化廠能量網絡優(yōu)化、鋼鐵流程低溫余熱社會分布式利用等，可減排二氧化碳525萬噸/年，即噸鋼減排0.525噸二氧化碳。若按噸鋼排放二氧化碳2噸左右計算，減排幅度為26%，這是一個很大的減排空間。

　　構建鋼焦融合、鋼化聯(lián)產、低碳排放新模式的基礎條件，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)實現(xiàn)鋼鐵產能與焦化產能相匹配，形成完整的工藝流程。但由于歷史原因，我國鋼焦分離狀態(tài)十分突出，難以構建新模式，也難以實現(xiàn)“雙碳”目標。

　　據統(tǒng)計，2020年全國生產焦炭4.26億噸，其中鋼鐵企業(yè)自產焦炭1.56億噸，占比僅36.6%；獨立焦化廠產焦2.7億噸，占63.4%。也就是說，鋼鐵企業(yè)約有2/3的焦炭缺口要靠獨立焦化廠供給。

　　獨立焦化企業(yè)，由于生產單一，不能形成物質流與能量流的系統(tǒng)優(yōu)化，直接導致能源轉換效率低下，既浪費了資源，又污染了環(huán)境。

　　盡管國家三令五申限制獨立焦化廠發(fā)展，特別是對炭化室高度4.3米及以下的小焦爐，早已列入淘汰目錄，但由于其產量高達1.4億噸，涉及3億多噸鋼的供焦問題，加之一些地區(qū)限制鋼鐵企業(yè)配套建設潔凈化大型焦爐，為落后的小焦爐提供了市場空間，很難淘汰。

　　獨立焦化廠的主要問題：

　　一是焦爐煤氣利用不合理，升值利用受限。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)可以將高爐煤氣替代焦爐氣加熱，實現(xiàn)氣體資源價值優(yōu)化和環(huán)境質量本質改變，而獨立焦化廠將自產焦爐煤氣的50%以上用于焦爐自身加熱，不但燒掉了寶貴的資源，還造成二氧化硫、氮氧化物排放污染。

　　二是干熄焦技術普及率低。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)從綜合價值考慮，普遍實施節(jié)能環(huán)保的干熄焦技術，使鋼鐵流程顯著降低成本、降低碳排放。而獨立焦化廠普遍使用濕法熄焦，大量浪費能源、大量耗水、污染嚴重。

　　三是獨立焦化廠對焦化污水難以高效治理。鋼鐵企業(yè)是高溫流程，在高爐沖渣、轉爐悶渣工序可以對焦化流程產生的有機廢水、濃鹽水進行高效消納處理，而獨立焦化廠不具備這些條件。

　　綜上所述，我國鋼焦處于嚴重分離狀態(tài)，不論對鋼鐵企業(yè)還是獨立焦化企業(yè)而言都是劣勢，難以發(fā)揮鋼鐵行業(yè)特有的流程功能優(yōu)勢，不利于“雙碳”目標的實現(xiàn)。

　　在實施“雙碳”戰(zhàn)略中，鋼鐵工業(yè)必須從現(xiàn)實出發(fā)，運用系統(tǒng)工程的觀念，加快推進“鋼焦融合、鋼化聯(lián)產”協(xié)同創(chuàng)新，開拓節(jié)能減排增效的高質量發(fā)展新模式。為此，特提出以下6條建議。

　　第一條：貫徹新發(fā)展理念，提高對鋼焦融合發(fā)展的新認知。在創(chuàng)新意識的驅使下，需重新認知鐵素流與碳素流的耦合效用：可以將“燃料”變“原料”,將污染物轉化為化工產品，從而實現(xiàn)固碳減排，向“用炭不排碳”的方向發(fā)展。

　　第二條：加強頂層設計，推進鋼焦融合新發(fā)展。鋼鐵與焦化企業(yè)的分離由來已久，既有歷史原因，更有地域性體制障礙。為此，亟待加強全國性統(tǒng)籌謀劃，支持鋼鐵企業(yè)完善工藝，匹配焦化工序，落實產能置換政策，推進鋼焦深度融合、協(xié)同發(fā)展。

　　第三條：建立鋼焦融合示范工程，引領鋼鐵行業(yè)構建“雙碳”新模式。本著“先立后破、先行先試、分類指導、創(chuàng)新驅動”的原則，樹立標桿、典型引路，穩(wěn)步推進鋼焦融合發(fā)展。

　　第四條：加強技術研發(fā)，倡導協(xié)同創(chuàng)新。鋼化聯(lián)產是一項跨行業(yè)、跨技術領域的新模式，需要行業(yè)之間技術融合，倡導鋼鐵企業(yè)與能源、化工等專業(yè)研發(fā)機構合作，加快推進“雙碳”目標進程。

　　第五條：加大政策扶持，發(fā)揮市場作用。國務院《2030年前碳達峰行動方案》中明確“鼓勵鋼化聯(lián)產”。如何落地需要有實施細則，并建議設立專項基金，在國家支持下，引導社會資本積極參與，助力鋼焦融合發(fā)展。

　　第六條：加強組織領導，完善管理與考核。鋼焦融合、鋼化聯(lián)產，涉及跨地區(qū)、跨行業(yè)能耗、能效、用煤及排放等指標考核，需要國家相關部門統(tǒng)籌協(xié)同。建議各級政府重點考核鋼鐵企業(yè)炭利用效率、二氧化碳排放量、企業(yè)余熱余能自發(fā)電率等指標，逐步建立“雙碳”工作的長效機制。

　　樊三彩

　　鋼鐵、化工都是歷史悠久的傳統(tǒng)行業(yè)，目前也都面臨低碳轉型的相同使命，如果能夠攜起手來，積極探索一種循環(huán)經濟耦合發(fā)展的模式，或許是實現(xiàn)“雙碳”目標成本最優(yōu)、效益最好的一條“雙贏”甚至“多贏”路徑，不僅經濟效益高，還將產生明顯的社會效益。

　　其實當前，已有很多鋼企在這方面進行著積極的實踐——

　　4月29日晚，吉林市政府與建龍集團簽署《鋼化新材料產業(yè)園項目投資框架協(xié)議》，建龍鋼鐵將在此地實現(xiàn)鋼化聯(lián)產，積極推動副產品和生產廢料綜合循環(huán)利用；

　　晉南鋼鐵積極構建鋼—焦—化—氫全閉環(huán)低碳產業(yè)鏈，2021年噸鋼碳排放為1.58噸，較鋼焦聯(lián)合企業(yè)碳排放平均水平1.85噸下降了15%；噸鋼綜合能耗為502千克標準煤，達到了《高耗能行業(yè)重點領域能效標桿水平和基準水平（2021年版）》的標桿水平；

　　榮程集團著力打造全國首家“鋼化聯(lián)產—氫冶金”試驗工廠，目前正在積極開展噴吹天然氣試驗前期各項準備工作；

　　……

　　鋼化聯(lián)產是整合資源利用、降低一次能源消耗、減少污染排放的高質量發(fā)展新模式，有專家稱其為“真正意義上的碳中和措施”。相較于企業(yè)內部流程改造升級的“小改小革”與革命性的氫冶金，鋼化聯(lián)產似乎是介于中間的成本—效益比最佳的一條路徑。雖然所有的低碳技術、模式最終都要接受市場的檢驗，但已經被寫入國家頂層設計文件的“鋼化聯(lián)產”模式，未來必將迎來巨大的發(fā)展空間，給行業(yè)帶來一次意義深遠的理念變革和生產方式變革。為此，鋼企務必緊抓政策機遇，算好“經濟賬”“環(huán)保賬”，寫好“鋼化聯(lián)產”大文章！