钢铁行业碳排放量核算方法的实证性研究

工业安全与环保

－８６・

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２０１２年第３８卷第６期

ｊＩｍｅ２０１２

钢铁行业碳排放量核算方法的实证性研究

张肖１

向晓东１

刘汉杰２

吴高明２

（１．武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室武汉４３００８１；

２．武汉钢铁（集团）公司武汉４３００８３）

摘要介绍了碳排放量核算的基本原理与通用方法。以某钢铁公司焦化厂Ｃ０２排放量计算为实例，对比分析了物料衡算法和经验计算法的合理性和准确性。研究发现，对于钢铁企业来说，采用ＩＰＣＣ方法进行ｃ０２排放量的计算是可行的。

关键词碳排放量钢铁行业物料衡算法经验计算法

ＰｒａｃｔｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ

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《Ⅱ】ＣＣ指南》［４】对实测法、物料衡算法和经验计算法作出了更详尽的描述。

Ｃ如翩蜊伽８

ｊｓｆｅａｓｉｂｌｅｉｎｉｒｏｎａｎｄｓ【ｅｅｌｉｎｄｕｓｔｔ７．

０引言

２０００年以来，世界的Ｃ０２排放总量就超过了

２００亿ｔ。２００９年，全世界大约排放ｃ０２３４０亿ｔ，其

中，钢铁工业ＣＱ排放量在排放总量中占相当大的比例【ｌｊ。要控制钢铁行业的碳排放量，就必须先对钢铁生产的各生产工艺和过程【２ｊ的碳排放量进行核算，掌握各生产环节ｃ０２的准确排放量，进行污染源的环境影响预测，从而为科学合理地制定污染物减排指标提供依据，同时也为钢铁行业发展低碳经济【３Ｊ、开展ｃ０２的回收利用工作提供思路和途径。

碳排放量计算方法同污染物排放量计算方法类似，主要有３种，即实测法、物料衡算法和经验计算法。３种方法各有所长，互为补充，应用时应适时选用。目前。钢铁行业还缺少关于ｃ０２排放量核算方

实测法是《观ｃ指南》所描述的第３种方法。

它是通过对现场燃料设备进行有关参数的实际测量

并进行碳平衡计算，需要特定工厂的Ｇ０２排放数据或特定工厂的活动数据。一般来说，实测结果较准确，但工作量大，费用高，而且很多数据是很难测定的。为弄清各类量大面广的典型燃烧设备的碳氧化率及排放系数，实测是必要的。

物料衡算法是对生产过程中所使用的物料进行定量分析的一种科学方法。鄢《口Ｃｃ指南》中介绍的第２种方法，也叫工序碳平衡法。它遵守质量守恒定律，即生产过程中，投入某系统或设备的物料质量必须等于该系统产出物质的质量，表达式如下：

∑Ｇ投入＝∑Ｇ产品＋∑Ｇｊ员失

（１）

法．但国内外关于电力、建筑等行业的Ｃ０２排放计算

的规范或标准为钢铁行业Ｃ０２排放量核算方法提供

对碳平衡而言，下述表达式也同样是正确的：

∑Ｇ投入ｃ＝∑Ｇ产品ｃ＋∑Ｇ损失ｃ

的碳：

∑Ｃ投人ｃ＝∑Ｃ产出ｃ

（３）（２）

了重要依据，本文对碳排放量计算的一般原理与方

法进行简单的介绍。并将其应用于钢铁行业典型排放源的碳平衡计算，得到了计算钢铁行业碳排放量的实用性方法。

ｌ碳排放计算原理与方法

或者说，投人燃料和原料等中的碳等于总产出

该通用公式既适用于整个生产系统，又适用于

万方数据

某一工序或某一燃烧设备的碳平衡计算。不论进入某系统的碳是否发生化学反应，或化学反应是否完全，通用公式总是成立的。

例如焦化厂焦炉碳平衡公式：

Ｃ投入＝进入焦炉燃煤总碳量Ｃｃｃ＋炉中熔剂碳量ＣｐＭ＋炉中消耗的煤气量ＣＧ

（４）

Ｃ产出＝焦炭产量Ｃｃ＋焦炉气产量Ｃｃｏｏ＋炉中副产品量Ｃｃ０Ｂ

（５）

经验计算法对应于｛ｉＰＣＣ指南》中介绍的第１

种方法——基于产量的排放因子，它是根据生产同

一产品的各类工艺、规模下的生产过程中的排放系数进行加权计算，得出一个较实际的单位产品的经验排放系数，进而计算出某产品碳排放量。即：

晚＝玩Ｘ尬

（６）

式中，Ｑ为生产菜产品碳排放量，如为生产某单位

产品的经验碳排放系数，Ｍ为某产品的产量。

对于每单位钢产量产生的排放量因钢生产的方法不同而有很大差异，所以计算时应先确定不同类型的炼钢过程生产的钢所占份额，计算各个过程的排放量，然后对估算值求和。经验计算方法虽然计算工作简化，但是得出某一生产过程中的单位产品的经验碳排放系数却不是件容易的事，需要对碳排放源进行调查研究，积累各工艺各规模下的经验数据，以较科学的加衩法来确定单位产品的经验排放系数。

２碳排放量的计算——以焦化厂为例

钢铁工业排放ｃ０２主要是由于燃料在炉窑中燃烧和生产工艺过程的化学反应产生的（如烧结、炼焦、石灰焙烧、钢铁冶炼等过程中产生的废气）。由于非化石燃料参与反应会影响Ｃ０２排放量，故采用工序碳平衡算法计算碳排放量。炼焦是钢铁企业

ｃ０２的主要排放源之一，准确计算其排放量十分重

要。这里选取某钢铁公司焦化厂（烧结、炼铁、炼钢、

连铸、热轧、冷轧等工序的计算类似），采用物料平衡

法和经验计算法计算了２００５－－＇２００９年的Ｃ０２排放量，用以阐明ｌｌ。ＣＣ方法在钢铁行业中的实用性。

某钢铁厂的焦化环节２００５—２００９年各原料使用和产品情况如表１所示。

２．１经验计算法一基于产量的排放因子

按照｛ｎ，ｃｃ指南》提供的方法ｂｊ，采用式（７）计算：

Ｅｃｏ，＝Ｃｏｋｅ。肝眦

（７）

式中，Ｅｍ为生产焦炭的ｃ０２排放量，１０４ｔ；Ｃｏｋｅ为

焦炭产量，ｌｆＰｔ；ＥＦｃ０＾为排放系数，１０４ｔｃｏ｜２／１０４ｔ焦炭产量。

万方数据

・８７・

表ｌ某焦化厂２００５—２呻９年各原料使用和产品情况

《战ｃ指南》给出：胛吗＝ｏ．５６，则计算２００卜

表２某焦化厂２００５－－－２００９年的Ｃ０２排放量１０｜ｔ

年份

２００５

２００６２００７２００８

２００９

Ｃ０２排放量２４２．５６６

２４０．９２０

２４２．０９３

２８９．９６８３１７．０１０

《观Ｃ指南》同样也给出了物料衡算法计算公

Ｅａ陬＝［ｃｃ×ｃｃｃ＋芝ｊ肼。×ｃａ）＋曰Ｇ

ｘ

ｃＢＧ

‘

－

６

１一

（８）

，焦为

１０４ｔ；ＣＣ２００９年的ｃ０２排放量如表２。

２．２物料衡算法

式‘６】：

一Ｃ×ｃｃ—ＣＯＧ×ｃｃｏｃ一∑（伽ｂ×ｃ００Ｂ）］×４而４

式中，Ｅｃｏ为生产焦炭的Ｃ０２排放量，化厂生产焦炭所消耗的炼焦煤量，１０４ｔ；ＰＭ。为其他过程材料ａ的数量，不同于作为单独术语列出的材料（例如天然气和燃料油），材料ａ的数量是焦化厂用于焦炭和熔渣生产的消耗量。１０４ｔ；ＢＧ为炼焦炉

中消耗的高炉气体量，ＧＪ；ｃ为焦化厂生产焦炭产

量，１０４ｔ；ＣＯＧ为炼焦炉中产生的焦炉气体量，四；

・８８・

ＣＯＢｂ为焦炉副产品ｂ的数量，１０４ｔ；Ｑ为投入或产（ｋ∥ｌ（ｇ）：

出物质鬈的碳含量，１０４ｔＣ／（物质茗的单位）（例如，Ｃｃｃ＝Ｏ．６７，Ｃ汽／柴油＝０．８６，ＣＢＧ＝０．１７，Ｃｃ＝ｌ（ｆｔＣ／ｌ矿ｔ）。

０．８３．ＣｃｏＧ

２

０．４７

由《Ⅱ，Ｃｃ指南》所给的值：高炉气碳含量缺省值

其中ｃｃｃ＝０．６７是国家发改委能源研究所的推荐为７０．８ｋｒ，／ＣＪ（最高值８４．０，最低值５９．７）；焦炉气值，日本能源经济研究所采用０．６８，而美国能源部碳含量缺省值为１２．１Ｍ／ＧＪ（最高值１５．０，最低值

能源信息署采用Ｏ．６９，故分别采用不同的系数和表１０．３）。

ｌ所给数据，采用碳平衡算法，代入式（８）依次算得

同样由｛ＩＶＣＣ指南》，查得各物质的碳含量

２００５－－２００９年的ｃ０２排放量如表３所示ａ表３某焦化厂２００３－－２００９年的Ｃ０２排放量

由表３可知，采用美国能源部能源信息署的系铁企业来说，ＣＱ的排放量的计算可参照ＩＰＣＣ方数计算的误差相对较小，故碳排放系数的确定对碳法。确定排放因子【７－８】后，能给出整个系统的Ｃ０２

排放量的测算具有重要意义。为确保测算的准确性

排放总量估算值，通过上面的计算实例，推荐钢铁行与可靠性，应尽量采用更符合实际的排放系数，排放

业ｃ０２排放量采用碳平衡计算方法，总能耗算法仅

因子的确定是目前我国很重要的一项任务，它对于作为对碳平衡方法计算的一个佐证。

准确计算我国碳排放具有积极意义，对于国内暂时参考文献

没有公开或缺失的数据则采用ＩＰＣＣ提供的参考值。［１］白冰，李小春，刘延锋，等．中国ｃ０２集中排放源调查及其也有人㈨５将钢铁厂作为一个大整体，通过对该整体分布特征［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００６，２５（１）：２９１８—

的总输入输出端进行分析．确立计算数学模型，从而２９２３．

计算钢厂各年的Ｃ０２排放总量。对于计算各分厂的

［２］Ｐａｏ§Ｌ，ＳｉｎｔｏｎＪ，Ｗｏｔｒｅｎ

Ｅ，ｅｔａ１．Ｅｎｅｒ玛，ｌｉｎｅａｎｄｃａｒｌｘｍ

碳排放量还得采用工序碳平衡法。

ｄｉｏｘｉｄｅｅｍｉｓｓｉｏｍｆｒｏｍｓｔｅｅｌｐＩＩ蒯∞ｉｎ‰［Ｊ】．Ｆａｚｒ盯，

２００２，２７：４２９—４４６．

３结语

［３］鲍健强．低碳经济：人类经济发展方式的新变革［Ｊ］．中国

由焦化厂的计算实例可清晰地看到物料衡算法工业经济，２００８（４）：１５３—１６０．应用于钢铁行业的准确性，确定排放因子后，工序碳［４］ＩＰＣＣ．２００６

ＩＰＣＣ鲥汹∞ｆｏｒ

ｎａｔｉｏｎａｌ驷Ｈ岫ｇａ８

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平衡法可以得到准确的计算结果。经验计算法虽然

ｔｏｒｉｅ，［Ｒ】．ＩＧＳ，Ｊａｐａｎ：ＴｈｅＮ曲ｏｎａｌＧｒｅｅｎｌｄｍ

ＧａｓＩｎｖｅｍｏ－

计算简单，但只能得到估算值，其准确性缺乏验证依ｔｉｅｓ

ｎ啦脚ｍ眦，２００６．

据。采集钢铁公司运营过程中与外购电力、员工差

［５】№ｎ“ｋｓＣ，ｓｏｐＫｅ

Ａ，Ｄｅｒ

ＷａｍＶ，ｅｔａ１．Ｂｕｉｌｄｉｎｇｔｈｅｏ嘁

旅、和其他企业拥有和控制的车辆运输产品相关排Ｇｑｎ＇ｖ∞ｆｏｒ

Ｃｔｈｓｔｏｒａｇｅ。ｐｅｒｔ１：８０ｔｌｒｃｌｍｄｃｔｈ（ＰＨ４／９）［Ｒ】．

放的数据，还可以计算所产生的间接ｃ０２排放和累【ｓ．Ｌ】：［Ｂ．ｎ．］，２００２．

积ｃ０２排放量，同时物料平衡法可以单独计算钢铁【６］郭云驰，李宏煦，苍大强，等．宝钢二氧化碳排放分析与减排对策研究［盯．冶金能源，２０１０，２９（３）：３—７。

厂各分厂的直接碳排放量，找出最大排放点，有利于【７］Ｈ佣苗曲ｎ

ＪＴ．ＧｌＩ嘲ｌＩ巍蹭孚罄ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ

ｒｅｆｅｒｅｍｅ咖出【Ａ］．

进行针对性的碳减排。

Ｉｎ：ＩＰＣＣ

Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ细Ｎａｔｉｏｎａｌ

Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ

Ｃ，ｍＩｌｌｖｅｔｌｔｏｎｅ８

虽然物料衡算方法在计算过程中需要的原始数［ｃ］．［８．１．］：ＩＰＣＣ，１９９７．

据较多较繁琐，但只要把握住最主要一些数据，无法

作者简介张肖，女，１９８７年生，硕士研究生，主要学习方向提供的数据可做近似处理，如可认为废渣、粉尘中不为大气污杂控制工程。

含碳，且主要含碳副产品为炼焦工序产生的煤焦油向晓东，男，１９５８年生。博士生导师，主要从事工业烟尘和粗苯等。目前国内外关于Ｃ０２排放量核算技术研净化理论与应用研究。

究较少，国际钢铁协会（ＢＳＩ现为ＷＳＡ）认为，对于钢

（收稿日期：２０１１—０８—３１）

万方数据

钢铁行业碳排放量核算方法的实证性研究

作者：作者单位：

张肖， 向晓东， 刘汉杰， 吴高明， ZHANG Xiao， XIANG Xiaodong， LIU Hanjie， WU Gaoming

张肖,向晓东,ZHANG Xiao,XIANG Xiaodong(武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室 武汉430081)， 刘汉杰,吴高明,LIU Hanjie,WU Gaoming(武汉钢铁(集团)公司 武汉430083)

工业安全与环保

Industrial Safety and Environmental Protection2012,38(6)

刊名：英文刊名：年，卷(期)：

参考文献(7条)

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