钢铁水泥行业深度脱碳的协同控制效果评估与路径设计

钢铁、水泥行业深度脱碳的协同控制效果评估与路径设计Co-controlEffectAssessmentofIndustrialDeepDecarbonization&Asia-PacificConsultingCenterforEnvironmentandDevelCenterforGlobalEnvironmentalPolicI 1 1 2 2 3 4 4 5 64.Policyrecommendation 7 9 9 13 14 14 16 17 18 18 20 21 22 23 23 24 27 28 28 30 30 33 33 34 41 41 48 50 52 54 60 63 63 65 65 664.3水泥行业深度脱碳措施/技术的协同 71 71 78 79 81 824.3.6水泥行业协同控制措施/技术直接减排 88 91 91 91 92 93 95 95 96 976结论与促进钢铁行业、水泥行业温室气体与大气 99 99 100 1011执行摘要—中国国家自主贡献》中承诺了自主行动目标，即年前实现碳中和。行业深度脱碳措施协同控制局地大气污染物的效果，为在行业/企业实施协同控2（1）依托行业协会访谈、企业调研、相关研究数据资料收集整理等方式，对中国钢铁、水泥行业深度脱碳措施/技术展开分析研究，按消费减量、结构调深度脱碳措施/技术清单及其效能、成本、（2）采用协同控制效果评价方法体系（包括协同控制效应坐标系分析、协（3）结合量化评估结果，就促进钢铁、水泥行业局地大气污染物与温室气碳措施（包括需求减量、结构调整、原（燃）料回收和替代、节能及能34ExecutiveSummary2013,undertheinitiativeoftheUNSecreSustainableDevelopmentNetworkandtheInstituteforSustainableDeveloInternationalRelations(IDDIR,France)jointlylaunchedtheresponsibilityofDeterminedContributions”totheUNFCCCSecretariatandcommittpeakingofCO2emis22,2020,whileaddressingthegeneraldebateofthe75thsessionoftheUGeneralAssemblyviavideo,PresidentXiJinpingannouncedthatChinaaimstohavecarbondioxideemissionspeakbefore2030andachievecarbonneutralitybefore2060.onizatiofandlocalairpollutantdecarbonization.Therefore,adoptingco-controlstrategyofGHGsanddomesticenvironmentalissues.themainsourceoflocalairpollucontrol.Iron&steelandcementareofco-controlstrategies.Therefore,itisofgreaeffectsevaluationforthedeepdecarbonizationsteelandcementsectors,whichwillprovidecriticaltechnicanddecision-makingoflow-carbonandgreendevelopment.5BeijingNormalUnviersity)jointlycarriedouttheprojecAssessmentofIndustrialDeeIronandSteelandCedecarbonizationmeasuresioflocalairpollutants.Itwasexpectedtoprovideindustrialpractmakersthetechnicalsupportofco-controlbeausefulreferenceforo(1)Thisstudyscreencementsectorsfirst,andtheconsumptionreduction,structuraladjustment,rawmaterial/fuelrecoveryandsubstitution,energysavingandenerreportedcasestudiesandresearches,thisreportprovidesthelistofdeepdecarbonizationmeasures,andtheirCO2reductionparametersandcostsandbenefitscacluationparamereductionequivalence(EReq),unitcostofpollutantemissionreduction(UCER),wereappliedtoquantitativelyassessthelocscreeneddeepdecarbonizationmeasures&steelandcementsectorswereexploredbycontrolofGHGsand(3)Basedontheaboveresearchresults,th6Accordingtotheresultsoftheco-controleffectsevaluation,thedeepdecarbonizatmeasuresoftheiron&steelandcementsectors,includingnt,havetheeffecfairpollutants.Co-controleffectsofdemandreductionandstructuraladmeasuresaresignificant,showinggreatpotentialofrecoveryandsubstitutionaretheprioritizedmsubstitutionmeasurescanbringbenefits(orreducescosts)andarehighlyrecognizedbyenterprises.Intheironandsteelindustry,theUCERof“High-temperaturepressureboilertechnologiesforCoke(T4)”isthlowest,followedby“sinteringwasteheatpowergenerationtechnology(“Newenergy-savingtechnologyofhighthermalconductivityandhigh-densitysilicaheatforpowergenerationtechnology(CT8)","Rollerpresssemi-finalgrindingsystem(Cement)(CT16)","Rollerpressfinalgrindingsystem(racirculationrawmealverticalgrindingtechnology(CT17)".Thesemeasuresleadtrankingofco-controlcost-effectiveness.(3)Environmental-eSimulationresultsoftheCGE-CIMSmodelindic7carbontaxpolicycanhelptooptimizethedemandandproductionscalesofthsteelandcementsectors.Italsocanhelptopollutants.(4)Theend-of-pipeposubstantiallyreducelocaAlthoughend-of-pipepollutantreductionmeasures(suchas"ultra-desulfurization"inthecementsector)haveincreasedenergyconsumptheresearchanddevelopmentoftheend-of-pipetechnologiestoachievehigheremissionreductionefficiencywithles2020isthelastyearofthe“13tEnvironmentalProtectionPlan”.Co-controlrequfiron&steelandcementsectors(2)Promotingco-controlmeasuresfortheiron&steelandcementsedemandsidemeasures;andc8(3)PromotingthefeasibilitystudyofeAtpresent,theiron&stecanhelptointernalizethecostsofGHphasingouthigh-carbonandhiiron&steelandcementcompaniestopracti91研究背景033.1GtCO2①IEA.CO2emissionsfromfuelcombustionhigh②IEA.GlobalEnergy&CO2StatukgCO2kgCO2/2010USD02010201120122013201420152016中国美国欧盟28国世界续发展与国际关系研究所正式发布“深度脱碳路径”项目（DDPP）2015年报①人民网.改革开放40年节能降耗步履铿锵[EB/OL].2018-10/n1/2018/1006/c1003-30326263.html②“深度脱碳路径”项目(DDPP)2015年报告称：2摄氏度目标或可实现.[EB//article-0.5tCO2/t，低于世界平均水平（0.589tC①中央政府网站.强化应对气候变化行动——中国国家/xinwen/2015-0③高长明.我国水泥工业低碳转型的技术途径——兼评联合国新发布的《水泥工业低碳转型技术路线图》[J].染物排放总量，协同减少温室气体排放，进一步明显降低细颗粒物（PM2.5）浓体行动措施，力图实现温室气体减排和大气污染物减排的“协同效益”①。2研究思路与方法升(Ela/b＞0)(ElLAPs/GHG越大)(ElGHG/LAPs越大)↓CGECGE模型CIMS模型进一步以“敏感性”或“弹性”的方式表达协同减排边际减排成本曲线（MAC）的基础上，进一步开展协同控制路径设计与规划研②毛显强,曾桉,刘胜强,等.钢铁行业技术减排④刘胜强,毛显强,胡涛,等.中国钢铁行业大气污染与温室气体协⑤MaoXQ,ZengA,HuT,etal.Co-controloflocalaindustry[J].JournalofCleanerProduction,2014,67:220-227.⑥XianqiangM,AnZ,TaoH,etal.Co-controlofLocalAir减排措施在坐标系中所处的空间位置，可以直观地反映其减排效果及其“协同” （1）Qi,j——措施i对污染物j的减排量；污染物减排量交叉弹性用于评价技术减排措施对温室气体和大气污染物减ElsSO2/CO2=（2）ElsNOx/CO2=（3）ElsPM/CO2=（4）②李丽平,姜苹红,李雨青,廖勇,赵嘉.湘潭市“十一五”总量减排措施对温室气体减排协同效应评价研究[J].环ElslAPs/CO2=（5）∆NOx/NOx——NOx减排率；∆PM/PM——PM减排率；∆LAPs/LAPs——大气污染物减排当量（LAPs）减排率。Elsa/b计算值Elsa/b>0（且分子、分母均为正值）Elsa/b≤0对一种污染物有减排作用而对另外一种污染物Elsa/b=10<Elsa/b<1Elsa/b>1Elsa/b分子、分母均为负值时本研究构建了协同控制减排当量ER-eq（Co-controlEmissionReductionER−eq=RGHGs∙ΣQGHGs+RLAPs∙ΣQLAPsER−eq=RGHGs∙(αQco2+⋯)+RLAPs∙(βQso2+γQNoX+δQPM+⋯)(6)RGHGs、RLAPs——温室气体和大气污染物权重系数，体现温室气体与大气RGHGsRLAPs1权重CO2α1GWP100值⋯⋯权重①βNOxγδ⋯⋯ER−eq=0.00372×∙(1∙QCO2+⋯)+1×(QSO2⁄0.95+QNOX⁄0.95∙+QPM⁄2.18+⋯)(7)元.[EB/OL][2018-01-29]/tanjiaoyi/2018/0129/61449.htmlCi,j——减排措施i减排单位污染物j的成本；Qi,j——减排措施i对污染物j的减排量。MAXEMij0)RiMAXEMij——减排措施i对污染物j（或协同控制减排当量ER-eq）的减排污染物边际减排成本污染物边际减排成本A1A2A3减排潜力），在进行协同控制路径设计时，需要借助能源-环境-经济模型（Energy-（1）保持经济中高速增长：根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第124.3m<炭化室高度<6.25m4.3m<Oven<6.25m3456烧结机≥130m2790m2＜烧结机＜129m290m2＜Sintering＜129m2836m2＜烧结机＜89m236m2＜Sintering＜89m29烧结机≤35m2Blast_furnace＞3000m32000m3<高炉容积<3000m32000m3＜Blast_furnace＜3000m3＜Blast_furnace＜2000m3450m3<高炉容积<1200m3450m3＜Blast_furnace＜1200m3Blast_furnace≤450m3200t＜Converter＜299tElectricfurnace≥100tNSP＞8000t/dCo-processingofdomesticwasteCo-processingofsewagesludgeCo-processingofhazardouswaste元.[EB/OL][2018-01-29]/tanjiaoyi/2018/0129/61449.html②Slater,H.,DeBoer,D.,钱国强,王庶.《2019年中国碳价调查》,2019年13钢铁行业深度脱碳的协同效果评估100,00090,00080,00070,00060,00050,00040,00030,00020,00010,0000万t①世界钢铁协会.《世界钢铁统计数据2019》/zh/medireleases/2019/world-steel-in-figures-2019.html钢铁行业是典型的能源密集型工业，根据煤炭工业协会发布的《2018煤炭①①煤炭工业协会.《2018煤炭行业发展年度报告》.②“十三五”工业节能依然“压力山大”工信部推出多项技术解决方案[EB/O来源：中国钢铁工业协会.《钢铁行业“十三五”煤控中期评估与后期展望》,大量的能源消费导致钢铁行业成为我国工业部门中的二氧化碳和大气污染数据来源：黄导,《2017年中国钢铁行业节能环保进展报告》.①中国节能协会冶金工业节能专业委员会,术lCO2减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的lSO2减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的lNOx减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的施/技术，占20.48%。末端脱碳型措施/技术会带来lPM减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的lCO2减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的lSO2减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的lNOx减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的lPM减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的术高，远高于其他措施/技术。SO2（g/t钢）-5.00E+05-200800消费减量结构调整原（燃）料回收和替代400节能及能效提升末端脱碳末端减污T2802.00E+061,000SO2（g/t钢）-5.00E+05-200800消费减量结构调整原（燃）料回收和替代400节能及能效提升末端脱碳末端减污T2802.00E+061,0006002000.00E+005.00E+05CO2（g/t钢）SO2（g/t钢）250200原（燃）料回收和替代末端减污-节能及能效提升250200原（燃）料回收和替代末端减污-节能及能效提升-2.00E+048.00E+041.80E+052.80E+05CO2（g/t钢）T64540353025201510T6454035302520151050◆炼焦T16T5T4020000400006000080000100000SO2（g/t产品）1,000900800700600500400300200100-T1T3T3T2T26110010,0001,000,000CO2（g/t产品）消费减量结构调整整体节能SO2（g/tSO2（g/t产品）10010◆炼铁1T12T20T11T12T20T10T14T21T19T2110,000100,0001,000,000CO2（g/t产品）SO2（g/t产品）1SO2SO2（g/t产品）80706050403020100T22T24T15050,000100,000150,000CO2（g/t产品）炼钢l从（c）可知，球团环节的“蓄热式转底炉处理冶金粉尘回收铁锌技术NOx（g/t钢）1,600.001,400.001,200.001,000.00800.00600.00400.00200.00T28NOx（g/t钢）1,600.001,400.001,200.001,000.00800.00600.00400.00200.00T28T270.000.00E+005.00E+051.00E+061.50E+062.00E+06CO2（g/t钢）NOx（g/t钢）400350300250200-400350300250200--5.00E+045.00E+04CO21.50E+052.50E+05l从（c）可知，球团环节的“蓄热式转底炉处理冶金粉尘回收铁锌技术NOx（g/t产品）1,2001,000800消费减量结构调整NOx（g/t产品）1,2001,000800消费减量结构调整整体节能600400T26T200-T1T225-500,0001,000,0001,500,0002,000,000NOx（g/t产品）NOx（g/t产品）0T16T5T6CO2（g/t产品）NOx（g/t产品）NOx（g/t产品）1T11T12T14T20CO2（g/t产品）NOx（g/t产品）NOx（g/t产品）10NOx（g/tNOx（g/t产品）00CO2（g/t产品）PM（g/t钢）700.00600.00500.00400.00PM（g/t钢）700.00600.00500.00400.000.000.00E+005.00E+051.00E+061.50E+062.00E+06900.00800.00300.00200.00100.00CO2（g/t钢）PM（g/t钢）-5.00E+04-5035030025020000.00E+005.00E+04PM（g/t钢）-5.00E+04-5035030025020000.00E+005.00E+041.00E+051.50E+052.00E+05CO2（g/t钢）PM（PM（g/t产品）400-CO2（g/t产品）CO2（g/t产品）PM（g/t产品）0PM（g/t产品）10T1110T11T20T112T14CO2（g/t产品）PM（g/t产品）10PM（g/t产品）PM（g/t产品）0CO2（g/t产品）l从（c）可知，球团环节的“蓄热式转底炉处理冶金粉尘回收铁锌技术根据2.2.2节“协同效应系数”计算公式，分别计算SO2、NOx和PM相对求LAPs和CO2协同效应来说，RLAPs/CO2最大的技术为“蓄热式转底炉处理冶ElsSO2/CO2ElsNOx/CO2ElsPM/CO2ElsLAPs/CO2术ElsSO2/CO2ElsNOx/CO2ElsPM/CO2ElsLAPs/CO2术（4）从LAPs和CO2协同效应来说，ElsLAPs/CO2最大的技术为“高炉冲渣分别为-1.57元/kg~0.50元/kg、-2842.93元/kg~1853.46元/kg、-5901.31元元/kg0.500.00-0.50-1.00-1.50-2.00T1T2T3T2T344TTT7原（燃）料回收和替代 原（燃）料回收和替代T14T8T9T15T6T11T5T12T10T25T21T22T17T23T24T16T19T26T25T21T22T17T23T24T16T19T26T28T27T28T27需求减结构调整节能及能效提升节能及能效提升末端脱碳量元/kg2,0005000-500-1,000-1,500-2,000-2,500-3,000T1T2T3T4T7T4T7T13T13T14T14T8T15T15T6T9T11T11T12T12T10T10T16T16T21T21T25T25T20T20T22T22T17T17T19 T19T24 T24T18T18T23T23T26T26T28T28结构调整原（燃）料回收和替代原（燃）料回收和替代节能及能效提升节能及能效提升减减量污元/kg6,0004,0002,0000-2,000-4,000-6,000T1T2T3T2T3T4T7T13T14T8T9T6T5T11T12T10T4T7T13T14T8T9T6T5T11T12T10T21T20T19T24T17T16T23T18T26T21T20T19T24T17T16T23T18T26T28消费结构调整原（燃）料回收和替代节能及能效提升末端减量减污元/kg4,0002,0000-2,000-4,000-6,000-8,000-10,000-12,000-14,000-16,000T1T2T3T4T7T4T7T13T13T14T14T8T15T15T9T12T12T5T6T11T11T10T10T21T21T22T22T17T17T24T24T20 T20T19T19T25T25T16T16T18T18T23T23T26T26T28T28消费结构调整原（燃）料回收和替代原（燃）料回收和替代节能及能效提升节能及能效提升末端减减量污元/kg8006004002000-200-400T1T2T2T3T4T7T7T13T14T8T15T9T6T5T11T12T10T21T25T22T17T20T24T16T19T23T18T26T28T27T29需结构原（燃）料回收和替代节能及能效提升末端末求减量调整调整脱碳脱碳端减污单位减排成本（元/单位减排成本（元/kg）0.50-0.5-1-1.5-2减排潜力（t/a）T1T2T3T4T7T13T14T8T9T15T6T11T5T12T10T25T21T22T17T18T20T23T24T16T19T26T28T27注：紫色为消费减量类；黄色为结构调整类；橘色为原（燃）料回收和替T1－T28）注：紫色为消费减量类；黄色为结构调整类；橘色为原（燃）料回收和替技术由于节能可带来收益，成本均为负值，共有-5注：紫色为消费减量类；黄色为结构调整类；橘色为原（燃）料回收和替/a；其他24项措施由于节能可带来收益，成本均为负值，注：紫色为消费减量类；黄色为结构调整类；橘色为原（燃）料回收和替注：紫色为消费减量类；黄色为结构调整类；橘色为原（燃）料回收和替项措施由于节能可带来收益，成本均为负值，共有-5743.3.6钢铁行业协同控制措施/技术直接减排效果小结0005CO2000“减排量”为“负值”时，表示事实上的“增排”。万t/a万t/a0-50186.98NOxSO2CO269.7465.5538.9527.144.314水泥行业深度脱碳的协同效果评价亿t23.52010201120122013201①煤控研究项目水泥课题组.水泥行业“十三五”煤控中期评估及后期展望[R].2019.05.②中国煤炭消费总量控制方案和政策研究项目水泥课题组万t/a0条条0“十二五”期间，通过加快推广粉磨新技术、高能效烧成系统技术、大型高效①煤控研究项目水泥课题组.水泥行业“十三五”煤控中期评估及后期展望[R].2019.05.转型技术路线图》[J].水泥,2019(代化各项技术措施的2015年、2020年市场占比数据来自《重塑能源：面向2050年能源消费和生产革命路线图.中国.工业卷》、《国家重点节能低碳技术推广目录》产)料术术术000000000000000成磨0000000000000000000000000术00024.96%1058%1027%..24.96%1058%1027%...29.41%.29.10%1254%.NOxNOx24.51%.0.01%.lCO2减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的lSO2减排潜力最大的是末端减污型措施/技术，其减排潜力占总潜力的lNOx减排潜力最大的是末端减污型措施/技术，其减排潜力占总潜力的lPM减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的表4-6展示了各措施/技术实行的成本数据，其中水泥布袋除尘技术（CT24）五项措施/技术实现综合减排潜力成本为正值；其他各项成SO2（kg/t熟料）0.350.350.3050.100.050.00-0.200.000.200.400.600.801.00-0.05CO2（t/t熟料）CT1口CT2CT3CT4CT5.CT6+CT7CT8CT9CT10口CT11CT12CT13XCT14.CT15+CT16CT17CT18CT19口CT20CT21CT22CT23.CT24SO2（kg/t熟料）0.040.040.030.030.020.020.010.010.00-0.010.000.010.010.020.020.030.030.04-0.01CO2（t/t熟料）XCT5.CT6CT9CT10口CT11CT12CT13XCT14.CT15+CT16mCT17CT18CT19口CT20CT21CT22预热分解及熟料烧成阶段多数措施/技术均位于第一象SO2。“选择性催化还原技术该措施/技术增排CO2，减排粉磨阶段措施/技术均位于第一象限，说明可以同时减其他措施/技术均位于第一象限，说明可以同时减排最优，其次为“水泥企业错峰与NOx。NOx（kg/t熟料）-0.20-0.20NOx（kg/t熟料）-0.20-0.201.201.000.800.600.400.200.00CO2（t/t熟料）CT1CT2CT3CT4CT5CT6CT7CT8CT9CT10CT11CT12CT13CT14CT15CT16NOx（kgNOx（kg/t熟料）-0.01-0.020.000.140.000.120.100.080.060.040.020.000.000.010.010.020.020.030.030.04CO2（t/t熟料）CT6CT9CT11CT12CT13CT14CT15CT16CT17CT18CT19CT20CT21CT23CT24预热分解及熟料烧成阶段多数措施/技术均位于第一象该措施/技术增排CO2，减排NOx。粉磨阶段措施/技术均位于第一象限，说明可以同时减其他措施/技术均位于第一象限，说明可以同时减排最优，其次为“水泥企业错峰PMPM（kg/t熟料）0.700.700.600.500.400.300-0.200.000.200.400.600.801.00-0.10CO2（t/t熟料）CT1口CT2CT3CT4XCT5.CT6+CT7mCT8CT9CT10口CT11CT12CT13XCT14.CT15+CT16CT17CT18CT19口CT20CT21CT22XCT23.CT24PM（kg/tPM（kg/t熟料）-0.01-0.010.000.040.000.040.030.030.020.020.010.010.000.000.010.010.020.020.030.03CO2（t/t熟料）CT5CT6CT9CT10CT11CT12CT13CT14CT15CT16CT17CT18CT19CT20CT21CT22CT23预热分解及熟料烧成阶段多数措施/技术均位于第一象PM。“选择性催化还原技术粉磨阶段措施技术均位于第一象限，说明可以同时减排其他措施/技术均位于第一象限，说明可以同时减排最优，其次为“水泥企业错峰根据2.2.2节“协同效应系数”计算公式，分别计算SO2、NOx和PM相对RsO2/CO2RNOx/CO2RPM/CO2RLAPs/CO2////////SO2和CO2协同效应来说，RsO2/CO2较大的措施/技术有“水泥窑协同处置NOx和CO2协同效应来说，RNOx/CPM和CO2协同效应来说，RPM/CO2较大的措施/技术有“高效布袋除尘技术ElssO2/CO2ElsNOx/CO2ElsPM/CO2ElsLAPs/CO2ElssO2/CO2ElsNOx/CO2ElsPM/CO2ElsLAPs/CO2ElsPM/CO2、ElsLAPs/CO2）分析为不协同措施技术。从Elsa/b的值来看：SO2和CO2协同效应来说