一种基于ISO标准的高炉-转炉长流程钢铁生产过程二氧化碳盘查方法

摘要

本发明涉及一种基于ISO标准的高炉-转炉长流程钢铁生产过程二氧化碳盘查方法，该方法以钢厂的原物料及能量消耗的数据为基础。首先确定钢厂生产流程及物料入口、能源入口、产品出口、排放物出口，这四者组成了钢厂的系统边界；按炼焦、烧结、球团、炼铁、连铸、炼钢、轧钢、及辅助工续将生产流程划分为八个工续段，各工续段内再依据班组-车间-工续段自下而上的顺序盘查各个原物料、能源项的消耗量；数据项统计时涵盖原物料开采、原料加工、制造、运输、储存各个环节，并为各工序的每个数据项建立唯一的代码；结合物料及能量项的CO2排放系数，可汇总各工序的CO2排放量，再汇总各工序的CO2排放量，计算出钢厂吨钢排放的CO2量。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，具体说是基于ISO标准, 一种用于盘查高炉-转炉长流程钢铁厂每吨钢CO₂排放量的方法。

技术背景

温室气体对全球气候的影响日益严峻，CO₂作为主要温室气体因排放量巨大而受到全球普遍关注。中国政府高度重视气候变化问题，采取了一系列政策措施，并向全世界承诺：2009年到2020年单位国内生产总值的CO₂排放要比2005年下降40%-45%。国家十二.五规划纲要中确定了“十二五”期间单位GDP能耗要降低16%，碳强度要降低17%的战略目标。为严格落实这些目标任务，国务院印发了《“十二.五”控制温室气体排放工作方案》，相关的部门和各级地方人民政府积极采取行动，加快产业结构的调整，节约能源、提高能效。

工业活动是产生温室气体的主要因素，其中钢铁业是全球能源密度位居第一、CO₂排放量位居第二的产业。因此如何减少CO₂排放成为全球钢铁业关注的核心问题。在国际钢铁协会(IISI)的整合下推出了CO₂突破计划，积极进行减碳技术的研发，开发创新性的低碳生产技术，大幅降低吨钢CO₂的排放，同时倡导各钢铁企业走低石化原料依赖、低CO₂排放的道路。

现在国际上不同的组织和国家对于钢铁行业温室气体排放的计算提出了很多方法，但却没有统一的方法。我国钢铁行业也已经开展了碳排放计算方法的研究，但还没有统一的规范和标准。

用基于生命周期的方法盘查CO₂是目前国际社会较为公认的做法。生命周期评价方法可以对产品、服务、单位的温室气体排放及其对环境潜在的影响进行评价，其盘查过程主要包含：范围确定、清单分析、影响评价和解释四个过程。ISO 14067针对一个产品及服务的温室气体排放进行盘查与评价，ISO 14064标准对一个组织或企业的温室气体排放做碳足迹盘查与评价。但该标准并不针对某一个具体产品、单位、服务，是具有指导意义的普遍原则。

本专利申请遵循ISO14064、ISO14047的原则，采用“基本生命周期”（生命周期分为“完整生命周期”和“基本生命周期”，对产品而言，前者包括：原料开采、运输、生产加工、使用、销毁的完整过程；后者仅包括原料开采、运输、生产加工过程，不包括使用和销毁过程）的方法对高炉-转炉长流程钢铁生产过程的CO₂排放进行盘查，盘查以钢铁生产过程涉及的原物料及能量数据为基础，盘查范围从原物料及其运输为起点，到钢材出钢厂为终止点，即：采用从“起点”至“大门”的“基本生命周期”盘查方法，国际上称为“B2B”（Business-to- Business goods）模式。

发明内容

针对高炉-转炉长流程钢铁厂的钢铁生产过程CO₂盘查过程的进行研究，提出了一套既符合ISO14064、ISO14067规范，又兼顾我国钢铁行业特点的CO₂盘查及统计方法。

本申请顺应了国家节能减排的产业政策，通过盘查可以帮助企业挖掘节能减排的潜力，也有利于钢铁厂应对未来可能实施的碳税制度、碳汇交易制度。

本申请对高炉-转炉长流程钢铁生产过程的吨钢CO₂排放量进行盘查，遵循ISO14064、ISO14047的基本要求，采取如下的盘查思路：首先确定高炉-转炉长流程钢铁厂生产工艺、盘查范围、盘查的优先顺序；然后调查各个物料项及能源项的消耗值，对数据项的CO₂排放量进行统计和汇总；最后计算出CO₂总排放量及吨钢排放量。为达到本发明目的，本申请针对盘查时所关键步骤进行分析和研究，提出了如下的解决方案（发明方案）。

考察各长流程钢铁厂的生产工艺，确定生产流程、确定系统边界。

对长流程钢铁厂钢铁生产过程CO₂盘查，以钢铁厂的原物料及能量消耗的数据为基础，先确定生产工艺流程，绘制工艺流程图，再明确钢铁生产流程的系统边界。盘查范围以钢铁厂入厂的原物料及能源项为起点，以成品钢材出钢厂为终点，确定钢厂的物料入口、能源入口、产品出口、排放物出口，这四者组成了系统的边界。

长流程钢铁厂物料入口主要包括：铁矿石、废钢、煤炭、焦炭、耐火材料、石灰、铁合金、电极；工厂能源入口主要包括：外购的电、新水、汽油、重油、天然气、煤气；工厂的产品、副产品出口主要包括：钢材、外售焦炉煤气、外售转炉煤气、高炉煤气、外售电、粗苯、焦油；排放物出口主要包括：中水、高炉渣、转炉渣、气体排放物。

制定盘查的优先顺序。

长流程钢铁厂钢铁生产过程历经焦化、烧结、球团、炼铁、炼钢、连铸、轧钢多个工序，通过能源、熔剂及其它各种形式进入钢铁生产体系的碳素在各个工序中经过一系列变化，一部分进入产品或各种副产品，另一部分以废气形式排出。按炼焦、烧结、球团、炼铁、炼钢、连铸、轧钢、及辅助工序将生产流程划分为八个大的工序段，依次对八个工序段的物料项、能源项进行盘查；当各工段内还有下级工序（车间）、更下级的工序（班组）时，依据自下到上（班组-车间-工序段）的顺序依次对各个原物料、能源项进行盘查。上述构成了盘查的优先顺序。

统计各工序的原物料、能量项的消耗量。

数据项统计时涵盖原物料开采及加工、制造、运输、储存各个环节，既包括生产过程所涉及的原物料、辅材、也包括生产过程的能量、水耗、气耗，以及生产中涉及的辅助工序、储存、包装、运输选项。钢铁碳足迹计算主要包括以下3个范围:直接排放量，包括各种化石燃料、熔剂、原料。钢厂的副产品，如外销电、煤气、粗苯、煤焦油、用作水泥的钢渣可以作为碳当量（CO₂排放量）的抵扣项。②外购电力、热和蒸汽所带来的间接的上游排放; ③包括各种燃料、原料、熔剂及动力介质的上游生产带来的排放，以及原料开采及运输，储存、包装各辅助工序、辅助项的间接排放。

为便于管理数据，对各工序每一种原料及能耗均建立唯一的代码，代码由7位数字构成，（从左向右）前两位数字代表大的工序段，例如，炼焦-01、烧结-02、球团-03、炼铁-04、炼钢-05、连铸-06、轧钢-07，依据各厂实际情况，可以增加特有的工序；（从左向右）第3、4位代表小的工序（例如车间、班组）；（从左向右）第5~7为代表物料项、能源项，代码编列时，为便于管理，大宗项（煤炭、焦炭、矿山、铁合金、耐火材料）要排在前面。

汇总工序的CO₂排放量。

CO₂排放的计算公式为：

   

其中：CFT表示总CO₂；CF_α为直接排放CO₂;

CF_β为间接排放碳足迹(吨); CF_γ为碳排放权抵扣(吨)；

V_i为生产过程碳输入端第i种原料或燃料的消耗量(吨或10³Nm³) ；

EF_i为第i种原料或能源项的CO₂排放系数（也称为碳当量系数）； 

W_j为生产过程碳输出端第 j种产品、废料的量(吨或10³Nm³)；

EF_j为第j种产品或原物料的CO₂排放系数。

每个原物料、能量项的消耗量乘以其CO₂排放系数（也称为碳当量系数），就是该项的CO₂排放量，汇总工序中所有物料项及能源项的CO₂排放量，即可以得到该工序总的CO₂排放量。

在选用CO₂排放系数时，鉴于目前国内尚无权威的国家级CO₂排放系数数据库，应优先选用国内权威部门发布的碳当量系数，例如：国家发改委、中国工程院。

汇总钢厂总的CO₂排放值，计算出吨钢CO₂排放。

汇总钢厂各个工序的CO₂排放，扣除钢厂副产品的抵扣值，就得到钢厂实际的CO₂排放量，再除以钢厂总的钢产量，就能计算出钢厂的吨钢CO₂排放值。

值得注意的是，若单一统计项的排放量低于排放总量的1%时，可以排除，但排除的总量不能超过该产品CO₂排放总量的5%，否则必须回溯，重新盘查。

特别地，该盘查方法既能应用于盘查一个钢铁厂总的吨钢CO₂排放量，还能应用于盘查一个具体钢种的吨钢CO₂排放量。。

附图说明

图1为基于ISO标准的高炉-转炉长流程钢铁厂的CO₂盘查顺序及盘查要点。

图2为钢铁生产过程各个数据项的处理过程。

图3为某长流程钢铁厂（A厂）的系统边界及吨钢的消耗数据。

具体实施方式

为更好地理解本发明的目的、技术方法，下面结合附图给出一具体实施例。

某典型的高炉-转炉流程（长流程）钢铁厂（A厂）的生产流程的主要工序包括：炼焦、烧结、球团、炼铁、炼钢、连铸、轧钢、产品后处理工序。结合附图1给出的CO₂盘查的顺序和盘查要点，下面给出说明。

考察A厂的生产工艺，确定钢铁生产流程的系统边界。

先了解A厂的生产工艺，绘制出生产流程图，再确定钢铁生产流程的系统边界。盘查以A厂的原物料及能量消耗数据为基础，盘查范围以A厂的原物料及能源项的入厂为起点，以成品钢材出钢厂为终点，采用基本生命周期的方法（B2B模式）进行盘查。盘查要先确定钢厂的物料入口、能源入口、产品出口、排放物出口，这四者组成了系统的边界（围墙）。A厂的物料购入项包括：洗精煤、无烟煤、动力煤、焦炭、耐火材料、铁矿石、石灰；能源购入项包括电力、柴油、水；产品出口项包括：高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、电力、煤焦油、粗苯；排放物出口主要包括：中水、高炉渣、转炉渣。

制定盘查的优先顺序。

按炼焦、烧结、球团、炼铁、炼钢、连铸、轧钢、产品后处理工序将生产流程划分为八个工序段，依次对它们进行盘查；在同一工序段内，再按班组-车间级-工序段自下而上的顺序进行盘查。

依次统计钢铁生产过程中各工序所涉及的原物料项、能量项的消耗值。

按照盘查范围和顺序对所有原物料项、能量项的消耗值进行统计。因为钢铁生产过程各个物料项繁多，为了便于数据管理，可利用数据库软件对各数据项进行管理，为此本申请建立一个数据项处理流程，参见附图2。

汇总工序的CO₂排放量。

每个原物料、能量项的消耗量乘以其CO₂排放系数，就是它的CO₂排放量，汇总工序中所有物料项及能源项的CO₂排放量，即可以得到该工序总的CO₂排放量。在选用CO₂排放系数时，鉴于目前国内尚无权威的国家级的本土CO₂排放系数数据库，应该优先选用国内权威部门发布的碳当量系数，例如，国家发改委、中国工程院。

A钢铁厂生产流程的系统边界如附图3所示，附图3中各数据项的值均为吨钢的消耗数值。中水、钢渣作为副产品可当抵扣项。

汇总A钢厂总的CO₂排放，计算出吨钢CO₂排放。

汇总钢厂各个工序的CO₂排放，扣除钢厂副产品的抵扣的CO₂排放，就得到钢厂实际的CO₂排放量，实际的CO₂排放量除以钢厂总的钢产量，就能计算出钢厂的吨钢CO₂排放值。

通过汇总A厂各个工序的CO₂排放，可计算出A厂吨钢CO₂值为：2.2075吨 CO₂/吨钢，低于国际钢厂2.30吨 CO₂/吨钢的平均水平。

以上所述只是通过较佳实施例详细说明本发明，但不应该以此限定本发明专利实施的范围，所属领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围下，相对所述实施例进行的同变化和改进，都应该属于本发明所保护的技术范围。