钢铁技术内参2010年10.doc.doc

2010年第10期 2010年10月31日  内容提要 美国钢铁公司二氧化碳排放监测系统 全球气候变化和温室气体排放议题在美国政界的讨论越来越频繁。由此，美国钢铁公司成功开发了一套计算、监测其主要生产装备产生主要温室气体CO2排放速度的系统，同时首次将此系统应用于该公司在洛伐克投资兴建的Ko?ice钢厂（USSK）。被称为CO2平衡系统（BCO2）的计算机应用旨在遵守监测和报告与欧盟总量管制和交易制度相关的指导准则。尽管该系统只计算了一个单体炼钢集成设施的CO2排放情况，但这可作为进一步开发广泛适用于计算和总结美国钢铁公司各种主要生产设施CO2排放情况的系统的样板。该公司根据上述欧盟指导准则对主要设施的定义做出规定：能量消耗达20MW。 1 BCO2系统方法 2005年1月开始实施应用BCO2，根据质量平衡计算CO2的排放。第一步，计算出所有输入、输出设备的原材料、燃料或产品、副产品中的碳源总量。实际并不采用该法测量外排碳源，这种方法的实现在技术上很难，而且成本很高。输入物料包括含碳原料如冶金煤，外购焦炭，石灰石和白云石以及诸如锅炉用煤，燃油和天然气等燃料。根据生产工艺的不同，输出物料包括各种被转换的焦炭，轻质油和其他含碳副产品。炼钢设备生产的钢中碳也算作是一种输出，通过测量送去浇注的钢液可获得钢中的碳含量。从输入碳量中减去输出碳量，其差值换算为CO2当量吨，并假定排放至大气中。欧盟管理机构的要求规定，CO2排放的计算值与实际值的误差不得超过2.5%。因此除了非常小的碳源，所有的碳源都必须计算在内。虽然少量温室气体以CH4和N2O形式排放，但欧盟并没要求区分这些混合物，因而对其排放量的计算没有做出规定。 材料包含的碳源量是通过材料的含碳量乘以设备消耗的、转换的、排除的材料量而计算的。欧盟要求规定了用于测量材料重量装置的最大测量误差和校准频率，以确保测量结果的准确性。BCO2计算的精度取决于材料重量测量和碳分析的精度。为准确测定含碳量丰富材料如煤的含碳量，应定期取样。而对含碳量少的材料或可预测碳含量的材料，可不定期取样。 2006年夏天，美国钢铁公司的Ko?ice钢厂输入输出的250多种材料重量及相应的碳含量都被输入BCO2系统。这些数据大部分是自动输入，但也有相当数量的数据需要人工输入。BCO2系统按天计算CO2排放量，并会统计月度累积值和年度总量。USSK钢厂制定了一套CO2排放年度分配管理制度，管理人员利用BCO2程序和其他工具可预测评估年终CO2的排放情况，以确保CO2排放不超标。2 GBCO2系统开发 美国钢铁公司的初衷是要开发一套应用系统来计算监测其主要生产设备排放的CO2，应用BCO2系统的方法和技术，根据设备类型不断积累总结，建立自己的CO2监测系统。当时，美国钢铁公司有7座联合钢铁厂（包括USSK），5座独立精轧机，2座矿山经营都是监测的目标。紧接着该公司要求监测USSK钢厂成千上万种材料重量及其碳含量。首先必须对众多数据来源进行鉴别，其次是必须开发多种有效的数据输入方法才能将所有需要的数据快而准确地输入系统。显然，其工作量相当庞大而繁杂。为便于管理和在合理的时间框架内制定出科学的CO2排放计算法，这一举措将在第四阶段实施。 美国钢铁公司调配来自研究机构、环境事业部、商业服务中心、会计和生产一线的员工共同组成CO2数据组来实施该项目。大体方向是在北美开发设计规范（因为大多数钢厂设置在北美)，在欧洲（Ko?ice）设计与开发该系统以利用在开发实施BCO2系统时积累的丰富经验。全球CO2平衡系统（GBCO2）应用所要求的硬件支撑设备也安置在USSK。 3 GBCO2系统的第一阶段 第一阶段的目标是分析大量输入和输出设备的碳源，并要将监测材料的品种数减至最小。USSK系统对23种材料和总量分析的结果表明，可对至少95%的流进流出炼钢设备的碳源进行分析计算，见表1。材料含碳量选择是根据广泛的文献综述，合理的分析数据、厂商信息和材料来源的相关知识确定的。同时记录了对每种材料是输入还是输出的分类。 表1 典型钢铁生产设备的主要碳源 在测量总碳量的大量参数中选用少量参数进行分析。该方法与美国钢铁协会（AISI），国际钢铁协会（worldsteel，即以前的IISI）共同进行的CO2排放量计算的方法类似。协会用钢铁公司提供的数据计算钢铁工业CO2排放量。美国钢铁公司已向这两组织提供了数据。美国钢铁协会和国际钢铁协会采用的典型含碳量与表1所列相似。为使GBCO2第一阶段的实施更加合理，不论材料的来源，各种级别的用一种材料都使用表1所列的典型含碳量。例如GBCO2第一阶段采用的方法是各种类型的