2014年底，日本鐵鋼聯(lián)盟公布了日本鋼鐵業(yè)2020年~2030年的二氧化碳減排計(jì)劃。根據(jù)該計(jì)劃，到2020年，日本鋼鐵業(yè)的二氧化碳排放量將比2005年減少200萬噸；到2030年，二氧化碳減排量比2005年減少900萬噸。日前獲悉，JFE正在建設(shè)一套150MW的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)自用發(fā)電機(jī)組，并計(jì)劃于今年投入運(yùn)行。
鋼鐵生產(chǎn)需要消耗大量的資源和能源，因此，在鋼鐵生產(chǎn)過程中降低環(huán)境載荷顯得十分重要。本文以JFE為例，介紹了日本鋼鐵工業(yè)防止全球變暖，以及在資源節(jié)約、降低環(huán)境載荷、建設(shè)循環(huán)型社會(huì)和未來發(fā)展趨勢方面的措施和技術(shù)創(chuàng)新。
日本鋼鐵業(yè)實(shí)現(xiàn)“3個(gè)生態(tài)”
2009年11月，日本鐵鋼聯(lián)盟提出了努力解決全球變暖的概念。這個(gè)概念基于在全球范圍內(nèi)減少溫室氣體排放，不僅通過鋼鐵企業(yè)自身減少廢氣排放，還將其擴(kuò)展到其他工業(yè)行業(yè)和海外的制造企業(yè)，其核心要素是“3個(gè)生態(tài)”：生態(tài)過程、生態(tài)產(chǎn)品和生態(tài)解決方案。
生態(tài)過程。生態(tài)過程是指，在生產(chǎn)過程中減少CO2排放，主要通過生產(chǎn)系統(tǒng)的最優(yōu)化、操作裝備和技術(shù)的提高、最先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和裝備的應(yīng)用。從上世紀(jì)70年代到80年代，日本鋼鐵工業(yè)總計(jì)投入資金3萬億日元用于環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約，并引入了大批節(jié)能設(shè)備。因此，當(dāng)時(shí)日本的能源節(jié)約了20%。從1990年起，在日本鐵鋼聯(lián)盟志愿行動(dòng)計(jì)劃的推動(dòng)下，日本鋼鐵工業(yè)開始實(shí)施各項(xiàng)措施，以再減少10%的能源消耗。單從減少CO2來看，日本目前的減排量達(dá)到了9%，即相當(dāng)于每年減少1787萬噸的CO2，并提前完成了單項(xiàng)工業(yè)CO2減排指標(biāo)。目前，這些研究和技術(shù)已經(jīng)幾乎得到100%的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，日本鋼鐵業(yè)實(shí)現(xiàn)了全球最高水平的能源利用率。數(shù)據(jù)顯示，日本鋼鐵工業(yè)的能源利用率約高于能源利用率最差的國家30%。
生態(tài)產(chǎn)品。生態(tài)產(chǎn)品是指能源節(jié)約體現(xiàn)在產(chǎn)品使用階段，是為用戶提供高性能的鋼鐵材料，如開發(fā)和推廣車體輕量化的高強(qiáng)鋼等，通過能源的經(jīng)濟(jì)性利用達(dá)到能源節(jié)約。
日本能源經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)2010年做了一項(xiàng)試驗(yàn)，以計(jì)算高性能鋼鐵產(chǎn)品最終使用階段的CO2減排效果。該項(xiàng)目的產(chǎn)品類別包括高性能的汽車板、取向電工鋼、船板用鋼、鋼管和不銹鋼等。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，在日本使用的這5類鋼材的CO2減排量為926萬噸，海外的減排量為1282萬噸。因此，高性能鋼材使用實(shí)現(xiàn)的總減排量為2208萬噸。此外，為了繼續(xù)提高產(chǎn)品的有效利用率、開發(fā)先進(jìn)技術(shù)，還需要引入產(chǎn)品全生命周期評價(jià)的方法。
生態(tài)解決方案。生態(tài)解決方案是指通過研發(fā)和全球推廣相關(guān)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)來減少全球的CO2排放。這種先進(jìn)技術(shù)和裝備向其他國家輸出，也為全球范圍的能源節(jié)約和遏制全球變暖提供了有效的途徑。
由日本鋼鐵工業(yè)研發(fā)和商業(yè)化的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和裝備已經(jīng)被引入很多國家，僅從日本鋼鐵工業(yè)安裝和正在運(yùn)行的裝備來看，2011年，這些主要節(jié)能鋼廠減少了約4341萬噸CO2的排放量。為了促進(jìn)世界鋼鐵工業(yè)提高能源效率和減排CO2，日本鋼鐵工業(yè)也參與到了眾多國際活動(dòng)中。例如，中日鋼鐵工業(yè)互相交流討論先進(jìn)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，日本鋼鐵工業(yè)還參與到國際鋼協(xié)的CO2突破計(jì)劃。
可以預(yù)計(jì)，未來通過“3個(gè)生態(tài)”實(shí)現(xiàn)的總減排量約為8300萬噸，相當(dāng)于日本1990年總排放量的7%。日本鋼鐵聯(lián)盟志愿行動(dòng)計(jì)劃已經(jīng)在2012年結(jié)束，但在2014年11月13日，日本鐵鋼聯(lián)盟又公布了日本鋼鐵業(yè)2020年~2030年的二氧化碳減排計(jì)劃。
JFE的碳減排注重效率和創(chuàng)新
目前，JFE通過干熄焦、煤調(diào)濕、燒結(jié)冷卻廢熱回收、廢塑料投料、高爐煤粉噴吹、高壓蒸汽回收發(fā)電、豎爐改造、無頭軋制、過程耦合、回轉(zhuǎn)式再生熱交換器、余熱鍋爐等技術(shù)裝備和管理手段，使粗鋼單位能耗相比1990年降低了18%，CO2排放量減少了20%。
Super-SINTERTM技術(shù)。Super-SINTERTM技術(shù)主要是在燒結(jié)過程中，用氫基氣體代替常用的碎焦炭。天然氣等氫基氣體，比碳基焦炭具有更低的CO2排放。該項(xiàng)技術(shù)最初應(yīng)用于JFE京濱廠，在2012年全部應(yīng)用于JFE的鋼廠。
高效發(fā)電設(shè)備。JFE對眾多的高壓氧氣、氮?dú)鈮嚎s機(jī)進(jìn)行持續(xù)的更新改造，更新改造的鋼廠包括京濱廠、千葉廠、岡山廠和福山廠等。在千葉廠，JFE正在建設(shè)一套150MW的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)自用發(fā)電機(jī)組，以通過提高能源利用效率來節(jié)約能源、減排CO2。該新機(jī)組將于今年（2015年）投入運(yùn)行。
對抗全球變暖的技術(shù)發(fā)展。作為COURSE50技術(shù)項(xiàng)目的成員，JFE開發(fā)了變壓吸附分離和回收CO2的技術(shù)，以及從鋼渣回收廢熱的技術(shù)。
變壓吸附工藝技術(shù)是用沸石作為吸附劑分離和回收高爐副產(chǎn)煤氣中的CO2。目前，JFE已經(jīng)在其西日本鋼鐵福山廠建設(shè)了一套規(guī)模為3噸CO2/天的試驗(yàn)裝置。
目前，JFE正在研究開發(fā)一種名為“鐵焦”的CO2減排生產(chǎn)技術(shù)。同時(shí)，JFE在東日本鋼鐵京濱廠建設(shè)了一個(gè)鐵焦產(chǎn)能為30噸/天的試驗(yàn)工廠，并得到日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)的贊助支持。
為了實(shí)現(xiàn)世界最高水平的能源有效利用，JFE到2011年已經(jīng)累計(jì)投入了4275億日元。目前，JFE正在計(jì)劃100億日元/年的大規(guī)模投資，用于能源系統(tǒng)的升級改造等。
環(huán)保和副產(chǎn)物回收并行
JFE在2005年就成立了單獨(dú)的環(huán)境管理控制部門，并加強(qiáng)了其權(quán)力。同時(shí)，JFE從審計(jì)部門引入了環(huán)境審計(jì)系統(tǒng)，環(huán)境管控能力也隨著業(yè)務(wù)審計(jì)的實(shí)施不斷提高。此外，他們還在各個(gè)工作層級引入了環(huán)境保護(hù)教育系統(tǒng)，以增強(qiáng)員工的環(huán)保意識和環(huán)保知識。JFE鼓勵(lì)技術(shù)崗位的員工考取日本政府承認(rèn)的污染控制經(jīng)理資質(zhì)證書。從2005年至今，JFE已經(jīng)有1074人取得了該項(xiàng)資質(zhì)。
JFE降低苯排放的措施包括：通過使用高效的爐門清掃機(jī)減少焦?fàn)t的氣體泄漏；引入燃燒處理和活性炭吸附處理工藝，處理煤填入焦?fàn)t時(shí)的煤氣放散；引入蒸汽回收和燃燒處理設(shè)備處理輕質(zhì)原油等。2011年，JFE的苯排放量相比2001年降低了70%。二口惡英主要產(chǎn)生于燒結(jié)過程，JFE加強(qiáng)了濕式靜電除塵器的能力，同時(shí)，采取措施減少燒結(jié)材料中Cl的放散。因?yàn)镃l是二口惡英形成的主要因素之一。與2001年相比，JFE2011年的二口惡英總排放量降低了88%。
JFE很早就采取了多項(xiàng)措施防止粉塵排放，如增加粉塵采集器的數(shù)量、提高其性能，在料倉灑水或者料倉封閉，在廠區(qū)經(jīng)常性的清潔和灑水等。目前，JFE京濱廠的灑水設(shè)備又進(jìn)行了升級。基于模擬分析，JFE能夠找出需要實(shí)施措施的關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)積極有效的提高裝備水平。
2011年，JFE總共消耗了約6800萬噸原材料，產(chǎn)生了約1500萬噸的副產(chǎn)物，但其副產(chǎn)物回收率達(dá)到了99.7%。目前，JFE正在開發(fā)一種冶金渣的新用途，將其作為海洋環(huán)境恢復(fù)的材料。該項(xiàng)研發(fā)利用冶金渣中的氧化鈣和氧化鐵成分，以及使珊瑚礁恢復(fù)的技術(shù)。珊瑚蟲和昆布等生物能夠在這種材料中生存，從而達(dá)到恢復(fù)珊瑚礁海洋環(huán)境的目的。
粉塵和污泥具有很高的含鐵量，但其中有時(shí)會(huì)含有鋅和其他雜質(zhì)，使其難以回收再利用。為此，JFE開發(fā)引進(jìn)了回收裝置。例如，粉塵精煉爐能夠?qū)\從粉塵中除去并加以回收，使含鐵粉塵能夠重新用于冶煉，該技術(shù)最早用于JFE福山廠。此外，JFE倉敷廠還利用一種焙燒爐將含油污泥中的油除去。
JFE研發(fā)了一系列循環(huán)技術(shù)利用燃燒爐和熔化爐消納其它行業(yè)以及社會(huì)的廢塑料，例如塑料容器和塑料包裝這類常見的城市垃圾。JFE在世界首次應(yīng)用廢塑料作為高爐原料，并將其商業(yè)化，其主要是噴吹塑料粉，并且將其作為高爐中鐵礦石的還原劑。