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《寧夏社會科學雜志》2015年第四期

科學已經(jīng)證明，人類大規(guī)模的碳排放是造成全球溫度上升的主要原因。由于氣候變暖可能帶來災難性的影響，應對全球氣候變化已成為重要的國際議題。中國已成為世界第一的溫室氣體排放國［1］。為履行大國責任，中國正在積極推動節(jié)能低碳發(fā)展。西部大開發(fā)以來，寧夏進入快速增長階段，國民生產總值年均增速達到了10%左右，工業(yè)增加值大多年份以兩位數(shù)的速度增長。其中，冶金行業(yè)的發(fā)展令人矚目，形成了稀有金屬材料、鎂及鎂合金材料、電解鋁鋁合金及型材等產業(yè)鏈，是全球最大的鉭鈮冶煉加工基地，也是我國主要的電解鋁、金屬鎂及鎂合金產地［2］。冶金行業(yè)屬于高耗能、高污染行業(yè)。粗放型的、以環(huán)境和資源為代價的經(jīng)濟發(fā)展方式已經(jīng)不符合寧夏的發(fā)展方向，亟需轉型升級。

一、寧夏冶金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

(一)行業(yè)概況寧夏冶金行業(yè)的發(fā)展源于20世紀60—70年代，包括寧夏有色金屬冶煉廠在內的一批外埠企業(yè)先后遷入寧夏，構筑起了寧夏工業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展的基礎。改革開放以來，國家投資擴建青銅峽鋁廠等一批大型骨干企業(yè)，寧夏冶金行業(yè)得到進一步發(fā)展。冶金工業(yè)已成為寧夏一個重要的支柱產業(yè)，是各級地方財政收入的主要來源之一，在全區(qū)經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。寧夏金屬礦產資源并不豐富，但具有能源優(yōu)勢。此外，也具有煤炭、土地資源與環(huán)境容量的優(yōu)勢。寧夏黑色金屬行業(yè)與有色金屬行業(yè)分別占工業(yè)總產值的7%與12%，冶金行業(yè)約占工業(yè)總產值的1/5。1998—2012年以來，寧夏黑色金屬行業(yè)產值年均增速接近30%，有色金屬行業(yè)產值年均增速23%，增長迅速(如圖1所示)。冶金行業(yè)也是推動社會就業(yè)的重要部門，其從業(yè)人數(shù)占工業(yè)從業(yè)人數(shù)的17%。從西北地區(qū)看，寧夏冶金行業(yè)總體規(guī)模較小，黑色金屬行業(yè)與有色金屬行業(yè)的規(guī)模分別排在第五和第四(如圖2所示)，但在全國范圍內寧夏有色金屬冶金行業(yè)單個企業(yè)的平均規(guī)模(即行業(yè)總產值/企業(yè)數(shù)量)僅次于甘肅(如圖3所示)。單個企業(yè)規(guī)模越大越有利于實現(xiàn)規(guī)模效應與資源整合，同時也有利于節(jié)能低碳技術的利用推廣。尤其寧夏有色金屬行業(yè)相對于黑色金屬行業(yè)更有優(yōu)勢。

(二)主要產品與子行業(yè)寧夏黑色金屬冶金行業(yè)產品主要包括鋼鐵以及鐵合金、碳化硅、焦炭等高載能冶金爐料產品。從表1看，寧夏粗鋼、生鐵、鋼材的產量都很小，只有鐵合金的產量高于其他四省區(qū)。鐵合金產品是煉鋼不可缺少的添加劑。“十一五”期間，寧夏通過加大技術改造創(chuàng)新力度，加大硅系列復合合金及低鋁、低鈦、低碳等鐵合金產品的研發(fā)力度和生產能力，優(yōu)化了產品結構，提高了產品附加值。到2010年，硅鐵及復合合金產量達到100萬噸，銷售收入超過50億元，保持全國硅鐵大省和內外貿生產基地的地位。寧夏有色金屬冶金行業(yè)產品主要包括以鉭鈮鈹系列產品為主的稀有金屬冶煉和加工業(yè)，以及以鋁鎂為主的輕金屬冶煉及加工業(yè)。從表2看，寧夏電解鋁和鎂相對較大。“十一五”期間，中電投青銅峽能源鋁業(yè)公司形成70萬噸電解鋁生產能力，冶煉技術、裝備水平達到國際先進水平，加上中寧鋁廠全區(qū)電解鋁產能達到90萬噸。寧夏是世界主要的金屬鎂及鎂合金產地之一。鎂錠生產能力超過18萬噸。寧夏以鉭鈮鈹系列產品為主的稀有金屬冶煉和加工業(yè)處于國際先進水平，是世界重要的鉭鈮鈹生產研發(fā)基地。中色東方集團主導產品鉭粉、鉭絲在技術、產品檔次和質量等方面與世界同行同步，某些品種達到世界領先水平，產品90%以上銷往美國、日本、韓國以及歐洲等。鉭絲占世界市場份額的60%，綜合質量和市場占有量均居世界第一位;鉭粉占世界市場份額的30%，居世界第二位。

二、寧夏冶金行業(yè)能耗現(xiàn)狀

在環(huán)境保護與能源成本上升的多重壓力之下，實現(xiàn)冶金行業(yè)的低碳發(fā)展日益受到關注。寧夏雖然總體能源消費量不高，但是單位GDP能耗強度處于全國最高水平(2005—2013年)，面臨較嚴峻的節(jié)能低碳壓力。首先，從寧夏各個工業(yè)行業(yè)看，黑色金屬冶金行業(yè)與有色金屬冶金行業(yè)的能源消費量排名第三與第四，屬于能源消費的重點行業(yè)。其次，為了解寧夏冶金行業(yè)的能源效率水平，計算冶金行業(yè)單位產值能耗，并與其他四個省區(qū)進行了比較(如圖5所示)。寧夏黑色金屬冶金行業(yè)與有色金屬冶金行業(yè)的單位產值能耗分別處在第四高和第三高的水平，這意味著可以通過能效對標的方式，進一步識別寧夏冶金行業(yè)的節(jié)能潛力。

三、重點行業(yè)節(jié)能低碳技術選擇

(一)鋼鐵行業(yè)(1)干法熄焦(CDQ)技術。據(jù)測算，每干熄1t紅焦可回收能源40kg—50kg的標準煤，同時能減少環(huán)境污染，100萬t/a焦化廠每年可以減少8—10萬噸動力煤燃燒對大氣的污染［3］。(2)煤調濕(CMC)技術。煤調濕技術主要經(jīng)濟效益體現(xiàn)在以下四個方面:①焦爐生產能力提高11%;②煉焦耗熱量減少15%;③焦炭粒度分布更加均勻;④焦炭機械強度提高1—1.5個百分點或可多配弱粘結性煤8—10個百分點，每噸煤減少剩余氨水約44kg。(3)燒結環(huán)冷機余熱回收技術。噸燒結礦可回收蒸汽20kg—30kg，降低工序能耗4kg標準煤左右。(4)燒結低溫余熱回收技術。一般每噸燒結礦可以回收蒸汽量30kg—90kg，降低燒結工序能耗3kg—10kg標準煤。目前，鞍山鋼鐵集團公司、武漢鋼鐵公司、唐山鋼鐵集團有限責任公司等鋼鐵企業(yè)采用燒結廢氣余熱發(fā)電技術。(5)轉爐負能煉鋼工藝技術。上海寶山鋼鐵集團股份有限公司是我國最早實現(xiàn)“負能煉鋼”的鋼鐵企業(yè)。近年來，武漢鋼鐵公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司等一批中型轉爐也都成功應用負能煉鋼技術。

(二)電解鋁行業(yè)(1)碳陽極消耗排放的CO2減排技術。此項技術可以通過提高陽極質量、改善陽極反應性能來減少陽極消耗產生的CO2［5］。國家級科技成果“鋁電解用優(yōu)質碳陽極生產關鍵技術”，目前在中國鋁業(yè)公司得到了大范圍推廣應用，減排效果明顯，2010年榮獲國家科技進步二等獎。(2)低電壓節(jié)能技術。目前，噸鋁(電解鋁)產品能耗已經(jīng)下降到14000kWh，比國際(除中國外)平均綜合能耗低1000kWh以上，其噸鋁直流電耗一直在13000kWh左右徘徊，仍是理論直流電耗6330kWh的2倍以上，碳氟化合物排放量仍然較高，屬全球十分矚目的節(jié)能減排重點行業(yè)［6］。究其原因，在2008年以前，國內外所有電解鋁生產系列均采用傳統(tǒng)的“高溫高電壓”生產工藝技術路線，很難實現(xiàn)能耗的進一步降低。因此，在保證電流效率的前提下，降低電解槽工作電壓是電解鋁節(jié)能減排的主要途徑。目前，中國鋁業(yè)公司、云南鋁業(yè)公司、中孚實業(yè)公司采用該技術路線均取得了較好的節(jié)能減排效果。(3)自動熄滅陽極效應技術。為了幫助中國電解鋁企業(yè)降低陽極效應PFC排放，亞太合作伙伴組織(APP)計劃在中國推廣應用“自動熄滅陽極效應技術”，該技術由新西蘭奧克蘭大學研究開發(fā)，在國外多家電解鋁企業(yè)推廣應用后收到了良好效果，可在30s內快速熄滅陽極效應(人工熄滅陽極效應需要90—120s)，大大縮短了陽極效應持續(xù)時間，有效降低了陽極效應PFC排放。中南大學正在與新西蘭奧克蘭大學洽談合作意向，準備共同開發(fā)具有自動熄滅陽極效應功能的新一代電解槽控制技術［8］。

(三)鎂冶煉行業(yè)(1)循環(huán)產業(yè)鏈。利用半焦爐產煤氣的工藝流程，可以建立“煙煤—半焦煤氣—鎂”“煙煤—蘭炭—硅鐵—鎂”“鎂渣—水泥”等多條循環(huán)經(jīng)濟鏈。半焦化爐生產的焦化煤氣是最重要的產品。經(jīng)過收集、洗滌、凈化處理后輸送到回轉窯、還原爐、精煉爐使用，氣源穩(wěn)定，升溫控制有保障。半焦爐副產品蘭碳供硅鐵電爐使用。電爐又生產硅鐵供鎂使用。硅鐵占去鎂成本的30%—50%。以低鋁、低錳的硅鐵供應鎂生產，既保證鎂的質量，又降低了鎂成本。半焦爐副產品煤焦油是優(yōu)質化工廠產品，全部銷售，也可沖減鎂成本。(2)利用回轉窯煙氣余熱。利用回轉窯窯尾排出的煙氣為余熱鍋爐提供熱源產出蒸汽，滿足射流泵的動力需求，同時，并入焦爐汽網(wǎng)。回轉窯排出的煙氣溫度由入鍋爐前的660℃降至出鍋爐后的180℃，實現(xiàn)煙氣余熱的循環(huán)利用。窯尾加裝豎式預熱器，提高煅燒產能15%，降低能源消耗。(3)新型窯襯保溫技術。回轉窯窯體表面積大，溫度高，散熱損失可觀，必然影響窯熱效率。窯皮溫度由300℃—400℃降至210℃以內，可望將散熱損失控制在8%左右，噸鎂節(jié)省煤100kg。

四、結論

寧夏發(fā)展冶金行業(yè)的資源、能源、配套條件等傳統(tǒng)優(yōu)勢尤存，節(jié)能減排的倒逼機制和現(xiàn)代節(jié)能減排技術的應用，給冶金行業(yè)的產業(yè)升級、解決寧夏萬元GDP耗能居高不下、碳排放強度過大等問題提供了較大的潛在及后發(fā)優(yōu)勢，更是做強做大做優(yōu)冶金產業(yè)的大機遇。寧夏現(xiàn)有的鋼鐵、鐵合金、焦炭、電解鋁、有色金屬冶煉以及滿足能源供應的火電廠，既是耗能和碳排放的傳統(tǒng)重點行業(yè)，也是采用先進技術發(fā)展低碳經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟，綜合治理碳排放的大產業(yè)。只要節(jié)能減排投入到位，現(xiàn)有技術措施能夠保障，企業(yè)不僅能取得客觀的經(jīng)濟效益，而且冶金行業(yè)會成為建設天藍、地綠、水清的美麗寧夏的優(yōu)勢產業(yè)。

作者：馬漢成 姜茂發(fā) 單位：東北大學 材料與冶金學院