Парниковый эффект и производство стали

Проанализированы закономерности развития парникового эффекта и влияние на него Киотского протокола. Показана зависимость эмиссии парниковых газов от способов получения металлургической продукции. Предложены варианты уменьшения объемов эмиссионных газов и их утилизации....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
1. Verfasser:	Демидик, В.Н.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2011
Schriftenreihe:	Металл и литье Украины
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104428
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Парниковый эффект и производство стали / В.Н. Демидик // Металл и литье Украины. — 2011. — № 5. — С. 29-33. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-104428
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1044282016-07-10T03:02:26Z Парниковый эффект и производство стали Демидик, В.Н. Проанализированы закономерности развития парникового эффекта и влияние на него Киотского протокола. Показана зависимость эмиссии парниковых газов от способов получения металлургической продукции. Предложены варианты уменьшения объемов эмиссионных газов и их утилизации. Проаналізовано закономірності розвитку парникового ефекту та роль впливу на нього Кіотського протоколу. Показано залежність емісії парникових газів від способів отримання металургійної продукції. Запропоновано варіанти скорочення об’ємів емісійних газів та їхньої утилізації. The analysis of regularities in greenhouse effect development and influence of the Kyoto Protocol on it is given. Dependence of greenhouse gases emission on metallurgical production methods is shown. Variants of emission gases decreasing and its utilization are offered. 2011 Article Парниковый эффект и производство стали / В.Н. Демидик // Металл и литье Украины. — 2011. — № 5. — С. 29-33. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104428 669.14:631.344.3 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Проанализированы закономерности развития парникового эффекта и влияние на него Киотского протокола. Показана зависимость эмиссии парниковых газов от способов получения металлургической продукции. Предложены варианты уменьшения объемов эмиссионных газов и их утилизации.
format	Article
author	Демидик, В.Н.
spellingShingle	Демидик, В.Н. Парниковый эффект и производство стали Металл и литье Украины
author_facet	Демидик, В.Н.
author_sort	Демидик, В.Н.
title	Парниковый эффект и производство стали
title_short	Парниковый эффект и производство стали
title_full	Парниковый эффект и производство стали
title_fullStr	Парниковый эффект и производство стали
title_full_unstemmed	Парниковый эффект и производство стали
title_sort	парниковый эффект и производство стали
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104428
citation_txt	Парниковый эффект и производство стали / В.Н. Демидик // Металл и литье Украины. — 2011. — № 5. — С. 29-33. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT demidikvn parnikovyjéffektiproizvodstvostali
first_indexed	2025-07-07T15:20:15Z
last_indexed	2025-07-07T15:20:15Z
_version_	1837001988552785920
fulltext	29МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (216) ’2011 УДК 669.14:631.344.3 В. Н. Демидик Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев Парниковый эффект и производство стали Проанализированы закономерности развития парникового эффекта и влияние на него Киотского прото- кола. Показана зависимость эмиссии парниковых газов от способов получения металлургической про- дукции. Предложены варианты уменьшения объемов эмиссионных газов и их утилизации. Ключевые слова: парниковый эффект, сталь, эмиссия, производство О социальных последствиях, связанных с ухудше- нием экологических условий, и техногенных ката- строфах пишут много, но, в основном, отдельно от темы индустриального развития. Однако эти явления очень тесно связаны. Человечество уже ощутило и осознало пагубность производства при отсутствии тщательного контроля за сопутствующими при этом негативными фактора- ми. Технологическая деятельность человека приве- ла к ряду климатических изменений, в том числе к глобальному потеплению. Еще в 1824 г. французский физик Жозеф Фурье выяснил, почему температура атмосферы плане- ты примерно на 10о выше, чем должна быть по всем расчетам энергетического баланса климата. Раннее ученые подсчитали этот баланс, сопоставив то теп- ло, которое приносит солнечный свет, и то, которое Земля отражает в космос, однако цифры не сходи- лись. Фурье первым понял, что отдельные газы в ат- мосфере планеты улавливают тепло и сдерживают его. Он назвал открытое им явление парниковым эф- фектом. Как доказал позже другой ученый, Джон Тин- дэлл, таким газом является углекислый газ, который способствует накоплению тепла на поверхности пла- неты. В 1898 г. Сванте Аррениус, лауреат Нобелев- ской премии, подсчитал, что удвоение концентрации СО2 в атмосфере повысит температуру на планете на 4-6 оС. Но в те времена разговоры о потеплении были лишь теорией. И только в 1960-х годах аме- риканский ученый Чарльз Килинг доказал, что уро- вень СО2 увеличивается. В 1972 г. исследователи предсказали, что к 2000 г. средняя температура на планете поднимется на 15 оС. Но 2000 года ждать не пришлось, в начале 1980-х глобальное потепле- ние стало очевидным благодаря измерениям метео- рологических станций, расположенных по всему ми- ру. В 1992 г. на саммите в Рио-де-Жанейро мировые лидеры подписали исторический документ – Конвен- цию об изменении климата, ее назначение – «ста- билизация концентрации парниковых газов в атмо- сфере на уровне, который воспрепятствует опасно- му влиянию на климатические системы». В 1997 г. был подписан Киотский протокол – меж- дународный документ, обязывающий развитые стра- ны и страны с переходной экономикой сократить объем выбросов парниковых газов в 2008-2012 гг. на 5,2 % по сравнению с показателями 1990 г. Создан механизм продажи квот. Предусмотренные Киотским протоколом обязанности стран распространяются на шесть парниковых газов (ПГ): диоксид углерода (СО2), метан (СН4), закись азота (N3O), гидрофтор- углероды (ГФУ), перфторуглероды (ПФУ), гексафто- рид серы (SF6). К сожалению, за прошедшие годы было сделано мало. На самом деле в 2008 г. выбросы СО2 от сжига- ния ископаемых видов топлива по сравнению с 1990 г. стали на 40 % выше. Средняя температура на плане- те продолжает подниматься. Ключевую роль в этих процессах играют энер- гетическая, горно-металлургическая, химическая от- расли. На мировую черную металлургию приходится до 20 % промышленных выбросов парниковых газов. В феврале 2004 г., после ратификации Киотского протокола Верховной Радой, Украина стали 121-й страной, которая согласилась ограничить свои вы- бросы парниковых газов в атмосферу. Украина по- лучила значительные преимущества, так как на 1990 г. пришелся максимум металлургического про- изводства. К тому же Украина относится к странам с переходной экономикой, к которым требований по снижению объемов выбросов меньше. Таким обра- зом, представилась возможность реализовать не- использованные квоты по выбросам (146 млн. т) на сумму до 2,5 млрд. долларов. Необходимо отметить, что рост объемов произ- водства стали, естественно, увеличивает выбросы СО2 – это 80-90 млн. т в год. Вероятно, отечествен- ные экспорты энергоемкой продукции занимают- ся легальным экспортом квот на выбросы парнико- вых газов, спрятанных в каждом миллионе долла- ров, полученных от экспорта чугуна, стали и другой продукции. Правительство должно контролировать скрытый экспорт национальных квот на выбросы парниковых газов [1]. Тогда и затраты на окружа- ющую среду не будут такими малыми и неэффек- тивными (рисунок). В то же время черная металлургия Украины име- ет достаточный потенциал для снижения выбросов парниковых газов, и в первую очередь за счет реструк- туризации неэффективных мощностей и внедрения прогрессивных ресурсосберегающих технологий. К чис- лу наиболее крупных резервов можно отнести замену мартеновского способа производства на кислородно- конвертерный и электродуговой способы, а также пе- реход с разливки стали в изложницы на непрерыв- ную разливку. Изменения структуры производства ста- ли в Украине за 1990-2009 гг. приведены в табл. 1. 30 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (216) ’2011 За счет вывода неэффективных мощностей до- ля прогрессивных (конвертерного и электросталепла- вильного) способов производства стали возросла, а до- ля непрерывной разливки стали увеличилась в 6 раз. Изменения в объемах парниковых газов черной метал- лургии за этот же период представлены в табл. 2. Сравнение табличных данных показывает, что за период начавшейся реструктуризации отрасли объем выбросов ПГ в 2009 г. по сравнению с 1990 г. сокра- тился, что связано, в основном, с объемом производ- ства. Если рассмотреть выбросы СО2 при различных способах производства ста- ли, то наиболее экологичным являет- ся электросталеплавильный процесс (табл. 3). И если исключить из призвод- ства мартеновский процесс, то умень- шение выбросов СО2 в 2009 г. было бы на 12,5 млн. т меньше. На металлургических предприятиях необходимо проводить системный мони- торинг объемов выбросов парниковых га- зов и энергоемкости металлопродукции на базе параметра углеродоемкости. В странах ЕС и США поднимается вопрос Показатели Отчетные данные, годы 1990 1995 2000 2005 2007 2009 Производство стали, млн. т 49,8 22,3 31,8 38,6 40,9 29,8 Доля, %: – конвертерной стали 42,7 42,9 46,9 51,2 51,4 69,2 – мартеновской стали 54,1 53,8 49,9 45,2 44,8 26,3 – электростали 3,2 3,3 3,0 3,6 3,8 4,5 – непрерывной разливки 7,8 16,1 18,9 29,5 34,2 48,4 Таблица 1 Изменение структуры производства стали в черной металлургии Украины за 1990-2009 гг. Показатели Годы 1990 2000 2005 2007 2009 Производство стали, млн. т/% 49,8/100 31,8/63,9 38,6/77,5 40,9/82,1 29,8/59,8 Производство проката, млн. т/% 38,6/100 22,6/58,5 33,4/86,5 36,2/93,8 26,8/69,4 Выбросы СО2, всего, млн. т 124,5 76,3 88,8 89,9 59,6 Снижение выбросов СО2, % 100,0 61,3 71,3 72,2 47,9 Выбросы СО2 на 1 т стали, т 2,5 2,4 2,3 2,2 2,0 Выбросы СО2 на 1 т проката, т 3,5 3 2,5 2,7 2,2 Таблица 2 Объем выбросов парниковых газов в черной металлургии Украины за 1990-2009 гг. об ограничении импорта металлопродукции с индек- сом углеродоемкости выше национальных стандар- тов (0,50 % С). Такой низкий показатель объясняется большим объемом производимой электростали и от- сутствием многих вспомогательных переделов. Угле- родоемкость металлургической продукции России со- ставляет 0,65-0,70 % при объеме производства элек- тростали более 30 %; можно только предположить, насколько выше углеродоемкость продукции Украи- ны при менее 5 % производимой электростали. Это может привести к ограничению импорта украинской 10000 8000 6000 4000 2000 0 2000 2011 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Годы 4,3 % 6,1 % 8,8% 9,8 % 9,9 % 8,5 % 13,5 % 74 ,7 5 71 ,0 4 82 ,0 1 16 7, 20 7,7 % 47 4, 00 15,5 % 44 5, 80 64 1, 70 10 43 ,2 0 68 0, 0018 28 ,7 16 40 ,1 13 39 ,1 21 71 ,1 30 48 ,3 50 50 ,0 64 63 ,3 10 48 3, 9 85 87 ,5 50 34 ,1 млн. грн. Показатели освоения капитальных инвестиций ( ), в том числе на охрану окружающей среды ( ) предприятий, входящих в объединение «Металлургпром» в процентном соотношении 68 0, 00 4,0 % 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (216) ’2011 продукции в Евросоюз и США как энергоемкой и, со- ответственно, углеродосодержащей. Таких же прин- ципов будут обязаны придерживаться и азиатские страны, и данная цепная реакция может значитель- но сократить экспортный потенциал Украины как одной из наиболее углеродосодержащих экономик мира. Нельзя забывать, что металлургическая про- дукция является основой экспортных валютных по- ступлений. Это еще один фактор, подтверждающий необходимость более масштабного ввода электро- дуговых печей на предприятиях Украины. По оценке Всемирной ассоциации стали, долю выплавки элек- тростали в мире можно довести до 43 % вместо име- ющих место в настоящее время 30, что позволит сни- зить выбросы СО2 на 200 млн. т. По выбросам СО2 имеет преимущество измене- ние схемы получения стали доменная печь – кис- лородный конвертер на внедоменное получение ме- таллизованного сырья, электродуговую печь. Суммар- ная величина удельных выбросов СО2 по схеме ДП-КК составила 1720 кг/т, Мидрекс-ДСП – 1090, то есть удельные выбросы СО2 уменьшились на 630 кг/т [2]. На металлургических предприятиях полного ци- кла, использующих первичное сырье, наибольшую долю выбросов парниковых газов (%) дают домен- ные печи – 32, далее идут ТЭЦ-ПВЭС – 25, сталепла- вильные агрегаты – 10, прокатное производство – 8, на остальные цехи приходится ≈20 [3]. В 2008 г. Всемирная ассоциация стали разработа- ла методику сбора данных по выбросам СО2 от ком- паний черной металлургии. Ее база данных включает информацию 200 компаний, на которые приходится более 40 % мировых производственных мощностей. Соответствующую методику разработал и ЦНИиЧер- мет им. И. А. Бардина (Россия). В Украине УкрГНТЦ «Энергосталь» разработал метод расчета эмиссии диоксида углерода на про- изводство единицы товарной продукции металлурги- ческих предприятий. Этот способ позволяет прогно- зировать изменения выбросов СО2 на предприятии в зависимости от технологических изменений произ- водства, в частности, дает возможность достаточно полно оценить влияние замены мартеновских цехов конвертерными с одновременным внедрением не- прерывной разливки стали. Методика опробована на ряде металлургических предприятий [4]. Технологический процесс Производство в 2009 г. После замены жидкая сталь, млн. т/год удельные выбросы СО2, т/т стали общие выбросы СО2, млн. т/год жидкая сталь, млн. т/год удельные выбросы СО2, т/т стали общие выбросы СО2, млн. т/год Конвертерный 20,7 2,00 41,40 20,7 2,00 41,40 Мартеновский 7,8 2,20 17,16 – – – Электросталеплавильный 1,3 0,60 0,78 9,1 0,60 5,46 Всего: 29,8 1,99 59,34 29,8 1,57 46,86 Сокращение выбросов СО2 – – – – – 12,48 Таблица 3 Сокращение выбросов СО2, при замене мартеновских печей дуговыми сталеплавильными В настоящее время экономное использование энергии актуально вследствие дальнейшего роста неуверенности на энергетических и сырьевых рын- ках, а также все более острых дебатов по пробле- мам изменения климата. При современных обсто- ятельствах начинает проявляться интерес к таким ресурсам, которые до настоящего времени эксплуа- тировались недостаточно, в частности выбрасывае- мым газам. Технологические процессы, происходящие в ме- таллургических агрегатах, дают отличную возмож- ность для превращения первичной энергии расхо- дуемого угля во вторичную энергию газообразных энергоносителей. Богатый энергией коксовый газ, образующийся при получении кокса за счет возгон- ки угля, имеет показатель эмиссии СО2 на 28 % ниже, чем природный газ. Коксовый газ используется для поджигания коксовых батарей, в зажигательных гор- нах агломерационных машин, нагревательных печах прокатных цехов, а также для выработки электро- энергии в энергоцехах. Колошниковый газ из домен- ных печей, применяют для нагрева в воздухонагрева- телях доменных печей, поджигания коксовых батарей и производства электроэнергии. Газ из кислородного конвертора, характеризуемый низким содержанием серы и отличной теплотворной способностью, может быть использован в нагревательных печах прокатных цехов и при других высокотемпературных процессах вместо природного газа. Такая сложная и эффектив- ная система оптимального расходования энергии со- четается с интенсивной утилизацией энергии в пре- делах металлургического завода с полным циклом. Эффективным фактором использования энер- гии и снижения выбросов может быть применение кислорода в процессах горения. Горение топлива, насыщенного чистым кислородом, по сравнению с го- рением в среде атмосферного воздуха ведет к удво- ению термодинамического КПД, снижению более чем на 40 % расхода топлива и вносит значитель- ный вклад в снижение выбросов СО2 и NOx. Разви- тие технологий беспламенного горения в последние годы и использование соответствующих топливно- кислородных горелок являются шагом на пути к но- вому этапу оптимизации процессов горения с целью сокращения потребления энергии и снижения выбро- сов СО2 и NOx. 32 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (216) ’2011 Для использования энергии доменного газа эко- номически целесообразна установка газовых утили- зационных бескомпрессорных турбин (ГУБТ) с вы- работкой электроэнергии; срок окупаемости данного мероприятия составляет для доменных печей раз- личного объема от 2 до 3 лет [5]. Экологическая оценка мероприятия при установ- ке ГУБТ проводится по показателям эмиссии парни- ковых газов. Применение энергии доменного газа для выработки электроэнергии при этом экономит топливо (природный газ), которое было бы израсхо- довано для производства электроэнергии. Данные об эмиссии парниковых газов (в пересчете на экви- валент СО2) рассчитаны по количеству выработан- ной электричества и сэкономленного природного га- за (табл. 4) [6]. В Японии ГУБТ установлены на всех доменных печах, что, естественно, способствует сокращению выбросов ПГ. Эффективный энергосберегающий проект газо- турбинной электростанции (ПГЭ) компании Mitsubi- shi (Япония), освоен на Алчевском металлургиче-i (Япония), освоен на Алчевском металлургиче- (Япония), освоен на Алчевском металлургиче- ском комбинате. Электростанция работает исключи- тельно на вторичном сырье (смеси металлургических газов: доменного, коксового и конвертерного). Оче- видное технико-экономическое преимущество ПГЭ состоит в том, что ее КПД достигает 45 %, что пре- Эмиссия парниковых газов при установке ГУБТ для печей объемом 1513-5000 м3 Параметр 1513 2000 2700 5000 Годовая выработка электроэнергии, ГВт/г. 48 66,8 83,1 187,7 Уменьшение эмиссии ПГ, тыс. т/г. 17,9 25 30,1 69,1 Таблица 4 Данные об эмиссии парниковых газов (в пересче- те на эквивалент СО2) Предприятия Выпуск продукции в 2006 г. Энегрети- ческий потенциал вторичных ресурсов, МВт Потенциал генерации электро- энергии, кВт·ч/год Сокра- щение выбросов СО2, млн. т/год чугун, млн. т конвертерная сталь, млн. т кокс, млн. т ДМЗ им. Петровского 1,49 1,30 – 85 745 0,64 Алчевский МК с участием Алчевского КХЗ 2,96 – 2,74 217 1901 1,62 ММК им. Ильича 5,30 3,50 – 294 2575 2,19 Mittal Steel - Кривой Рог 6,80 5,69 2,70 455 3986 3,39 Енакиевский МЗ 2,20 2,50 0,00 131 1148 0,97 Макеевский МЗ 1,29 – 1,48 102 894 0,76 «Запорожсталь» 3,54 – – 176 1542 1,31 ДМК им. Дзержинского 2,88 3,63 – 174 1524 1,30 МК «Азовсталь» 5,02 4,30 2,53 351 3075 2,61 Суммарный потенциал 1985 17390 14,79 вышает аналогичную характеристику отечественных установок традиционной энергетики на 15 %, а ТЭЦ Алчевского меткомбината – на 27. Ввод ПГЭ позволяет среднестатистическому украинскому металлургическому комбинату вообще приостановить закупку электроэнергии в энергопере- дающих компаний и генерировать ее на основе вто- ричных энергоресурсов (а сегодня на предприятия черной металлургии приходится около 11 % обще- национального потребления электроэнергии), а так- же сократить затраты коксовых углей на 30 %, и при- родного газа – втрое. Кроме энергосберегающего характера, существен- ным преимуществом ПГЭ является экологическая со- ставляющая ее эксплуатации. В результате осуще- ствления этого инновационного проекта ОАО «Ал- чевский металлургический комбинат» сможет умень- шить до 2012 г. вредные углеродные выбросы до 7 млн. т и производить 2,5 млрд. кВт·ч электроэнер- гии в год, полностью покрыть собственные произ- водственные потребности и реализовать остаток (600 млн. кВт·ч) на внутреннем энергорынке. Металлургическая промышленность на основе эффективной утилизации вторичных энергоресур- сов сможет оснастить комбинаты аналогичными ПГЭ суммарной мощностью 1985 МВт (табл. 5, расчеты Института проблем экологии и энергосбережения) [7]. В среднесрочной перспективе (2011-2012 гг.) использование ПГ в основных металлургических производствах (чугун, сталь, прокат) в количестве 5800 млн. м3 может быть полностью исключено. Общая прямая экономия ПГ в металлургическом производстве может составить 6788 млн. м3. Учитывая то, что в течение следующих 40 лет (2010-2050 гг.) спрос на сталь и ее выплавку может возрасти в 2 раза, достигнув 2,5 млрд. т в год, необ- ходимо снизить удельные выбросы парниковых газов также в 2 раза, чтобы удержать их на уровне 2010 г. Дальнейшее развитие инновационных технологий, Таблица 5 Энергетический и экологический потенциалы внедрения ПГЭ на металлургических комбинатах Украины 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (216) ’2011 ния устойчивого развития отрасли и сохранения климата. направленных на сбережение энергии и ресурсов, становится жизненно необходимым для поддержа- 1. Поплавська Ж., Поплавський В. Інтелектуальний капітал економіки знань // Вісник НАН України. – 2007. – № 2. – С. 53-61. 2. Дитер Троллер. Экологические преимущества электрометаллургических мини-заводов в свете Киотского протокола // Электрометаллургия. – 2006. – № 3. – С. 10-14. 3. Шевелев Л. Мировой рынок стали в оценках специалистов. // Металлы Евразии. – 2010. – № 1. – С. 58-62. 4. Особенности и прогнозирование эмиссии парниковых газов на металлургических предприятиях Украины / Д. В. Ста- линский, В. Г. Литвиненко, А. Л. Каневский, Т. А. Андреева // Металл и горнорудная промышленность. – 2010. – № 2. – С. 239-243. 5. Большаков В., Тубольцев Л. Дегазация. // Металл. – 2007. – № 3. – С. 16-18. 6. Решение проблем очистки доменного газа и энергосбережения / Д. В. Сталинский, Г. М. Каненко, В. В. Алхасова и др. // Сталь. – 2008. – № 6. – С. 85-90. 7. Ермилов С. Ф. Государственная политика энергоэффективности в украинском и европейском контексте / Доклад на VII Междунардном конгрессе «Энергетика. Экология. Человек». – Киев, 2007. ЛИТЕРАТУРА Проаналізовано закономірності розвитку парникового ефекту та роль впливу на нього Кіотського протоколу. Показа- но залежність емісії парникових газів від способів отримання металургійної продукції. Запропоновано варіанти скоро- чення об’ємів емісійних газів та їхньої утилізації. Демидик В. М. Парниковий эфект та виробництво сталіАнотація Ключові слова парниковий ефект, сталь, емісія, виробництво Demidik V. Greenhouse effect and steel productionSummary The analysis of regularities in greenhouse effect development and influence of the Kyoto Protocol on it is given. Dependence of greenhouse gases emission on metallurgical production methods is shown. Variants of emission gases decreasing and its utilization are offered. greenhouse effect, steel, emission, productionKeywords Поступила 16.02.11

Парниковый эффект и производство стали

Institution

Ähnliche Einträge