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"双碳"战略助力电弧炉炼钢长远发展

作者:1发布时间:2023-10-10
        电弧炉炼钢以废钢为原料,以电能为主要能源,是一种短流程的炼钢工艺,具有流程短、污染少、投资小等优点。而受多种因素影响,我国电弧炉炼钢占比相较世界平均水平始终偏低。近年政策导向呼吁钢铁去产能、控制能耗与碳排放,也极力要求提高电弧炉炼钢的比例。
        钢铁行业的工艺环节
        1、钢铁行业的工艺环节总体描述
图1:钢铁行业的工艺环节
           钢铁的工艺环节包括铁前部分(取料、配煤、焦炉、高炉料仓)、炼铁、炼钢、连铸、轧钢。
        2、钢铁长流程和短流程情况
图2:钢铁长流程和短流程及碳排放情况
        长流程炼钢
        原料有铁矿石、焦炭和辅料,在进入高炉前将铁矿石烧结、焦煤炼焦以去除杂质,随即被投入高炉,原料会在高炉内还原成含碳的铁水。高炉主要的目的是为了除硫。得到的铁水会转入转炉去除多余的碳、氧、磷和剩余的硫,最终得到成品钢。
        短流程炼钢
原料有废钢和少量铁水,废钢经简单加工后装入电弧炉,利用石墨电极与废钢之间产生电弧所发生的热量熔炼废钢,并在完成脱气、调成份等功能后,得到合格钢水,后续轧制工序与长流程基本相同。
        3、废钢及炼钢吨钢
图3:废钢的来源、消耗路径及炼钢吨钢成本
        目前炼钢厂的废钢主要依托社会采购,机械加工、汽车制造、建筑、船舶等行业为其主要来源领域;从消耗路径来看,绝大多数废钢回炉重炼为新钢,少部分用于铸造和冶炼铁水。
        废钢冶炼方式的成本较高,废钢比重越大,成本越高。因此,短流程替代长流程由于成本压力较大,往往是以淘汰落后产能、置换升级产能的方式完成,业主在采购时,也会对相应的电气成本较为关注。
        主要省份电炉炼钢区位优势对比
图4:主要省份电炉炼钢的区位优势对比——电价、废钢资源为重要因素
        电炉炼钢工序中,电力消耗占整个生产流程(从炼铁到轧钢)的87.46%,其用电量巨大,电弧炉相对于高炉+转炉,对于工业电价较为敏感。目前已有7个省份出台了工业电价调整方案,其中,云、贵、川三省调整后的电价最低,为电弧炉应用降低了成本。此外,广东、河北、福建等省废钢资源丰富,也为电弧炉应用创造了良好条件。
        综上,河北凭借丰富的废钢资源以及较低的电价,云、川则是电价和环境压力优势突出。格物致胜认为未来电炉炼钢的市场空间较大,粤、苏、闽、贵等也凭借各自优势占据重要地位。
        “碳达峰” “碳中和”战略及钢铁行业降碳规划
        1、初步目标和五大路径
        目标
        2025年前:钢铁行业实现碳排放达峰;
        2030年:钢铁行业碳排放量较峰值降低30%,预计将实现碳减排量4.2亿吨。
        路径
  • 推动绿色布局
  • 节能及提升能效(包括推广先进适用节能低碳技术、提高余热余能自发电率、应用数字化智能化技术)
  • 优化用能及流程结构(包括原燃料结构优化、废钢资源回收利用、发展新能源及可再生能源)
  • 构建循环经济产业链(应该以全废钢电炉流程生产建筑用长材,替代中小高炉、转炉生产螺纹钢、线材等大宗产品)
  • 应用突破性低碳技术
        2、钢铁行业降碳规划
图5:钢铁行业降碳规划
        产能置换政策解读
        新版(2021年)《钢铁行业产能置换实施办法》产能置换相关条例
        产能置换
  • 建设炼铁、炼钢产能均须分别实施产能置换;
  • 大气污染防治重点区域严禁增加钢铁产能总量;
  • 大气污染防治重点区域置换比例不低于1.5:1, 其他地区置换比例不低于1.25:1;
  • 实质性兼并重组后取得的合规产能用于项目建设时,大气污染防治重点区域的置换比例可以不低于1.25:1,其他地区的置换可以不低于1.1:1 。
        产能置换解读
        大气污染防治重点区域是指京津冀、长三角、 珠三角、汾渭平原等地区以及其他“2+26”大气通道城市,基本涵盖东部、中部等大部分钢铁产能重镇,西部、西南地区产能限制条件相对宽松,在置换上的产能相对更高。
        大气通道城市为避免个别项目打政策擦边球,坚决杜绝新增钢铁产能,无论建设项目属新建、改建、扩建还是“异地大修”等何种性质,只要建设内容涉及炼铁、炼钢冶炼设备地点、型号、规模等任一变化的,须实施产能置换,简言之,即“动设备、须置换”。
        等量置换(六种)
  • 企业内部退出转炉建设电炉且一并退出配套的烧结、焦炉、高炉等设备项目的炼钢产能;
  • 退出和建设冶炼设备均为电炉的项目;
  • 不改变冶炼设备类型、容量(积)、数量的厂区内部技术改造项目;
  • 退出配套烧结、焦炉、高炉等设备建设氢冶金和Corex、Finex、HIsmelt等非高炉炼铁项目的炼铁产能;
  • 对利用回转窑-矿热炉-AOD炉工艺生产不锈钢的炼钢产能;
  • 青海、西藏地区建设的钢铁冶炼项目。
        六种等量置换解读
  • 国家支持短流程替代长流程,只炼废钢的电弧炉,可以等量置换;
  • 电弧炉以新换旧,可以等量置换;
  • 行业绿色低碳发展和工艺技术创新等非高炉炼钢方式,可以等量置换;
  • 回转窑-矿热炉-AOD炉工艺生产不锈钢的较先进冶炼方法应用,上降低冶炼电耗,减少冶炼污染,可以等量置换;
  • 鼓励青海、西藏等地钢企投资建设,带动当地经济发展,可以等量置换。
        中国钢铁产量走势预测
        随着城镇化的推进,钢铁总体产量短期持平,远期存在缩减概率
        城镇化推进,钢铁需求保持稳定增长
图6:1949—2019年城镇常住人口和户籍人口占总人口比重
        根据国家统计局数据显示,2019年我国城镇化率达60.6%,同比上升1%,已经进入加速发展时期的后期。
        参考全国统计公报对于我国城镇化的发展描述,我国城镇化尚在加速发展阶段,未来城市建设对于钢铁需求会保持稳定增长。
        下游需求互有涨跌,保持钢铁需求基本持平
       
 图7:2019-2025年下游行业钢材消费量单位(万吨)
        依托钢铁行业下游产业的消费量特征,我们看到,2020年即便受疫情影响,基础建设速度放缓,诸多项目推迟或取消,但钢铁在消费端有整体2%的同比增长速度。未来至2025年,庞大且稳定的消费可以保持钢铁需求基本持平,因此推测未来钢铁产量仍旧保持增长态势。
        中国钢铁产量走势预测
图8:中国钢铁产量走势
        预计2020~2025年,电炉产量占比不断提升,每年产量平均提升13.7%,新增产量平均提升34%,电炉项目纷纷上马,将拉动电炉钢产量迅速提升。2022~2023年,随着主要的钢铁客户的碳达峰行动计划重要节点,会加快电炉的上马,短期呈现一定的波动,远期会持续平稳增长。