高碳企业

高碳企业（共7篇）

高碳企业 篇1

目前, 在我国冶金行业内, 以生产高碳铬铁为主的企业, 对所生产的产品成分配比要求非常严格, 需要整个配料、输料、布料系统具有较高的精确度和可靠性, 以保证生产出符合要求、高品质的产品。为保证产品质量, 消除人为配料所带来的不确定因素, 整个配料、输料及布料皮带传输系统必须采用智能控制方式。

经过对生产现场实际调研, 结合国内外先进、可靠的智能控制系统设计方案, 在多年实际工程经验基础上, 研发出适用于本行业的综合配料自动控制系统。本系统具有先进性和实用性, 同时充分考虑到该控制系统在产品兼容条件下的可扩展性, 为今后的系统升级, 接入全厂综合信息化系统或DCS系统提供了开放性的接口, 满足企业管理者或其它部门对信息交流、资源共享的要求。

1 系统概述

本系统控制4个料仓 (焦炭料仓、硅石料仓、综合料料仓、回炉渣料仓) 中的矿料, 通过皮带称重装置输送到轨道移动罐车中, 然后移动罐车将矿料运送到炉座顶上的8个铺底料仓中。整个过程, 既可以人工手动控制, 也可以通过PLC自动控制完成布料操作, 移动罐车上电气设备 (走行控制、电液推杆) 的动作由地面部分通过无线数传设备给出控制指令, 大大提高了整个控制系统的先进性和简洁性。

2 系统设计原则

本系统既是一个完整、独立的系统, 同时又可纳入全厂的综合信息管理系统。系统在设计时根据“严密、合理、可靠、经济、完善”的设计思想, 努力做到安全、周密。系统设计遵循以下原则, 以达到最佳效果和最优性能价格比。

2.1 技术和设备的先进性

系统设计严密、布局合理, 能与新技术、新产品接轨, 而且所选择的设备在系统实施若干年后, 亦能保持功能完善、齐全。

2.1.1 系统的可靠性和一致性

系统的设备均采用知名制造商生产的标准设备。

(1) 系统的弹性和扩展性:系统具有扩展功能, 并留有一定裕量。

(2) 操作简便且易于掌握:系统在操作人员与设备之间建立起友好的界面, 使操作者无论对系统的设置还是日常运行, 通过键盘、鼠标进行简单操作即可完成。

2.1.2 系统易维护性和完整性

系统局部出现故障时, 力求将对整系统的影响降到最小, 其它不关联部分仍正常工作, 报警功能及时、准确, 系统设备齐全、功能完善。

2.2 功能定位

(1) 值班员在控制室通过电脑可以监控整套配料、输料、布料系统中主要设备运转情况和配料参数, 并进行数据的管理、分析、归档。

(2) 整个控制过程在自动进行中, 值班员在控制室可进行干预操作。

(3) 对控制的所有电动设备既可手动单独起停, 又能使整个系统自动联锁运行。

(4) 本系统除具有完善的自动控制功能外, 同时也具有完善的手动功能以备特殊情况之用。

(5) 采集各储料料仓的料位信号, 通过旋转皮带及限位开关自动给各料仓进行布料。

(6) 采集炉座炉顶料仓重量料位信号, 通过轨道布料罐车及限位开关自动给各料仓进行布料, 并进行称量统计。

(7) 强大的历史数据归档和查询功能, 可以记录每批料的实际下料量, 并对整个生产过程的布料进行自动累计、定期进行数据归档, 并可根据需要查询历史数据。

(8) 报警功能完善、及时且对故障点准确定位, 以利于迅速排查问题。

(9) 上位机操作系统做到界面友好、操作简单明了、运行可靠。

3 系统组成

本系统从功能上可以划分为以下三部分。

3.1 输料皮带控制系统

包括PLC控制柜、皮带电机配电柜、旋转皮带布料料仓料位仪等, 主要完成8条皮带和5个裤衩翻板的起停、连锁、位置切换等操作的手动和自动控制。

3.2 炉座布料系统

包括4条双向皮带秤称量系统、PLC控制柜、皮带电机配电柜、限位开关、布料罐车配套控制设备、以及PLC控制站和布料移动罐车之间的无线控制设备。

3.3 上位机监视部分

通过在上位工控机组态、运行监视软件, 对整个系统设备的运行状况进行监视和相关操作。

4 输料皮带控制系统架构及控制方法

4.1 系统架构

本系统采用西门子PLC来控制其所有连锁设备 (8条皮带和5个裤衩翻板的起停、连锁、位置切换等操作) 的自动运行, 上位机由西门子WINCC组态软件编程。整个组态运行画面嵌入到整体配料系统之中, 进行设备起停操作、运行显示、故障查询记录及其维护等操作, 系统具有界面友好、操作简明、运行可靠的特点。

PLC控制柜负责采集现场料位计变送器的4~20 m A电信号, 并进行运算、处理、分析, 并基于此发出控制皮带电机的起停操作信号, 负责整个输料传输系统皮带电机的联锁运行。现场操作箱主要是在系统处于手动状态下进行设备的单独起停操作, 用于调试设备或设备的手动操作。

配电控制柜需要提供控制每台电机的热继信号, 运行信号, 为保护皮带的安全运行现场需要配备拉绳开关信号和皮带跑偏信号, 现场操作箱提供设备的手动/自动状态信号。

4.2 系统框图

4.3 功能描述

4.3.1 信号统计

(1) DI信号共计48个

两个罐车在炉座料仓受料口限位个数16个, 皮带秤下限位个数12个, 皮带运行故障信号12个, 罐车上盖下底电液推杆伸缩限位信号8个。

(2) DO信号共计20个

皮带正反转起停控制8个, 罐车正反走行及罐车上盖下底电液推杆伸缩12个。

(3) AI信号共计4个

炉座料仓重量料位信号8个, 皮带正转瞬时和累计流量信号8个, 反转瞬时和累计流量信号8个。

4.3.2 功能实现

(1) 完成采集皮带秤称重变送器的流量信号, 根据罐车可容重量信号控制皮带秤的起停动作, 并进行累计料种流量信号。

(2) 根据铺底料仓的重量料位信号, 起动罐车到相应的物料料仓下进行收料动作。

(3) 采集限位开关信号, 控制罐车的定位停止动作。

(4) 通过无线数传功能远程控制移动罐车的走行起停、正反转、上盖收料开/闭、底部卸料开/闭等动作。

(5) 执行上位PC机的各种指令, 并将相应数据上传至PC机。

(6) 上位PC机完成各种操作指令的发出给PLC, 并采集PLC的上传数据, 完成各种数据的归档处理。

(7) 移动罐车既可以接收远程无线起停、开闭控制指令, 也可以就地完成本车的起停、开闭动作。

(8) 移动罐车无线遥控操作箱, 可以方便地使操作人员就近控制罐车的起停、开闭动作。

(9) 皮带就地操作箱可以完成皮带就地起停控制功能。

(10) 皮带秤仪表箱完成皮带秤流量信号的采集转换和显示, 并将累计流量和瞬时流量信号传给PLC。

5 总结

长期以来, 高碳铬铁行业中的配料系统普遍采用仪表显示加人工控制的方式, 配料效果差, 生产效率低, 在一定程度上制约了行业的发展。经过改进后的综合配料自动控制系统在满足实际生产的前提下, 做到了安全、稳定、高效、经济, 并且易于操作。

综合配料自动控制系统经过现场调试, 已经投入运行。经过一段时间的统计分析, 本系统配料效果良好, 生产效率较此前得到很大提升, 得到用户的充分肯定。目前, 此系统已经在多个生产高碳铬铁的企业投运, 为提高整个行业的劳动生产率做出一定贡献。

高碳企业 篇2

关键词：碳税,高碳企业,低碳转型,委托—代理,激励模型

1 前言

二氧化碳(CO2)作为主要的温室气体,其排放量不断增加导致全球性气候变暖,已引起国际社会普遍关注。为了缓解乃至遏止全球变暖的趋势,必须对人类的碳排放活动加以限制。与发达国家CO2排放主要存在于消费领域不同,发展中国家CO2排放主要集中于生产环节。我国作为最大的发展中国家,工业特别是重工业的快速发展依赖于大量能源和资源的投入,这种高投入、高消耗、高排放的工业模式使我国CO2排放量快速上升并已成为CO2排放大国。我国政府利用市场化手段,激励高碳排放企业(以下简称高碳企业)转型,实现高碳产业“低碳化”已迫在眉睫。在减少CO2排放的各种政策工具中,碳税被认为是一种重要的经济手段[1]。其基本思想最早源于英国经济学家庇古(1920,Pigou)提出的“庇古税”。庇古认为政府应根据污染所造成的危害对排污者收税,以税收形式弥补私人成本和社会成本之间的差距,将污染的成本加到产品的价格中去,使外部成本内部化[2]。

国外已有不少学者利用实证数据证明了碳税对企业CO2的减排效应。Pearce(1991)认为对能源类企业征收碳税不仅有利于实现企业的节能减排,并且有利于实现经济增长的“双重红利”效应[3];Bruvoll(1998)和Ekins(1999)认为对企业的原材料或者产品征收碳税,即利用价格在经济中的信号作用来促使企业减少碳排放[4,5];Floros和Vlachou(2005)利用两阶段translog成本函数分析了碳税对希腊制造业以及能源相关行业CO2排放的影响,结果显示碳税能够有效地减少企业的碳排放,有利于减缓全球气候变暖进程[6];Wissema和Dellink(2007)[7]的研究表明,不同产业部门对能源需求的弹性存在差异,因而它们受到碳税的影响也各不相同[7];Lee(2008)研究了碳税和排污权交易对不同工业部门的影响,结果表明碳税和排污权交易均能减少工业部门的碳排放,但仅征收碳税对GDP有负面影响,若同时实施排污权交易则会拉动GDP增长[8]。国内关于碳税对企业CO2的减排效应,近年来才有少量的学者开始关注和研究。苏明、傅志华等(2009)运用投入产出表,利用CGE模型从静态和动态角度分别对不同碳税税率的CO2排放以及各行业的产出及价格做了预测与评价,研究结果表明,静态分析模式下,征收碳税使碳排放量下降,碳税税率越高,碳排放量下降的幅度越大[9];朱永彬等(2010)利用CGE模型,对我国开征碳税进行模拟,研究发现,征收碳税能够有效抑制我国能源部门的碳排放量,但是,征收碳税对经济结构中非能源部门的产出具有负面影响,同时发现不同征税形式其作用也不尽相同,生产性碳税的减排效果与经济影响程度都明显高于消费性碳税[10];聂华林等(2011)通过构建一个代表性能源类企业的CO2减排效应模型,分析在不同的碳税政策情形下,企业生产要素投入品相对价格的变化如何影响企业的生产决策,以及由此产生的CO2减排效应[11]。结果表明:企业的CO2减排效应取决于具体碳税政策带来的替代效应、收入效应、碳税政策之间的“相互作用”效应以及生产要素投入品的需求弹性等因素。

以上表明,国内外学者从不同角度采用不同的方法对政府征收碳税促使企业CO2减排的有效性进行了论证。但在对政府设计碳税政策激励企业尤其是高碳企业主动实施CO2减排方面的研究则相对缺乏。当前,我国CO2减排的最大压力来自于高碳企业,激励高碳企业主动实施CO2减排并实现低碳转型是我国发展低碳经济的关键。鉴于此,本文在以上学者研究的基础上,从信息经济学的视角,分析在CO2减排过程中政府与高碳企业间的相互关系及存在的道德风险,构建政府与高碳企业之间的委托—代理模型,并结合模型探讨我国政府在设计碳税政策中应如何科学有效地激励高碳企业低碳转型,以期对我国积极稳妥地适时开征碳税及科学的确定碳税税率提供理论依据与参考。

2 模型构建

2.1 政府与高碳企业在CO2减排过程中的关系分析

政府具有对国家经济宏观调控的职能,是发展低碳经济的领导者和组织者。企业是各种产品的主要生产者和供应者,同时也是化石能源的主要消耗者和CO2的最大排放源[12]。因此,减少CO2排放最大的责任在于政府,而实施的主体主要是企业。但是,在减少CO2排放过程中,政府与高碳企业追求的目标并不完全一致。高碳企业追求的是实现自身经济利润最大化。而政府要代表公众行使环境保护和监督权利,追求的目标是经济、社会、环境三者协调发展和总体效益最大化。另外,在减少CO2排放的过程中,政府与高碳企业掌握的信息并不对称。根据信息经济学,任何一种涉及非对称信息的交易,一个人或一些人的行为影响另一些人的利益,都被视为委托—代理关系,掌握信息多的一方被称为代理方,另一方被称为委托方[13]。即政府与高碳企业之间就形成了委托—代理关系,政府为委托方,高碳企业为代理方。由于高碳企业与政府目标利益的差异性、行动和信息上的隐蔽性,道德风险问题由此产生。根据委托—代理理论,在解决高碳企业主动实施CO2减排的难题中,关键是政府(委托方)要设计好激励机制使高碳企业(代理方)采取符合委托人利益的合作行为,即政府能否在市场机制下通过自己的行为(政策和行政),对高碳企业进行有效的激励,增强高碳企业实施CO2减排的内在动力和压力。由此,可构建我国政府征收碳税对高碳企业低碳转型的激励模型。

2.2 模型建立的基本假设

(1)行业有n家高碳企业,政府通过开征碳税来减少CO2排放,并以CO2的估算排放量作为计税依据,即根据煤炭、天然气和成品油等化石能源的含碳量测算出CO2的排放量,采用从量计征的方式,即采用定额税率形式[14],设税率为d.

(2)政府征收碳税的函数为TG(W),W为高碳企业CO2的排放水平,即TG(W)为政府(委托方)设计的一个激励合同(契约),政府根据观察到的W对高碳企业(代理方)进行奖惩。政府监督高碳企业减少CO2排放的成本为CG.政府的收入函数为v(W),v(W)=TG(W)-CG.

(3)高碳企业减少CO2排放的努力水平为hi(0≤h≤1,i=1,…,n),假定高碳企业实施减排的努力成本函数为Ci(hi),且可以等价于货币成本,出于简化考虑,进一步假设,其中,qi代表成本系数,与减少总化石能源消耗产生CO2排放的边际成本C及企业的CO2排放量Qi*有关。且设qi=CQi*,qi越大,同样的努力hi带来的负效用越大,成本函数满足凸性条件。

(4)高碳企业的化石能源消耗量与生产产品的产量有关,即产量越多,化石能源消耗量越大。因此,高碳企业CO2的排放量与生产产品的产量有关。进一步假定,高碳企业i通过努力水平hi减排后,其CO2排放量为Wi=κi(1-hi),行业内n家高碳企业CO2初始排放总量为W0,κi为排放系数,即高碳企业i不减排时的初始排放量,行业内n家高碳企业不减排时的初始排放总量为.

(5)高碳企业因CO2排放缴纳的碳税函数为Ti(Wi),不减少CO2排放时利润为ci0,因征收碳税减少CO2排放时利润为ci(hi),ci(hi)=ci0-Ci(hi)-Ti(Wi)。高碳企业以追求经济利润为目标,其效用函数为利润函数,_i(hi)=ci(hi)。

(6)关于风险属性方面,假设政府是风险中性的,而企业是风险规避的。

2.3 效用函数的确定

(1)高碳企业的效用函数设定

由前面的假设,高碳企业i由于CO2排放缴纳碳税函数为:

式中,Q为行业产品总产量(与化石能源的消耗量正相关),Qi为高碳企业i的产量。

高碳企业i治理CO2排放的成本函数为:

式中:Ci0为高碳企业i治理CO2排放的固定成本。

高碳企业i的利润(效用)函数为:

设为高碳企业i可接受的最低收入水平,则高碳企业i最低收入约束为:

(2)政府的效用函数设定

由前面的假设,政府征收碳税函数为:

政府的收入函数为:

如前文所述,政府征收碳税的政策目标是促进社会总体效益最大化,又鉴于政府是风险中性的假设,政府的期望效应等同于期望收入。即:

2.4 高碳企业转型的激励模型

为了使高碳企业(代理方)朝着低碳转型,政府(委托方)要设计合理的碳税激励合同,此时必须考虑两个条件:

一是要求高碳企业接受政府的碳税激励后,高碳企业选择政府所希望的努力水平hi,则激励函数的设计必须满足高碳企业选择该努力水平hi而获得的效用大于选择其他的努力水平h′i而获得的效用,即激励约束条件。

二是要求高碳企业接受政府的碳税激励后,从政府激励合同中获得的效用不能小于其保留效用,即参与约束条件。

当高碳企业减少CO2排放的努力水平不可观测时,通过前文对高碳企业征收碳税中委托—代理关系的分析及对各参数和基本前提假设的设定,根据委托—代理理论可以构建如下政府征收碳税的激励模型:

式(10)表示:政府的问题是选择hi和d最大化期望效用函数(P),并满足约束条件(IR)和(IC)。其中:(P)表示政府的最大化效用函数。

3 模型求解及相关参数分析

3.1 模型求解

政府征收碳税激励模型显然应满足参与约束和激励相容约束,因为政府的目标必须在保证高碳企业利润最大化基础之上才能实现,否则政府的碳税政策将会“失灵”。

由式(3),即:

hi*为高碳企业i最优减少CO2排放的努力水平,高碳企业i选择hi*就能达到利润的最大化。在这个努力水平下高碳企业i的最优排放水平Wi*:

政府征收碳税后,行业内n家高碳企业的最优总CO2排放量为:

由式(13):

对高碳行业最优的碳税税率为:

将式(11)和式(15)代入式(7)可求得政府的最大勤望效用。

3.2 相关参数分析

由式(11)可以看出,高碳企业i减少CO2排放的努力水平(程度)与政府制定的碳税税率d、i企业CO2的排放系数κi及企业努力减少CO2排放的成本系数qi有关。碳税税率d越高,企业减少CO2排放的努力水平(程度)越大;高碳企业CO2的排放系数κi越大(说明CO2的排放量越多),减少CO3排放的努力水平(程度)越大;高碳企业努力减少CO2排放的成本系数qi越高(治理的成本越高),减少CO2排放的努力水平(程度)越低,即高碳企业更不愿意主动减排。

由式(12)可得,,即高碳企业i的CO2排放量随碳税税率的增高而减少。

由式(13)可以看出,政府征收碳税后,高碳排放行业的CO2排放量小于征收碳税之前的行业的CO2排放量,说明征收碳税对减少高碳排放行业的CO2排放量是有效的。

由式(15)可以看出,政府碳税税率的确定应综合考虑高碳排放行业CO2的排放系数、行业治理CO2排放的边际成本及行业总的排放量等因素。即政府应根据不同行业实行差别化税率。

4 应用研究——以我国钢铁行业为例

4.1 研究对象与数据的确定

(1)研究对象选取

钢铁行业属黑色金属冶炼及压延加工业,是自然资源消耗、能源消耗和污染物排放的主要行业。据统计,我国钢铁行业能源消耗量约占全国工业能源消费总量的14%左右,CO2排放约占全国排放总量的15%左右[15],属典型的高碳排放行业。依据2.2节模型建立的基本假设(1),假设我国钢铁行业有n家高碳企业。

(2)数据的确定

颜云云等(2011)[15]通过分析1979~2008年我国GDP、人口、钢产量数据及1979~2007年钢消费量数据发现,人均GDP与人均钢产量、人均钢消费量间正相关性显著,多个函数的判定系数都在0.9以上。如根据“十七大”提出的到2020年我国人均GDP比2000年翻两番(将达到3782.4美元),以及《人口发展“十一五”和2020年规划》到2020年我国人口总量控制在15.5亿以内(以14.5亿人口)计算,到2020年,我国钢产量将达到5.9~7.2亿吨,钢需求量约为6.3~7亿吨。考虑到我国实现工业化和城镇化目标需要,故取预测的最大值,即2020年钢产量7.2亿吨,钢需求量7亿吨。又由于我国钢铁生产以长流程钢为主(2008年铁钢比高达0.94),长流程钢总的碳排放为2.0~2.5吨(CO2)/吨(钢)[16],假设2020年我国排放指标仍为2.25吨(CO2)/吨(钢)(2.0与2.5的算术平均值),则2020年实现钢产量和需求量需要排放CO2约16×109吨。依据2.2节模型建立的基本假设(4),即:

根据2009年在联合国气候变化峰会上我国政府的承诺,即到2020年单位GDP的CO2排放比2005年下降40%~45%的目标,可以通过以下方法计算得出2020年我国钢铁工业CO2放量。

2020年钢铁工业CO2排放量

=2005年碳强度×(1-42.5%)×2020年GDP×15%其中,碳强度是指单位GDP的CO2排放量;42.5%是指2020年比2005年碳强度下降40%~45%减排目标的算术平均值;2020年GDP是按规划人口14.5亿及人均GDP比2000年翻两番计算;15%是指我国钢铁工业的碳排放约占的全国总排放的比例。依据世界资源研究所和中国国家统计局数据计算可得,2020年我国钢铁工业CO2排放量约为12×109吨。依据2.2节模型建立的基本假设(4),即:

我国钢铁行业为实现我国到2020年单位GDP的CO2排放比2005年下降40%~45%的目标,减少CO2排放量为4×109吨,设定CO2排放量的减少是通过政府采取行业差别化税率对我国钢铁行业征收碳税,激励行业中各企业积极减排和低碳转型实现。

巴曙松等(2010)[17]基于VAR模型和脉冲响应函数分析方法,通过构建CO2减排成本计算模型,定量分析了总能源消耗和四种主要能源消耗(煤炭、石油、电力、天然气)的CO2排放因子和减排成本。结果表明,总能源消耗CO2排放因子是2.6050吨/TCE,减少总能源消耗排放CO2的成本是87.10元/吨。依据2.2节模型建立的基本假设(3),即:

4.2 我国钢铁行业碳税税率的确定

我国钢铁行业最优的碳税税率可根据式(15),将式(16)、式(17)和式(18)代入得:d=16.33。

我国钢铁企业减少CO2排放的最优努力水0.25。

5 结论和启示

政府设计碳税税率应根据碳排放部门的不同而有所区别,并且随碳排放量的变化而不断变化。这不但符合我国碳税税率设计的基本原则,而且为政府确定碳税税率提供了新的视角和依据。由于高碳排放行业被征收了较高碳税,生产成本增加,市场竞争力减弱,而低碳行业CO2的排放系数、行业治理CO2排放的成本及行业总的排放量小,较少的碳税费用使其成本减少,市场竞争力增强从而增加经济效益,从而激励了高碳企业向低碳企业转型,促进了产业结构的调整和优化,并能降低能源消耗和提高能源效率及新能源开发和应用。

高碳企业减少CO2排放的努力水平(程度)与碳税税率正相关,即碳税税率越高,高碳企业减少CO2排放的努力水平(程度)越大,CO2排放量越小。说明政府设计合理的碳税税率激励高碳企业积极主动实施CO2减排,实行低碳转型是有效的。同时,碳税将改变我国主要依靠政府推动的、自上而下的CO2减排机制,给予企业有效激励,从而形成自下而上的CO2减排动力,并与自上而下的行政手段形成合力,能提高CO2减排的效果,促进经济发展方式转变和低碳经济的发展。

政府征收碳税后,实现了外部成本内部化,抑制了化石能源消费量,使高碳行业的CO2排放量较征收碳税之前的行业CO2排放量减少。即政府征收碳税对高碳排放行业的CO2排放有明显的约束作用,实现了CO2排放总量控制。同时,征收碳税激励了追求利润最大化的高碳企业不得不减少单位产出的化石能源消耗或购买污染处理设备或进行技术创新[18],这都将对社会生产率、资源利用率的提高和污染的治理起到积极的作用,可达到经济发展与生态环境保护双赢目的。

高碳能源要低碳化利用 篇3

对一个城市来讲,很主要的方面是能源。当今发展的新潮流,世界进入低碳为主的大调整、大变革时期,而中国面临以高碳能源为主的高碳结构和低碳发展需求之间的矛盾。所以,在2009年全国人民代表大会常务委员会通过了关于积极应对气候变化的决议。正式提出了中国要加快发展高碳能源低碳化利用和低碳产业。在2010年的政府工作报告上,温家宝总理也提出要大力发展低碳技术,努力建设以低碳排放为特征的产业体系和消费模式。由此可见,发展低碳经济是人类生态社会建设的必然选择,应高度重视和加强高碳能源的低碳化利用。

1 高碳能源低碳化利用势在必行

目前,中国正处于工业化发展阶段,产业结构是以高能耗、低效率、重污染的重化工业为主。化石能源不仅占主导地位,而且是以高碳性更强的煤炭为主,化石能源的特点和可再生能源的现状决定了煤炭在相当长时期占据突出地位。就中国而言,能源消费结构以煤为主,它既是主要能源,又是重要的化工原料。但化石能源的碳排放系数都很高,这不容忽视。其中,煤炭约为2.66 t CO2/t标准煤,石油为2.02 t CO2/t标准煤,天然气为1.47 t CO2/t标准煤。这3个数据说明,煤炭是化石能源中碳排放系数最高的。因此,煤炭作为含碳最高的高碳能源,如何实现它的低碳化利用是必须要正视的问题。

前些年,中国能源消耗大于GDP的增长,所消耗的能量中,煤作为一次能源的消耗量基本维持在70%。2008年,中国的GDP是4 326×108美元,占世界总量的7.14%,但能源消费却占到世界总量的17.7%。其中,煤占到世界总量的42.6%,石油将近10%,天然气将近3%。2009年中国GDP增长是8.7%,能源消费量的增长是10.5%。2010年的第一季度,中国电源新增产能,其中,火电增加的数量占到78.7%,主要是燃煤发电。

在2010年第一季度,六大耗能行业的GDP能耗上升了3.2%,说明中国化石能源为主的状况难以变更。在世界范围内也是以化石能源为主的,整个占到88%。对中国来讲,化石能源的总数占到93%,其中,煤炭70%。在中国的电力结构中,火电占了77%左右,在化学工业的原料中,煤占了50%以上。

现在有一种说法,把天然气化作绿色能源,这个从道理上来讲是欠考虑的。低碳能源的碳排放肯定是很低的,比如,生物燃料,燃烧释放的碳相当于植物生长的碳量。对于核能,浓缩和运输过程中会产生碳的排放,但是发电是不会产生。

除碳排放系数高外,煤炭的另1个特质,即储采比(指年末剩余储量除以当年产量得出剩余储量,按当前生产水平尚可开采的年数)最大。当前,整个世界的煤炭储采比是120 a,而中国只有41 a。这充分表明,中国煤炭丰富只是相对于石油、天然气而言的。因此,即便煤在化石能源中的储采比最大,也必须高效地利用。

从碳排放趋势来看,在可预期的未来,中国的碳排放量可能不会大幅降低,甚至保持现状也很困难。这是由于中国已提出大力发展可再生能源和核能,争取2020年非化石能源占一次能源消费比例达到15%左右。这意味着到2020年,中国煤炭、石油等高碳能源的消费比例仍然高达70%~80%。

低碳技术是有助于降低经济发展,对生态系统碳循环的影响,而实现碳中性的技术。作为低碳经济的基础,是国际贸易和技术竞争的焦点,其主体是低碳能源技术。目前,中国的能源消费结构和产业结构都是高碳性的,今后几十年也难以得到根本性的转变。所以我们要看清这个现实。为了保障我们国家合理发展空间,应该理智、慎重地看待低碳经济。当前,首要任务是积极发展低碳技术和绿色技术。两者的工作方向是高度一致的。在2010年两院大会上,胡锦涛主席提出了要积极发展可再生能源和新型、安全、清洁的替代能源,要加强煤的清洁高效综合利用。

2 社会发展与碳排放的关系

人类社会的发展初期,在前几十年、几百年,社会的繁荣程度比较低,消耗的能量很少,资源开发也比较少,因此,环境是清洁的。随着时间的推移,社会不断发展,大量资源消耗造成污染,这个时候是社会富裕加上污染共同存在。再往后发展,未来的社会既然要保持繁荣和富裕,同时也是1个环境非常洁净的社会。这就是1个能源、资源和污染之间的关系。

预测未来,2020年中国的化石能源消费是32.7×108 t标准煤,要排放88.8×108 t碳。在2009年12月的哥本哈根会议上,欧盟国家提出2050年的碳排放要减50%。按照欧盟国家的设定和中国工程院或专家的预测,到2050年,中国的碳排放量将占到欧盟设定整个世界碳排放量的绝大部分。若按照欧盟国家的设定,中国的发展空间就要受到限制。因此,我们面对这种状况,必须使高碳能源低碳化利用,才有可能既得到快速发展,又能达到碳减排的要求。

化石能源的大量消耗,造成的环境形势十分严峻。当前,中国的城市化率仅有47%,要增强中国的城市化水平,未来新增城市人口将达到1 000×104人/a,新增建设用地15×104 hm2/a。生活废水、生活垃圾等等,都会大量的增加。由于城市化所造成的能源消耗增量,就有175×104 t/a标准煤。

由于城市人均能耗是农村人均能耗的3.5倍,随着城市化进程的加速,必将造成环境污染的加重。据2009年环境保护部门检测的488个城市中,就有258个出现了酸雨;抽样的7个大城市中灰霾天气的出现率非常严重,预测超过3×108的人口暴露在对人体有害的空气中;七大水系中水质在一类到三类水只有57.3%。湖泊的富营养化现象日益加重;地下水超采,造成16个省市的70多个城市发生地面沉降,饮用水受到严重的威胁;固体废物泛滥成灾。

整个的原始生态加速衰退,人均的生物承载能力已经超过了自然承载能力的1倍以上。2010年1月27号,纽约时报发表的全球环境指数排名。中国排在第一百二十一位。比2008年的时候的第一百零五位,退后了16位。这个结果是通过环境健康、栖息地保护、温室气体减排、养地空气污染和减少垃圾废弃物等指标排序的。

2010年关于生活质量排名,全球的生活城市,美洲、亚太地区和欧洲,北京第九十八位,上海第一百一十四位。这个排名主要通过自然环境、住房消费品、娱乐、公共服务等等排序的。

由此可见,社会要发展,必然会加大碳排放,但是若要实现生态和谐的目标,必须采用低碳技术,保障生态经济、低碳经济和绿色经济的要求。

3 低碳技术的含义

在生态经济、低碳经济、绿色经济等多种理念中,最核心的是低碳经济。低碳经济的核心则是低碳能源技术,其基础是传统的化石能源高效洁净的利用和可再生能源等新能源的替代,即构建低碳型新能源体系。低碳能源技术的实质就是能源的洁净、高效、廉价开发和利用,包括可再生能源、新能源、煤炭能源的洁净化利用及温室气体排放与处理技术等5个方面,特别还要包括节能新技术。

未来能源构成包括:a) 基础能源;b) 绿色能源;c) 替代能源。中国提出了节能控需的能源发展战略,即绿色多元、统筹协调、创新引领。对于基础能源,就是将煤炭和石油实现清洁、高效的低碳化利用;绿色能源,就是将天然气、水能、核能作为支柱;替代能源,就是将风能、太阳能和先进的核能形成产业。

未来,我们的理想能源结构是煤的总量逐渐减少,可再生能源和核能逐渐提高,这就是绿色化。到2020年化石能源所占的比例达到高峰,之后逐渐降低。要增加的是非水可再生能源、水电和核电。

低碳能源技术是低碳技术的主体,而低碳技术是低碳经济的基础。煤炭能源的清洁高效利用是重要的组成。所以如何使煤炭能够降低排放,这就是低碳化利用。此外,还包括节能减排技术、核能技术、新能源技术和可再生能源技术。

所以从广义上讲,所有可以减少能源消费和碳排放的技术都可以称为低碳技术。煤炭的洁净高效利用,包括从开采到预处理到环境控制,到大量的煤用于燃烧的新的燃烧技术和燃煤发电技术以及洁净转化、化学品技术,把发电和化学结合起来,还有废弃物的处理和利用技术以及开采煤的伴生物的利用等等。

对于节能减排的低碳技术来讲,包括的内容主要是高能耗行业的先进节能技术、先进建筑节能技术、先进的水处理、垃圾处理技术,特别要强调的是新型的热力系统和复杂工业系统的集成、优化以及涉及到每位社会居民消费节能技术。

对于核能来讲,未来的技术,主要是热堆、快堆和聚变堆,还有热核聚变。天然气的水合物也是值得注意的地方。可再生能源,现在应该注意的是如何降低成本和它的规模化。水电技术、装备和设备的国产化,包括了风力发电设备核心技术、风功率预测技术,还有太阳能光伏电池以及太阳能热发电技术。对于生物制能和地热能主要是开发利用,包括生物制的汽化和固体颗粒成型。

4 低碳技术的支撑体系

对于高碳能源低碳化利用的支撑技术,高碳能源低碳化的基本要求是高效率、低排放、少污染,实现的方式包括从源头、过程到终端的全生命周期,即加大原煤入洗比重,减少原煤输出和直接燃烧,从源头上控制污染物排放;加快煤炭高效转化技术开发,如,多联产、先进燃烧、低碳产品合成等技术,降低煤炭消费强度,减少转化过程中的污染排放;加大煤炭及煤基产品消费环节污染物排放控制与治理技术的研发,如,CO2的捕集、利用和储存,实现煤炭及煤基产品的清洁化利用。其中,化学品和电力是高碳能源低碳化利用的最佳途径。

科技支撑分为3个层面。第一层次基础性研究,包括对未来能源所需求的新材料、新工艺和新概念的创新。如,煤炭资源的分布、安全开发和煤层气开发的有关基础研究,还有煤炭洁净高效利用的基础研究,石油天然气资源高效开发,大型电力系统有关重大科学问题,还有清洁能源规模、无污染制备、运输和高密度存储的关键科学问题,有生物制能用的第三代乙醇酶和微藻液体燃料。第二层次主要是涉及到关键技术和前沿技术,也就是新技术的创新。如,间歇性能源的并网和分布式技术。可再生能源与常规能源并网,或分布式供电,能量的转换循环利用,要对传统能量系统创造新的循环,提高能量转换效率以及先进燃烧技术和污染物处理等等。第三个层次是对于重大攻关项目和战略性产业的支撑。要加快经济发展方式的转变,发展战略性的新兴产业,包括节能技术工程、能源资源的勘探、智能电网、快中子实验堆工程等等。

为保证这些技术能够开发成功,国家“863”项目、重点基金等已经对基础研究进行了安排。如,煤燃烧发电技术、新型煤燃烧技术、煤制烯烃、煤制油等等。

不过,对于煤制油、煤制烯烃等技术,作为示范项目,还必须掌握好这些技术,避免将来被别人卡住脖子,但目前的技术水平不宜推广、扩大。

5 几点建议

在高碳能源低碳化利用中,要特别注重节能和提高能效,这是最现实的高碳能源低碳化利用方式。在目前的碳减排统计中,CO2填埋对碳减排的贡献为14.7%,新能源是21.0%,通过节能所带来的碳减排则超过了40%。

碳减排的主要技术是提高化石能源利用效率,特别是碳排放系数最高的煤炭利用的低碳化。鉴于目前高碳能源是中国的主要一次能源和高碳能源在转化及利用过程中的污染性,节能就相当于减排。数据表明,从2006年到2008年,由于中国单位GDP能耗逐年降低而节能3.0×108 t标准煤,相当于减排CO2 7.5×108 t。从这个意义上讲,节能减排也是高碳能源低碳化的重要途径。

据粗略估计,包括节能减排在内的低碳型新能源体系,可以减少中国目前碳排放总量的77.5%。

城市是经济活动和人民生活的集中地,各国的能源消费主要集中在城市。如,美国80%的能源在城市消耗,欧盟是69%,澳大利亚是78%,中国是75%。预测未来城市增加的比例相当大,到2030年的时候,城市能源消费增加到46×108 t标准煤,农村仅仅是9.4×108 t。随着经济发展和城市化水平的提高,未来中国城市的能源需求将持续快速增长。而我们的现状是化石能源为主,可再生能源在短期内还不能低成本、大规模地发展,为此,只能设法把化石能源低碳化利用。由于中国大城市的工业比重较高,消费水平提高得快,人均CO2排放基本上达到了发达国家的城市水平。如,北京、上海和天津与伦敦、东京、纽约、旧金山的人均排放量接近。现在中国的城市化率为47%左右,到2050年将达到70%~75%。经济增速不能总是保持在两位数,因为没有那么多能源去支撑,所以要控需增长。但是,城市的经济贡献率却在逐年增长。我们的目标是,到2020年城市经济增长率占到90%,到2040年实现能源消耗的零增长。这必须转变我们的经济发展方式。

为选择合理的生产方式和消费方式,减少能源需求。提出几点建议,a) 控制建筑量的快速增长,延长建筑物的寿命,以便2030年前节约4.5×108 t标准煤。中国现在的固定资产建设能耗中,建筑业占到63.1%,其他设备制造业只占到28.3%,因此,延长建筑的寿命是十分重要的;b) 减少私家车的保有量。合理规划、引导交通运输的需求,引导高耗能产业、高碳产业低碳化发展。优化生产结构和服务方式,加快转型发展,提高能效减少排放。大力发展城市公交系统,发展节能型交通模式,优化运输结构。公路客运选择高能效、低排放的汽车。优化建筑能源服务结构,推广高效采暖技术,扩大65%的采暖节能建筑比例,实现照明技术更替的“三步走”战略等;c) 加强科技研发,促进终端用能技术水平改进,包括工业部门、商业民用部门和交通运输晨门等。建设高效、洁净、低碳的能源供应体系,推动能源转换部门技术进步。树立人均能耗应控制在显著低于发达国家水平的思想,倡导低碳生活,建设节约型和环境友好型社会。

6 结语

如果中国采用美国的消费模式,中国需要5.3个地球的承载力。如果像英国、法国、西班牙那样,需要3.1个地球的承载力,像德国、日本,也需要2.5个地球的承载力。实际上,中国已经消耗了0.9个地球的承载力。但是,全人类只有1个地球,我们不能也不应该像发达国家那样,保持高的人均能耗。

某微细粒高碳金矿选冶试验研究 篇4

关键词：微细粒嵌布,高碳金矿,工艺研究

1 前言

我国已探明的碳质金矿资源在黄金工业储量中占有相当高的比例,基本上都位于我国西部,诸如贵州烂泥沟金矿、甘肃岷县的鹿峰金矿、陕西商洛金矿等。由于碳的含量、种类以及与金的赋存关系不同,各地的含碳金矿,特别是高碳金矿的选冶工艺差别较大,指标波动大,贵州烂泥沟金矿采用了原矿直接焙烧,浸出率达到90%,甘肃岷县鹿峰金矿选择了浮选工艺。本文针对陕西商洛某高碳金矿进行了试验研究,为开发提供依据。

2 矿石性质

矿石多元素分析结果见表1。由表1可知,矿石中主要有用矿物为金和银,品位分别为5.6、12.78g/t;全碳含量为7.26%,全碳进一步分析结果为石墨碳36.18%、有机碳48.63%、无机碳15.19%。

矿石性质测试采用磨矿细度-0.074mm(-200目)90%的原矿进行X衍射分析,结果见表2。

由表2可知,矿石属少硫化物含碳泥硅质板岩型,非金属矿物主要为石英。特点是金粒度微细(<0.01mm),并与石英关系密切;碳含量高,主要由有机碳和石墨碳组成。因此,该矿石属难磨、难选冶的高碳质金矿石。

3 工艺研究

矿石性质研究表明该矿石金粒度微细、有机碳和石墨碳含量高。因此,可能的工艺主要为浮选、氰化及焙烧+氰化。

3.1 浮选研究

浮选工艺流程见图1,结果见表3。

由表3可知,浮选流程碳产品中金品位为14.64g/t、产率为6.84%;金精矿品位为29.36g/t、回收率为17.59%。该流程所得尾矿品位仅为1.64g/t,回收率为23.93%。预计该流程闭路试验可获得含金不低于20g/t、回收率不低于80%的混合金精矿。

为进一步提高金的回收率,对浮选尾矿进行了氰化浸出试验,流程如图2,结果见表4。

由表4可知,浮选尾矿浸出率不高,综合考虑尾矿直接抛弃,不采用浸出。

3.2 氰化研究

氰化试验进行了2个方案研究:①原矿直接细磨到-0.074mm占90%,pH=10～11、氰化钠用量3 000g/t,氰化时间24h;②原矿细磨到-0.074mm占90%,加煤油400g/t、搅拌半小时后pH=10～11、氰化钠用量3 000g/t,氰化时间24h。试验结果见表5。

3.3 焙烧工艺研究

为排除碳对氰化的影响,试验采用焙烧除碳工艺,焙烧后的矿石采用全泥氰化工艺。其工艺流程见图3。

3.3.1 焙烧温度试验

焙烧条件:将原矿破碎至5mm以下,每次试验取300g原矿装入粘土盘在马弗炉内焙烧,料层厚8～12mm,400℃入炉→焙烧设定温度(停留2h)后出炉,焙烧矿磨细-0.074mm占90%～92%。氰化条件:焙烧矿磨矿粒度-0.074mm占90%～92%,氰化液固比1.5:1,氰化钠加入量3 000g/t,氰化时间12h,加入石灰调pH10～11,石灰加入量15kg/t焙烧矿,没有加入煤油,试验结果见图4。

由图4可知:当焙烧温度为680℃时,金的浸出效果最好。当焙烧温度高于680℃时,随着焙烧温度的升高,金的浸出率逐渐下降。说明温度过高存在烧结现象,致使金形成二次包裹。

3.3.2 焙烧时间试验

在上述条件不变情况下,设置焙烧温度焙680℃,考察焙烧时间与浸出率关系,试验结果见图5。

由图5可知:随着焙烧时间的增加,氰化浸出金效果逐渐变好,在此焙烧条件下要达到氰化浸出率≥80%,焙烧时间必须保证至少3h。试验中,物料在粘土盘内焙烧时,物料没有翻动,若物料焙烧时定时翻动,指标应可进一步提高。

3.3.3 煤油对后续氰化过程影响

由矿石多元素分析得知,该金矿含碳较高,其中有机碳与石墨碳占总碳量84.81%。原矿氰化时,矿浆中的有机碳发生“劫金”,严重干扰金的浸出效果。焙烧试验研究结果表明,在上述条件下,回转窑焙烧脱碳率只有96%,焙烧矿还含有少量碳,可能会对后续氰化造成影响。

综上所述,试验条件:①加入氰化钠前补加煤油400g/t;②不加煤油。其对比结果见表6。

由表6可知,氰化矿浆浆化时加入煤油可以提高金的浸出率约5.5%,主要是由于焙烧矿焙烧脱碳不完全,残留碳吸附浸出液中的金,加入煤油可以包裹这部分炭,阻止其对溶液中浸出金的吸附,提高金的回收率。但煤油加入量不能过量,加入过量的煤油影响金的氰化指标。

4 结论

(1)从现有资料来看,含碳金矿的工艺差别很大,主要的影响在于:①碳含量的高低,一般低含碳金矿工艺较为简单,无论是直接氰化或焙烧+氰化工艺都能取得较佳指标,高碳金矿工艺复杂;②碳的种类和与金的关系,有机碳和石墨碳含量高,直接恶化浮选和氰化指标,无机碳由于表面积大,对氰化也有影响。但由于微观的赋存情况研究少,还未有规律可掌握。

(2)该矿石适宜于焙烧+氰化工艺,能取得较佳指标。依靠焙烧完全除碳很难,为提高氰化浸出率,适当在氰化前加煤油,能有效屏蔽残留碳的吸附能力,提高指标。

(3)为提高指标,适宜的焙烧工艺是研究的重点,要尽可能完全焙烧采用沸腾炉可能更有效,但烟气量更大,其中含金高,金损失大,其结果有待进一步研究。

参考文献

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[3]汤庆国,姜毅,谈建安,沈上越.碳质难处理金矿中金的浸出工艺研究[J].黄金科学技术,2003,(5):23-26.

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[5]韦德科,崔湘玲.丫他微细粒浸染型金矿选矿试验研究[J].矿产保护与利用,2010,(4):30-32.

高碳企业 篇5

一、发展方式

(一) 大力发展循环经济

吕梁市积极推进产业转型发展, 大力发展循环经济, 积极探索高碳产业低碳发展的新路子。如:交城义望铁合金有限责任公司, 用废弃的煤矸石作原料, 经过脱硫后发成了电;电厂的余热供居民使用;电厂排放出来的粉煤灰经过处理, 制成了高强度的空心砖;铁合金冶炼电炉每天产生的180吨炉渣水淬全部进入水泥厂制成了水泥;循环废水集中以后供给铁合金厂用于冲水渣和喷洒煤矸石, 电炉除尘器收集的粉尘压块回炉提高金属元素的有效利用;硅铁电炉中的粉尘回收用于建筑行业。

(二) 注重研发、采用高新技术

吕梁市严格控制高能耗、高污染产业的低层次扩张, 注重研发、采用高新技术, 以少量碳排放赢取更多产品附加值的实现。如:孝义市天章铝业有限公司采用国内最先进的新型竖式预热器 (中信重机的专利产品) 回转窑, 取代落后的中空回转窑, 并采用国家鼓励发展的环境保护新技术——大室大灰斗长袋脉冲除尘技术 (中冶集团专利产品) 和高浓度煤粉袋式捕集技术, 吨熟料耗煤降低为140kg标准煤, 粉尘排放浓度小于10mg/Nm3, 真正解决了安全防尘问题和高效节能问题, 成为国内同行业中唯一一家真正能够达到国家环保排放标准的企业。

(三) 主动探索合同能源管理模式

吕梁市主动探索合同能源管理模式, 拓展低碳化发展新路。如:英国气侯变化资本集团与辖区交城县政府签订3亿欧元的清洁发展合作协议, 购买交城县经济开发区内8家企业的二氧化碳减排指标, 首开我省CDM (清洁发展机制) 国际合作的先河, 加快了园区循环经济发展。

二、政策、资金支持情况

(一) 政府对高碳产业低碳发展的支持

1、财政补贴。

如交口县人民政府积极鼓励焦化企业利用煤气集中供热, 通过税、费减免, 政府利用煤炭发展基金投资公用事业来支持集中供热等方式促成此项工作, 从2012年到现在共减免税、费约3200万元, 投入资金约6000余万元, 利用财政资金对煤气集中供热企业供热每平米补助0.5元。

2、税收支持。

如:交城夏家营生态工业园区, 规模以上企业29户, 是以煤焦、化工、冶炼、机械铸造、建材为特色的符合工业生态系统的工业产业集聚区。交城县财政以2004年底的园区税收为基数, 每年新增税收地方留成部分的30%用于园区开发建设, 支持循环经济发展。

(二) 金融对高碳产业低碳发展的支持

1、

汾阳市政府、人民银行联合出台了《汾阳市三泉工业园区“双千双百”项目金融服务指导意见》, 为区内各企业获得金融支持提供便利, 2012年, 对工业园区内15个项目, 获得信贷支持15亿元, 其中用于高碳产业低碳发展的煤焦化项目就占到7项, 占到全部贷款的65%, 一年可节约标准煤100余万吨。

2、出台相关信贷政策支持低碳产业发展。

吕梁市各金融机构通过实施“绿色信贷”引导产业结构调整, 促进经济与生态环境建设可持续健康发展。如:2009年12月, 人民银行汾阳支行、汾阳市银监办发布《关于进一步做好金融服务、支持汾阳市“双千双百”项目建设的实施办法》, 明确辖内金融机构信贷投放要“区别对待, 有保有压”, 严格控制产能过剩行业贷款, 加大绿色信贷和对重点产业的支持力度。文水县农村信用合作社出台支持农民发展沼气的相关信贷政策, 每家农户修建一个沼气池, 县财政补助800元, 当地信用社贷款1000元预以支持, 到2012年年底共发放支持沼气贷款46.3万元。

三、实施效果

(一) 有序推进了煤层气、天然气、焦炉煤气、煤制气“四气”产业一体化、集约化发展

如:山西大土河煤焦有限公司富家堰煤矿, 年产原煤120万吨, 2009年投资2000万元开工建设了煤矿瓦斯发电站, 利用井下抽放的瓦斯发电, 发出的电直接供煤矿生产。据统计, 每年可消耗瓦斯9.8万吨, 直接经济效益5000万元, 减排二氧化碳20万吨。

(二) 增加森林碳汇

吕梁积极采取措施, 增加森林碳汇储备。通过重点抓好通道绿化、平原农田林网绿化、重点景区绿化、经济林覆盖、城郊森林公园建设、矿区植被恢复等六大造林绿化工程, 构建完备的森林生态体系, 最大限度增加了碳汇储备。如:交城县2012年投资4200万元, 栽植各类绿化树种380万株, 守成退耕还林0.9万亩, 天然林保护工程1.07万亩。孝义市以煤补林, 增强碳汇能力, 新投6000万元用于城乡造林绿化, 造林8.6万亩, 植树495万株, 城市绿地率达到38%、绿化覆盖率达到43%。

(三) 企业开始从低碳发展中取得了收益

如:吕梁市于2009年7月, 在北京成立了全国首家“节能减排项目交易中心”, 积极组织山西吕梁CDM项目的对接, 促成了山西亚通焦煤集团与瑞典碳资产管理有限公司CDM项目购碳协议的正式签署。该协议购买的减排量由山西亚通“2×12MW清洁型热回收焦炉余热发电”项目产生, 预计每年可实现二氧化碳减排量15万吨, 为企业带来上千万元的减排收益, 成为吕梁市推进清洁发展战略的新突破。

(四) 节约了资源

裂解连杆用高碳微合金钢的开发 篇6

汽车工业的激烈竞争导致了新工艺、新材料和新设备的不断涌现。而今, 裂解工艺作为一种全新的发动机连杆制造工艺而引起了汽车制造厂的高度重视。与传统的连杆制造方法相比, 裂解工艺具有缩短生产周期、减少工序和制造设备, 以及降低连杆制造费用等优点。因此, 这种连杆制造工艺在欧洲和北美被广泛应用, 相应地出现了许多应用于裂解工艺的新材料。目前, 应用最广泛的是粉末锻造材料和微合金碳钢。但与粉末锻造材料相比, 微合金碳钢能够提供更理想的组织、力学性能、切削性能和尺寸精度。

通常, 应用于汽车发动机裂解连杆的材料需要较高的强度、裂解过程中的低变形性和适当的脆性, 以及高的硫含量来提高切削加工性能。近年来, 微合金碳钢的发展引起了材料工作者的特别关注, 与金属粉末成形连杆相比, 不但降低了切削加工费用, 同时还能提供高的疲劳性能。固溶强化、晶粒细化强化和V、N等微合金元素沉淀强化是提高微合金碳钢的有效方法, 而通过向钢中添加S在钢中形成MnS等易切削硫化物能够极大地提高微合金碳钢的切削加工性能。

到目前为止, 在微合金碳钢的锻造和裂解工艺上已进行了大量的研究工作, 通过控制锻造加热温度和冷却速度能够得到需要的锻造组织和力学性能。然而, 应用于裂解连杆的微合金碳钢的热轧组织和性能却没有得到广泛重视, 因为它也能影响连杆的最终组织、机械性能和裂解性能, 特别是奥氏体晶粒大小、沉淀析出相的大小及分布, 以及MnS的形貌、数量等都对裂解连杆的性能有重要影响。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料

试验材料所用钢水经过70tconsteel EAF-EBT电炉冶炼并经LF炉处理, 然后连铸成200 mm×200 mm的连铸方坯。冶炼工艺采用洁净钢生产技术。

(1) 采用高碱度泡沫渣冶炼和偏底心出钢技术, 保证去除钢中气体、夹杂物和P。

(2) 为了保证钢中S的收得率, 精炼期采用低碱度顶渣渣系。

(3) 足够的软吹时间以保证成分和温度的均匀。

(4) 全程氩气密封保护浇铸。

200 mm×200 mm的连铸方坯经蓄热式加热炉加热, 然后轧制成Ф36 mm圆钢。其热轧工艺包括采用无扭张力高速连轧技术和控轧、控冷技术。

高碳微合金钢的化学成分见表1。

%

2.2 微观组织和力学性能的测试

取热轧棒材试样进行金相组织观察。所有金相试样经打磨、抛光后用3%的硝酸酒精腐蚀, 在OLYMPUS PME3-323UN光学显微镜下观察分析试样金相组织。

热轧材试样经切割、镶嵌、磨制、抛光并浸蚀后显示出其组织, 用Quanta400扫描电镜观察夹杂物形貌, 并用EDS对夹杂物进行定性分析。

从热轧材试样上横向切取0.2 mm薄片, 然后用二次复型法制成透射电镜样品, 在JEM2100F型透射电镜中观察析出相, 并用INCA能谱仪对第二相进行成分分析。

取热轧棒材制成拉伸试样 (Ф10 mm) 在INSTRON拉伸试验机上进行拉伸试验 (速度为1mm/min) , 并对拉伸断口进行SEM观察。

2.3 裂解性能试验

将热轧棒材试样 (Ф36 mm) 剪切成200 mm长的圆棒, 在电感应加热炉中加热到1 200℃, 然后锻造成裂解用连杆坯料, 风冷到室温, 最后在CSE-400型连杆裂解装置上裂解连杆。对连杆的裂解断面进行SEM观察, 以判断其裂解性能。

3 试验结果及讨论

3.1 组织

图1是高碳微合金钢铸态下的组织。由图1可以看出, 铸态下的组织是由珠光体和少量铁素体组成, 铁素体沿奥氏体晶粒边界形成, 在铁素体中有大量球形或椭圆形的夹杂物 (图1b) , 通过EDS分析为硫化夹杂物。

高碳微合金钢热轧态组织见图2。由图2可以看出, 热轧态组织为铁素体和珠光体, 但珠光体面积百分比≥95%, 先共析的铁素体在奥氏体边界析出, 这可能与钢中碳含量、精轧温度和冷却速度有关。精轧温度为900℃, 其在奥氏体再结晶温度以上, 当热轧圆钢从精轧机组到冷床时 (700℃) , 发生了γ→α转变, 而在奥氏体边界形成了不连续的网状铁素体。

通过SEM和EDS对高碳微合金钢中非金属夹杂物进行研究, 结果表明非金属夹杂物呈单相或多相分布在钢中 (见图3) , 为MnS、Al2O3和CaO-Al2O3颗粒 (见图4) , 但主要是MnS夹杂物, 它们被沿轧制方向拉长呈条形分布。钢中大量的硫化物对提高其切削性能有重要影响。

增加Ca可改变钢中非金属夹杂物的成分和形貌。当Ca或CaO添加入钢中后, Ca和CaO都可以将长条状MnS夹杂转变为球状CaS夹杂。Ca使MnS夹杂变性的经验模型见图5[10]。

图6是用TEM观察高碳微合金钢中的析出相。由图6可以看出, 钢中弥散分布着许多细小析出相, 呈圆形或多边形, 细小析出相粒子直径为10 50 nm, 较大析出相粒子直径为90 270 nm。EDS能谱分析表明, 直径为10 50 nm的析出相主要是VC, 直径大于90 nm的析出相主要是 (Mn, Cu) S (见图7) 。但XRD分析表明, 钢中还有部分VN和Cr23C6粒子 (见图8) 。这些沉淀析出相能够阻滞前奥氏体晶粒长大, 细化在奥氏体晶界先共析的铁素体。因此, 有利于细化珠光体团、减小珠光体片层间距, 并能提高高碳微合金钢的强度。

3.2 力学性能

高碳微合金钢热轧态的力学性能见表2。由表2可以看出, 高碳微合金钢具有较高的抗拉强度 (980 N/mm2) 和屈服强度 (560 MPa) , 而伸长率 (11%) 和断面收缩率 (21%) 较低。对于汽车发动机裂解连杆, 其高强度有利于提高发动机性能和减轻质量, 而低韧性能使其在裂解过程中变形量少, 连杆与曲轴间隙较小, 进而降低发动机噪声。

图9是对高碳微合金钢拉伸试样的断口分析。由图9a和9b可以看出, 拉伸试验的断裂没有明显的颈缩现象, 试样断裂起始部位粗糙不平, 扩展部位比较平坦;放大后观察其断裂起始部位以韧窝形态的塑性特征为主, 存在少量准解理, 扩展部位是以解理特征为主 (图9c、图9d) 。

3.3 裂解性能

图10是用SEM分析高碳微合金裂解连杆的裂解断面。由图10可以看出, 其断口断面平齐, 结晶状明显, 四周无塑性变形, 呈脆性断裂, 为解理特征。裂解连杆的重要特性是裂解后变形量小, 以保证其装配精度。因此, 脆性解理断裂有利于其在裂解过程中, 不发生塑性变形, 且断口表面无掉渣。

4 结论

(1) 采用“EAF-EBT-LF-CC-CR”工艺开发的用于发动机裂解连杆的高碳微合金钢的组织是由珠光体和少量铁素体组成。钢中非金属夹杂物主要是MnS、Al2O3和CaO-Al2O3颗粒, 沉淀析出相有VC、VN、 (Mn, Cu) S等, 这些细小的沉淀相有利于细化珠光体团、减少珠光体片层间距, 提高高碳微合金钢的强度。

(2) 开发的高碳微合金钢具有高强度和低韧性, 有利于提高发动机性能、减轻质量和裂解变形量。

高碳企业 篇7

关键词：碳关税,湖北省,SWOT分析

碳关税是指主权国家或地区对高耗能产品进口征收的二氧化碳排放特别关税, 其中高耗能产品主要是指碳排放密集型产品, 如铝、钢铁、水泥、玻璃制品等产品。它最早是由法国总统希拉克提出的, 意在针对未遵守《京都议定书》的国家征收商品进口税, 用于保护欧盟国家在实施碳排放交易机制后可能遭遇的不公平竞争。从广义的角度而言高碳产业就是指所有污染产业, 狭义的角度讲高碳产业一般指能耗高、污染重的产业, 比如, 火电、冶金、石化、交通、建筑、化工等产业。

1 湖北省高碳产业发展存在的问题

湖北省在几十年的工业发展道路中, 一直延续着“高污染、高耗能、高排放、低附加值”的三高一低产品生产方式, 高碳产业多以劳动密集型和资源密集型为主。湖北省经济的主体是第二产业, 这就决定了能源消费的主要部门是工业, 而工业长期以来经济粗放式发展的惯性, 使得能源的需求和温室气体排放持续增长, 加之湖北省内工业化比重不平衡, 高耗能、高污染行业占比较大。在湖北省的电力行业中, 水电占比只有20%左右, 火电占比达77%以上, 高碳占绝对的统治地位。据《湖北省统计年鉴》数据, 湖北省现在每百万美元GDP所消耗的能源数量是美国的3倍, 德国的5倍, 日本的近6倍。湖北省1吨煤产生的效率仅相当于美国的28.6%欧盟的16.8%日本的10.3%。湖北省的人口、资源、环境结构比发达国家要紧张得多, 资源禀赋与人口不断增长之间的矛盾将长期存在。

同时, 湖北省高碳产业的技术相对落后, 湖北省在高碳产业中的能源利用率远远低于发达国家, 甚至是世界平均水平。湖北省产品出口额占总出口额比重较大的纺织业来讲, 目前面临的最大问题就是技术装备落后, 如湖北省另一项出口额所占总出口额比重很大的化学工业品来说, 据统计数据显示, 湖北省钢材单产能耗是世界平均水平的1.15倍, 其次是石化和玻璃分别为1.45和1.47倍, 水泥更是高达1.53倍。技术落后单位能耗大, 利用率低。

湖北省作为中部大省, 征收碳关税会对湖北省高碳产业出口产生重要影响, 本文运用SWOT分析法, 从优势、劣势、机会和挑战四方面分析了了征收碳关税可能对湖北省高碳产业产生的影响, 最后给出相应的政策建议。

2 征收碳关税对湖北省高碳产业出口影响的SWOT分析

2.1 征收碳关税湖北省高碳产业发展的优势

(1) 政府部门在积极推动产业结构升级。湖北省的高碳产业多集中在第二产业, 而湖北省第二产业的出口额所占比重也大。征收碳关税将促进第三产业的大力发展, 一些高能耗、低效率、生产工艺落后的产业的竞争力将大幅下降, 企业价值也将随之大幅缩水;反之, 高效率、低能耗的企业的竞争力则会不断加强, 其企业价值也将随之提高。目前, 湖北省正在积极推动产业转型升级, 淘汰一批高能耗、低效率的企业, 积极推动企业对先进技术的应用和对污染排放的控制, 使得企业的国际竞争力加强, 这对湖北省高碳产业应对碳关税有积极的作用。

(2) 湖北省在积极推动清洁能源的运用。我国是清洁发展机制融资最多的国家, 同样作为中国最先发展起来的一批城市的湖北省, 资金投入比较有保障。从目前看, 最有可能成为低碳经济发展模式下的新兴产业有:太阳能产业, 生物产业, 核能产业, 风能, 潮汐能产业等。湖北省位处中国的中部位置, 地势较为平坦, 风力资源丰富, 并且湖北省一向有“千湖之省”的美誉, 这些大大小小的湖泊更是为了水利资源提供了可靠有力的保障。用这些可再生的清洁能源代替煤炭、煤油等传统能源, 可以逐步改变湖北省传统能源消费结构, 减小企业对能源进口的依赖度, 提高能源安全性, 大大降低湖北省这些高碳企业的二氧化碳排放量。

2.2 征收碳关税湖北省高碳产业发展的劣势

(1) 出口成本、降低出口规模。征收碳关税的直接效应就是提高出口成本, 使得高碳产业的出口竞争力削弱。由于湖北省高碳产业出口利润较为薄弱, 发达国家一旦向我国征收碳关税, 那么湖北省高碳产品的成本也必然会增加, 产业成本的提高意味着该产品市场竞争力和在国际贸易中的获利能力将会削弱, 毫无疑问会影响到整个产业的国际竞争力。

(2) 产业技术落后, 单位能耗大。目前湖北省的工业生产过程中仍然是以化石燃料的燃烧为主, 尤其是生产过程中重煤化程度相当高, 煤炭在化石燃料的使用中占比高达86%, 和发达国家的41%相比, 其消耗量是发达国家的2倍多。生产技术的落后, 导致单位能耗大但能源的利用率却低于世界平均水平。湖北省在高耗能产业的单位能耗大, 能源效率低于世界平均水平, 钢材单位能耗是世界平均水平的1.15倍, 其次是石化和玻璃分别为1.45和1.47倍, 水泥更是高达1.53倍, 如果按照实际消耗能源所产生的二氧化碳排放量来推算, 湖北省出口的高碳产品每单位所要被征收的碳关税将远高于世界平均水平。由此看来, 湖北省高碳产业的技术落后是面对征收碳关税非常大的一个劣势。

2.3 征收碳关税湖北省高碳产业发展的机遇

(1) 促进产业结构升级和能源消耗模式转变。高碳产业的企业要想被免征或少征碳关税, 就必需优化高碳发展模式下的产业链条与产业结构, 助推产业发展模式, 由高碳转化为低碳, 增加产品的科技含量, 促进低能耗、低污染的机电产品和高新技术产品的出口。高新技术产品国际竞争力的增强能够有效应对碳关税的对湖北省出口的影响, 所以要加快推进产业结构的升级, 改造一批骨干企业和建设一批高新技术项目。在能源方面, 要坚决淘汰落后产能, 推广运用先进节能减排技术, 转变能源消耗模式是关键, 要从现在不可持续发展向可持续发展转变。

(2) 促进对先进低碳技术引用。要将碳关税的压力转化为动力。降低湖北省高耗能产业在第二产业中的比重, 大力推进节能减排, 着力加强工业重点领域节能减排, 开展高耗能企业综合治理, 创建节能型示范企业。加大力度引入低碳技术, 同时, 不断引进高科技人才, 加强对人才的培养, 为技术研发和创新提供更强有力的支撑, 从而整体上提升出湖北省出口产品的国际竞争力。结合省内优先战略发展目标和各高碳企业自身特点, 把握好低碳重点领域, 以尽可能低的经济成本和碳排放量, 获取最大的整体效益, 逐步实现整个经济“低碳化”。

2.4 征收碳关税对湖北省高碳产业发展的威胁

(1) 失业率上升。湖北省多数产业属于劳动密集型产业, 以低廉的劳动力获取竞争优势, 征收碳关税增加了高碳产业的生产成本, 会使得一些无法达到碳排放标准的企业逐渐退出行业, 而剩下来的企业为谋求生路必然会进行升级或者改革, 由劳动密集型向技术密集型转变, 注重培养一些专业人才, 这样会淘汰大量只能靠出卖劳动力谋取生活的人。而湖北省由于贫富差距和地理位置的原因, 存在大量缺乏专业技能的人, 征收碳关税, 很可能会导致失业率的增加。

(2) 加剧贸易摩擦。碳关税的征收涉及企业和产品范围广, 国际上没有统一的征收标准, 随意性很大, 各国不同碳关税征收标准会引发国家之间的争论, 造成国家间关系的不和谐, 从而影响双边或多边贸易关系。国内大部分学者认为碳关税是一种基于“环保名义”的贸易壁垒, 目的是阻止发展中国家的产品进入发达国家市场, 达到贸易保护的作用。碳关税若被一些国家作为贸易保护手段之一而变相使用, 就会引起其他国家采取报复性贸易壁垒政策, 这将加剧贸易中的贸易摩擦, 甚至引发贸易战, 企业产品出口环境恶化, 出口受到阻碍。

3 应对碳关税、扩大湖北省高碳产业出口的对策建议

3.1 促进产业结构优化升级, 转变经济增长方式

在即将面临征收碳关税的形势下, 湖北省今后应该在巩固传统优势产品出口的同时, 对传统模式进行改造和提升, 降低能源消耗, 减少碳排放, 并且鼓励高科技和高附加值的产品出口, 转变经济增长方式, 优化出口商品结构, 减少高碳商品的出口, 使出口商品多元化, 向高端优质化升级。为此湖北省政府应该加大资金投入, 这样企业才能有资本进行改革和升级, 才能优化湖北省出口商品的结构, 这对于提高湖北省出口竞争力和产业结构升级至关重要的。

3.2 提高能源利用率, 发展清洁能源

为了积极应对碳关税应该从传统的煤炭能源模式向清洁能源转变, 加大科技研发投入, 利用湖北省优异的地理位置, 大力发展太阳能、风能、水能等清洁能源。但是由于相关基础设施建设和技术的落后, 清洁能源的大规模运用还需要一个很漫长的过程, 我们可以在在开发新能源的同时, 提高可再生能源充分利用率, 有效的激励机制调动员工积极性, 淘汰落后设备;科学安排布局生产, 使人和设备有效结合, 发挥最高的生产效率大力, 发展循环经济。

3.3 大力发展低碳经济, 提高产品的国际竞争力

一旦征收碳关税, 低碳经济变成了发展的必然趋势。征收碳关税大大加重了企业的负担, 为此, 湖北省的高碳企业都应该积极投身于低碳经济的研发当中, 从长远出着眼, 通过原始创新和集成创新, 重点攻关中短期内可以获得较大效益的低碳技术, 尤其是针对提高重化工行业能耗的新技术, 大力研发低碳技术和低碳产品。必须加大科技投入, 增强企业的自主创新能力, 努力从原来传统的劳动密集型向技术密集型转变, 或者从国外大力引进先进的低碳技术, 加强与国际的交流和合作, 以降低生产成本, 增加产品的附加值。企业自身需要进行大量的技术革新, 这样才能够拥有自主知识产权, 使更多的高新技术产品产业化从而能够走向国际市场提高产品的国际竞争力。

参考文献

[1]李晓玲, 陈雨升.“碳关税”与WTO规则相符性研究[J].国际经济合作, 2010, (3) :77-81.

[2]李静云.“碳关税”重压下的中国战略[J].环境经济, 2009, (9) :33-37.

[3]雷明.应对碳关税的战略和对策[J].环境保护与循环经济, 2009, 29 (8) :4-6.