電解鋁行業(yè)碳排放現(xiàn)狀和趨勢研究

電解鋁行業(yè)碳排放現(xiàn)狀和趨勢研究摘要：中國是全球電解鋁交流電耗持續(xù)下降的主要推動(dòng)者和貢獻(xiàn)者，電耗長期處于世界領(lǐng)先水平。隨著中國政府和企業(yè)的逐漸重視，電解鋁綠電使用比例有望得到大幅提高，為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)和應(yīng)對氣候變化作出更大貢獻(xiàn)。非中國區(qū)域電解鋁綠電使用比例基本穩(wěn)定，全球電解鋁綠電使用比例變化主要受中國影響和驅(qū)動(dòng)。本文就此進(jìn)行了相關(guān)內(nèi)容的探究，以供參考。關(guān)鍵詞：電解鋁行業(yè)；碳排放現(xiàn)狀；低碳理念1電解鋁行業(yè)碳排放現(xiàn)狀按照國際鋁業(yè)協(xié)會(IAI)的口徑和數(shù)據(jù)，鋁行業(yè)碳排放涵蓋原鋁生產(chǎn)和再生鋁等的碳排放，其中原鋁生產(chǎn)碳排放占比達(dá)95%。原鋁生產(chǎn)碳排放按生產(chǎn)工藝流程可分為鋁土礦、氧化鋁、陽極、電解鋁和鑄造5個(gè)工序的碳排放;按排放類型又分為電力排放(間接)、PFC排放(直接)、CO2直接排放、輔助材料排放(間接)、熱能排放(直接或間接)和運(yùn)輸排放(間接)6類。根據(jù)IAI公布的數(shù)據(jù)，2019年、2020年和2021年全球原鋁生產(chǎn)量分別達(dá)到6365.7萬t、6532.5萬t、6724.3萬t;2019年全球原鋁生產(chǎn)碳排放量(全口徑)達(dá)到10.13億t，后續(xù)年度的碳排放量數(shù)據(jù)IAI尚未公布。2005年至2019年的15年間(本文中引用及分析的數(shù)據(jù)除特殊說明外均指這15年)，全球原鋁生產(chǎn)碳排放量從5.40億t逐步提升至7.23億t(2010年)、9.34億t(2015年)，直至10.13億t，累計(jì)增長了87.7%，復(fù)合年均增長4.3%。同期全球原鋁生產(chǎn)量分別為3190.5萬t(2005年)、4235.3萬t(2010年)、5845.6萬t(2015年)及6365.7萬t(2019年)，累計(jì)增長99.5%，復(fù)合年均增長4.7%?？梢?，全球原鋁生產(chǎn)碳排放量增幅略小于原鋁生產(chǎn)量增幅，這也意味著全球原鋁生產(chǎn)噸鋁平均碳排放量即碳排放強(qiáng)度總體呈下降趨勢。2電解鋁煙氣無組織排放深度治理技術(shù)應(yīng)用2.1電解槽密封系統(tǒng)和上部集氣系統(tǒng)原有電解槽采用的是“下煙道”集氣形式，并且存在罩板變形、密封材料破損等問題，導(dǎo)致廠房內(nèi)無組織排放增加，集氣效率低，同時(shí)被引風(fēng)機(jī)帶入到凈化系統(tǒng)中的煙氣量少。電解槽密封系統(tǒng)和上部集氣系統(tǒng)分別通過提高電解槽的密閉率和電解槽集氣均勻性來提高電解槽的集氣效率。為了分析電解槽密封系統(tǒng)和上部集氣系統(tǒng)對無組織排放的減排效果，利用天窗氟化物在線監(jiān)測系統(tǒng)在電解槽相同排煙量的條件下，對改造前后的氟化氫排放進(jìn)行測試。在相同的煙氣量條件下，電解車間氟化物排放總量從0.81kg/t－Al減少至0.58kg/t－Al，降幅28.4%，說明增設(shè)密封系統(tǒng)和上部集氣系統(tǒng)可有效降低電解鋁煙氣的無組織排放。2.2雙煙管排煙系統(tǒng)雙煙管排煙系統(tǒng)主要通過增大電解槽排煙量來減少開槽操作時(shí)的煙氣泄露，從而減少電解鋁煙氣無組織排放。通過對比電解槽在增設(shè)雙煙管系統(tǒng)前后煙氣流量的變化，來確定雙煙管排煙系統(tǒng)的集氣能力。并利用天窗氟化物在線監(jiān)測系統(tǒng)測量改造前后氟化氫排放的變化量，從而衡量雙煙管排煙系統(tǒng)對電解鋁煙氣無組織排放的減排效果。對原有電解槽進(jìn)行雙煙管系統(tǒng)改造，對比雙煙管系統(tǒng)在開、關(guān)兩種不同情況下電解槽排煙量。在電解槽增設(shè)雙煙管系統(tǒng)后，開槽作業(yè)時(shí)煙氣量能夠比原有單煙管系統(tǒng)時(shí)增大1.5倍以上，說明通過增設(shè)雙煙管系統(tǒng)后，增加了電解鋁煙氣由無組織排放轉(zhuǎn)化為有組織排放的量。在改造密封系統(tǒng)和上部集氣系統(tǒng)后，通過增設(shè)雙煙管系統(tǒng)，增大開槽作業(yè)時(shí)排煙量，將電解車間無組織排放轉(zhuǎn)化為有組織排放[1]。通過增設(shè)雙煙管系統(tǒng)后，電解車間氟化物排放總量由0.58kg/t－Al減少至0.47kg/t－Al，進(jìn)一步降低電解鋁煙氣的無組織排放。2.3殘極煙氣收集系統(tǒng)殘極煙氣收集系統(tǒng)通過殘極集氣箱、排煙管道及排煙風(fēng)機(jī)等，將殘陽極產(chǎn)生的煙氣送至電解煙氣凈化系統(tǒng)中進(jìn)行處理，使殘陽極散發(fā)的大部分煙氣由無組織排放轉(zhuǎn)化為有組織排放。通過測量殘極集氣箱中氟化氫散發(fā)規(guī)律，并利用天窗氟化物在線監(jiān)測系統(tǒng)測量殘極煙氣收集系統(tǒng)改造前后氟化氫散發(fā)量的變化，從而衡量殘極煙氣收集系統(tǒng)對電解鋁煙氣無組織排放的減排效果。在特定風(fēng)量(3800Nm3/h)條件下，測試殘極集氣裝置內(nèi)氟化氫的排放規(guī)律[2]。殘陽極煙氣中氟化氫散發(fā)量呈現(xiàn)近似對數(shù)函數(shù)形式增長，隨著殘陽極的放入，氟化氫散發(fā)量在前2個(gè)小時(shí)內(nèi)迅速增加，而后隨著時(shí)間增加趨于平緩，7個(gè)小時(shí)后不再向環(huán)境中散發(fā)氟化氫污染物。3電解鋁行業(yè)碳排放的趨勢3.1碳排放強(qiáng)度演化趨勢2019年全球原鋁生產(chǎn)碳排放強(qiáng)度為15.91tCO2e/t-Al，比2005年的16.91tCO2e/t-Al降低了5.9%，比期間最高值18.04tCO2e/t-Al(2007年)降低了11.8%。15年間全球原鋁生產(chǎn)碳排放強(qiáng)度的小幅下降主要得益于氧化鋁工序碳排放強(qiáng)度的下降。隨著氧化鋁工藝技術(shù)的進(jìn)步、優(yōu)質(zhì)鋁土礦的普遍使用、控制技術(shù)和生產(chǎn)管理的進(jìn)步，氧化鋁工序碳排放強(qiáng)度由3.86tCO2e/t-Al降低至2.55tCO2e/t-Al，降幅達(dá)33.9%;其在原鋁生產(chǎn)碳排放強(qiáng)度中的占比也從22.8%降低至16.0%。電解鋁工序碳排放強(qiáng)度則始終在12.7tCO2e/t-Al左右徘徊，呈現(xiàn)出前10年震蕩波動(dòng)、后5年漸趨穩(wěn)定的態(tài)勢。由于電解鋁工序碳排放強(qiáng)度沒有整體性降幅，其在原鋁生產(chǎn)碳排放強(qiáng)度中的占比從73.1%升高至79.9%。3.2電解鋁交流電耗2005年至2019年的15年間，全球電解鋁交流電耗從15080kW·h/t-Al逐步降低至14255kW·h/t-Al，累計(jì)降低5.5%。同期中國電解鋁交流電耗從14574kW·h/t-Al逐步降低至13531kW·h/t-Al，累計(jì)降低7.2%。非中國區(qū)域電解鋁交流電耗則呈現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)勢，15年加權(quán)平均值為15220kW·h/t-Al，最高15407kW·h/t-Al(2013年)，最低14921kW·h/t-Al(2017年)，總體變化幅度較小?？梢姡诜侵袊鴧^(qū)域電解鋁交流電耗基本持平的情況下，中國電解鋁交流電耗的持續(xù)下降成為全球電解鋁交流電耗降低的關(guān)鍵因素，從而有利于降低電解鋁工序電力碳排放強(qiáng)度[3]。3.3原鋁產(chǎn)量和增長趨勢中國是全球電解鋁產(chǎn)量第一大國，2005年至2019年的15年間，中國原鋁產(chǎn)量增長459%，累計(jì)原鋁產(chǎn)量占全球的46.9%，全球原鋁產(chǎn)量累計(jì)增量中的88.1%來自中國[4]。2005年中國原鋁產(chǎn)量占全球的24.5%，并保持逐年攀升態(tài)勢，2007年占比超過30%，2013年突破50%;2019年中國原鋁產(chǎn)量達(dá)到3579.5萬t，占全球比例達(dá)到56.2%?？梢?，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國成為全球原鋁工業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力量，在未來全球原鋁工業(yè)碳減排、碳中和進(jìn)程中將發(fā)揮核心作用。結(jié)束語：總之，電解鋁行業(yè)是典型的高耗能產(chǎn)業(yè)，也是高碳排放產(chǎn)業(yè)，并且電解鋁行業(yè)的高碳排放特性從屬于其高耗能特性。因此，雖然我國電解鋁能耗指標(biāo)處于國際先進(jìn)水平，但作為全球電解鋁第一大國，“碳達(dá)峰、碳中和”行動(dòng)勢必對我國電解鋁行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。參考文獻(xiàn)：[1]溫浩,錢坤.青海省電解鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景分析[J].世界有色金屬,2021,(20):134-137.[2]李瑛娟,宋群玲,張金梁,王曉東,劉捷,蔡川雄.碳中和背景下電