解读东方证券：全国碳市场扩容系列专题（三）：钢铁行业——电弧炉先行，氢冶金蓄势

钢铁行业碳排放的家底

我国是全球最大的钢铁生产国，2023年粗钢产量约10亿吨，占全球的54%。钢铁行业也是我国仅次于电力行业的第二大碳排放行业，碳排放量约占全国碳排放总量的15%。长流程炼钢以高炉—转炉为核心，在我国钢铁生产中占据主导地位，使得行业整体化石能源消费居高不下，也导致了大量温室气体直接排放。

传统长流程炼钢的主要工序包括焦化、烧结、球团、高炉炼铁和转炉炼钢。其中，高炉工序是长流程炼钢过程中能耗和碳排放强度最高的环节，约占整个炼钢流程的60%~70%，其次是焦化工序和烧结工序。短流程炼钢则省去了焦化、烧结、高炉炼铁等高污染、高能耗环节，主要能源输入为电力。

各工序碳排放强度测算结果

报告对钢铁行业主要工序进行了详细的碳排放强度测算。经粗略测算，焦化工序的化石燃料净消耗平均碳排放强度约为0.578~0.601 tCO2/吨产品，烧结工序约为0.150~0.171 tCO2/吨，球团工序约为0.099~0.109 tCO2/吨，高炉炼铁工序约为0.571~0.578 tCO2/吨。

值得注意的是，转炉炼钢工序实际是负能炼钢，其碳排放强度为负值，约为-0.153~-0.090 tCO2/吨。电炉炼钢工序碳排放强度约为0.048 tCO2/吨。报告指出，

，凸显了短流程炼钢在减排上的显著优势。按主要工序化石燃料碳排放强度计算，全国碳市场所覆盖的钢铁行业主要工序排放量约7亿吨，企业层级排放总量或达到15~20亿吨。

企业间高炉工序排放差异明显

高炉工序的能耗优化是钢铁企业实现减排的最主要途径，即降低高炉燃料比。由于这一指标易受原燃料质量、炉料结构、设备运行状态等多种因素影响，不同钢铁企业的高炉燃料比存在较大差异。2023年行业均值约为525.98 kg/t。

对比来看，宝钢、马钢、太钢、首钢等企业大型高炉燃料比已降至500 kg/t以下，存在明显能耗和排放优势。而鞍钢、攀钢、包钢等企业高炉燃料比则明显高于行业平均水平，鞍钢2023年高炉燃料比为569 kg/t，其炼铁总厂曾长期徘徊在596 kg/t左右，近期下降到550 kg/t左右，但仍高于行业均值。

短流程炼钢是重要减排方向

电弧炉短流程炼钢的发展对我国钢铁行业低碳发展具有显著积极作用。2023年全球平均电炉钢产量占比为28.6%，土耳其和美国比例最高，分别为71.6%和68.3%。我国目前电炉钢产量占比仅约10%，废钢比约21%，与世界平均水平存在差距。

盈利空间有限、废钢资源稀缺以及电炉炼钢工艺不成熟是当前主要制约因素。政策层面已明确目标，《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》提出到2025年电炉钢产量占比达15%以上，《工业领域碳达峰实施方案》进一步提出到2030年电炉钢产量占比达20%以上。报告测算，当废钢比提高至50%时，其吨钢碳排放成本比废钢比15%时低约15元，纳入碳市场后废钢的性价比将随着碳价上升而愈加明显。

长流程优化的三条路径

在传统长流程炼钢基础上，报告提出三条优化路径。首先是提高球团矿入炉比，球团矿含铁品位比烧结矿高约5%~9%，提高入炉铁品位可降低焦比和燃料比。目前114家钢铁企业块矿、球团和烧结矿的入炉比基本稳定在11%、15%和74%，球团矿入炉比提升空间较大。

其次是提高转炉废钢比。成本效益是限制转炉废钢比的重要因素，当铁废价差达到200元/吨时，废钢相较铁水具有显著性价比优势。第三是高炉煤气充分利用，即富氢碳循环氧气高炉（HyCROF）工艺。中国宝武自主开发的HyCROF工艺，通过碳循环实现碳化学能完全利用，并使用氢替代碳还原，极限减排能力可达86%。2023年9月，宝武八钢2500立方米HyCROF商业示范项目正式投运。

氢冶金是长期深度脱碳路径

报告认为，更长期来看，氢冶金将成为钢铁行业深度脱碳最为重要和可行的路径。非高炉炼铁工艺中，直接还原铁（DRI）技术是重要方向。2023年全球DRI产量中，气基竖炉工艺占据主导地位，主流氢基竖炉工艺包括MIDREX和HYL/Energiron等。

此外，加强各工序余热余能利用也是减排的重要补充。钢铁生产过程中有大量余热资源可供回收，如焦化工序的干熄焦余热、高炉工序的高炉煤气和TRT发电、转炉工序的转炉煤气回收等，这些措施可进一步降低工序能耗和碳排放。报告最后提示了碳排放核算方式变化和配额分配方案变化的风险。

这份表格汇总了全国碳市场钢铁行业各主要工序的平均化石燃料碳排放强度。焦化工序碳排放强度最高，为0.578~0.601 tCO2/吨产品，主要因为洗精煤输入量大且焦炭、焦炉煤气输出折碳后仍有净排放。高炉炼铁工序紧随其后，为0.571~0.578 tCO2/吨。烧结和球团工序分别为0.150~0.171和0.099~0.109 tCO2/吨。 转炉炼钢工序碳排放强度为负值，为-0.153~-0.090 tCO2/吨，这是因为转炉煤气回收量超过输入燃料量，属于负能炼钢。电炉炼钢工序碳排放强度仅0.048 tCO2/吨，远低于长流程工序。这些工序碳排放强度数据将为碳市场配额基准值设定提供重要参考依据。

从可公开查询到相关数据的钢铁生产集团来看，能耗强度方面，山钢综合能耗强度最低，仅0.50吨标准煤/吨粗钢，柳钢能耗强度最高，达0.58吨标准煤/吨粗钢。碳排放方面，山钢直接排放强度最低，仅1.65 tCO2/t，杭钢和宝钢直接排放强度最高，达2.01 tCO2/t。 这些数据反映了不同企业在能耗和碳排放管理上的差异。在碳市场配额分配中，排放强度低的企业将获得更多配额盈余，而排放强度高的企业则需要购买配额或加大减排力度。值得注意的是，鞍钢股份、杭钢股份2023年排放数据未公布，表中以2022年数据代替。

2024年4月，工信部对2023年重点行业能效“领跑者”进行公示，钢铁行业共有3家企业入选相关工序。在煤制焦炭工序，宁波钢铁有限公司的单位产品工序能耗为100.14 kgce/t，安徽首矿大昌金属材料有限公司为100.56 kgce/t。烧结工序中，首钢京唐钢铁联合有限责任公司以39.90 kgce/t的最低能耗入选。 转炉工序方面，常熟市龙腾特种钢有限公司的单位产品能耗为-32.06 kgce/t，宝钢湛江钢铁有限公司为-31.32 kgce/t，均为负值，体现了转炉负能炼钢的先进水平。这些领跑者企业的能耗指标代表了我国钢铁行业的能效先进水平，为其他企业提供了能效标杆。