銀洲，況悅，劉丹丹，趙亞洲，張昕，李艷萍

中國環(huán)境科學(xué)研究院

我國正處于深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)、建設(shè)美麗中國的關(guān)鍵時期，同時也處于2030 年前實現(xiàn)碳達峰目標的關(guān)鍵階段。面對污染防治和“雙碳”目標的新局勢，相關(guān)研究[1]指出，到2030 年之后，由于末端治理措施的減排空間越來越小，即使工業(yè)領(lǐng)域采用最嚴格的末端治理手段，空氣中細顆粒物（PM2.5）濃度仍超出世界衛(wèi)生組織推薦安全限值的2～4 倍，而細顆粒物的存在會降低太陽能等清潔能源的發(fā)電效率，因此只有通過減污與降碳協(xié)同才有可能達到碳中和目標。與此同時，隨著生態(tài)環(huán)境保護要求的提升，重點行業(yè)末端治理設(shè)施的增加導(dǎo)致耗能增加，從而造成更多的碳排放[2]。因此，亟須從源頭和生產(chǎn)過程實現(xiàn)“污”和“碳”的協(xié)同控制。溫室氣體（如CO2、CH4、N2O等）與常規(guī)大氣污染物（如NOx、SO2、顆粒物等）大多是由礦物燃料燃燒排放造成，其排放源一致，因此可以優(yōu)化控制溫室氣體與常規(guī)大氣污染物減排的組合措施，以最小化的成本協(xié)同實現(xiàn)應(yīng)對氣候變化與生態(tài)環(huán)境保護的目標[3]。

工業(yè)領(lǐng)域污染物和碳排放占比高，協(xié)同減排對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起重要推進作用。污染物和溫室氣體排放協(xié)同控制的主要路徑為能源結(jié)構(gòu)[4]和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[5]的調(diào)整及技術(shù)的創(chuàng)新[6]，而技術(shù)的進步是核心驅(qū)動力[7]。歐美發(fā)達國家由于其產(chǎn)業(yè)的工藝技術(shù)體系清晰、企業(yè)數(shù)據(jù)詳實，自2000 年以來基本形成了以定量為主的較為成熟的低碳或污染物最佳防控評估方法或?qū)t[8-9]。我國雖起步較晚，但為了加快低碳技術(shù)和污染防治技術(shù)的推廣應(yīng)用，國家發(fā)展和改革委員會組織編制了《國家重點推廣的低碳技術(shù)目錄》[10]、《國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄》[11]、《綠色技術(shù)推廣目錄》[12]，生態(tài)環(huán)境部制定火電、鋼鐵、水泥等幾十項重點行業(yè)污染防治最佳可行性技術(shù)（best available technologies,BAT)指南[13]及發(fā)布《國家先進污染防治技術(shù)目錄》[14]等。各類推廣技術(shù)目錄分別針對低污染物排放和低能耗進行技術(shù)推廣，而基于生產(chǎn)全過程的溫室氣體和污染物協(xié)同控制技術(shù)推廣庫報道較少。

在污染物和溫室氣體協(xié)同減排上，有相關(guān)報道就不同領(lǐng)域減污降碳協(xié)同效益評估方法進行詳細闡述。減污降碳協(xié)同效益評估的方法主要分為宏觀的減排政策和微觀的減排規(guī)劃、技術(shù)方法的評估。針對較為宏觀的減排政策，如區(qū)域經(jīng)濟政策，采取“自上而下”模型或“混合模型方法”模擬評估。如Rypdal 等[15]采用CGE-RAINS-FRES 模型評估歐盟6 種氣候變化政策情景下北歐大氣環(huán)境協(xié)同效益。王涵等[16]構(gòu)建減污-降碳-經(jīng)濟綜合評價指標體系，通過對指標間二元、三元耦合協(xié)調(diào)度計算分析各地區(qū)發(fā)展協(xié)調(diào)情況。楊儒浦等[17]運用層次分析法建立工業(yè)園區(qū)減污降碳協(xié)同發(fā)展指數(shù)。針對微觀的減排規(guī)劃、技術(shù)方法，往往采用“自下而上”模型結(jié)合排放系數(shù)對協(xié)同效益進行評估。如毛顯強等[18-19]基于污染排放（減排）當(dāng)量指標，開發(fā)二維或多維歐氏空間坐標系來評估減污降碳措施和技術(shù)的協(xié)同性及其協(xié)同程度。唐偉等[20]采用彈性系數(shù)對杭州市機動車開展協(xié)同控制評估。Ma 等[21]選取22 項節(jié)能減排措施，評估和比較了各項措施的減排成本和協(xié)同效益?；诤暧^的評估方法適用于分析區(qū)域政策對經(jīng)濟活動水平和環(huán)境的影響，對微觀技術(shù)領(lǐng)域的評估具有較大的不確定性。針對微觀技術(shù)領(lǐng)域的減污降碳協(xié)同效益評估，現(xiàn)有研究主要對技術(shù)的經(jīng)濟效益進行分析，且以污染排放（減排）當(dāng)量指標使用污染物排放權(quán)價格或應(yīng)稅污染當(dāng)量為權(quán)重對污染排放總量進行簡單加和，但污染排放總量指標難以反映真實的環(huán)境影響和環(huán)境效益。為減少未來的環(huán)境污染風(fēng)險，比較現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)的環(huán)境表現(xiàn)，在新技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用之前全面、定量分析潛在的環(huán)境影響尤為必要。因此，構(gòu)建環(huán)境-經(jīng)濟系統(tǒng)評估體系對技術(shù)的推廣起重要作用，對技術(shù)的環(huán)境-經(jīng)濟全方位評估是合理選擇協(xié)同控制措施，實現(xiàn)重點行業(yè)污染物和碳排放協(xié)同減排的基礎(chǔ)。

基于此，筆者探索建立減污降碳技術(shù)的系統(tǒng)客觀量化評估體系，通過對技術(shù)的協(xié)同度、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益進行全面分析，以鋼鐵行業(yè)碳排放占比最高的高爐煉鐵工序先進技術(shù)為例，旨在從應(yīng)用層面檢驗評估方法的可行性，為鋼鐵行業(yè)以及其他重點行業(yè)減污降碳協(xié)同控制技術(shù)的推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

鋼鐵行業(yè)煉鐵工序先進適用技術(shù)的節(jié)能、節(jié)電等指標數(shù)據(jù)來自《鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排先進適用技術(shù)目錄》[22]、《國家重點節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄》[23-24]和相關(guān)文獻[25-39]。由于煉鐵工藝在鋼鐵行業(yè)中碳排放占比高，本研究從國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部提出的技術(shù)目錄和國際能源署發(fā)布的2020年鋼鐵行業(yè)技術(shù)路線圖[26]推薦的技術(shù)中選擇了煉鐵工藝的11 項生產(chǎn)過程綠色節(jié)能技術(shù)（其中，T1～T2為源頭防治技術(shù)，T3～T11 為過程控制技術(shù)），從末端治理技術(shù)中選擇了3 項有代表性的減排技術(shù)（T12～T14）做分析，如表1 所示。

表1 鋼鐵行業(yè)煉鐵工序減排技術(shù)-經(jīng)濟參數(shù)Table 1 Technological and economic parameters for emission reduction technologies in ironmaking process

溫室氣體和污染物種類選取上，由于鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過程排放CO2占溫室氣體的99%以上，且我國提出的碳達峰碳中和目標，在2030 年前實現(xiàn)碳達峰，主要指實現(xiàn)CO2的達峰，因此在溫室氣體的選取方面，主要考慮CO2的排放。大氣污染物主要選取種類為顆粒物、SO2、NOx和揮發(fā)性有機物（VOCs）。水污染和固廢的種類選擇上，由于在焦化聯(lián)合鋼鐵廠中，廢水根據(jù)用水水質(zhì)要求串級利用，焦化、高爐、轉(zhuǎn)爐和軋鋼等工序可做到生產(chǎn)廢水零排放，固體廢物如高爐渣、鋼渣等外運作為水泥原料，高爐瓦斯灰通常送燒結(jié)綜合利用，因此本研究不考慮水污染物、固體廢物與碳的協(xié)同排放。

1.2 研究方法

1.2.1 技術(shù)減污降碳協(xié)同控制評價方法

為衡量技術(shù)減污降碳協(xié)同控制效果，采用Tapio 脫鉤模型[39-40]評估減污降碳協(xié)同效應(yīng)系數(shù)，計算公式如下：

式中：S為協(xié)同效應(yīng)系數(shù)；ΔELAP為使用技術(shù)后污染物排放的減排量，t；ELAP為未使用技術(shù)前污染物排放量，t；ΔEGHG為使用技術(shù)后碳減排量，t；EGHG為未使用技術(shù)前碳排放量，t。

依據(jù)協(xié)同效應(yīng)系數(shù)的取值范圍，可將協(xié)同狀態(tài)特征劃分為8 類（表2）。再將減污降碳協(xié)同效應(yīng)系數(shù)繪制在二維或多維歐氏空間坐標系中。某技術(shù)減排措施在坐標系中所處的空間位置，可以直觀地反映其減排效果及其“協(xié)同”狀況。

表2 減污降碳協(xié)同效應(yīng)系數(shù)對應(yīng)的協(xié)同狀態(tài)Table 2 Synergistic state corresponding to synergistic effect coefficient of pollution abatement and carbon reduction

為量化技術(shù)污染物排放量，源頭和過程控制技術(shù)采用系數(shù)法得出技術(shù)邊界范圍內(nèi)的污染物排放量，計算公式如下：

式中：Q燃料為該技術(shù)減少燃料排放污染物的量，t；Q過程為技術(shù)邊界內(nèi)生產(chǎn)過程中由于原料的減少而減少的污染物排放量，t；V燃料為使用技術(shù)后使用燃料的減少量，kg；α為燃料的污染物排放系數(shù)，g/kg；η為技術(shù)邊界內(nèi)末端治理設(shè)施減少的污染物比例。根據(jù)第二次全國污染源普查產(chǎn)排污核算系數(shù)手冊，選取燃燒單位煙煤SO2產(chǎn)污系數(shù)為0.235 1 g/kg，NOx產(chǎn)污系數(shù)為0.549 0g/kg，顆粒物產(chǎn)污系數(shù)為7.923 3 g/kg 折算成減少的SO2、NOx、顆粒物排放量；焦化行業(yè)VOCs產(chǎn)污系數(shù)為0.918 9 g/kg，折算成減少VOCs 的排放量。以1 t 鋼鐵為基準，未經(jīng)過末端治理措施或節(jié)能技術(shù)鋼鐵全流程產(chǎn)生的大氣污染物SO2、NOx和顆粒物的排放量分別為 7.66、9.92 和 7.45 kg/t[41]；選取鋼鐵長流程煉鋼的噸鋼碳排放量2.10 t 為基準值[42]。

末端控制技術(shù)的污染物排放減少比例ΔELAP/ELAP直接引用技術(shù)使用后SO2、NOx、顆粒物、VOCs 的減少比例。

為了量化技術(shù)的碳排放量，采用排放因子核算法得出技術(shù)邊界范圍內(nèi)減少的碳排放量，公式如下：

式中：ΔETGHG為技術(shù)使用后生產(chǎn)每噸產(chǎn)品減少的碳排放量，kg/t；E燃料為技術(shù)使用后生產(chǎn)每噸產(chǎn)品節(jié)約燃料排放CO2的量，kg/t；E過程為技術(shù)邊界內(nèi)生產(chǎn)過程中由于含碳原料的減少（包括減少鐵、焦炭等原料和脫硫劑的使用）而減少的CO2排放量，kg/t；E節(jié)約電為技術(shù)使用后因節(jié)約電而減少的CO2排放量，kg/t；E輸出熱為技術(shù)使用后因輸出熱減少的CO2排放量，kg/t；E固碳為技術(shù)使用后因碳捕集而減少的CO2排放量，kg/t；AD燃料、AD原料、AD節(jié)約電、AD輸出熱分別為技術(shù)使用后單位產(chǎn)品消耗化石燃料、消耗含碳原料、消耗電量和輸出熱量減少量，單位分別為kg/t、kg/t、MW·h/t、GJ/t；EF燃料、EF原料、EF節(jié)約電、EF輸出熱分別為化石燃料、含碳原料、電網(wǎng)和熱量排放因子，單位分別為kg/kg、kg/kg、kg/(MW·h)、kg/GJ。

1.2.2 技術(shù)減污降碳協(xié)同經(jīng)濟效益評估方法

通過協(xié)同經(jīng)濟效益綜合指數(shù)評估技術(shù)的協(xié)同效益，計算公式如下：

式中：AP 為技術(shù)邊界范圍生產(chǎn)單位產(chǎn)品的減污降碳協(xié)同經(jīng)濟效益，元/t；n為污染物種類（包括SO2、NOx、顆粒物、VOCs 等）；為技術(shù)使用后單位產(chǎn)品污染物的減排量，kg/t；為技術(shù)使用后單位產(chǎn)品CO2的減排量，kg/t；分別為SO2、NOx、顆粒物和VOCs 的污染物排放交易權(quán)基準價格，元/kg；為CO2碳市場的價格，元/kg。

技術(shù)減排效益減排成本和單位CO2減排效益減排成本計算公式如式（6）～（9）所示：

式中：M為技術(shù)j的減排成本，元/t；Cj為技術(shù)j的單位CO2減排的成本，元/t；ACCj為年均化的技術(shù)j的投資成本，元/t；Ij為技術(shù)j的投資成本，元；d為折現(xiàn)率，取8%；Lj為技術(shù)j的壽命，a；ΔOMj為技術(shù)j的運行維護成本，元/t，當(dāng)n=1,2,3 時，為節(jié)能收益，元/t；Pf和Pe分別為煤炭、電力的價格，單位分別為元/kg 和元/（MW·h）；FSj為技術(shù)j生產(chǎn)單位產(chǎn)品產(chǎn)生燃料節(jié)約量，kg/t；ESj為技術(shù)j生產(chǎn)單位產(chǎn)品產(chǎn)生電力節(jié)約量，MW·h/t。

1.2.3 技術(shù)環(huán)境效益評估方法

為了衡量技術(shù)使用后污碳排放量的變化對于環(huán)境所造成的影響，基于生命周期理念評價中影響評價（LCIA）的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)從技術(shù)污碳排放清單到環(huán)境影響評價值的計算過程。計算公式[43]如下：

式中：I為環(huán)境影響潛值；ai為污染物（資源、能源）i的減排量，kg/t；pi為污染物（資源、能源）i對應(yīng)的損害因子，人體健康損害因子、生態(tài)系統(tǒng)損害因子和資源影響因子單位分別為d/kg（傷殘調(diào)整壽命單位）、species/kg 和MJ/kg；bn為終點傷害類別n對應(yīng)的人均基準值，人體健康損害、生態(tài)系統(tǒng)損害和資源影響人均基準值單位分別為DAILY、species 和MJ；wn為終點傷害類別對應(yīng)的權(quán)重。

損害因子的確定參考目前應(yīng)用較廣泛的Ecoindicator[44]、ReCiPe[45]評價方法，并以第二次全國污染源普查中國家重點關(guān)注的污染物為研究對象，得出各類環(huán)境影響的損害因子，結(jié)果如表3 所示。

表3 污染物、CO2 和能源對各環(huán)境影響類別的損害因子Table 3 Damage factors of pollutants,greenhouse gases,and energy on various environmental impact categories

由于大氣中As、Cd、Cr 和Ni 主要來源為煤和石油燃燒，因此通過技術(shù)使用后減少煤炭的使用量、煤中重金屬的含量、釋放比例和去除率來核算As、Cd、Cr 和Ni 的減排量。人體健康、生態(tài)環(huán)境和資源的權(quán)重采用層次分析法問卷調(diào)研的形式，得出其權(quán)重分別為60%、25%、15%[44]。

2 結(jié)果與分析

2.1 技術(shù)污染物和碳排放協(xié)同度分析

通過協(xié)同控制二維坐標系將技術(shù)使用后污染物和碳減排的協(xié)同程度展示于圖1 和表4。由圖1 和表4 可見，源頭防治和過程控制技術(shù)在減少污染物（SO2、NOx、顆粒物）和碳排放上具有協(xié)同性，其中綠氫冶煉技術(shù)（T11）由于全流程不使用焦炭作為還原劑，且冶煉過程采用綠色電力作為能源，污碳減排協(xié)同度最高。熔劑性球團制備技術(shù)（T2）通過焙燒溫度與球團礦質(zhì)量調(diào)控、燃燒溫度與硫硝生成控制，使得燃料比和焦比降低[29]，從而實現(xiàn)污染物（SO2、NOx和VOCs）與CO2的協(xié)同控制。從SO2產(chǎn)生機理來看，高爐煙氣中SO2主要由燃料中有機硫在風(fēng)口前燃燒生成以及溫度大于1 350 ℃的高溫區(qū)域硫酸鹽CaSO4及BaSO4分解產(chǎn)生[51]，熔劑性球團制備技術(shù)通過原料中有機硫氧化成硫酸鹽，在低溫區(qū)域減少了SO2的生成。從NOx產(chǎn)生機理來看，熔劑性球團制備技術(shù)降低爐內(nèi)溫度，從而降低了NOx的生成，同時因節(jié)約能耗又減少了碳排放。相較之下，節(jié)能技術(shù)（T1,T3～T10）減污降碳協(xié)同度較弱，對碳的減排效果遠大于SO2、NOx和顆粒物。在節(jié)能技術(shù)中，高爐富氧技術(shù)（T8）、高爐鼓風(fēng)除濕技術(shù)（T2）和高爐煤氣回收技術(shù)（T5）的SO2、NOx和顆粒物減排量較大。由于高爐富氧技術(shù)和高爐鼓風(fēng)除濕技術(shù)提高了爐內(nèi)有效利用熱，高爐煤氣回收技術(shù)循環(huán)利用熱，節(jié)能技術(shù)在減少碳排放的同時也減少了因燃料燃燒所產(chǎn)生的污染物排放。綠氫冶煉技術(shù)、熔劑性球團制備技術(shù)不僅過程減排且節(jié)約能源，減污降碳協(xié)同度大于僅節(jié)約能源的節(jié)能技術(shù)。而末端治理技術(shù)（T12～T14）在污染物和碳排放減排上，不具有協(xié)同性，說明實現(xiàn)減污降碳協(xié)同控制的目標應(yīng)注重從末端治理向源頭治理和過程控制轉(zhuǎn)變。

圖1 煉鐵工序技術(shù)污染物和CO2 協(xié)同減排二維坐標系Fig.1 Two-dimensional coordinate system for evaluation of the synergistic reduction technologies of pollutants and carbon emissions in the ironmaking process

在VOCs 減排上，由于焦?fàn)t制焦環(huán)節(jié)的無組織排放和工作過程排放的VOCs 是鋼鐵行業(yè)主要的排放源[52]，各項技術(shù)對VOCs 減排量與高爐生產(chǎn)過程中減少的焦比成正比。綠氫冶煉技術(shù)（T11）、熔劑性球團制備技術(shù)（T2）、TRT（T3）、高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)（T5）、高爐煤氣回收技術(shù)(T6)、高爐熱風(fēng)爐雙預(yù)熱(T7)由于有效的減少焦比，因此VOCs 和CO2減排上具有較好的協(xié)同性。其中，綠氫冶煉技術(shù)由于全流程不使用焦炭作為還原劑，因此較現(xiàn)有的長流程冶煉技術(shù)減少VOCs 的排放量最大。高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)和高爐煤氣回收技術(shù)通過循環(huán)利用煤氣里的還原碳，有效地減少還原劑焦炭的消耗，從而同時減少了VOCs 和碳的排放[53]。

2.2 技術(shù)減污降碳協(xié)同效益分析

煉鐵工序各項技術(shù)的污染物和碳減排協(xié)同收益如圖2 所示。在當(dāng)前我國碳市場碳交易價格為56 元/t 條件下，綠氫冶煉技術(shù)（T11）由于污染物和CO2減排量大，協(xié)同收益最大，達300 元/t（以鋼產(chǎn)量計，下同）。此外，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)（T13）和CCS（T14）技術(shù)也具有較高的收益。由于污染物和碳減排量較少，污碳減排協(xié)同收益較小的技術(shù)為TRT 技術(shù)（T3）、高爐噴煤技術(shù)（T4）和CCPP 技術(shù)（T10）。當(dāng)碳市場碳交易價格漲到歐盟碳市場碳交易最高值（100 歐元/t，按750 元/t 計）時，綠氫冶煉技術(shù)（T11）和CCS（T14）的污碳減排效益實現(xiàn)大幅度的增加，說明在未來鋼鐵行業(yè)步入碳市場進行配額交易后，隨著碳交易價格的上漲，綠氫冶煉技術(shù)（T11）和CCS（T14）具有更大的應(yīng)用潛力。

圖2 技術(shù)的減污降碳協(xié)同收益Fig.2 Synergistic benefits of the technologies for pollution abatement and carbon reduction

從圖3 可以看出，將技術(shù)成本扣除協(xié)同收益后，減排成本最高的3 項技術(shù)分別是綠氫冶煉技術(shù)（T11）、CCS（T14）和高爐富氧技術(shù)（T9）。碳交易價格上漲時，技術(shù)的減排成本呈下降趨勢，當(dāng)碳交易價格達到750 元/t 時，CCS 的成本可減到40 元/t。減排成本由低到高排序為：CCPP 技術(shù)（T10）＜ 高爐煤氣回收（T6）＜ TRT 技術(shù)（T3）＜ 高爐噴吹焦?fàn)t煤氣（T5）＜ 石灰石-石膏濕法煙氣（T13）＜ 高爐噴煤技術(shù)（T4）。在單位CO2減排成本上，綠氫冶煉技術(shù)（T11）和CCS（T14）由于減少CO2的排放量大，單位CO2減排成本較低。污染物末端治理技術(shù)如高爐煤氣干式除塵（T12）和石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)（T13）由于去除污染物導(dǎo)致碳排放增加，單位CO2減排成本高。由于技術(shù)的減污降碳協(xié)同經(jīng)濟收益對減排技術(shù)的成本和經(jīng)濟可行性影響大，因此未來碳價和污染物排放權(quán)價格的提升能有效推動先進減污降碳協(xié)同控制技術(shù)的市場應(yīng)用。

圖3 技術(shù)的減污降碳協(xié)同減排成本Fig.3 Costs of the technologies for carbon and pollution emission reduction

2.3 技術(shù)的環(huán)境影響分析

從人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和資源消耗減少量來核算技術(shù)對環(huán)境影響減少總量，結(jié)果如表5 所示。對人體健康影響減少量較大的技術(shù)為石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)（T13）、高爐富氧（T9）和綠氫冶煉技術(shù)（T11），因為這些技術(shù)不僅能有效減少碳排放從而減少氣候變化的影響，還有效減少大氣污染物的排放從而降低致癌作用、減少細顆粒物和光化學(xué)臭氧的形成。生態(tài)系統(tǒng)影響減少量指標主要取決于煤炭消耗導(dǎo)致重金屬排放而造成的生態(tài)毒性影響、酸性污染氣體排放引起的酸化效應(yīng)和形成光化學(xué)臭氧的VOCs、氮氧化物的排放量。由于綠氫冶煉技術(shù)（T11）能最大程度地協(xié)同減少煤炭和焦炭原料的消耗從而有效減少了生態(tài)毒性影響、酸化效益、有機污染物和氮氧化物的生成，因此對生態(tài)系統(tǒng)影響減少量最大。資源消耗的影響主要取決于煤炭等化石燃料的開采對自然資源造成的不可逆消耗。源頭和過程節(jié)能減排技術(shù)能有效地減少能耗，因此能有效減少資源消耗的影響，而末端治理技術(shù)和綠氫冶煉技術(shù)由于能耗大，反而增加了資源消耗的影響。當(dāng)人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和資源消耗減少量權(quán)重分別設(shè)定為60%、25%、15%時[54]，除CCS技術(shù)，其余技術(shù)均能有效降低總環(huán)境影響。其中，綠氫冶煉技術(shù)（T11）最能有效降低總環(huán)境影響。CCS 技術(shù)由于能耗大，現(xiàn)有的能耗結(jié)構(gòu)假定以煤發(fā)電為主，核算出CCS 技術(shù)的實施總體增加對環(huán)境的影響。

表5 技術(shù)的環(huán)境影響核算結(jié)果Table 5 Environmental impact of the technologies

2.4 敏感性分析

由于貼現(xiàn)率對技術(shù)的協(xié)同減排成本影響較大，環(huán)境影響中各分解要素的影響因子和傷害類別權(quán)重對最終總環(huán)境影響較大，本文分別針對貼現(xiàn)率、影響因子和權(quán)重因子進行分析。

由表6 所示，隨著貼現(xiàn)率的提高，技術(shù)的投資成本也逐漸上升，經(jīng)濟可行性變差。當(dāng)貼現(xiàn)率由5%升至15%時，成本有效的技術(shù)由11 個降至10 個。環(huán)境影響分析中采用的是國外的Eco-indicator 和ReCPe 2016 方法，基于發(fā)達國家17%的死亡原因歸咎于環(huán)境因素[55]，而中國則高達25%[54]，因此技術(shù)對中國人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和資源消耗減少量的影響因子存在一定的不確定性。此外，人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和資源消耗減少量的權(quán)重采用的是問卷調(diào)研法，存在人群代表性和主觀控制的不確定性。

表6 不同貼現(xiàn)率下技術(shù)污碳減排成本Table 6 Cost of the technologies synergetic reduction of pollution and carbon reduction under different discount rates

2.5 討論

煉鐵工序源頭和過程控制技術(shù)能協(xié)同減排常規(guī)大氣污染物（SO2、NOx和顆粒物）和CO2，以節(jié)能為主的技術(shù)對CO2的減排程度遠大于污染物。這與相關(guān)研究[19]得出的結(jié)論一致，現(xiàn)有的末端控制技術(shù)對污染物和CO2減排不具有協(xié)同性。因此，技術(shù)的減污降碳協(xié)同度評估應(yīng)主要針對源頭和控制技術(shù)，而末端技術(shù)應(yīng)采用單位污染物減排導(dǎo)致的CO2排放量和環(huán)境影響程度評估來判斷其污染物和碳排放水平。從技術(shù)的成本-污碳減排效益來看，綠氫冶煉技術(shù)雖污染物和碳協(xié)同減排表現(xiàn)優(yōu)異、環(huán)境影響小，但由于現(xiàn)有碳交易價格低而收益低，限制了其在市場上的應(yīng)用和推廣，隨著未來碳交易價格的增高，其成本能有效降低。在目前以煤炭發(fā)電和碳交易價格低的條件下，CCS 技術(shù)對環(huán)境存在不利影響且成本較高，隨著未來綠色能源使用的增加以及碳交易價格的上漲，CCS 技術(shù)成本能大幅度降低。針對現(xiàn)有鋼鐵行業(yè)減污降碳協(xié)同控制的難點，未來鋼鐵行業(yè)減污降碳協(xié)同控制方向應(yīng)著力于源頭優(yōu)化調(diào)控、過程協(xié)同減量和末端治理前移。

鑒于數(shù)據(jù)資料的限制，本文從技術(shù)的協(xié)同度、成本收益和環(huán)境影響幾個方面進行評估，還存在一些待完善的地方，主要體現(xiàn)在：1）僅針對單個技術(shù)進行系統(tǒng)分析，還需要對不同技術(shù)的組合從生產(chǎn)源頭-過程-末端進行技術(shù)集成分析；2）污染物和碳排放量根據(jù)排放因子核算得出，而實際生產(chǎn)中受原料成分比例、設(shè)施運行狀態(tài)影響而變化，還需要補充調(diào)研實地數(shù)據(jù)進行完善補充；3）環(huán)境影響因子與行業(yè)、地區(qū)、時段等因素相關(guān)，在未來的研究中，應(yīng)根據(jù)地域和時段對影響因子進行細化。

3 結(jié)論

（1）技術(shù)進步是推動減污降碳協(xié)同控制的重要途經(jīng)。選取了煉鐵工序14 項源頭防治、過程控制、末端治理技術(shù)，評估各項技術(shù)的協(xié)同減排、成本收益和環(huán)境影響。結(jié)果表明，綠氫冶煉技術(shù)和熔劑性球團制備技術(shù)污碳減排協(xié)同度較高，高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)、高爐煤氣回收技術(shù)和高爐熱風(fēng)爐雙預(yù)熱技術(shù)能協(xié)同減少VOCs 和碳排放，節(jié)能減排技術(shù)對碳排放的減排程度遠大于污染物，而污染物末端控制技術(shù)不能協(xié)同控制碳排放。

（2）在當(dāng)前我國碳交易價格條件下，節(jié)能技術(shù)和污染物末端治理技術(shù)減排成本低，綠氫冶煉和CCS技術(shù)減排成本最高。隨著碳交易價格的上漲，節(jié)能、綠氫冶煉和CCS 技術(shù)減排成本呈下降趨勢。

（3）在技術(shù)的環(huán)境影響上，綠氫冶煉技術(shù)、污染物末端治理技術(shù)最能有效減少環(huán)境影響，其他節(jié)能技術(shù)也能相應(yīng)減少環(huán)境影響，而現(xiàn)有條件下CCS 技術(shù)的實施會增加環(huán)境的影響。

（4）綜合技術(shù)的污染物和碳排放協(xié)同度、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益評估結(jié)果，煉鐵工序中源頭防治和節(jié)能技術(shù)可作為我國現(xiàn)階段減污降碳協(xié)同增效技術(shù)進行推廣。污染物的末端治理技術(shù)雖不能協(xié)同控制污染物和碳排放，但能有效減少環(huán)境影響，降低末端控制的碳排放將成為未來污染物末端治理技術(shù)評估的重點。綠氫冶煉技術(shù)雖污碳減排協(xié)同效果明顯、環(huán)境影響小，但由于現(xiàn)有碳交易價格低而收益低，隨著未來碳交易價格的增高，其成本能有效降低。