鋼鐵生態(tài)化范文
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一、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)概念
1989年，通用汽車研究實驗室的RobertFrosch等發(fā)表了產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的第一篇論文，指出未來的產(chǎn)業(yè)應(yīng)該全方位地對資源開展循環(huán)利用而非一次性使用。1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會通過了《21世紀議程》，把可持續(xù)發(fā)展道路作為全球的基本發(fā)展戰(zhàn)略和行動指南。在可持續(xù)發(fā)展思想推動下，在傳統(tǒng)的自然科學(xué)、社會科學(xué)和經(jīng)濟學(xué)的相互交叉和綜合的基礎(chǔ)上，產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)作為一門新的學(xué)科迅速發(fā)展起來。但目前尚未形成統(tǒng)一的概念，產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)從理論到方法及應(yīng)用都處于探索與研究中。
T.E.Graedel等給出了兩個產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的定義。
第一個定義指出產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)是人類在經(jīng)濟、文化和技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，有目的、合理地去探索和維持可持續(xù)發(fā)展的方法。產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)要求不是孤立而是協(xié)調(diào)地看待產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)與周圍環(huán)境的關(guān)系。
第二個定義指產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)是關(guān)于技術(shù)組織及其資源使用和潛在環(huán)境影響，以及如何調(diào)整它們與自然界的相互作用，以實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的研究。
ReidLifset提出，產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)是一門迅速發(fā)展的系統(tǒng)科學(xué)分支，它從局部、地區(qū)和全球三個層次上系統(tǒng)地研究產(chǎn)品、工藝、產(chǎn)業(yè)部門和經(jīng)濟部門中的能流和物質(zhì)流，其重點是研究產(chǎn)業(yè)界在降低產(chǎn)品生命周期中的環(huán)境壓力的作用。
楊建新等認為，產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)就是將生態(tài)學(xué)原理應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，研究產(chǎn)業(yè)活動及其產(chǎn)品與環(huán)境之間的相互作用關(guān)系，從而改善現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，設(shè)計新的產(chǎn)品系統(tǒng)，為人類提供對環(huán)境無害的產(chǎn)品和服務(wù)。
貝爾實驗室認為，產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)是研究各種產(chǎn)業(yè)活動及其產(chǎn)品與環(huán)境之間相互關(guān)系的跨學(xué)科研究。
盡管產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)概念的表述各不相同，但其有著共同的內(nèi)涵：
（1）均以可持續(xù)發(fā)展為目標，體現(xiàn)了人與自然相協(xié)調(diào)的發(fā)展觀。
（2）均以產(chǎn)業(yè)組織及其活動為重點研究對象，以物質(zhì)和能量的高效利用為重點研究內(nèi)容。
（3）均強調(diào)了技術(shù)創(chuàng)新對于解決產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)問題的重要性。
產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)概念的差別主要是側(cè)重點的不同。有些概念強調(diào)了其技術(shù)屬性，有些概念強調(diào)了其科學(xué)研究屬性，有些概念強調(diào)了物質(zhì)和能量循環(huán)的過程，有些概念突出了物質(zhì)和能量循環(huán)的節(jié)點（如產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品處置等）。
本文認為，產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)是研究產(chǎn)業(yè)活動和生態(tài)環(huán)境之間物質(zhì)、能量和信息交換關(guān)系、倫理關(guān)系等相互關(guān)系的科學(xué)，也是促進人類社會和自然環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)系統(tǒng)，其同時具有自然科學(xué)、社會科學(xué)和方法論的屬性。
許多研究者從工業(yè)生態(tài)學(xué)研究的一般問題出發(fā)，結(jié)合鋼鐵工業(yè)的特點，從物質(zhì)和能量循環(huán)利用的角度，闡述了鋼鐵工業(yè)生態(tài)化的內(nèi)涵。
胡長慶等認為鋼鐵工業(yè)生態(tài)化就是根據(jù)鋼鐵工業(yè)物質(zhì)/能量流的輸入/輸出特點，運用生態(tài)學(xué)的原理，通過生產(chǎn)體系或環(huán)節(jié)之間的系統(tǒng)耦合，仿照自然界生態(tài)過程中的物質(zhì)循環(huán)方式來規(guī)劃生產(chǎn)過程系統(tǒng)，通過資源和能源的總體優(yōu)化配置，使物質(zhì)和能量得到多級利用和高效產(chǎn)出，從而使鋼鐵工業(yè)向可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)模式轉(zhuǎn)變。
JulianSZEKELY認為，僅僅強調(diào)物質(zhì)和能量循環(huán)是不夠的，還要研究與之相關(guān)聯(lián)的費用問題，以及多年來累積的未處理廢物的處理問題，稅收政策和立法措施只能作為鼓勵因素，物質(zhì)循環(huán)利用和節(jié)約能量的行為必須能夠產(chǎn)生足夠維持其持續(xù)運行的效益。生態(tài)化的鋼鐵企業(yè)應(yīng)以天然礦石和廢鋼鐵材料為原料，具有能耗低、環(huán)境友好、接近用戶、操作柔性強的特點，要尋求和其它工業(yè)部門形成產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)，并從處理其他工業(yè)部門廢棄物中獲利。
李新創(chuàng)認為鋼鐵企業(yè)的物質(zhì)和能量循環(huán)可以分為大、中、小三種循環(huán)。小循環(huán)是指以鐵素資源為核心的生產(chǎn)上下工序之間的循環(huán)，水在各個工序內(nèi)部的自循環(huán)以及各個工序生產(chǎn)過程中產(chǎn)生副產(chǎn)品在本企業(yè)內(nèi)的循環(huán)等。中循環(huán)是指各個生產(chǎn)廠之間的物質(zhì)和能量循環(huán)，即下游產(chǎn)品的廢物返回上游工序，作為原料重新利用，或者將一個生產(chǎn)廠產(chǎn)生的廢物、余能作為其他生產(chǎn)廠的原料和能源。大循環(huán)是指企業(yè)與社會之間的物質(zhì)和能量循環(huán)，包括向社會提供民用煤氣；在冬季將余熱輸送供社會居民取暖；鋼鐵渣用于建材和城市道路交通建設(shè)等。
國內(nèi)外關(guān)于鋼鐵工業(yè)生態(tài)化的研究還包括以下幾個方面：鋼鐵企業(yè)物質(zhì)和能量流動模型、清潔生產(chǎn)的工藝技術(shù)和裝備、鋼鐵產(chǎn)品生命周期評價、爐渣等副產(chǎn)品的再利用技術(shù)、消化其他工業(yè)副產(chǎn)品的技術(shù)等。
三、鋼鐵工業(yè)生態(tài)化模式
根據(jù)鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)生態(tài)化目標的路徑的不同，鋼鐵工業(yè)生態(tài)化模式可以分為兩種類型，一是“種群進化”模式，二是“產(chǎn)業(yè)群落”模式。
“種群進化”模式是當(dāng)前鋼鐵行業(yè)生態(tài)化的主要模式，其特點是，重點依靠鋼鐵行業(yè)內(nèi)部的技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新實現(xiàn)生態(tài)化目標，創(chuàng)新的主要內(nèi)容包括：
工藝流程創(chuàng)新：如近終型連鑄技術(shù)的出現(xiàn)，大大拓展了電爐煉鋼產(chǎn)品的品種，提高了電爐鋼的質(zhì)量，使得以廢鋼鐵為原料的電爐煉鋼短流程工藝獲得了新的生機，提高了鋼鐵資源的循環(huán)利用率。此外，鋼鐵聯(lián)合工藝每生產(chǎn)1噸鋼，約產(chǎn)生420kg廢物，電爐工藝產(chǎn)生的廢物只有鋼鐵聯(lián)合工藝的1/4～1/2。因此，許多電爐煉鋼小企業(yè)正在美國興起。
原材料替代技術(shù)：燒結(jié)和焦化工序是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的重點氣體和粉塵污染源，高爐是鋼鐵聯(lián)合工藝的重點耗能環(huán)節(jié)（鋼鐵聯(lián)合工藝噸鋼能耗約為5.6GJe，其中高爐噸鋼能耗約為4.3GJe）。為了少用或徹底淘汰燒結(jié)礦和焦炭，減少高爐能耗，人們開發(fā)了許多原材料替代技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上形成了新的煉鐵和煉鋼工藝，如熔融還原技術(shù)、直接還原技術(shù)等。
技術(shù)裝備創(chuàng)新：煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋制等設(shè)備正朝著大型化、自動化和智能化、連續(xù)化的方向發(fā)展，極大地提高了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約了資源和能源，減輕了對環(huán)境的污染。
節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新：為了提高鋼鐵企業(yè)的能源利用效率，人們開發(fā)了余壓發(fā)電技術(shù)、焦爐煤氣、高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣綜合利用技術(shù)、系統(tǒng)綜合節(jié)能技術(shù)、冷卻水循環(huán)技術(shù)等一批節(jié)能新技術(shù)。
管理技術(shù)創(chuàng)新：通過引入ISO14000環(huán)境質(zhì)量管理體系，開展清潔生產(chǎn)審計、污染負荷評價等，大大降低了資源和能源浪費。
盡管“種群進化”模式極大地提高了鋼鐵工業(yè)生態(tài)化水平，但仍有許多未能解決的問題，如：高爐渣、轉(zhuǎn)爐渣、軋制碎屑等含鐵廢棄物的處置和處理。
“產(chǎn)業(yè)群落”模式是正在發(fā)展的未來的鋼鐵工業(yè)生態(tài)化的主導(dǎo)模式，其特點是，通過產(chǎn)品、副產(chǎn)品（廢棄物）和能量的關(guān)聯(lián)，鋼鐵工業(yè)和其他工業(yè)行業(yè)共同組成產(chǎn)業(yè)共生體，以最優(yōu)化的方式，實現(xiàn)資源和能源的多級高效利用和充分增值，盡量減少和生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)和能量交換。
和“種群進化”模式比較，“產(chǎn)業(yè)群落”模式具有更高的經(jīng)濟效益和更高的資源能源利用效率，因為產(chǎn)業(yè)群落更有利于形成專業(yè)化分工、更有利于實現(xiàn)價值鏈的增值、更有利于形成技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)。需要指出的是，產(chǎn)業(yè)群落的自然形成需要較長的時間，有時還要付出較大的代價，政府部門可以通過規(guī)劃、引導(dǎo)等措施來加快產(chǎn)業(yè)群落的形成和完善。
四、鋼鐵工業(yè)生態(tài)化的界定
1、鋼鐵工業(yè)生態(tài)化定義
綜合前人的研究結(jié)果，本文認為，鋼鐵工業(yè)生態(tài)化是指，伴隨著技術(shù)進步，以鋼鐵行業(yè)為核心的產(chǎn)業(yè)群落的生態(tài)效益由低向高的演進過程。生態(tài)化的定量表示如下：
（式1）
鋼鐵工業(yè)正效益是指，鋼鐵工業(yè)提供滿足人類需要的產(chǎn)品、降低自然資源和一次能源強度所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。鋼鐵工業(yè)負效益是指，鋼鐵工業(yè)消耗自然資源和能源、排放污染物對經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益所產(chǎn)生的消減作用。
這一定義體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的基本原則和未來產(chǎn)業(yè)生態(tài)化實現(xiàn)模式的特點。
(1)本定義強調(diào)生態(tài)化是一個伴隨著技術(shù)進步不斷演進的過程。鋼鐵工業(yè)是一個資本和技術(shù)十分密集的產(chǎn)業(yè)，也是一個歷史較長，技術(shù)相對成熟的行業(yè)，這就決定了在一個歷史時期內(nèi)，鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進步只能是漸進式的，與此相對應(yīng)，生態(tài)化的演進也是相對緩慢的，只有當(dāng)鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進步出現(xiàn)突破性進展時，其生態(tài)化水平才會有大的變化。
(2)本定義借用了世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會生態(tài)效率的概念。生態(tài)效率強調(diào)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)要協(xié)調(diào)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響必須限制在生態(tài)系統(tǒng)的承受能力范圍之內(nèi)。經(jīng)濟效益和環(huán)境效益要統(tǒng)一，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化不能以犧牲環(huán)境效益為代價。
(3)本定義強調(diào)了以鋼鐵工業(yè)為核心的產(chǎn)業(yè)群落的整體演進。市場經(jīng)濟條件下，產(chǎn)業(yè)活動主體的主觀目標是經(jīng)濟效益，可以假設(shè)在經(jīng)濟利益驅(qū)動下，企業(yè)內(nèi)部的物質(zhì)和能量循環(huán)已十分充分，廢棄物質(zhì)和剩余能源在不同企業(yè)或產(chǎn)業(yè)之間循環(huán)更加符合市場分工原則和企業(yè)追求經(jīng)濟效益的要求。以往在政策法規(guī)的約束下，企業(yè)單獨開展物質(zhì)和能量循環(huán)利用，進行廢棄物的末端治理，其目標也是降低環(huán)境管理費用，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，但這種方式不一定是經(jīng)濟效益最優(yōu)的方式。
2、鋼鐵工業(yè)生態(tài)化研究范圍
筆者將鋼鐵工業(yè)生態(tài)化研究范圍界定為鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)流程及與其直接進行副產(chǎn)物和剩余能源交換的關(guān)聯(lián)企業(yè)群。在這個關(guān)聯(lián)企業(yè)群中，產(chǎn)生正效益的物質(zhì)和能量流包括鋼鐵產(chǎn)品、廢鋼循環(huán)利用、副產(chǎn)物交換、可再生能源利用、剩余能源交換。產(chǎn)生負效益的物質(zhì)和能量流包括自然資源利用、污染物排放、一次能源利用,作為未來生產(chǎn)潛力的自然資本的耗損貶值和環(huán)境退化所造成的損失為負效益。
本文將鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)流程作為一個整體考慮，不涉及鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)流程內(nèi)部的物質(zhì)和能量交換關(guān)系。本文所稱鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)流程包括鋼鐵生產(chǎn)主流程和輔助流程。鋼鐵生產(chǎn)主流程有兩類：“高爐一轉(zhuǎn)爐”流程(簡稱長流程)和“電爐”流程(簡稱短流程)。按流程最終產(chǎn)品的不同，長流程又細分為生產(chǎn)條型材和板材兩種生產(chǎn)線。長流程的起點是地下礦石等含鐵物料，終點是鋼鐵產(chǎn)品，中間經(jīng)由采礦、選礦、燒結(jié)、高爐、轉(zhuǎn)爐、二次冶金、連鑄、軋鋼等生產(chǎn)工序。短流程的起點是廢鋼等含鐵物料，終點是鋼鐵產(chǎn)品，中間經(jīng)由電爐、鋼包爐、連鑄、軋鋼等工序。輔助流程，是指對生產(chǎn)流程的環(huán)境負荷有較大影響的那些生產(chǎn)工序，包括：①煉焦工序(分干熄焦和濕熄焦兩種工藝)；②鍋爐(分電廠鍋爐、燃氣輪機和蒸汽鍋爐)；③制氧；④燃氣加工；⑤噴吹煤制備；⑥能源放散或虧損；⑦廠內(nèi)運輸。鐵合金、耐火材料、洗精煤、動力煤、石灰石和白云石等制備過程不計入輔助流程.
