鋼鐵工業(yè)實施循環(huán)經(jīng)濟的優(yōu)勢與途徑

鋼鐵工業(yè)實施循環(huán)經(jīng)濟的優(yōu)勢與途徑

經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護是傳統(tǒng)社會發(fā)展模式中的利益沖突。為了解決這個矛盾,各國政府和環(huán)保組織提出了一系列的發(fā)展模式和戰(zhàn)略,其中循環(huán)經(jīng)濟是目前國際反映這一思潮的一種較為成熟的模式。循環(huán)經(jīng)濟的基本趨向是:按照生態(tài)規(guī)律利用自然資源和環(huán)境容量,實現(xiàn)經(jīng)濟活動的生態(tài)化轉(zhuǎn)型。20世紀90年代以來,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟已成為國際社會的一大趨勢。1循環(huán)經(jīng)濟的概念及其與倫理基礎傳統(tǒng)經(jīng)濟是由“資源—產(chǎn)品—污染排放”所構成的物質(zhì)單向流動經(jīng)濟。而循環(huán)經(jīng)濟倡導的是一種建立在物質(zhì)不斷循環(huán)利用基礎上的經(jīng)濟發(fā)展模式,它要求把經(jīng)濟活動按照自然生態(tài)系統(tǒng)的模式,組織成一個“資源—產(chǎn)品—資源再生”的物質(zhì)反復循環(huán)流程的過程。循環(huán)經(jīng)濟有利于化解環(huán)境和發(fā)展之間的尖銳沖突。循環(huán)經(jīng)濟也可視為資源閉環(huán)利用的經(jīng)濟。即在保持生產(chǎn)擴大和經(jīng)濟增長的同時,通過構建“資源—生產(chǎn)—產(chǎn)品—消費—廢棄物再資源化”的物質(zhì)流清潔閉環(huán)流動的社會—經(jīng)濟模式,來實現(xiàn)人類社會的生存與發(fā)展“雙贏”的目標。“循環(huán)經(jīng)濟”是英國環(huán)境經(jīng)濟學家D.Pearce和R.K.Turner在其《自然資源和環(huán)境經(jīng)濟學》一書中首先提出的。循環(huán)經(jīng)濟既是一種新的生產(chǎn)方式,又是一種建立在閉環(huán)型物質(zhì)流動模式工程體系基礎上的經(jīng)濟模式,也是一種新的發(fā)展觀。從經(jīng)濟的角度看,循環(huán)經(jīng)濟是將“環(huán)境”由經(jīng)濟外部的制約性因素提升為經(jīng)濟內(nèi)部的新的生產(chǎn)要素。循環(huán)經(jīng)濟把清潔生產(chǎn)、資源綜合利用、可再生能源開發(fā)、產(chǎn)品的生態(tài)設計和生態(tài)消費等融為一體,運用生態(tài)學規(guī)律來指導人類社會經(jīng)濟活動的模式。實施循環(huán)經(jīng)濟應該以物質(zhì)利用“減量化(reduce)、廢棄物再資源化利用(reuse)和資源循環(huán)利用(recycle)”為原則,實現(xiàn)資源、能源的最有效利用,降低環(huán)境負荷,其目的是促進經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展。應該指出的是:所謂“3R”只是原則,不是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的全部要素。要注意循環(huán)經(jīng)濟是有成本的經(jīng)濟,實施循環(huán)經(jīng)濟需要技術、需要投資、還有運行成本;循環(huán)經(jīng)濟也是建立在資金流動基礎上的。實施循環(huán)經(jīng)濟不僅要注意成本、資金要素,而且還必須注意連接物質(zhì)、能量循環(huán)利用在時間—空間配置上的可能性和合理性,從而可以看出,實施循環(huán)經(jīng)濟是以“3R”為基本原則,將物質(zhì)、能量、時間、空間、資金等要素有效地整合在一起的綜合經(jīng)濟問題,而不單單是為循環(huán)而循環(huán)。實施循環(huán)經(jīng)濟必須以技術進步、集成創(chuàng)新為重要支撐手段,使物質(zhì)、能量符合“3R”原則,否則環(huán)境負荷的降低很難實現(xiàn)。推動循環(huán)經(jīng)濟也需要社會倫理的規(guī)范和支撐;當然,實施循環(huán)經(jīng)濟一定需要法律、法規(guī)的管制和引導。在實施、推進循環(huán)經(jīng)濟的過程中,也必須注意到對“循環(huán)經(jīng)濟”而言,經(jīng)濟的合理性是物質(zhì)、能量以及廢棄物循環(huán)利用的邊界條件。循環(huán)經(jīng)濟首先是經(jīng)濟,是建立在物質(zhì)、能量以及排放、廢棄物循環(huán)流動基礎上,是有時間—空間概念的經(jīng)濟,是有成本概念的經(jīng)濟。經(jīng)濟效益的大小是實施循環(huán)經(jīng)濟重要的目標函數(shù)之一,而物質(zhì)、能量等的有效、合理循環(huán)是手段、途徑。推進循環(huán)經(jīng)濟必須充分重視環(huán)境效益與經(jīng)濟效益的協(xié)同,并擇其易行者先行之。在不同條件下,循環(huán)經(jīng)濟的實施有賴于以下技術—經(jīng)濟因素的協(xié)調(diào):(1)物質(zhì)/能源(包括排放物、廢棄物等)循環(huán)鏈的延伸、擴展及其轉(zhuǎn)換、利用效率的技術合理性;(2)物質(zhì)/能源循環(huán)通量應具有一定的規(guī)模,才能構成技術-經(jīng)濟可行性;(3)物質(zhì)/能量在循環(huán)過程中時間—空間因素的協(xié)調(diào)性(否則將影響能源轉(zhuǎn)換效率或物質(zhì)循環(huán)效率以及運輸費用等)和在一定條件下成本/價格因素的合理性。因此,在推行循環(huán)經(jīng)濟的過程中應該充分研究上述條件,充分論證其技術—經(jīng)濟可行性,擇優(yōu)先行。應該以憂患意識和可持續(xù)發(fā)展的觀點來促進實施循環(huán)經(jīng)濟,一定要有緊迫感,但又不能操之過急、急于求成,不論條件如何一轟而起,這樣往往搞形式主義,事倍功半;重要的是要找推動循環(huán)經(jīng)濟的切入點,從能夠辦到的地區(qū)、產(chǎn)業(yè)、企業(yè)做起,務求實效,扎扎實實推進。應該看到,流程制造業(yè)(包括冶金、化工、建材、石化、造紙、食品加工等)生產(chǎn)過程的特點是:輸入源頭是自然資源(礦物質(zhì)、生物質(zhì)、水、空氣等),這些資源、能源通過功能不同的工序串聯(lián)作業(yè),協(xié)同(集成)運行,生產(chǎn)出大量的產(chǎn)品、副產(chǎn)品,用作生產(chǎn)資料或生活資料。在國民經(jīng)濟中,流程制造業(yè)消耗大量的自然資源,在制造產(chǎn)品的過程中伴隨著大量的各種不同形式的排放物,由此帶來大量的環(huán)境負荷;與此同時,隨著理念的轉(zhuǎn)變,技術的進步,流程制造業(yè)存在著“3R”的巨大潛力和可能,也存在著消納和處理社會大宗廢棄物的機會或潛力。在我國新型工業(yè)化的進程中,流程制造業(yè)既是支柱產(chǎn)業(yè)、基礎產(chǎn)業(yè),同時也應是推進循環(huán)經(jīng)濟的優(yōu)先切入點。2鋼的特點及其功能的開發(fā)鋼鐵工業(yè)是典型的流程制造業(yè),從鋼廠的特點可以看出鋼鐵工業(yè)在實施循環(huán)經(jīng)濟上的巨大潛力。2.1生產(chǎn)規(guī)模及物流有效性由于鋼鐵企業(yè)本身的結構和技術工藝特性,鋼廠具有以下特點:(1)資源密集、能耗密集:在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi),每噸鋼將消耗0.6～0.8t標煤、1.50～1.55t鐵礦石、3～8t新水;(2)生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐大:現(xiàn)代化鋼廠的基本級別大致地分為年產(chǎn)鋼800～1000萬t,600～800萬t,300～400萬t及100～200萬t等級別;(3)制造流程工序多、結構復雜;(4)制造流程中伴隨著大量物質(zhì)和能量排放,并形成了復雜的環(huán)境界面。2.2以廢鋼為源頭的發(fā)電流程的演進經(jīng)過近150年的發(fā)展,現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)已演變?yōu)閮深惢玖鞒獭?1)以鐵礦石、煤炭等天然資源為源頭的高爐—轉(zhuǎn)爐—熱軋—深加工流程和熔融還原—轉(zhuǎn)爐—熱軋—深加工流程。這是包含了原料和能源儲運/處理、燒結—焦化—煉鐵過程(熔融還原)、煉鋼—精煉—凝固過程、再加熱—熱軋過程及冷軋—表面處理過程的生產(chǎn)流程(圖1)。(2)以廢鋼這一再生資源和電力為源頭的電爐—精煉—連鑄—熱軋流程。這是以社會循環(huán)廢鋼、加工制造廢鋼、鋼廠自產(chǎn)廢鋼和電力為源頭的制造流程,即所謂電爐流程(圖1)。圖2、圖3是這兩類流程的演進過程,表1是電爐鋼在不同國家、地區(qū)的比例,表2是1993—2003年中國電爐鋼占產(chǎn)鋼總量的比例和電爐鋼產(chǎn)量的增長情況,說明了鋼鐵制造流程隨著技術進步、社會發(fā)展在不同國家、地區(qū)不斷調(diào)整和進步。進入21世紀以后,如何認識鋼鐵企業(yè)的社會經(jīng)濟角色,特別是如何認識鋼鐵制造流程的功能,是一個時代性的命題。如果僅從冶金學、材料學的角度上看,鋼廠的功能只是鋼鐵冶煉與鋼材生產(chǎn)而已,如果進一步擴展到資源、環(huán)境、生態(tài)、循環(huán)經(jīng)濟社會等方面看,則鋼廠的功能絕不止局限在冶金—材料制造功能上。因此,應該以更寬闊的視野,更積極的姿態(tài)思考鋼鐵制造流程的功能和鋼鐵企業(yè)的社會經(jīng)濟角色。從鋼鐵企業(yè)的未來社會、經(jīng)濟角色來看,由于鋼廠是以鐵—煤化工為源頭的制造流程,不難看出鋼鐵廠生產(chǎn)流程應該(特別是高爐—轉(zhuǎn)爐長流程)有3種功能(圖4)。(1)制造鋼鐵產(chǎn)品的功能將原料和能源轉(zhuǎn)化為質(zhì)量好、成本低、環(huán)境負荷小且能夠滿足用戶不斷變化要求的鋼材,供社會生產(chǎn)和生活消費,這是鋼鐵企業(yè)的基本功能。(2)高爐—能源轉(zhuǎn)換功能鋼鐵生產(chǎn)過程實際上是鐵素物質(zhì)流在能量流的驅(qū)動和作用下,實現(xiàn)化學、物理轉(zhuǎn)換的過程,其中能量流(主要是碳素流)也在發(fā)生不同形式能源轉(zhuǎn)換過程。而且,必須注意到,輸入的能量流并沒有完全被鐵素流利用,應該通過各種不同的轉(zhuǎn)換技術,將之回收利用。充分開發(fā)鋼廠生產(chǎn)流程的能源轉(zhuǎn)換功能,不僅有利于降低鋼廠單位產(chǎn)品的能源消耗和排放負荷,而且也等于相應降低社會的環(huán)境負荷,甚至有可能開發(fā)出新的大規(guī)模制氫工藝來。高爐—轉(zhuǎn)爐流程是鐵—煤化工過程,也是將煤炭通過冶金流程轉(zhuǎn)換為熱能、電能、可燃氣、蒸汽等能源的過程。值得重視的是由鋼鐵制造流程可以開發(fā)出大量新一代清潔能源——氫氣,如通過吸附制氫的方法從焦爐煤氣中得到;通過CO-H2O反應,從高濃度CO的轉(zhuǎn)爐煤氣中得到或可以從熔融還原爐富CO、富H2的尾氣中得到。這種氫還可以進一步加工成二甲醚(CH3OCH3)作為液態(tài)能源?，F(xiàn)在最好的高爐—轉(zhuǎn)爐—熱軋生產(chǎn)流程也還有38%左右的能源未被鋼鐵生產(chǎn)過程充分回收利用。圖5和圖6是高爐煉鐵工序和轉(zhuǎn)爐煉鋼工序生產(chǎn)過程中的物料利用和能源轉(zhuǎn)換情況。電爐流程(其實也是鐵—煤加工過程,不過鐵素物質(zhì)主要來自廢鋼,而煤則通過電廠轉(zhuǎn)化為電能)是在生產(chǎn)鋼材的同時伴隨著將電能和燃料轉(zhuǎn)換成熱能、蒸汽和熱水的過程。(3)廢鋼t鋼工程可以利用鋼鐵生產(chǎn)流程來消納—處理大量的社會廢棄物,例如:1)處理各種不同來源的廢鋼,包括廢汽車、廢機械、廢船、廢家電等大宗社會廢鋼和機械制造業(yè)等加工過程產(chǎn)生的切割廢鋼以及鋼廠生產(chǎn)中產(chǎn)生的切頭,罐底等自產(chǎn)廢鋼。廢鋼是重要的再生資源,對于節(jié)約天然資源、降低能源和原材料消耗、減少環(huán)境污染、降低成本和增加就業(yè)都具有重要的意義。利用廢鋼生產(chǎn)1t鋼可節(jié)約鐵精粉1.3t,能耗降低350kg標準煤,減排CO21.4t;2)處理大宗廢塑料,包括通過高爐風口噴吹或熱壓處理后裝入焦爐。在高爐風口噴吹1t廢塑料(圖7),相當于噴入1t油的熱量(德國1座高爐可以年處理9萬t廢塑料);3)處理廢輪胎,即利用鋼廠內(nèi)制氧機的液氮將廢輪胎進行深冷處理,粉碎、分離處理,或是加入電爐內(nèi)燃燒處理;4)處理社會垃圾,可利用鋼廠熟悉的焚燒原理和鋼鐵廠的可燃氣在專用焚燒爐中處理大量社會垃圾;5)處理社區(qū)廢水和污水,可利用鋼鐵廠龐大的水處理系統(tǒng)處理臨近的社區(qū)污水等。從鋼鐵廠的生產(chǎn)流程可以看出,經(jīng)過不斷的技術開發(fā)和功能演變,鋼鐵廠已經(jīng)具備從污染排放大戶發(fā)展到清潔生產(chǎn)、綠色制造直至成為環(huán)境友好的循環(huán)經(jīng)濟社會的重要一員。3生態(tài)工業(yè)鏈與循環(huán)經(jīng)濟由于社會、經(jīng)濟的發(fā)展,城市化的進程將進一步加快(特別是象中國這樣高速發(fā)展的發(fā)展中國家),從生產(chǎn)、消費角度看,城市(特別是工商業(yè)城市)往往是集中生產(chǎn)、集中消費、集中廢棄的地區(qū),因此,對于鋼、塑料、玻璃、紙張、鋁、銅、鉛、鋅等基本材料的消費和廢棄必須考慮循環(huán)利用。另一方面,從電、燃氣、自來水、熱水等能源來看,城市的消耗量是巨大的,而且將不斷增加。人們不難認識到,在若干有條件的城市周圍,特別是大城市周邊,城市周邊型鋼廠應該融入循環(huán)經(jīng)濟社會,逐步實施生態(tài)化轉(zhuǎn)型,這類鋼廠有著諸多有利條件和經(jīng)濟—生態(tài)價值。城市中產(chǎn)生的廢鋼、廢塑料、垃圾等大量廢棄物可以由鋼廠就近處理并有效地利用。由于工業(yè)生態(tài)鏈的構成,鐵素資源會成為循環(huán)經(jīng)濟中的重要一環(huán)。同時,鋼廠社會經(jīng)濟職能也通過生態(tài)化轉(zhuǎn)型而得到進一步擴展。鋼廠除了供給城市及其周邊地區(qū)所需的鋼材以外,還可以向社區(qū)居民供應熱水乃至部分電力等。因此,在循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展過程中有可能形成一批都市周邊型鋼廠和港口工業(yè)生態(tài)化的鋼廠。鋼鐵企業(yè)的生態(tài)工業(yè)鏈與循環(huán)經(jīng)濟理念如圖8所示。由于全球經(jīng)濟一體化進程的加速,大宗礦物資源和能源的國際貿(mào)易進一步擴大。作為基本材料的鋼鐵和作為主要能源的石油也將在這一過程中擴大貿(mào)易量。例如:全球鐵礦石的海運貿(mào)易量已達4.5～5.0億t/a,2004年我國鐵礦石進口量已超過2億t;2004年我國原油進口量已超過1.2億t左右。因此,港口生態(tài)型大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的發(fā)展,將引起某些綜合條件優(yōu)良的港口城市逐步發(fā)展為生態(tài)工業(yè)帶。在這種條件下,大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)可以憑借自己的物質(zhì)流優(yōu)勢、資金優(yōu)勢、技術優(yōu)勢、人才優(yōu)勢,不斷延伸其制造鏈、經(jīng)營鏈。諸如與造船、集裝箱、水泥制造乃至與建筑業(yè)結合,形成工業(yè)生態(tài)鏈。同時,大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)產(chǎn)生的富一氧化碳(轉(zhuǎn)爐煤氣)、富氫煤氣(焦爐煤氣),經(jīng)過開發(fā),有可能得到大量的氫,這些氫如果與相鄰的石油化工企業(yè)結合,亦可增加石化企業(yè)的競爭力。在這類生態(tài)工業(yè)帶內(nèi),資源、能源、資金可得到充分有效的利用,單位產(chǎn)值的環(huán)境負荷得以削減,可以認為這是一種重化工型的生態(tài)工業(yè)帶。在這類重化工型生態(tài)工業(yè)中,以鋼廠為核心可以發(fā)展鋼—電—水泥聯(lián)產(chǎn),可以與石化工業(yè)、造船工業(yè)、集裝箱制造業(yè)等形成產(chǎn)業(yè)鏈。圖9是年產(chǎn)800～1000萬t鋼鐵廠制造過程圖及關聯(lián)產(chǎn)品。綜上所述可以看出,鋼廠未來發(fā)展的模式將通過綠色制造過程走生態(tài)化轉(zhuǎn)型的道路,逐步形成城市周邊型和海港工業(yè)生態(tài)(帶)型兩種主要的、可選擇的模式。在循環(huán)經(jīng)濟中,對鋼廠可能承擔的社會經(jīng)濟職能,可做以下構想:(1)鋼廠是鐵—煤化工的起點,既要生產(chǎn)出更好、更廉價的鋼,又要自發(fā)電;大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)應向“只買煤、不買電、不用燃料油”的方向發(fā)展,同時也應該看到,鋼廠有可能制造出相對價廉的、大量的氫氣;(2)鋼廠可以是某些港口城市生態(tài)工業(yè)—貿(mào)易園的核心環(huán)節(jié)之一;(3)鋼廠也可以是城市社會某些大