基于能量流研究大型工業(yè)企業(yè)低碳指標(biāo)體系構(gòu)建探究

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1、基于能量流研究大型工業(yè)企業(yè)低碳指標(biāo)體系構(gòu)建探究［摘要］工業(yè)企業(yè)的低碳化生產(chǎn)是我國實現(xiàn)節(jié)能減排總目標(biāo)的重要途徑。本文從大型工業(yè)企業(yè)的能量流分析入手，以大型鋼鐵企業(yè)為例研究了碳元素流動路徑，并在此基礎(chǔ)上利用AHP分析方法建立了評價指標(biāo)體系。體系從能量流所反映出來的五個不同角度出發(fā)，以三級評價指標(biāo)對鋼鐵企業(yè)的低碳生產(chǎn)水平給出了衡量。結(jié)果顯示能量的回收利用是實現(xiàn)大型工業(yè)企業(yè)低碳生產(chǎn)最為有效的途徑。［關(guān)鍵詞］能量流；低碳生產(chǎn)；指標(biāo)體系doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2013.02.017［中圖分類號］F206［文獻標(biāo)識碼］A［文

2、章編號］1673-0194(2013)02-0035-061引言工業(yè)企業(yè)是國家經(jīng)濟發(fā)展的支柱，也是國家能耗產(chǎn)生的主要來源。DavidI.Stern［1］認(rèn)為處于工業(yè)化進程中的發(fā)展中國家，工業(yè)在國民經(jīng)濟中的比例會在相當(dāng)長的時期內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。必然要在充分工業(yè)化之后，才可能由服務(wù)業(yè)來主導(dǎo)國民經(jīng)濟。因此，能耗高的工業(yè)所占的比例不僅不會大幅降低，而且還可能升高。鋼鐵工業(yè)作為重要的原料生產(chǎn)和加工部門，是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，是國家實現(xiàn)經(jīng)濟高速增長的重要保障之一，也是一個國家經(jīng)濟和社會發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。同時鋼鐵工業(yè)也是資金、資源、能源、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。

3、隨著工業(yè)化、城市化進程的不斷加快，資源匱乏和生態(tài)環(huán)境惡化已經(jīng)成為制約我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸之一。鋼鐵行業(yè)在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中占據(jù)著重要的地位。我國鋼鐵行業(yè)連年來迅猛發(fā)展：圖1顯示，在進入21世紀(jì)以來，中國鋼鐵產(chǎn)量有了數(shù)量上的飛躍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了美國和日本。至2010年，粗鋼產(chǎn)量突破6億噸，達到6.27億噸，同比增長9.26%。這已經(jīng)是我國粗鋼產(chǎn)量連續(xù)14年位居世界第一。與此同時，鋼鐵行業(yè)的能耗水平也受到了各界的關(guān)注。圖2顯示了2002-2009年粗鋼產(chǎn)量及噸鋼可比能耗的變化趨勢。曲線顯示，7年來我國的粗鋼產(chǎn)量保持穩(wěn)定持續(xù)增長的態(tài)勢；能耗水平在20

4、05年時達到峰值，隨后隨著環(huán)保政策的出臺，政府監(jiān)管的加強和企業(yè)自身節(jié)能減排意識的提高，能耗呈現(xiàn)出下降趨勢。但隨著鋼產(chǎn)量的不斷上升和技術(shù)更新的速度有限，2006-2009年的下降速度放緩。根據(jù)工信部印發(fā)的《鋼鐵工業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃》，在十二五期間,鋼鐵行業(yè)單位工業(yè)增加值能耗和二氧化碳排放分別下降18%,重點統(tǒng)計鋼鐵企業(yè)平均噸鋼綜合能耗低于580千克標(biāo)準(zhǔn)煤。為了實現(xiàn)十二五規(guī)劃的目標(biāo)，鋼鐵企業(yè)需要進一步加大降耗力度，同時控制碳氧化物的排放。殷瑞飪院士曾提出，鋼廠的3項主要功能分別是：鋼鐵產(chǎn)品制造，能源轉(zhuǎn)換和廢棄物的消納、處理及再資源化】2］o能源轉(zhuǎn)化的

5、過程主要就是C元素隨著能量的流動而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。C元素以煤炭和焦的形式進入流程，以CO2為主的碳氧化物形式耗散排放，另一部分以化合物的形式進入鋼材等最終產(chǎn)品［3］。在鋼鐵生產(chǎn)流程內(nèi)部，碳元素經(jīng)過了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，例如完全和不完全的氧化反應(yīng)、置換反應(yīng)等。C元素在整個流程中的運行與能量的運行軌跡是同步的。隨著工序的推進，能量在流程中呈現(xiàn)出流動的態(tài)勢，這就形成了鋼鐵企業(yè)的能量流的概念。能量流(EnergyF1ow)源于生態(tài)學(xué)，是指能量在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈、食物網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)移與消耗的過程。鋼鐵企業(yè)中，各種能源介質(zhì)沿著轉(zhuǎn)換、使用、排放的路徑流動，

6、形成了能量流［4］。能源經(jīng)過一系列加工、轉(zhuǎn)換、改質(zhì)環(huán)節(jié)到能源產(chǎn)品或排放物，組成能源轉(zhuǎn)換過程；各種能源產(chǎn)品經(jīng)過分配進入各個用戶使用直到廢棄物排放組成了能源使用過程［5］。本文在鋼鐵生產(chǎn)過程中的能量流分析的基礎(chǔ)上，討論了一種低碳生產(chǎn)指標(biāo)體系的構(gòu)建思路。2鋼鐵企業(yè)能量流分析鋼鐵的生產(chǎn)是一個復(fù)雜的過程，主要有礦山開采一選礦f燒結(jié)f煉鐵f煉鋼f連鑄f軋鋼等工序。其中能耗大、污染嚴(yán)重的主要是鐵前系統(tǒng)。按重點企業(yè)能耗工序平均值計算，煉鐵系統(tǒng)三大工序一一燒結(jié)、焦化、高爐煉鐵，就占了噸鋼綜合能耗的72%左右。從世界范圍來看，鋼鐵生產(chǎn)流程CO2排放量占到人類活動C

7、O2排量的5%?6%[6]。其中高爐煉鐵的能耗又位于各工序之首。圖3展示的是2005-2010年間大型鋼鐵企業(yè)分工序能耗的分布狀態(tài)。為了方便繪制，數(shù)據(jù)取以10為底的對數(shù)進行處理。由圖3可以看出，燒結(jié)、焦化和高爐工序的能耗是最高的，軋鋼處于第二階層，轉(zhuǎn)爐則基本上已經(jīng)實現(xiàn)了負(fù)能煉鋼。*數(shù)據(jù)來源：中國鋼鐵工業(yè)年鑒2.1分工序能量分析在暫時不考慮電爐短流程煉鋼的前提下，鋼鐵企業(yè)五大主要工序和產(chǎn)量、可比能耗之間的相關(guān)關(guān)系如表1所示。首先，從表中可以看出，噸鋼可比能耗與粗鋼產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，體現(xiàn)出大型鋼鐵企業(yè)的規(guī)模效應(yīng)在能耗控制方面的效果；其次，噸鋼可比能耗與

8、5個主要工序能耗均密切相關(guān)，尤其是轉(zhuǎn)爐和焦化工序的能耗對其影響最為明顯。在整個流程中，各個工序利用到的含碳原料和燃料不盡相同。根據(jù)國內(nèi)某鋼廠的年度能源