鋼鐵工業(yè)實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)與途徑

經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)是傳統(tǒng)社會(huì)發(fā)展模式中的利益沖突。為了解決這個(gè)矛盾,各國(guó)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(jì)是目前國(guó)際反映這一思潮的一種較為成熟的模式。循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的生態(tài)化轉(zhuǎn)型。20世紀(jì)90年代以來(lái),發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)已成為國(guó)際社會(huì)的一大趨勢(shì)。1循環(huán)經(jīng)濟(jì)的概念及其與倫理基礎(chǔ)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)是由“資源—產(chǎn)品—污染排放”所構(gòu)成的物質(zhì)單向流動(dòng)經(jīng)濟(jì)。而循環(huán)經(jīng)濟(jì)倡導(dǎo)的是一種建立在物質(zhì)不斷循環(huán)利用基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,它要求把經(jīng)濟(jì)活動(dòng)按照自然生態(tài)系統(tǒng)的模式,組織成一個(gè)“資源—產(chǎn)品—資源再生”的物質(zhì)反復(fù)循環(huán)流程的過程。循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(jì)也可視為資源閉環(huán)利用的經(jīng)濟(jì)。即在保持生產(chǎn)擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí),通過構(gòu)建“資源—生產(chǎn)—產(chǎn)品—消費(fèi)—廢棄物再資源化”的物質(zhì)流清潔閉環(huán)流動(dòng)的社會(huì)—經(jīng)濟(jì)模式,來(lái)實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的生存與發(fā)展“雙贏”的目標(biāo)。“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”是英國(guó)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)家D.Pearce和R.K.Turner在其《自然資源和環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)》一書中首先提出的。循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(dòng)模式工程體系基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)模式,也是一種新的發(fā)展觀。從經(jīng)濟(jì)的角度看,循環(huán)經(jīng)濟(jì)是將“環(huán)境”由經(jīng)濟(jì)外部的制約性因素提升為經(jīng)濟(jì)內(nèi)部的新的生產(chǎn)要素。循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)和生態(tài)消費(fèi)等融為一體,運(yùn)用生態(tài)學(xué)規(guī)律來(lái)指導(dǎo)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的模式。實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)應(yīng)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(shí)現(xiàn)資源、能源的最有效利用,降低環(huán)境負(fù)荷,其目的是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)該指出的是:所謂“3R”只是原則,不是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的全部要素。要注意循環(huán)經(jīng)濟(jì)是有成本的經(jīng)濟(jì),實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)需要技術(shù)、需要投資、還有運(yùn)行成本;循環(huán)經(jīng)濟(jì)也是建立在資金流動(dòng)基礎(chǔ)上的。實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(shí)間—空間配置上的可能性和合理性,從而可以看出,實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)是以“3R”為基本原則,將物質(zhì)、能量、時(shí)間、空間、資金等要素有效地整合在一起的綜合經(jīng)濟(jì)問題,而不單單是為循環(huán)而循環(huán)。實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)必須以技術(shù)進(jìn)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(fù)荷的降低很難實(shí)現(xiàn)。推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)也需要社會(huì)倫理的規(guī)范和支撐;當(dāng)然,實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)一定需要法律、法規(guī)的管制和引導(dǎo)。在實(shí)施、推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的過程中,也必須注意到對(duì)“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”而言,經(jīng)濟(jì)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(jì)首先是經(jīng)濟(jì),是建立在物質(zhì)、能量以及排放、廢棄物循環(huán)流動(dòng)基礎(chǔ)上,是有時(shí)間—空間概念的經(jīng)濟(jì),是有成本概念的經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)效益的大小是實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)重要的目標(biāo)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(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)必須充分重視環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)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(jì)的實(shí)施有賴于以下技術(shù)—經(jīng)濟(jì)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(kuò)展及其轉(zhuǎn)換、利用效率的技術(shù)合理性;(2)物質(zhì)/能源循環(huán)通量應(yīng)具有一定的規(guī)模,才能構(gòu)成技術(shù)-經(jīng)濟(jì)可行性;(3)物質(zhì)/能量在循環(huán)過程中時(shí)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(yùn)輸費(fèi)用等)和在一定條件下成本/價(jià)格因素的合理性。因此,在推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)的過程中應(yīng)該充分研究上述條件,充分論證其技術(shù)—經(jīng)濟(jì)可行性,擇優(yōu)先行。應(yīng)該以憂患意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)促進(jìn)實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì),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(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的切入點(diǎn),從能夠辦到的地區(qū)、產(chǎn)業(yè)、企業(yè)做起,務(wù)求實(shí)效,扎扎實(shí)實(shí)推進(jìn)。應(yīng)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(diǎn)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(yùn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(lái)大量的環(huán)境負(fù)荷;與此同時(shí),隨著理念的轉(zhuǎn)變,技術(shù)的進(jìn)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(huì)大宗廢棄物的機(jī)會(huì)或潛力。在我國(guó)新型工業(yè)化的進(jìn)程中,流程制造業(yè)既是支柱產(chǎn)業(yè)、基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),同時(shí)也應(yīng)是推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)先切入點(diǎn)。2鋼的特點(diǎn)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(diǎn)可以看出鋼鐵工業(yè)在實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)和技術(shù)工藝特性,鋼廠具有以下特點(diǎn):(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(biāo)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(jí)別大致地分為年產(chǎn)鋼800～1000萬(wàn)t,600～800萬(wàn)t,300～400萬(wàn)t及100～200萬(wàn)t等級(jí)別;(3)制造流程工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)雜的環(huán)境界面。2.2以廢鋼為源頭的發(fā)電流程的演進(jìn)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(chǔ)運(yùn)/處理、燒結(jié)—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(huì)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(jìn)過程,表1是電爐鋼在不同國(guó)家、地區(qū)的比例,表2是1993—2003年中國(guó)電爐鋼占產(chǎn)鋼總量的比例和電爐鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)情況,說明了鋼鐵制造流程隨著技術(shù)進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展在不同國(guó)家、地區(qū)不斷調(diào)整和進(jìn)步。進(jìn)入21世紀(jì)以后,如何認(rèn)識(shí)鋼鐵企業(yè)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)角色,特別是如何認(rèn)識(shí)鋼鐵制造流程的功能,是一個(gè)時(shí)代性的命題。如果僅從冶金學(xué)、材料學(xué)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(jìn)一步擴(kuò)展到資源、環(huán)境、生態(tài)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(yīng)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(huì)經(jīng)濟(jì)角色。從鋼鐵企業(yè)的未來(lái)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)角色來(lái)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(yīng)該(特別是高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)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(fù)荷小且能夠滿足用戶不斷變化要求的鋼材,供社會(huì)生產(chǎn)和生活消費(fèi),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(shí)際上是鐵素物質(zhì)流在能量流的驅(qū)動(dòng)和作用下,實(shí)現(xiàn)化學(xué)、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(yīng)該通過各種不同的轉(zhuǎn)換技術(shù),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(fù)荷,而且也等于相應(yīng)降低社會(huì)的環(huán)境負(fù)荷,甚至有可能開發(fā)出新的大規(guī)模制氫工藝來(lái)。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?xì)?、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——?dú)錃?如通過吸附制氫的方法從焦?fàn)t煤氣中得到;通過CO-H2O反應(yīng),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(jìn)一步加工成二甲醚(CH3OCH3)作為液態(tài)能源。現(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(shí)也是鐵—煤加工過程,不過鐵素物質(zhì)主要來(lái)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(shí)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(lái)消納—處理大量的社會(huì)廢棄物,例如:1)處理各種不同來(lái)源的廢鋼,包括廢汽車、廢機(jī)械、廢船、廢家電等大宗社會(huì)廢鋼和機(jī)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)煤,減排CO21.4t;2)處理大宗廢塑料,包括通過高爐風(fēng)口噴吹或熱壓處理后裝入焦?fàn)t。在高爐風(fēng)口噴吹1t廢塑料(圖7),相當(dāng)于噴入1t油的熱量(德國(guó)1座高爐可以年處理9萬(wàn)t廢塑料);3)處理廢輪胎,即利用鋼廠內(nèi)制氧機(jī)的液氮將廢輪胎進(jìn)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(huì)垃圾,可利用鋼廠熟悉的焚燒原理和鋼鐵廠的可燃?xì)庠趯Ｓ梅贌隣t中處理大量社會(huì)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(shù)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(jì)社會(huì)的重要一員。3生態(tài)工業(yè)鏈與循環(huán)經(jīng)濟(jì)由于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市化的進(jìn)程將進(jìn)一步加快(特別是象中國(guó)這樣高速發(fā)展的發(fā)展中國(guó)家),從生產(chǎn)、消費(fèi)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(fèi)、集中廢棄的地區(qū),因此,對(duì)于鋼、塑料、玻璃、紙張、鋁、銅、鉛、鋅等基本材料的消費(fèi)和廢棄必須考慮循環(huán)利用。另一方面,從電、燃?xì)?、自?lái)水、熱水等能源來(lái)看,城市的消耗量是巨大的,而且將不斷增加。人們不難認(rèn)識(shí)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(yīng)該融入循環(huán)經(jīng)濟(jì)社會(huì),逐步實(shí)施生態(tài)化轉(zhuǎn)型,這類鋼廠有著諸多有利條件和經(jīng)濟(jì)—生態(tài)價(jià)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(gòu)成,鐵素資源會(huì)成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的重要一環(huán)。同時(shí),鋼廠社會(huì)經(jīng)濟(jì)職能也通過生態(tài)化轉(zhuǎn)型而得到進(jìn)一步擴(kuò)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(yīng)熱水乃至部分電力等。因此,在循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(jì)理念如圖8所示。由于全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加速,大宗礦物資源和能源的國(guó)際貿(mào)易進(jìn)一步擴(kuò)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(kuò)大貿(mào)易量。例如:全球鐵礦石的海運(yùn)貿(mào)易量已達(dá)4.5～5.0億t/a,2004年我國(guó)鐵礦石進(jìn)口量已超過2億t;2004年我國(guó)原油進(jìn)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(shì)、資金優(yōu)勢(shì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、人才優(yōu)勢(shì),不斷延伸其制造鏈、經(jīng)營(yíng)鏈。諸如與造船、集裝箱、水泥制造乃至與建筑業(yè)結(jié)合,形成工業(yè)生態(tài)鏈。同時(shí),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?fàn)t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(jié)合,亦可增加石化企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)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(fù)荷得以削減,可以認(rèn)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(wàn)t鋼鐵廠制造過程圖及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品。綜上所述可以看出,鋼廠未來(lái)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(jì)中,對(duì)鋼廠可能承擔(dān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)職能,可做以下構(gòu)想:(1)鋼廠是鐵—煤化工的起點(diǎn),既要生產(chǎn)出更好、更廉價(jià)的鋼,又要自發(fā)電;大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)應(yīng)向“只買煤、不買電、不用燃料油”的方向發(fā)展,同時(shí)也應(yīng)該看到,鋼廠有可能制造出相對(duì)價(jià)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(huì)某些大