钢铁绿色生产国内外现状及发展趋势

中国环境学会  2011年 03月31日

  苗沛然  杨晓东
  (北京京诚嘉宇环境科技有限公司/冶金清洁生产技术中心 北京 100053 83587483)
   
  摘  要:本文阐述发展绿色钢铁的基本理念,介绍钢铁绿色生产的国内外发展状况,针对我国现阶段发展特点,分析实现钢铁绿色生产的主要内容、途径及措施,探讨我国绿色钢铁工业发展方向。
  关键词:钢铁 绿色生产 状况趋势 实现途径
   
  钢铁工业是国民经济的支柱产业,在当前我国高速工业化和城市化进程中发挥着重要作用。钢铁工业同时又是资源、能源密集型产业,能源消耗大,生态破坏及环境污染较重。钢铁工业的发展面临着来自社会、政府、国际公约的压力,承担着繁重的减排任务。面对挑战,钢铁工业必须综合地解决包括成本、能耗物耗、质量、生产效率等市场综合竞争力和包括资源-能源可供性、污染防治、环境生态和谐性在内的可持续发展等集成性命题。


  1、绿色钢铁的基本理念


  1.1 绿色钢铁的概念及内涵
  (1)绿色钢铁的概念
  绿色钢铁是一种综合考虑资源、能源消耗和环境影响的钢铁现代制造模式,目标是使产品设计、制造、运输、使用到报废处理和再利用的整个生命周期对环境影响最小、资源利用率最高,并使企业经济效益、环境效益和社会效益相协调。
  (2)绿色钢铁的内涵
  绿色钢铁的内涵主要包含3个层次的内容:
  1)通过制造装备的大型化、连续化、自动化以及绿色制造工艺技术的应用,实现企业内部清洁生产;
  2)钢铁企业的功能转换,参与区域生态工业建设,按照生态代谢原理,使得资源利用效率最高,减少资源浪费与耗散,企业效益最佳,环境持续改善;
  3)实现企业与外部环境和谐相处,促进组织结构优化和行业区域布局合理化,实现经济、社会和生态环境的均衡协调发展。


  1.2发展“绿色钢铁”的基本原则
  (1)遵循清洁生产的原则:绿色钢铁的主要发展领域在于钢铁生产从开采到制造过程的绿色化,要转变生产发展方式和污染防治方式,通过技术进步和提高管理,优化钢铁生产流程,实施清洁化生产。
  (2)遵循循环经济的原则:按照“减量化、资源化、再利用”的模式,由过去的“资源-产品-废弃物”变为“资源-产品-再生资源”,构筑经济与环境和谐的工业生态链。
  (3)遵循“低碳经济”的原则:在“碳基”钢铁生产为主流的情况未改变之前,以提高能源效率为主要目标,同时进行新技术的研究开发,持续优化和最大化“废弃物”的循环利用,最大程度实现低碳。


  1.3 钢铁工业绿色化管理
  实现钢铁工业的绿色发展,必须实现“两个转型”。对行业而言,实现发展模式的转型,即从传统的资源消耗、环境负荷线性增长的粗放发展模式,向更加注重资源环境影响最小化和发展循环经济的科学发展模式转型;对企业而言,实现功能的转换,即由单纯的产品制造功能向具有钢铁产品制造功能、能源转换功能和社会大宗废弃物处理消纳功能的生态型钢铁企业转变。
  实行绿色管理的途径:
  (1)绿色研发
  绿色的研究开发是在企业的研究开发活动中,应对环境影响最小化和再生资源的综合利用以及工业生态链的搭建进行研究开发。
  (2)绿色设计
  绿色设计就是在设计过程中,将环境影响作为一个最重要的设计参数,在生产地点、原材料、工艺、产品性能、构造及后处理等各个方面,以对环境的破坏作用最小为准则进行一系列设计和决策。
  (3)绿色制造
  绿色制造是一种综合考虑资源、能源消耗和环境影响的现代制造模式,目标是使产品从设计、制造、运输和使用到报废处理的整个生命周期对环境的负面影响最小,资源利用率最高,并使企业的经济效益、环境效益和社会效益协调优化。
  (4)绿色再循环
  绿色再循环就是将在生产过程、消费过程中所形成的“废物”-再生资源加以充分有效的再利用,使对环境的影响最小化的一系列活动,目的是从中回收尽可能多的价值。


  1.4 绿色管理与环境管理
  传统上的环境管理往往单纯“为环保而管理”,注重企业内部生产过程中的过程控制、清洁生产及末端治理,主要致力于减少污染物的排放。
  随着环境管理由生产阶段—消费阶段—环境承受阶段的逐步深入,环境管理的领域也逐步由生产领域向消费领域乃至整个社会领域逐步拓展;绿色管理就是企业全员参与、全社会参与,监督涉及产品生命的全过程、采用多种管理方法的综合性环境管理,绿色管理的内容更深、范围更广、综合效益更高。


  2、钢铁绿色生产现状


  2.1国外钢铁绿色生产状况
  (1)国外工业绿色化的由来
  发达国家在工业化进程中,出现了工业污染日趋严重、污染物数量大增的情况,工业污染物逐渐发生了质的变化-即趋向微量毒性物质的污染;工业污染发生了区域性变化,污染从局部地方性过渡到长期全球性;新的环境问题不断出现,如全球变暖、酸雨和臭氧层的破坏等。
  发达国家的工业企业从20世纪70年代到80年代中期,受到了来自于包括政府环境规则、社会及公众信任度、市场压力和财政等方面的压力,来自市场及非政府组织的压力逐渐成为主导驱动力量。为了确保对资源更深层次的利用,公司或企业需要对各方的压力做出响应,这个响应的过程就是工业绿色化过程。
  上世纪80年代中期开始,一些重大的环境污染事件激化了公众对企业的不信任,从而激发企业制定新的规则和新的商业行为。一些企业开始把环境问题看作一种会威胁到企业生存的不容忽视的问题,逐渐把解决环境问题看作自身的一种责任。由于来自消费者和投资者的压力越来越明显,大多数企业把环境问题看作是自身必须解决的问题,逐步接受了开明的环境政策,采取了环境创新策略;其次是将创新技术运用于减少废物排放,致力于达到零排放;三是作到公开透明,允许外部的监督者对其进行评估管理并公布结果。
  上世纪90年代末至今,多数公司从被动服从的环境管理方式转向主动创新的方式。鉴于公众和市场的压力越来越大,同时环境因素更强有力地进人市场,企业必须不断创新才能获得竞争优势;为了减少财政风险,投资者也开始关注企业的环保行为。在这种形势下,企业逐渐认识到环境保护和经济竞争力冲突的观点是静止的和狭隘的,严格的环境规则不会妨碍反而会增强企业竞争优势。
  (2)国外钢铁企业的绿色化状况
  从1990年代中期开始,发达国家的钢铁企业逐步进入集成度更高的绿色生产时代,节能环保工作的目的不再是单纯地通过环保措施降低污染物排放、通过新技术降低能耗,而是把企业效益和竞争力、保护环境、节约资源能源、降低温室气体排放作为一个整体来考虑。
  以日本新日铁为例,新日铁提出了“Three ECOs -Eco-processes、Eco-Products、Eco-Solutions” 的理念,即为了建立循环型社会、减缓全球气候变化,通过采用生态友好的钢铁生产过程、有利于节能、减排的途径,生产出环境友好的钢铁产品。
  1)Eco-processes:致力于在环境友好的前提下,通过以更高能源效率方式,建立生态友好的钢铁生产过程;
  2)Eco-Products:利用世界先进的技术生产环境友好产品,这样可以减少资源、能源消耗,也为减少环境影响和社会的可持续发展做出贡献;
  3)Eco-Solutions:为减少环境影响提供节能和减排的途径,并为减缓气候变化和保护环境提供技术转让。


  2.2 国内钢铁绿色生产现状
  进入新世纪以来,钢铁工业通过产业结构调整、新技术的应用等,使劳动生产率不断提高,能耗显著降低,污染物排放逐步减少,同时很多企业采取多种形式不断进行循环经济和工业生态建设的尝试,清洁生产和绿色化生产水平有很大提高。
  (1)大中型钢铁企业能耗下降
  全国重点大中型钢铁企业从2001年到2007年间吨钢综合能耗及吨钢可比能耗呈逐年下降的趋势,具体情况如图2-1所示。
  图2-1 全国重点大中型钢铁企业吨钢综合及吨钢可比能耗
   
  (2)大中型钢铁企业新水消耗降低
  2008年钢铁行业吨钢耗用新水5.09吨,比上年下降了5.11%。我国很多钢铁企业的吨钢耗新水指标已经达到世界先进水平。
  (3)污染物排放减少
  2001-2007年我国钢铁工业吨钢废水、废气中吨钢SO2、烟尘和工业粉尘排放量分别见图2-2-图2-5。
  可以看出,2001-2007年期间,我国钢铁工业吨钢废水排放量下降了79.7%。吨钢SO2、烟尘和工业粉尘排放量均呈显著下降趋势,与2001年相比,2007年分别下降了46.67%、65.20%和66.96%。
  (4)实施清洁生产,积极开展环境经济和生态工业建设
  以济钢为例,济钢充分发挥钢铁企业循环经济的优势,向区域延伸循环经济的产业链,提出了开展绿色产品制造、清洁能源转换、非金属代谢物资源化、社会废弃物消纳处理四项功转换的实践,由关注流程内资源能源高效利用向同时关注流程外社会大循环转变,提出了努力构建与城市和谐共生、友好共赢的“都市型钢厂”的理念。
  济钢采取的措施主要有回收社区生活污水,处理后用于生产和绿化;在烧结工序配加济南裕兴化工厂铬渣,进行无害化处理,累计已消化铬渣23多万吨,消除长期困扰济南市的环保难题;对电解铝厂赤泥进行资源化开发,建成了炼钢脱硅剂、赤泥造球项目,有效解决了电解铝厂赤泥污染环境、大量占用农田问题。


  3、实现钢铁绿色生产的主要途径及措施


  3.1 加快产业结构调整
  (1)加速淘汰落后和低水平工艺装备
  我国钢铁行业普遍存在规模过小、工艺装备水平低、能源环保设施不到位等问题,导致我国钢铁工业工艺装备总体水平不高,从而造成了能耗高、二次能源回收率低、污染处理难度大。因此加速淘汰落后和低水平工艺装备,推进工艺装备的大型化、现代化是钢铁绿色生产的主要发展途径之一。
  (2)调整能源结构,推广节能技术,实行集约化管理
  我国钢铁工业一次能源以煤炭为主,占能源消费总量的70%左右,而且煤炭发热量、灰分、硫分等质量指标与美国、德国、日本相比,存在比较明显的差距。石油类能源和天然气所占比例比其他国家低15%~25%,从而造成能源利用效率相对较低,初步估算由此造成的能耗差距在15~20千克标准煤/吨钢。
  随着技术水平的逐渐发展,应大力发展新型能源,降低煤炭的消耗,提高能源利用效率,降低温室气体的排放。
  在钢铁绿色化生产发展过程中,应继续大力推广重点节能措施,如高风温、富氧喷煤、连铸新工艺和热装热送、干熄焦、煤调湿、转炉煤气回收、高炉煤气余压发电、蓄热式加热炉、烧结低温余热回收等技术,进一步降低能耗水平,加速钢铁绿色生产的发展进程。
  为实现控制、协调企业能源管理,用信息化管理节约能源,宝钢等多家钢铁企业建立了能源管理中心,通过集约化的能源管理,提高各类能源的使用效率,实现能源介质的优化调控,促进节能降耗,提高工作效率和能源管理水平。


  3.2 研发推广新型绿色生产技术
  目前行业大中型钢厂的综合装备、技术水平已经达到世界先进水平。高炉利用系数、入炉焦比、高炉喷煤比、转炉炉衬平均寿命、连铸比、轧钢综合成材率等技术指标都接近或达到了世界先进水平。
  推广新型生产技术助推绿色钢铁的发展,目前发展的钢铁生产新型技术如COREX等在提高工艺技术水平的同时,具有降低能耗、污染物排放少的特点。同时按照绿色钢铁的发展要求,注重加快钢铁生产功能转换支撑技术,结合我国特点,开发再生资源的利用技术,包括大宗社会废物等。


  3.3深化行业污染防治
  当前钢铁工业环境管理是以治理“三废”为主要内容,以达标排放为目标,以末端治理为主要手段,行业污染控制主要存在问题一是总量控制污染物SO2的控制刚刚起步,氮氧化物控制没有形成思路,二是废气污染物控制面太窄,废气中重金属、二噁英和多氯代二苯呋喃以及CO2没有控制或有效控制,以及废水中重金属和有毒有害危险废物的处置利用不完善等。按照钢铁绿色化生产的要求,必须深化行业污染防治。


  4、钢铁工业的绿色发展方向


  (1)建立有特色的钢铁工业创新体系
  工业创新系统是以市场需求为动力,以政策调控为导向,以良好的国内外环境为保障,以创新性技术供给为核心,以实现特定工业创新为目标的网络体系。钢铁工业创新系统的建设应注重完善有利于创新的钢铁工业创新政策系统,健全有利于钢铁工业创新的技术体系和评价体系,最终建立起具有特色的钢铁工业创新系统,服务于“绿色钢铁”的研发、设计、制造等过程。
  (2)加强绿色冶金技术在钢铁企业的研发与应用
  鉴于目前传统钢铁生产工艺的能源效率已经接近极限,许多国家和企业正在转换思路,致力于开发新型冶金技术,提高工艺过程的能源效率,更多地减排温室气体。目前正在开发的部分新型冶金技术如熔融氧化物电解(MOE)技术、H2还原高纯铁技术、生产粒铁的ITmk3工艺等均有不同程度的进展,部分技术已经进入试生产阶段,可供我国钢铁绿色化生产实践借鉴。
  (3)开发新型环保技术及装备
  随着新技术的不断涌现,近年来钢铁企业使用的环保技术和装备不断更新,使钢铁企业的污染物排放量逐年下降,但是在钢铁生产的某些环节仍旧缺少适用的治理技术。在这种情况下,开发廉价高效的综合治理技术和设施成为一种趋势。
  例如烧结烟气的脱硫、脱硝、控制重金属等,一般少有适宜技术一次完成,同时存在占地面积大、总投资过高、操作条件不易匹配、催化剂中毒等问题。因此开发烧结烟气综合净化技术已经成为烧结烟气控制的发展趋势。
  (4)开源节流、加大力度降低水资源消耗
  钢铁行业是耗水大户,目前其水耗占全国工业水耗的9%左右。因此在水资源极度紧缺的形势下,降低钢铁行业的水耗是一项艰巨的任务,也是发展绿色钢铁的基本任务之一。应拓宽水资源利用途径,加快城市中水、矿井水、电厂水的梯级利用,有条件的地区企业,可开发利用海水资源,以降低淡水消耗。
  (5)积极参与生态工业园区建设,与相关工业形成工业生态链
  生态工业园区(eco-industrial parks,简称EIP)是依据循环经济理念和工业生态学原理而设计建立的一种新型工业组织形态。目前我国批准建设的国家级生态工业园区已达24个,其中包括包头钢铁国家生态工业示范园区。钢铁企业应因地制宜积极参与到生态工业建设实践当中。


  5 结语


  由于发展阶段的不同,国外绿色钢铁发展的经验和做法不能够完全适用我国,当前我国发展“绿色钢铁”的首要任务是转变发展观念和转变生产发展模式,按照建设资源节约型、环境友好型社会基本国策的要求,加快创新钢铁生产体系和绿色化管理体系,努力建设企业与区域、生产与环境和谐共生的行业健康发展之路,推进钢铁工业的绿色发展。
   
  参考文献:
   
  谢红彬,陈 雯.发达国家工业绿色化过程及其启示.环境科学动态.2002.3
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  索贵彬,王延增.基于自主创新和绿色制造的我国钢铁工业发展策略研究.科学管理研究,2008,8
  王贤林.面向绿色制造的钢铁流程优化及其评价.机电工程,2007,6

 
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