节能、清洁生产、绿色制造与钢铁工业的可持续发展*殷瑞钰(钢铁研究总院)摘 要 从产品制造链、商品价值的演变出发,讨论了节能、清洁生产和钢铁工业绿色制造问题,强调了钢铁制造流程系统优化的重要性,指出钢厂环境问题的概念是要通过节能、清洁生产—绿色制造过程逐步实现环境友好。
与此同时,讨论了钢厂生产流程过程中的节能、清洁生产问题和钢材及其制品的绿色度问题。
最后展望了与钢铁企业有关的生态工业链和未来钢铁企业的角色。
关键词 钢铁工业 节能 清洁生产 绿色制造 可持续发展①ENERGY-S AVI NG,CLEAN PRODUCTION,GREEN MA NUFACTURING AND SUSTAI NABLE DEVELOPMENT OF STEEL INDUSTRYYIN Ruiyu(Central Iron and Steel Resea rch Institute)ABSTRACT From the view o f ev olutio n of productio n chain a nd goo ds value,the topics of energy-sav ing,clea n productio n and g reen m anufacturing of steel industry is discussed and the impor tance of sy stem optimizatio n o f steel ma nufacturing process is stressed.It is put fo rw ard tha t the ecological co ncept fo r steel w orks to realize env iro nmental friendly will be g radually by energ y-saving,clean productio n and g reen m anufacture.At the sam e time, so me issuses reg arding to energ y-saving,clean pro duction and the g reenness of steel pro ductions and steel fabricated go ods a re discussed.Finally,the eco logical industrial chain related to steel wo rks a nd the social ro le of future steel w o rks are prospected.KEY W ORDS steel industry,energ y-saving,clea n productio n,g reen manufacturing, sustainable dev elo pment1 问题的提出在整个20世纪内,科学技术的进步促进了社会经济的快速发展;全球范围内工业化、城市化进程加快。
与此同时,由于缺乏环境方面的综合认识,环境急剧恶化。
其主要原因是无节制地使用资源、能源进行大规模的生产,不顾后果地大量消费以及消费使用后的大量无序废弃。
这造成了一系列超过生态自净能力的外源性污染。
从而环境问题日益复杂和突出(图1),环境保护引起了各国的高度重视。
进而,人们忧虑地球、生态平衡等根本性的问题,从而提出可持续发展问题。
经过实践,人们认识到要解决好环境问题,不仅仅是污染物无害化处理问题(末端治理),而且过多的末端治理会引起企业、社会经济负担增加,甚至影响企业、社会自我发展的动力。
所以要改变不利于环境的因素,必须从产生问题的根源着手(所谓源头治理),即从自然资源的利用—物质产品的生产过程—物质产品的消费过程—废弃/回收过程入手,全过程、全寿命期地综合思考,才能从总体上解决问题。
于是不同层次上的一系列可持续发展的命题、第37卷 第8期2002年8月钢 铁IRON AN D ST EELV o l.37 N o.8Aug ust2002①*国家自然科学基金资助项目(59974023)联系人:殷瑞钰,工程院院士,北京(100081)钢铁研究总院DOI:10.13228/j.boyu an.i ssn0449-749x.2002.08.001图1 环境问题的内涵及不同类型 环境问题影响的关系[1]Fig .1 Co nno tativ e meaning of env iro nmenta l pro blemsand r ela tio n amo ng v arious envir onmentalpro blems influence概念、内涵、对策被人们思考着,诸如:①污染物及有毒物质的无害化处理;②节能、清洁生产—绿色制造;③生态工业链;④循环型社会。
2 制造链和商品价值观的演变人类社会的生存和发展都离不开制造业。
当然,制造业的概念、内涵是随着时代的进步而动态发展的。
现在,制造业已可具体定义为:将可用资源(物料、能源等)通过相应的生产(制造)过程转化为工业品和消费品的产业。
而现代制造过程的内涵不仅包括从物料、能源到产成品的制造加工过程,而且包括从制造概念逐步扩展成制造链(制造体系)的概念,因而制造链既包括产成品的制造加工过程,还包括产品设计、制造加工过程的设计、过程排放的控制、循环使用和无害化处理,以至产品使用、废弃、循环利用等产品生命周期评估(LCA )。
随着时代的发展,制造链已从“河流型”逐步发展为“湖泊型”(图2)。
钢铁生产过程属于现代制造过程,钢材的生命图2 “河流型”与“湖泊型”制造链示意图[2]Fig .2 Producing chain fo r “riv er -ty pe”and “lake -type ”周期将涉及资源、能源的开采、输送过程、钢材制造过程、加工组装过程、使用过程、废弃过程、回收分类利用过程等因果链(制造链见图3)。
随着可持续发展观点影响的日益扩大,人们对图3 钢材生命周期Fig.3 Life cy cle fo r steel product商品的价值观也正在发生变化。
在商品的价值观发生变化的同时,人们对质量的定义也日益深化(见表1,图4)。
从图4可以看到:质量不仅与技术的系统优化和使用优化有关,而且与债务优化(诸如投资·2·钢 铁 第37卷额、成本、资金回收速度等)有关。
从功能和时间角度上看,则质量应定义为长期系统功能的优化。
就商品的价值观而言,其根本的含义是既要有强劲的市场竞争力,又要有利于可持续发展。
表1 商品价值观的演变(图4)Table 1 Evo lution o f co mmodity va lues原来今后高性能满足要求的前提下尽可能长寿低价格可以接受的价格注重产品制造流程既注重产品制造流程又注重流程中的排放过程一侧(动脉)一侧,(动脉—静脉循环)图4 质量定义为长期系统功能优化的结果[2]Fig.4 O ptimum result o f long-ter m system func tionO —市场竞争力和可持续发展的综合效应3 节能、清洁生产——绿色制造节能、清洁生产应是环保和绿色制造的基础,也就是强调以源头治理为主,配合必要的末端治理,来实现绿色制造。
节能、清洁生产作为工程技术经历了一段认识发展的过程。
这种进程既有从微观、介观到宏观、整体的发展进程;又有从宏观顶层整体设计到微观、介观的发展进程。
面对可持续发展,节能、清洁生产的大致对策如下:(1)单元制造过程内的优化,改善单元过程的功能—结构—效率,尽量减少制造过程中不必要的输入和输出,降低单元过程资源负荷、能源负荷;(2)单元制造过程间的优化,尽量利用不同过程的排放物、废弃物、剩余能进行过程间的体系设计;(3)对于暂时无法利用的排放物(包括排放过程)、废弃物,寻求技术革新的方法,使之能够充分再利用;(4)采用“末端治理技术”或采用生态学原理发挥生物圈的自身净化能力等。
绿色制造是在节能、清洁生产基础上进一步延伸、扩展,它的主要概念是:(1)从源头入手根治造成污染的制造过程,注意资源、能源的选择,高度关注产品绿色生命周期;(2)使污染物消除在制造过程中,协调经济效益和环境效益;(3)不同类型、相关类型企业之间形成生态工业链,促进构成污染物的“零”排放体系(或称为最小排放体系);(4)所谓污染是指在不同尺度上超过生态平衡所能接受的外源性污染;(5)强调持续性的对环境污染集成预防策略,追求构成可持续发展战略的最佳模式。
绿色制造与环境治理有不同的立场,甚至不完全相同的概念:(1)环境治理,其立场往往是对已被污染的环境进行治理,使之恢复到被污染前的面貌,往往导致企业成本增加,消弱市场竞争力;(2)绿色制造,强调从源头上和过程中阻止污染物生成的综合新策略。
看来,必须高度重视绿色制造,要从过程科学、流程工艺技术与工程研发,合理选择资源、能源,产品设计合理化入手,发展环境友好的生产工艺、技术装备、制造流程,解决好环境污染与可持续发展这对矛盾。
4 钢铁制造流程系统的优化钢铁制造流程优化既有助于提高钢的市场竞争力,又有助于环境友好、可持续发展。
全球钢厂正以积极推进最有效技术为动力,不断使钢铁制造流程从间歇—停顿—流程长向紧凑化—准连续化—流程缩短的方向发展(图5),实际上也是一系列的节能技术、清洁生产技术运用的过程,更是源头治理的体现(图6)。
从流程整体优化的高度出发,而不是简单地从单元工序、单个装备改造出发再简单相加,才可以使物质获得率最大化、能源效率最佳化和制造过程时间最小化的综合效果(图7)。
当然,同时也得到清洁生产、降低环境负荷的效果。
钢厂环境问题概念——从节能与清洁生产到环境友好,并使无害化处理的负担最小化。
特别需要强调的是钢厂要解决环境问题,必须从流程整体集成优化的高度来看(图7),制造流程优化是节能、清洁·3·第8期 殷瑞钰:节能、清洁生产、绿色制造与钢铁工业的可持续发展图5 钢铁生产流程的间歇连续与紧凑化的演变趋势[3]Fig.5 Dev elo ping tr end o f sta rt-stop&co ntinua tio n and co mpa ct in ir on and steel productio n图6 钢铁企业制造流程与环境保护的内涵[4]Fig.6 Co nno tativ e meaning of pro ducing process for ir on and steelenterprises a nd env ironmental pro tectio n生产最根本的支撑力量。