分析指标体系基于能量流大型工业企业低碳指标系统构建
最后更新时间：2024-02-07
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论文导读：
［摘要］工业企业的低碳化生产是我国实现节能减排总目标的重要途径。本文从大型工业企业的能量流分析入手，以大型钢铁企业为例研究了碳元素流动路径，并在此基础上利用AHP分析方法建立了评价指标体系。体系从能量流所反映出来的五个不同角度出发，以评价指标对钢铁企业的低碳生产水平给出了衡量。结果显示能量的回收利用是实现大型工业企业低碳生产最为有效的途径。
［关键词］能量流；低碳生产；指标体系
doi：10.3969/j.issn.1673-0194.201
１ 引言
工业企业是国家经济发展的支柱，也是国家能耗产生的主要来源。ＤａｖｉｄＩ．Ｓｔｅｒｎ［１］认为处于工业化进程中的发展中国家，工业在国民经济中的比例会在相当长的时期内占据主导地位。必然要在充分工业化之后，才可能由服务业来主导国民经济。因此，能耗高的工业所占的比例不仅不会大幅降低，而且还可能升高。钢铁工业作为重要的原料生产和加工部门，是国民经济的支柱产业，是国家实现经济高速增长的重要保障之一，也是一个国家经济和社会发展水平的重要标志之一。同时钢铁工业也是资金、资源、能源、技术密集型产业。随着工业化、城市化进程的不断加快，资源匮乏和生态环境恶化已经成为制约我国钢铁产业可持续发展的主要瓶颈之一。
钢铁行业在传统产业中占据着重要的地位。我国钢铁行业连年来迅猛发展：图１显示，在进入２１世纪以来，中国钢铁产量有了数量上的飞跃，远远超越了美国和日本。至２０１０年，粗钢产量突破６亿吨，达到６．２７亿吨，同比增长９．２６％。这已经是我国粗钢产量连续１４年位居世界第一。与此同时，钢铁行业的能耗水平也受到了各界的关注。图２显示了２００２-２００９年粗钢产量及吨钢可比能耗的变化趋势。
曲线显示，７年来我国的粗钢产量保持稳定持续增长的态势；能耗水平在２００５年时达到峰值，随后随着环保政策的出台，政府监管的加强和企业自身节能减排意识的提高，能耗呈现出下降趋势。但随着钢产量的不断上升和技术更新的速度有限，20０６－20０９年的下降速度放缓。根据印发的《钢铁工业十二五发展规划》，在十二五期间，钢铁行业单位工业增加值能耗和二氧化碳排放分别下降１８％，重点统计钢铁企业平均吨钢综合能耗低于５８０千克标准煤。为了实现十二五规划的目标，钢铁企业需要进一步加大降耗力度，同时控制碳氧化物的排放。
殷瑞钰院士曾提出，钢厂的3项主要功能分别是：钢铁产品制造，能源转换和废弃物的消纳、处理及再资源化［２］。能源转化的过程主要就是Ｃ元素随着能量的流动而发生化学反应的过程。Ｃ元素以煤炭和焦的形式进入流程，以ＣＯ２为主的碳氧化物形式耗散排放，另一部分以化合物的形式进入钢材等最终产品［３］。在钢铁生产流程内部，碳元素经过了复杂的化学反应，例如完全和不完全的氧化反应、置换反应等。
Ｃ元素在整个流程中的运行与能量的运行轨迹是同步的。随着工序的推进，能量在流程中呈现出流动的态势，这就形成了钢铁企业的能量流的概念。
能量流（ＥｎｅｒｇｙＦｌｏｗ）源于生态学，是指能量在区域生态系统的食物链、食物网内转变、转移与消耗的过程。钢铁企业中，各种能源介质沿着转换、使用、排放的路径流动，形成了能量流［４］。能源经过一系列加工、转换、改质环节到能源产品或排放物，组成能源转换过程；各种能源产品经过分配进入各个用户使用直到废弃物排放组成了能源使用过程［５］。本文在钢铁生产过程中的能量流分析的基础上，讨论了一种低碳生产指标体系的构建思路。
２ 钢铁企业能量流分析
钢铁的生产是一个复杂的过程，主要有矿山开采→选矿→烧结→炼铁→炼钢→连铸→轧钢等工序。其中能耗大、污染严重的主要是铁前系统。按重点企业能耗工序平均值计算，炼铁系统三大工序——烧结、焦化、高炉炼铁，就占了吨钢综合能耗的７２％左右。从世界范围来看，钢铁生产流程ＣＯ２排放量占到人类活动ＣＯ２排量的５％～６％［６］。其中高炉炼铁的能耗又位于各工序之首。图3展示的源于：论文格式怎么写www.7ctime.com
是２００５-２０１０年间大型钢铁企业分工序能耗的分布状态。为了方便绘制，数据取以10为底的对数进行处理。由图3可以看出，烧结、焦化和高炉工序论文导读：
的能耗是最高的，轧钢处于第二阶层，转炉则基本上已经实现了负能炼钢。
*数据来源：中国钢铁工业年鉴
２．１ 分工序能量分析
在暂时不考虑电炉短流程炼钢的前提下，钢铁企业五大主要工序和产量、可比能耗之间的相关关系如表1所示。
首先，从表中可以看出，吨钢可比能耗与粗钢产量呈负相关，体现出大型钢铁企业的规模效应在能耗控制方面的效果；其次，吨钢可比能耗与5个主要工序能耗均密切相关，尤其是转炉和焦化工序的能耗对其影响最为明显。
在整个流程中，各个工序利用到的含碳原料和燃料不尽相同。根据国内某钢厂的年度能源平衡表提供的原、燃料消耗数据和国家计委能源所１９９９年的《能源基础数据汇编》提供的折算系数，各种类型的原、燃料及其他可燃气体对应的年度ＣＯ２排放量如图4所示。
本文用Ｅ（Ｘ，ｉ）来表示能量流，其中Ｘ代表名称，ｉ代表相关工序。
钢铁企业能量流的6大组成部分为：外部输入、前一道工序传入、本工序传出、系统耗散、回收自用、回收他用［７-８］。见图6所示。
Ｅ（ｉｎ，ｉ）——外部供应给工序ｉ的能量，包括电力、燃料、热力、蒸汽等（ｋｇｃｅ／ｔ）；
Ｅ（ｔｒ，ｉ）——工序ｉ从前期工序中接受的能量，包括化学能、热能等（ｋｇｃｅ／ｔ）；
Ｅ（ｒｓ，ｉ）——工序ｉ回收自用的能量，包括燃料、热力和动力等（ｋｇｃｅ／ｔ）；
Ｅ（ｄｉ，ｉ）——工序ｉ处理工程中耗散的能量，包括机器运转消耗的热能等（ｋｇｃｅ／ｔ）；摘自：毕业论文www.7ctime.com
［摘要］工业企业的低碳化生产是我国实现节能减排总目标的重要途径。本文从大型工业企业的能量流分析入手，以大型钢铁企业为例研究了碳元素流动路径，并在此基础上利用AHP分析方法建立了评价指标体系。体系从能量流所反映出来的五个不同角度出发，以评价指标对钢铁企业的低碳生产水平给出了衡量。结果显示能量的回收利用是实现大型工业企业低碳生产最为有效的途径。
［关键词］能量流；低碳生产；指标体系
doi：10.3969/j.issn.1673-0194.201
3.02.017
［］A［文章编号］1673-0194（2013）02-0035-06１ 引言
工业企业是国家经济发展的支柱，也是国家能耗产生的主要来源。ＤａｖｉｄＩ．Ｓｔｅｒｎ［１］认为处于工业化进程中的发展中国家，工业在国民经济中的比例会在相当长的时期内占据主导地位。必然要在充分工业化之后，才可能由服务业来主导国民经济。因此，能耗高的工业所占的比例不仅不会大幅降低，而且还可能升高。钢铁工业作为重要的原料生产和加工部门，是国民经济的支柱产业，是国家实现经济高速增长的重要保障之一，也是一个国家经济和社会发展水平的重要标志之一。同时钢铁工业也是资金、资源、能源、技术密集型产业。随着工业化、城市化进程的不断加快，资源匮乏和生态环境恶化已经成为制约我国钢铁产业可持续发展的主要瓶颈之一。
钢铁行业在传统产业中占据着重要的地位。我国钢铁行业连年来迅猛发展：图１显示，在进入２１世纪以来，中国钢铁产量有了数量上的飞跃，远远超越了美国和日本。至２０１０年，粗钢产量突破６亿吨，达到６．２７亿吨，同比增长９．２６％。这已经是我国粗钢产量连续１４年位居世界第一。与此同时，钢铁行业的能耗水平也受到了各界的关注。图２显示了２００２-２００９年粗钢产量及吨钢可比能耗的变化趋势。
曲线显示，７年来我国的粗钢产量保持稳定持续增长的态势；能耗水平在２００５年时达到峰值，随后随着环保政策的出台，政府监管的加强和企业自身节能减排意识的提高，能耗呈现出下降趋势。但随着钢产量的不断上升和技术更新的速度有限，20０６－20０９年的下降速度放缓。根据印发的《钢铁工业十二五发展规划》，在十二五期间，钢铁行业单位工业增加值能耗和二氧化碳排放分别下降１８％，重点统计钢铁企业平均吨钢综合能耗低于５８０千克标准煤。为了实现十二五规划的目标，钢铁企业需要进一步加大降耗力度，同时控制碳氧化物的排放。
殷瑞钰院士曾提出，钢厂的3项主要功能分别是：钢铁产品制造，能源转换和废弃物的消纳、处理及再资源化［２］。能源转化的过程主要就是Ｃ元素随着能量的流动而发生化学反应的过程。Ｃ元素以煤炭和焦的形式进入流程，以ＣＯ２为主的碳氧化物形式耗散排放，另一部分以化合物的形式进入钢材等最终产品［３］。在钢铁生产流程内部，碳元素经过了复杂的化学反应，例如完全和不完全的氧化反应、置换反应等。
Ｃ元素在整个流程中的运行与能量的运行轨迹是同步的。随着工序的推进，能量在流程中呈现出流动的态势，这就形成了钢铁企业的能量流的概念。
能量流（ＥｎｅｒｇｙＦｌｏｗ）源于生态学，是指能量在区域生态系统的食物链、食物网内转变、转移与消耗的过程。钢铁企业中，各种能源介质沿着转换、使用、排放的路径流动，形成了能量流［４］。能源经过一系列加工、转换、改质环节到能源产品或排放物，组成能源转换过程；各种能源产品经过分配进入各个用户使用直到废弃物排放组成了能源使用过程［５］。本文在钢铁生产过程中的能量流分析的基础上，讨论了一种低碳生产指标体系的构建思路。
２ 钢铁企业能量流分析
钢铁的生产是一个复杂的过程，主要有矿山开采→选矿→烧结→炼铁→炼钢→连铸→轧钢等工序。其中能耗大、污染严重的主要是铁前系统。按重点企业能耗工序平均值计算，炼铁系统三大工序——烧结、焦化、高炉炼铁，就占了吨钢综合能耗的７２％左右。从世界范围来看，钢铁生产流程ＣＯ２排放量占到人类活动ＣＯ２排量的５％～６％［６］。其中高炉炼铁的能耗又位于各工序之首。图3展示的源于：论文格式怎么写www.7ctime.com
是２００５-２０１０年间大型钢铁企业分工序能耗的分布状态。为了方便绘制，数据取以10为底的对数进行处理。由图3可以看出，烧结、焦化和高炉工序论文导读：
的能耗是最高的，轧钢处于第二阶层，转炉则基本上已经实现了负能炼钢。
*数据来源：中国钢铁工业年鉴
２．１ 分工序能量分析
在暂时不考虑电炉短流程炼钢的前提下，钢铁企业五大主要工序和产量、可比能耗之间的相关关系如表1所示。
首先，从表中可以看出，吨钢可比能耗与粗钢产量呈负相关，体现出大型钢铁企业的规模效应在能耗控制方面的效果；其次，吨钢可比能耗与5个主要工序能耗均密切相关，尤其是转炉和焦化工序的能耗对其影响最为明显。
在整个流程中，各个工序利用到的含碳原料和燃料不尽相同。根据国内某钢厂的年度能源平衡表提供的原、燃料消耗数据和国家计委能源所１９９９年的《能源基础数据汇编》提供的折算系数，各种类型的原、燃料及其他可燃气体对应的年度ＣＯ２排放量如图4所示。
本文用Ｅ（Ｘ，ｉ）来表示能量流，其中Ｘ代表名称，ｉ代表相关工序。
钢铁企业能量流的6大组成部分为：外部输入、前一道工序传入、本工序传出、系统耗散、回收自用、回收他用［７-８］。见图6所示。
Ｅ（ｉｎ，ｉ）——外部供应给工序ｉ的能量，包括电力、燃料、热力、蒸汽等（ｋｇｃｅ／ｔ）；
Ｅ（ｔｒ，ｉ）——工序ｉ从前期工序中接受的能量，包括化学能、热能等（ｋｇｃｅ／ｔ）；
Ｅ（ｒｓ，ｉ）——工序ｉ回收自用的能量，包括燃料、热力和动力等（ｋｇｃｅ／ｔ）；
Ｅ（ｄｉ，ｉ）——工序ｉ处理工程中耗散的能量，包括机器运转消耗的热能等（ｋｇｃｅ／ｔ）；摘自：毕业论文www.7ctime.com