試論冶金工業(yè)的清潔工程

1、試論冶金工業(yè)的清潔工程焦曉渝(鋼鐵研究總院)摘要首次將清潔工程概念引入到冶金技術進步的范疇。詳細分析了冶金工業(yè)實施清潔工程的技術措施，闡述了確保清潔工程實施的社會環(huán)境和戰(zhàn)略目標。表明清潔工程不僅會給我國帶來良好的社會效益，而且會給冶金工業(yè)帶來國際競爭能力和經濟效益，還將有益于全球自然環(huán)境的保護。關鍵詞清潔工程冶金技術環(huán)境保護CLEANING ENGINEERING IN METALLURGICAL INDUSTRYJIAO Xiaoyu(Central Iron and Steel Research Institute)ABSTRACTFor the first time,the concep

2、t of cleaning engineering has been introduced into the development of metallurgical technology.Technical measures of cleaning engineering are detailed in this article.The social environment and strategic aim required for implementation of cleaning engineering are explained.It shows that the cleaning

3、 engineering can bring about not only good social benefit for the whole nation,but enhance competitiveness and economic efficiency of metallurgical industry.Meanwhile,it is beneficial to environmental protection.KEY WORDScleaning engineerring,metallurgical technology,environmental protection冶金工業(yè)作為國民

4、經濟的基礎工業(yè)，主要特點是資源密集，能源消耗大，污染嚴重。冶金生產導致非再生資源的減少以及生產過程中的廢棄物，廢氣(CO2、NOX)，酚類化合物，噪音，電網沖擊等對全球環(huán)境的破壞，引起了國際社會的廣泛關注。尤其我國的鋼鐵工業(yè)環(huán)境保護的總體水平還不夠高，對照國家提出到2010年所有工業(yè)污染排放要達到國家和地方標準及實現(xiàn)污染物排放總量的控制要求還有很大差距。近10年來，盡管冶金企業(yè)節(jié)能環(huán)保工作已取得很大成績，但環(huán)保工作范圍僅限于直接針對污染物的局部治理，降低成本也只對現(xiàn)有工藝流程采取節(jié)能降耗措施。節(jié)能和環(huán)保在工作內容上各自脫節(jié)，在成本上又相互矛盾。為了保護環(huán)境，推進冶金工業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展，在冶金行

5、業(yè)開展和實施以環(huán)境保護為核心，以節(jié)能降耗、資源綜合利用與污染治理為手段，在管理、技術、經濟和社會效益等方面統(tǒng)一的系統(tǒng)工程清潔工程是十分重要的。1世界貿易組織和我國政府日益重視清潔工程1960年、1986年先后在美、捷召開的國際會議上1提出21世紀重點開發(fā)“無污染綠色產品”的戰(zhàn)略口號。所謂綠色產品就是在生產過程中，對環(huán)境無公害、無污染或少公害、少污染的產品。1992年聯(lián)合國“環(huán)境與發(fā)展”大會2通過了全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的框架性文件21世紀議程，其中包括節(jié)約資源，減少廢棄物排放，消除污染等。中國地廣人多，其環(huán)境的改善將有益于全球環(huán)境的改善。1994年國務院發(fā)表了中國政府藍皮書，要求將中國21世紀議程

6、逐步納入各級國民經濟和社會發(fā)展計劃中。1997年4月1日，我國開始實行環(huán)境國家管理標準(ISO 14000系列)，以此來加強我國的環(huán)境管理工作，改善我國的環(huán)境狀況，適應世界經濟貿易對環(huán)境及產品的要求。隨著人類對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略認識的提高，對賴以生存的地球共同保護意識的加強，迫使我們去探尋既要保護自然資源，又要保護生態(tài)環(huán)境少受污染的產業(yè)。因而國際貿易組織以保護環(huán)境為條件，推行生產有利于環(huán)境產品的保護產業(yè)清潔工程。目前清潔工程已被列為各國的重點出口產業(yè)。一場以占領世界環(huán)保產品市場為目的，爭奪環(huán)保技術制高點為中心的國際競爭已經開始，并將愈演愈烈。為獲得競爭優(yōu)勢，在國際貿易市場上爭奪一席地位，德、美、日

7、等發(fā)達國家率先在國際市場開發(fā)以節(jié)能降耗、無污染的綠色產品為目的的清潔工程，將環(huán)境保護產業(yè)作為出口導向產業(yè)優(yōu)先扶植。目前我國的冶金企業(yè)大多還是高投入、高消耗，低質量、低效益的粗放型模式，用高投入高消耗換取的經濟增長導致了環(huán)境的惡化及投資效益的減少。相關商品由于沒有“綠色標志”被外國以環(huán)保為由拒之門外。眾多國際條約(包括關貿總協(xié)定)不同程度地對環(huán)保問題做了具體規(guī)定。為了加速我國冶金企業(yè)的技術進步，使其產品具有國際競爭能力和較高的市場占有率，發(fā)展外向型經濟，參與復關后的激烈競爭，必須推行無污染、少污染的清潔冶金工藝，倡導并扶植“綠色產品”。為此中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會在對中國政府的建議書中提到，

8、應促進冶金領域參與清潔工程的競爭，重點包括新技術及新設備。2冶金工業(yè)實施清潔工程的技術措施從工程技術上看，清潔生產不僅是某一個產品的技術問題，而是工藝技術、設備加環(huán)保技術和程序控制的有機結合。在冶金領域實施清潔工程包括治理現(xiàn)狀和開發(fā)新工藝、新技術、新裝備、新材料二個方面，涉及如下幾個問題。2.1節(jié)能降耗、有效使用資源，降低“三廢”的排放量以往的節(jié)能降耗，主要是降低成本，提高產品的競爭能力。然而孤立地抓節(jié)能、降成本已不能滿足經濟發(fā)展及環(huán)保的需要。節(jié)能降耗應該和工廠的技術改造、技術進步和資源的綜合利用、減少排污結合起來，納入環(huán)境效益、社會效益和企業(yè)經濟效益統(tǒng)一考慮的軌道上來。隨著計劃經濟向市場經濟

9、增長方式的轉變，在環(huán)保的約束下，以技術進步追求最大的經濟效益已成為當前經營活動的強大驅動力，也是粗放型向集約型轉變的重要內容之一。全方位的節(jié)能降耗，以低成本獲得高效益隨著能源使用和環(huán)?；顒拥膬仍陉P系不斷密切，節(jié)能降耗應包括兩個方面：(1) 降低能源的單位成本，使用低成本的能源，即降低天然氣、油、電、煤等能源本身的開采和制造成本，以及選用低成本能源代替高成本能源；(2) 降低產品的單位能耗。對上述兩方面綜合考慮才能以最佳成本效果和環(huán)境不受破壞的前提下使用能源。近年來，由于能源價格上漲，冶金企業(yè)不僅將降低能耗作為清潔工程的根本措施予以規(guī)化，而且已在實踐中最大限度地提高能源的綜合利用效率，促進了系統(tǒng)

10、能源平衡技術的發(fā)展。如有些鋼廠用電較多，而電的成本又高于其它能源，但在產品生產的過程中，能耗較低，沒有再次污染環(huán)境，促使許多新的和現(xiàn)有鋼廠紛紛采用電爐短流程這一世界新開發(fā)的工藝技術，而不是傳統(tǒng)的聯(lián)合生產流程，以做到投入少，產出多，效益高；提倡產品高效能化，如高質量的硅鋼片和超導材料的開發(fā)，以減少產品使用過程中能量的損耗和使用量；研制輕型材料，減輕汽車自重，以減少油耗和廢氣排放，達到節(jié)能并促進材料工業(yè)的發(fā)展。此外低熱值燃料的利用及余熱回收，采用最經濟及對環(huán)境最有利的能源使用技術，都能提高能源的使用效率，降低污染物的排放量。有效地使用能源和減少“三廢”的排放量從目前我國鋼鐵企業(yè)的消耗看，噸鋼綜合煤

11、耗為976 kg標煤，相當于國際先進水平的1.5倍3。噸鋼排放的CO2明顯高于西方發(fā)達國家的指標4，其中主要來自高爐煉鐵系統(tǒng)，其次為煉鋼和各種加熱過程。焦化過程也是主要的污染源。焦炭生產過程中的SO2、碳氫化合物及廢水中的氨、酚的排放，嚴重地污染大氣和水環(huán)境，此外還有爐渣、粉塵。國家標準要求到2010年冶金工業(yè)污染物綜合排放合格率達95 %以上，主要污染物酚、氰、石油類、煙塵、工業(yè)粉塵、SO2排放量在1995年基礎上減少10 %6。因而冶金企業(yè)中實施清潔工程，在使用低成本能源和降低單位產品能耗的基礎上，必須首先控制生產過程能源的消耗，消除或減少廢物和污染物的產生。寶鋼采用大風量高壓長袋脈沖除塵

12、器，較好地控制了回送焦臺的粉塵污染，解決了焦轉運站、燒結成品輸出、石灰窯等過程的粉塵污染，減少了粉塵排放量。其次對于不能削減的廢物、廢氣，則以有利于環(huán)境保護的方式進行回收，并實現(xiàn)跨企業(yè)、跨行業(yè)、跨部門的綜合利用。如回收處理煉焦、煉鐵、燒結等過程中產生的煤氣，減少從礦到材歷經多次“低溫高溫低溫”的重復加熱，并回收石灰焙燒廢氣中的CO2，代替煉鋼氬氣或用于食品工業(yè)。重視余能、余熱的回收技術；開發(fā)和推廣各種余熱利用技術和設備。據(jù)報道，采用熱風爐煙氣余熱回收裝置，一座300 m3高爐，每年可回收熱量相當于4000 t標準煤；一座1000 m3高爐，每年可回收18000 t標準煤。此項技術若能在企業(yè)中推

13、廣，不但能減少廢氣的排放，還能重復使用能源。第三，采取適當?shù)奈廴究刂萍夹g，減少進入環(huán)境前的污染。像寶鋼在熱軋、精軋的改造中，采用國際最新技術波浪型燒板除塵，較好地解決了熱軋系統(tǒng)含油、含水較多的粉塵處理。第四，對殘余的污染物進行妥善的排放、處理，盡量減少對人體的損害及對環(huán)境的污染。2.2努力開發(fā)新工藝、新設備、新材料，加強清潔生產項目的攻關目前我國的冶金企業(yè)正處于經濟效益滑坡的不景氣時期。為了走出低谷，擺脫困境，研究清潔生產的新工藝、新技術，不失為從根本上解決困境的措施之一。開發(fā)替代能源由于產業(yè)結構和產品結構的不合理，我國大部分鋼鐵企業(yè)生產設備和工藝落后，管理不善，能源的利用效率只有百分之三十左

14、右4。能源供應短缺一直是制約我國經濟發(fā)展的重要因素。占總能耗76 %煤炭為主的能源結構是大氣中CO2、NOX的主要來源，煤中的高硫含量是形成酸雨的重要因素。因而通過高科技進行替代能源的開發(fā)，尤其是清潔能源的開發(fā)顯得尤為重要，如太陽能、潮汐能、風能、地熱等以及未被人類發(fā)現(xiàn)和所認識的新能源。節(jié)約能源，提高能源利用率能源開發(fā)與節(jié)約并重，把節(jié)約放在優(yōu)先位置是中國能源政策的重要方針。節(jié)約能源，提高能源的利用效率，需要對現(xiàn)有落后設備進行技術改造。采用先進工藝，先進技術及計算機專家系統(tǒng)，控制生產流程，以求得最佳的能源平衡。改變傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)展模式，加強清潔工程的研究以礦石為原料的高爐、轉爐和以廢鋼為原料的電爐

15、是當前以及21世紀鋼鐵生產的主要流程，其煉鐵、煉鋼、軋鋼等各工序繁雜，各成一體。能源被重復消耗，環(huán)境被重復污染，成本高，熱量流失。要從根本上解決這一狀況，必須打破傳統(tǒng)的生產模式，淘汰落后的工藝技術，走大生產集約型的道路。例如，盡快淘汰平爐、取消化鐵煉鋼；采用以粉礦為原料、煤粉為能源的熔融還原工藝等。熔融還原工藝無需建燒結廠和焦爐，減輕了環(huán)保的負擔；不需要熱風爐，杜絕了氮、氧化合物；沒有焦爐，消除了產生氰化物的危險；爐頂爐氣洗滌后送回爐內使用，有毒物質經放散閥排放、去除而不產生固體殘留物，不污染水源，并能使總能源再下降25 %。此外還有噸鋼能耗只有250 kW*h的新型廢鋼熔煉爐；減少加熱過程，

16、提高成材率的近終形連鑄和其它能使總能耗達到最小的技術，都是應積極開發(fā)推廣的清潔工藝。加強清潔工程項目的開發(fā)力度抓清潔工程首先應和工廠技術改造、技術進步、鋼鐵企業(yè)的重組設計結合起來。把環(huán)保要求滲透到每一個新建和改建項目中。對各工程自身進行調整、創(chuàng)新，以適應目前和將來生存的需求。通過研究高效低耗的清潔生產工藝路線及最佳參數(shù)，提高技術水平，減少其排放量等，超越生存環(huán)境對其發(fā)展的限制，依靠科技進步，促進清潔生產。第二，大力發(fā)展預防污染的清潔工藝技術，加強清潔生產項目的科技攻關。眾所周知，平爐是耗能污染大戶，投入大量的資金去建類似這樣的冶金設備，耗能高、排污量大；再花大的資金降低能耗，治理污染；重復投資

17、，浪費了人力、財力，還沒有得到應有的效果。淘汰落后的工藝、設備，利用其有效的資金研制低能耗、不污染環(huán)境、效益高的工藝流程及設備也是加速經濟增長方式轉變的途徑之一。第三，對數(shù)目眾多，規(guī)模小、技術落后、管理粗放的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)限期改造，實以關、停、并、轉，限制其對能源的粗放使用和控制對環(huán)境的繼續(xù)污染。引導他們在重組過程中，一步到位，邁到清潔工程的臺階上，以高的起點、高的效益，促其向前發(fā)展。只有這樣提倡少消耗、少排放、高效益，冶金工業(yè)才能發(fā)展，才能從“夕陽”的陰影中走向朝陽，迎接挑戰(zhàn)。對清潔工程的最佳工藝流程、設備及清潔能源的利用，優(yōu)化管理的系統(tǒng)配套研究，已迫在眉睫。政府部門、科研院所、高等院校及各企業(yè)應

18、投入人力、物力及財力協(xié)同作戰(zhàn)。抓住清潔工程節(jié)能降耗、保護環(huán)境的諸多高、精、尖技術進行攻關，以保證清潔工程的順行。例如熔融還原工藝、高爐噴塑代焦工藝、新的干熄焦工藝、電磁鑄造等；另外從地球變暖和廢鋼、廢渣放置所造成的環(huán)境問題出發(fā)，研究與環(huán)境協(xié)調的材料再生利用技術。建立能源調節(jié)專家系統(tǒng)，進一步優(yōu)化成本管理和能源管理，輔以先進的生產工藝及現(xiàn)代化配套的能源動力和回收設施，及時調整平衡各生產單位所需的水、電等多種能源介質。在最短的時間內，預測和調整工序能耗，達到能源的最佳分配和最低消耗，使清潔工程得以實施。寶鋼通過這樣的專家系統(tǒng)，使能源的利用率達到48 %的國際先進水平。廢物回收綜合利用是清潔工程的重要

19、方面據(jù)報道，具有經濟開采價值的鐵礦儲量還可以維持170年，鋁260年，而銅和鉬已不足70年2。嚴酷的制約因素，使我們唯一能做的是加強可利用材料的回收。但與先近國家相比，資源的回收利用有明顯的差距。如攀鋼釩、鈦磁鐵礦，鈦的回收率不到10 %，釩僅有4 %，還有10余種元素不能回收利用；白云鄂博復合鐵礦的稀土元素利用率僅為3 %，鈮的回收小于5 %；廢渣占地且污染環(huán)境。因此應將資源優(yōu)勢轉化為經濟優(yōu)勢，開發(fā)對廢渣深加工、精加工，提高資源和能源利用率的研究，以增加產品的技術含金量，提高產品的附加值，以利于出口創(chuàng)匯和滿足國際市場的需求。通過對資源的有效利用，短缺資源的代用，二次能源的利用以及節(jié)水、節(jié)電、

20、降耗，達到緩解資源的耗竭和連續(xù)使用資源的目的。2.3加強對外合作，吸收外資，搞好清潔工程發(fā)展綠色產品，提高清潔工程的技術水平是今后推進我國環(huán)保產業(yè)發(fā)展的重要任務之一。一方面，要不失時機地利用各種有利條件開展對外技術合作與經驗交流，積極引進和消化國外先進的環(huán)保技術、設備；另一方面，以多種形式、多種渠道發(fā)展同國外合作。借助國外的技術、經驗和經濟援助推動冶金企業(yè)能源體系的改造與更新。為向環(huán)境無害的清潔能源體系轉變創(chuàng)造條件，借此提高我國鋼鐵工業(yè)綠色產品的技術水平，增強環(huán)保產品的競爭力，擴大國外市場的占有率，以特有的清潔技術和綠色產品參與國際競爭。3轉變觀念，促進清潔工程的實施3.1轉變觀念為了推進冶金工業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展，1997年3月在武漢召開的冶金環(huán)境保護會議上首先強調增強各級領導干部的環(huán)保意識和參與意識。實施清潔生產，從各級領導到企業(yè)的決策人都應有超前的戰(zhàn)略眼光，充分考慮環(huán)境保護的因素，提出有益于環(huán)境和能源發(fā)展的措施，從根本上促進產業(yè)結構優(yōu)化、資源節(jié)約，以保證清潔工程的實施。(1) 企業(yè)決策人必須意識到以綠色產品為根本環(huán)