鋼鐵材料生產(chǎn)過程環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)研究

摘 要：新型的環(huán)境評(píng)價(jià)工具名為環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)，根據(jù)我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的總資源以及能源自身情況再結(jié)合我國(guó)總壞境排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出了綜合相對(duì)環(huán)境指數(shù)的一個(gè)概念，建立了鋼鐵生產(chǎn)的環(huán)境的協(xié)調(diào)性累積比較模型，并且對(duì)我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)時(shí)的2種典型流程進(jìn)行了評(píng)價(jià)，最終結(jié)果表明，對(duì)于還原-電爐DRI/EF和高爐-轉(zhuǎn)爐BF/BOF的兩種流程，鋼和鐵在生產(chǎn)過程是的環(huán)境綜合比例指數(shù)分別是60.22%和52.4%，DRI/EF流程的綜合環(huán)境性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于BF/BOF流程的綜合環(huán)境性能。

關(guān)鍵詞：鋼鐵；環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)；綜合相對(duì)環(huán)境指數(shù)

鋼鐵生國(guó)產(chǎn)作為我國(guó)的支柱性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是一種高能耗和會(huì)產(chǎn)生重度環(huán)境污染的產(chǎn)業(yè)，我們?cè)谏a(chǎn)鋼鐵的時(shí)候必須采用系統(tǒng)的方法定量評(píng)價(jià)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷。以便最后改善環(huán)境最后才能使鋼鐵工業(yè)最后走上一個(gè)相對(duì)可持續(xù)發(fā)展的道路，成為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)砥柱之一。

環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)即對(duì)于整個(gè)產(chǎn)品、過程以及活動(dòng)在整個(gè)生命周期內(nèi)因?yàn)橘Y源和能源的消耗還有廢物排放的時(shí)候?qū)Νh(huán)境造成的潛在影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，[1]從而避免傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方式，并注重單獨(dú)的某一個(gè)生產(chǎn)過程最后造成的環(huán)境負(fù)荷轉(zhuǎn)嫁問題。

因此目前已有許多國(guó)外的專家已經(jīng)根據(jù)各國(guó)國(guó)情提出了他們國(guó)家有關(guān)于環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)的算法。在此我也將試著為我國(guó)的鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)提出關(guān)于環(huán)境協(xié)調(diào)性的累積比較模型，試圖為我國(guó)鋼鐵制造業(yè)獻(xiàn)出一份綿薄之力。

1.環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)累積比較模型

一種產(chǎn)品的生產(chǎn)過程能夠被看作是原料，能源的輸入以及產(chǎn)品還有廢物的出產(chǎn)過程都能夠用函數(shù)表示。

P=f（Er，Ee，Eg，El，Es）.（1）

其中：P表示環(huán)境性能；Er，Ee，Eg，El，Es分別表示：資源因子、能源因子、氣體廢棄物因子、液體廢棄物因子以及固體廢棄物因子。

對(duì)于同一種產(chǎn)品的不同流程所用的原料種類、能源形式以及廢棄物的排放種類其實(shí)在很大的程度上都是相同的，因此，在比較了兩種流程的環(huán)境綜合性能之后，我們可以采用的同類環(huán)境因子比較形式來計(jì)算，

由此得到一個(gè)無量綱的數(shù)值.多種環(huán)境因子比值的綜合，稱為綜合相對(duì)環(huán)境指數(shù)，用Ie表示：Ie=∑5i=1WiE1iE2i.（2）

其中：Wi表示5種環(huán)境因子的權(quán)重系數(shù)，∑Wi=1.；E1i和E2i表示生產(chǎn)同一產(chǎn)品的兩種不同流程的環(huán)境因子.由式（2）可以看出，根據(jù)Ie大小就可以判斷兩種流程的環(huán)境性能優(yōu)劣.在式（2）中，Wi的確定是一個(gè)主觀的過程.

但是實(shí)際上的權(quán)重系數(shù)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的情況去決定，這里主要涉及的就是兩個(gè)層次的權(quán)重，一是各個(gè)環(huán)境因子間的權(quán)重，而是環(huán)境因子內(nèi)部各個(gè)因素之間的權(quán)重，考慮到我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)目前的資源消耗以及能源消耗還有環(huán)境污染的嚴(yán)肅狀況，環(huán)境因子的重要性不言而喻。因此，Ie=15∑5i=1E1iE2i.

根據(jù)環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)的定義，實(shí)際上系統(tǒng)的邊界應(yīng)當(dāng)一直追溯到物質(zhì)在自然界當(dāng)中最原始的存在狀態(tài)，比如說鐵礦石這種畫時(shí)燃料的能源物質(zhì)，這些物質(zhì)他們之間最大的區(qū)別就是自然屬性不同，我們一般將其定義為初級(jí)資源，剩下的資源都是被我們稱之為次級(jí)資源，通過對(duì)于計(jì)算初級(jí)的消耗，我們才能夠得到不同級(jí)別上面的總體資源消耗，中間一級(jí)過程資源因子表示：

R1=∑lj=1γjrj1.

式中：R1為一級(jí)（過程）資源因子；γj為第j項(xiàng)初級(jí)資源等效系數(shù)；rj1為第j項(xiàng)初級(jí)資源在一級(jí)過程中的消耗量.二級(jí)資源因子可以表示為R2=∑mg=1cg12Rg12+∑lj=1γjrj2.式中：R2為二級(jí)過程資源因子；cg12為來自一級(jí)過程的g資源在二級(jí)過程中的消耗量；Rg12為來自一級(jí)過程的g資源因子；rj2為第j項(xiàng)初級(jí)資源在二級(jí)過程中的消耗量.類似地，第n級(jí)資源因子可以表示為Rn=∑n1i=1∑mg=1cginRgin+∑lj=1γjrjn.

式中：i表示子過程級(jí)數(shù).1.2.2 能源因子累積模型與資源因子類似，一級(jí)過程能源因子可表示為E1=∑lj=1γinjeinj1-∑kg=1γoutgeoutg1.

式中：E1為一級(jí)過程的能源因子；γinj和γoutg分別表示第j項(xiàng)輸入能源和第g項(xiàng)輸出能源的標(biāo)準(zhǔn)煤等效指數(shù)；einj1和eoutg1表示子過程能源消耗量和生成量.第n級(jí)能源因子可以表示為En=∑n1i=1∑mg=1cginEgin+∑lj=1γinjeinjn-∑kg=1γoutgeoutgn.

廢物因子累積模型與資源和能源因子類似，一級(jí)過程廢物因子可以表示為W1=∑lg=1γgwg1-∑kr=1γrwr1.

其中：γg和γr分別表示產(chǎn)生和重新利用的廢物等效指數(shù)；wg1和wr1分別表示在一級(jí)過程中廢物的產(chǎn)生量和重新利用量.第n級(jí)廢物因子可以表示為Wn=∑n1i=1∑mg=1cginWgin+∑lg=1γgwgn-∑kr=1γrwrn.

在鋼鐵生產(chǎn)過程中，因?yàn)殍F礦是主要的原料，我們選擇鐵礦石為參照物，他們的資源等效系數(shù)可以表示為γr=mFetFem0t0.式中：mFe和m0分別是鐵礦石和其他初級(jí)資源的探明儲(chǔ)量，tFe和t0則表示鐵礦石和其他初級(jí)資源的探明儲(chǔ)量可利用時(shí)間.采用標(biāo)準(zhǔn)煤作為參照，能源等效系數(shù)表示為

γe=QsQo.

式中：Qs和Qo分別是標(biāo)準(zhǔn)煤和其他形式能源的發(fā)熱量.

參照中國(guó)工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，分別選擇SO2和Cr6+為廢氣和廢水的參照物，廢氣和廢液體污染物排放等效系數(shù)可分別表示為γg=m（SO2）mo，γl=m（Cr6+）mo。

式中：m（SO2），m（Cr6+）分別為SO2和Cr6+的工業(yè)排=放標(biāo)準(zhǔn)量；mo代表其他氣體或液體的工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)量.在鋼鐵生產(chǎn)過程中，由于大部分固體廢物以廢渣和粉塵的形式存在，認(rèn)為其對(duì)環(huán)境的危害性相同。

在我國(guó)，鋼鐵生產(chǎn)主要有高爐-轉(zhuǎn)爐BFBOF和直接還原-電爐DRIEF2種生產(chǎn)流程.兩者的主要區(qū)別在于前者工序比后者復(fù)雜，因?yàn)楹笳卟粌H省去了燒結(jié)和煉焦2個(gè)工序，且電爐煉鋼過程中以廢鋼鐵作為原料。

在進(jìn)行環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)之前，為了簡(jiǎn)化研究系統(tǒng)，對(duì)評(píng)價(jià)過程進(jìn)行以下界定和假設(shè)：a工藝相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施排除在研究范圍之外2種流程所得產(chǎn)品的使用、廢棄和循環(huán)過程完全相同，所研究的系統(tǒng)僅包括從原料開采直至鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)出的過程.c.每一子過程的功能單元為所生產(chǎn)出的噸產(chǎn)品.d.每一子過程只有1種主產(chǎn)品，其余作為副產(chǎn)品處理.e.廢鋼的環(huán)境負(fù)荷為零.

將BFBOF工藝流程作為基準(zhǔn)，通過方程（3）可以得出DRIEF和BFBOF2種工藝的綜合相對(duì)環(huán)境指數(shù)Ie。由2種工藝得出的產(chǎn)品鐵的Ie為60.22%，亦即在鐵生產(chǎn)過程中，DRI/EF工藝所產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷只有BFBOF工藝所產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷的60.22%，這主要是因?yàn)镈RI/EF工藝省略了燒結(jié)和煉焦2個(gè)子過程.由2種工藝所得出的產(chǎn)品鋼的Ie更低，只有

52.4%，這是由于煉鋼所用原料不同.DRI/EF工藝采用環(huán)境負(fù)荷為0的廢鋼為原料，而BFBOF工藝采用環(huán)境負(fù)荷大的熔融鐵作為主要原料.

結(jié)語(yǔ)：

希望能在更廣泛的范圍內(nèi)手機(jī)到完整的數(shù)據(jù)以及編目最后去分析內(nèi)容，最后能夠建立其我國(guó)一個(gè)比較完整的環(huán)境數(shù)據(jù)體系，并且希望在更加有條件的情況下去加強(qiáng)國(guó)際交流，努力學(xué)習(xí)國(guó)外的計(jì)算方法，讓我國(guó)在這一方面的研究能夠與國(guó)際接軌，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)同行積極交流，最后共同建立其環(huán)境協(xié)調(diào)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，

參考文獻(xiàn)

【1】）周和敏；鋼鐵材料生產(chǎn)過程環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)研究[D]；北京工業(yè)大學(xué)；2001年

作者簡(jiǎn)介：

程琳（1985-），女，籍貫：北京市人，民族：漢，職稱：工程師，學(xué)歷：碩士，研究方向：鋼鐵行業(yè)環(huán)境保護(hù)。單位名稱：冶金工業(yè)規(guī)劃研究院：?jiǎn)挝凰谑∈斜本┦?，單位郵編：100711