徐盛華,張建玲

(江西理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 江西 贛州 341000)

1 研究背景

降低能消耗率以減少溫室氣體排放量，節(jié)約資源以謀求可持續(xù)發(fā)展,建設(shè)環(huán)境友好型社會已成為人們的共識。作為全國污染物排放大戶的鉛鋅冶煉企業(yè)，應(yīng)該更加具有緊迫感和使命感。近年來，因鉛酸蓄電池、鍍鋅和干電池行業(yè)的快速發(fā)展拉動鉛鋅冶煉企業(yè)的產(chǎn)能增長， 2010年我國鉛鋅冶煉企業(yè)達(dá)674家，具有點(diǎn)多面廣、分布不規(guī)則的特點(diǎn)，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生許多急待解決的問題，如顆粒物、SO2、硫酸霧排放，物質(zhì)和能源消耗過高等問題。如何進(jìn)一步降低能耗率，使物質(zhì)、能源、廢棄物梯級循環(huán)利用，企業(yè)內(nèi)部各工序節(jié)點(diǎn)的生態(tài)化，實(shí)現(xiàn)鉛鋅冶煉企業(yè)低能耗、低污染、低排放，減少溫室氣體排放是一項(xiàng)值得研究的課題。

2 構(gòu)建鉛鋅冶煉企業(yè)生態(tài)化低碳發(fā)展理論模型

所謂生態(tài)化低碳發(fā)展模型，基于兩點(diǎn)考慮，一是用生態(tài)化的辦法解決物質(zhì)循環(huán)問題[1]，另一方面是考慮節(jié)能減排[2]。我們根據(jù)鉛鋅冶煉企業(yè)現(xiàn)狀，完善鉛鋅冶煉工序組成，將物質(zhì)、能量、水、技術(shù)和信息進(jìn)行系統(tǒng)集成，并進(jìn)行非物質(zhì)化設(shè)計(jì)，構(gòu)建鉛鋅冶煉生態(tài)化低碳發(fā)展理論模型，如圖1所示。

圖1 構(gòu)建鉛鋅生態(tài)化低碳發(fā)展理論模型

對構(gòu)建鉛鋅冶煉生態(tài)化低碳發(fā)展理論模型的解釋：

2.1 工序分析

圍繞鉛鋅冶煉核心工序構(gòu)建循環(huán)流，包括物質(zhì)流、能量流、水流和信息流。

2.2 系統(tǒng)集成

針對構(gòu)建鉛鋅冶煉生態(tài)化的物質(zhì)流，以減量化、再利用、資源化為原則，通過物質(zhì)集成、能量集成、水集成、技術(shù)集成和信息集成，使鉛鋅冶煉生態(tài)化低碳運(yùn)行。

1) 物質(zhì)集成。通過鉛鋅冶煉生產(chǎn)工藝流程分析，采用新工藝和新技術(shù)，使生產(chǎn)流程朝著簡單化、緊湊化、大型化、連續(xù)化和循環(huán)化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)集成，從而用較少的鉛鋅資源投入，可持續(xù)地利用使鉛鋅資源利用效率最大化、工業(yè)廢物循環(huán)利用升值化、“三廢”產(chǎn)生最小化。

2) 能量集成。運(yùn)用以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)、熱力學(xué)分析為基礎(chǔ)的能量集成技術(shù)，對目前鉛鋅冶煉生產(chǎn)過程的用能狀況進(jìn)行診斷分析，發(fā)現(xiàn)“瓶頸”問題，采用“能量集成策略”，并考慮過程的操作、控制、安全等因素，淘汰或改造資源浪費(fèi)、污染嚴(yán)重的落后生產(chǎn)工藝和裝備，推廣先進(jìn)的節(jié)能和環(huán)保技術(shù)，選擇與確定過程系統(tǒng)節(jié)能降耗改造方案，提高能源效率，減少二氧化碳的產(chǎn)生與排放。

3) 水集成。水的原位再生和梯級利用是實(shí)現(xiàn)水集成的有效方法，其核心指導(dǎo)思想是“全過程控制、分散和集中相結(jié)合”，水梯級利用技術(shù)主要包括廠域梯級利用技術(shù)和區(qū)域梯級利用技術(shù)。鉛鋅冶煉企業(yè)采用先進(jìn)工藝對循環(huán)水系統(tǒng)的排污水及其他排水進(jìn)行有效處理，建立工序之間多級用水循環(huán)系統(tǒng)，使鉛鋅冶煉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水資源化，提高水的循環(huán)利用率，實(shí)現(xiàn)“零”排放。

4) 技術(shù)集成。技術(shù)集成是指軟技術(shù)和硬技術(shù)的集合。鉛鋅冶煉企業(yè)依據(jù)生態(tài)設(shè)計(jì)的理念，把鉛鋅冶煉高新技術(shù)、抗風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)、廢物使用和交換技術(shù)、信息技術(shù)、管理技術(shù)等集成起來，建立最小化資源和能源消耗、最少廢物和污染物產(chǎn)生的高新技術(shù)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)鉛鋅冶煉企業(yè)生態(tài)化低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

5) 信息集成。建立完善的數(shù)據(jù)庫和信息管理系統(tǒng)，包括物質(zhì)流、能源流、廢物流的信息，建立與鉛鋅冶煉企業(yè)緊密相關(guān)的原材料供應(yīng)、生產(chǎn)產(chǎn)品、冶煉技術(shù)、市場動態(tài)等方面的信息，以及法律法規(guī)、人才和相關(guān)領(lǐng)域的信息，形成鉛鋅冶煉企業(yè)生態(tài)化低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的信息支持系統(tǒng)。

2.3 科技服務(wù)支持系統(tǒng)

依靠外界科研力量和企業(yè)自身科研力量，據(jù)工業(yè)生態(tài)學(xué)的原理，進(jìn)行物質(zhì)、能量、水、技術(shù)和信息鏈接所進(jìn)行的最優(yōu)化組合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鉛鋅冶煉企業(yè)用最小化的物質(zhì)和能量的投入，獲取相同的鉛鋅產(chǎn)品和服務(wù)功能。

下面我們選一家具有代表性的鉛鋅冶煉企業(yè)——株洲冶煉集團(tuán)實(shí)進(jìn)行實(shí)證分析。通過比照鉛鋅業(yè)生態(tài)化低碳發(fā)展理論模型，找出存在的差距和主要問題[3]，指出下一步努力方向。

3 對株洲冶煉集團(tuán)的實(shí)證分析

株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司源于1956年的株洲冶煉廠，公司現(xiàn)擁有資產(chǎn)總額63.21億元，員工6000余人。主要生產(chǎn)鉛鋅及其合金產(chǎn)品，鉛鋅生產(chǎn)能力60萬t/a，其中鉛10萬t/a，鋅50萬t/a，并綜合回收多種稀貴金屬和硫酸等產(chǎn)品。近年來，該企業(yè)在生態(tài)化低碳發(fā)展方面做了一些有益探索，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 加快物質(zhì)集成

2005年，該企業(yè)建立了鉛鋅聯(lián)合冶煉產(chǎn)業(yè)化模式，利用鉛系統(tǒng)處理鋅系統(tǒng)產(chǎn)生的二次物料，鋅系統(tǒng)處理鉛系統(tǒng)產(chǎn)生的二次物料，形成良性的內(nèi)部物料循環(huán)，使鉛、鋅兩大系統(tǒng)只產(chǎn)生一種無害棄渣。隨后該企業(yè)落實(shí)四步走戰(zhàn)略:第一步，投資17.2億元，引進(jìn)國際先進(jìn)的芬蘭奧托昆普常壓富氧直接浸出煉鋅工藝、日本三井金屬公司大板機(jī)械剝鋅機(jī)等先進(jìn)裝備，年生產(chǎn)能力為10萬t析出鋅，使資源的綜合利用率提高15個(gè)百分點(diǎn)，年降低能耗約1.3萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，減排CO2的排放；第二步，投資11.9億元，引進(jìn)國際先進(jìn)的Kivcet直接煉鉛工藝，年生產(chǎn)能力為12萬t粗鉛、13.6萬t硫酸、1.93萬t次氧化鋅，搭配處理鋅直接浸出尾礦渣9.6萬t/a、硫化物熱濾渣2萬t/a，大大減少SO2的排放;第三步，新建10萬t直接煉鉛系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的燒結(jié)——鼓風(fēng)粗鉛生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)鉛的清潔生產(chǎn)；第四步，新建10萬t常壓富氧浸出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋅的清潔生產(chǎn)。在落實(shí)四步走戰(zhàn)略過程中融合信息化和管理現(xiàn)代化，使節(jié)能減排工作落到實(shí)處。

3.2 加速廢水集成

該企業(yè)的工業(yè)廢水是以含Zn2+為主的重金屬酸性廢水，采用石灰兩段中和沉淀工藝，總處理能力1200m3/h，處理后的凈化水達(dá)到了國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)。該企業(yè)分兩期建成了規(guī)模為500m3/h的凈化水回用系統(tǒng)，每年回用凈化水350萬t，使廢水污染負(fù)荷削減了40%。該企業(yè)還投資60萬元規(guī)范整治了十二個(gè)主要車間廢水排放口，全部安裝在線監(jiān)控，實(shí)行廢水排污成本考核。該企業(yè)取消了200個(gè)澡堂，新建的洗浴中心，實(shí)行集中管理，每年節(jié)約生活用水100萬m3，減少進(jìn)入水處理總排的廢水量約160萬m3。2009年投資1億元新建重金屬廢水處理資源化項(xiàng)目，采用生物制劑和膜處理工藝，到2010年該企業(yè)工業(yè)廢水基本實(shí)現(xiàn)“零排放”。

3.3 加強(qiáng)廢氣治理

該企業(yè)先后完成了“鉛燒結(jié)SO2煙氣治理”、“鎘煙氣治理工程”、“鉛鼓風(fēng)爐煙氣脫硫項(xiàng)目”、“鋅Ⅰ系統(tǒng)沸騰爐SO2低空污染治理項(xiàng)目”、“鋅一系統(tǒng)揮發(fā)窯煙氣脫硫”等一批項(xiàng)目。每年削減SO2排放量40000多t、粉塵200多t，煙氣凈化達(dá)標(biāo)率達(dá)到95.61%。

3.4 狠抓能量集成

加強(qiáng)電力管理，通過移峰填谷提高用電負(fù)荷率；利用余熱發(fā)電量達(dá)3650萬kWh/a。采用無功補(bǔ)償技術(shù)使功率因素達(dá)到0.96以上，節(jié)電400萬kWh/a；開展合同能源管理，對水泵進(jìn)行節(jié)能改造，節(jié)電效率提升到35%；強(qiáng)化內(nèi)部能源管理，開展能源審計(jì)，促進(jìn)節(jié)能降耗。通過上述措施，每年節(jié)能20000余t標(biāo)準(zhǔn)煤，綜合能源消耗同口徑同比下降5.1%，產(chǎn)品綜合能耗同比下降6.19%，完成節(jié)能量27745t標(biāo)準(zhǔn)煤。

3.5 綜合利用固廢

2006年該企業(yè)投資2200萬元對新渣場的固廢進(jìn)行分類管理，并對有害固廢按照“三防”要求規(guī)范堆存，在渣場修建沉淀池和集水池，同時(shí)在渣場四周修筑防滲墻，徹底解決了新渣場環(huán)境隱患問題。同時(shí)加快對老渣的處理進(jìn)程和揮發(fā)窯渣綜合利用步伐，先后建成了兩條綜合利用老渣場窯渣的生產(chǎn)線，加快了老渣山窯渣處理資源化及土地生態(tài)修復(fù)進(jìn)度，綜合利用老窯渣50多萬t，在完成老窯渣綜合利用后，實(shí)現(xiàn)廢渣“零堆存”。

通過對株洲冶煉集團(tuán)發(fā)展模式實(shí)證分析，該企業(yè)通過艱苦探索，在發(fā)展鉛鋅冶煉生態(tài)化低碳模式過程中取得了重要進(jìn)展，但也發(fā)現(xiàn)了鉛鋅冶煉企業(yè)存在的共性問題。其主要表現(xiàn)在:

1) 排放顆粒物。在鉛鋅冶煉過程中所排放的主要顆粒物主要有：煙塵、粉塵、重金屬顆粒等，排放源主要為各種爐窯和通風(fēng)收塵點(diǎn)。在物料的破碎、篩分、下料過程中由于氣流的運(yùn)動所直接帶走，或由于機(jī)械振動而飛揚(yáng)等原因產(chǎn)生的機(jī)械粉塵，其粒度在5～100μm之間。在生產(chǎn)過程中由于熱過程而揮發(fā)形成蒸氣狀態(tài)，隨氣流逸出后因冷卻而凝結(jié)形成的煙塵或由于體系內(nèi)組分間發(fā)生化學(xué)作用形成另一種化合物而凝結(jié)，所產(chǎn)生的揮發(fā)塵，其粒度在0.01～0.05μm之間。

2) 排放SO2。鉛鋅冶煉企業(yè)所排放SO2主要來自于各種爐窯外排的煙氣。使用各種冶煉爐窯所用燃料及出口煙氣中SO2含量情況，見表1。

表1 鉛鋅冶煉過程中使用各種爐窯產(chǎn)生煙氣中SO2含量現(xiàn)狀情況表[4]

從表1看出，鉛鋅冶煉過程中使用各種爐窯產(chǎn)生煙氣中SO2含量(%)>3%以上，用于制酸后排空。煙氣SO2含量(%)<1%，基本上直接排放。

3) 排放硫酸霧。硫酸霧主要來自于制酸廠。在制酸初期高溫的含SO2的煙氣與水接觸時(shí)會產(chǎn)生大量酸霧，盡管在干燥塔前設(shè)有電除霧器，但因電除霧器故障頻發(fā)，導(dǎo)致除霧效率達(dá)不到要求，再加上后續(xù)流程也有酸霧產(chǎn)生，外排酸霧濃度常常遠(yuǎn)高于清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4) 能耗高。下面是中國鉛鋅冶煉企業(yè)采用燒結(jié)鼓風(fēng)爐、密閉鼓風(fēng)爐、水口山煉鉛法和基夫賽特法能耗和鉛、硫回收情況，見表2。

表2 中國鉛鋅冶煉幾種工藝所使用能耗和鉛、硫回收現(xiàn)狀情況表[5]

要從根本上改變這些現(xiàn)狀，只有走生態(tài)化低碳發(fā)展之路。

4 實(shí)現(xiàn)鉛鋅冶煉企業(yè)生態(tài)化低碳發(fā)展路徑

鉛鋅冶煉企業(yè)實(shí)現(xiàn)生態(tài)化低碳發(fā)展路徑為：

4.1 按模型思路進(jìn)行設(shè)計(jì)

首先考慮鉛冶煉企業(yè)上各個(gè)工序之間物質(zhì)循環(huán)，上道工序?yàn)榱硐碌拦ば蛱峁┵Y源，使鉛冶煉企業(yè)做到盡量少的廢棄排放。其次考慮將物質(zhì)、能量、水、技術(shù)和信息進(jìn)行系統(tǒng)集成考慮產(chǎn)業(yè)鏈集成設(shè)計(jì)，行成環(huán)路；最后考慮節(jié)能問題。三個(gè)方面綜合考慮設(shè)計(jì)鉛冶煉企業(yè)生態(tài)化低碳發(fā)展模式。

4.2 按設(shè)計(jì)進(jìn)行改造

按上述設(shè)計(jì)進(jìn)行改造，適時(shí)地把冶金高新技術(shù)、抗風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)、廢物利用技術(shù)、信息技術(shù)和管理技術(shù)，應(yīng)用到技術(shù)改造項(xiàng)目之中去，實(shí)現(xiàn)鉛冶煉企業(yè)的資源利用率最大化、能源消耗率最小化、污染物和溫室氣體產(chǎn)生少量化的目標(biāo)，以滿足鉛冶煉企業(yè)的生態(tài)化低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的要求。

4.3 強(qiáng)化企業(yè)管理

鉛冶煉企業(yè)應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行政府所制定的法律法規(guī)和各項(xiàng)政策，自覺地將環(huán)境成本納入自身的各項(xiàng)決策和運(yùn)行過程之中去，加強(qiáng)企業(yè)日常管理，特別是強(qiáng)化現(xiàn)場管理，做到物流有序、操作規(guī)范，切實(shí)落實(shí)崗位責(zé)任制，建立激勵與約束長效機(jī)制，使鉛冶煉企業(yè)的生產(chǎn)活動向生態(tài)化低碳方向轉(zhuǎn)變。

4.4 依靠科技創(chuàng)新動態(tài)地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

因?yàn)榭萍紕?chuàng)新是動態(tài)的，只能依靠科學(xué)技術(shù)的突破，當(dāng)科學(xué)技術(shù)有取得階段成果時(shí)，再加以應(yīng)用，開發(fā)出資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，不提高物質(zhì)和能量的使用效率，不斷降低物質(zhì)和能量的消耗，減少污染排放，實(shí)現(xiàn)鉛冶煉企業(yè)生態(tài)化低碳發(fā)展模式。

[1]邱定蕃，徐傳華.有色金屬資源循環(huán)利用[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2006.

[2]楊立宏,趙濤,程秋林. 鋁工業(yè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計(jì)及其利益關(guān)系分析[J].科學(xué)管理研究,2009(2):48-50.

[3]Yuan Z,Shi L.Improving enterprise competitive advantage with industrial symbiosis: case study of a smeltery in China.Journal of Cleaner Production,2009,17(14):1295-1302.

[4]《2010年鉛鋅清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)》[EB/OL].www.zhb.gov.cn/info/bgw/bbgth/200811/W020.

[5]鉛鋅冶煉業(yè)污染防治技術(shù)政策編制說明(征求意見稿)[EB/OL].www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201004/t20100423_188643.htm.