本文選題：低碳生產(chǎn)　切入點(diǎn)：鋼鐵工業(yè)　出處：《北京科技大學(xué)》2015年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家,中國(guó)近年來(lái)的發(fā)展有目共睹。伴隨著國(guó)家實(shí)力的日益增強(qiáng),發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境影響也日益嚴(yán)重。我國(guó)以鋼鐵企業(yè)為代表的重工業(yè)在國(guó)家建設(shè)中起到了至關(guān)重要的作用,同時(shí)也帶來(lái)了不容忽視的能源消耗和碳排放問(wèn)題。2014年,我國(guó)鋼鐵行業(yè)粗鋼產(chǎn)量為8.23億噸,已經(jīng)連續(xù)18年位居世界第一。同年,我國(guó)噸鋼綜合能耗降至584.7千克標(biāo)煤/噸鋼。雖然同比有所下降,但絕對(duì)值仍處于世界較高水平。針對(duì)我國(guó)鋼鐵行業(yè)高能耗、高排放的現(xiàn)狀,本研究利用碳素流分析的方法對(duì)冶金過(guò)程中碳元素足跡進(jìn)行了追蹤,利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)長(zhǎng)流程鋼鐵生產(chǎn)的主要工序進(jìn)行了仿真,并通過(guò)情景分析試圖尋找到適合中國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的低碳道路。具體來(lái)講,本研究主要從以下五個(gè)方面展開(kāi)：首先,從背景及意義的角度入手,介紹了本研究開(kāi)展的必要性和可行性,并對(duì)鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、鋼鐵行業(yè)碳足跡研究和主要方法系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域已有的研究成果進(jìn)行了總結(jié)概述；第二,進(jìn)行了基于能量流分析的鋼鐵行業(yè)低碳生產(chǎn)關(guān)鍵影響因素的選取,找到了鐵鋼比、技術(shù)推廣和煤氣回收三個(gè)主要因素。用到的方法是AHP(Analytic Hierarchy Process,層次分析法)方法,AHP評(píng)價(jià)體系評(píng)分來(lái)自三個(gè)方面：其一,收集來(lái)自鋼鐵研究院冶金經(jīng)濟(jì)研究所的專(zhuān)家的意見(jiàn),對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行打分并記錄分析；其二,鋼鐵企業(yè)能源管理中心和一線生產(chǎn)人員的訪談?dòng)涗洠黄淙?利用問(wèn)卷和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)指標(biāo)的歷史評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行收集整理,輔助打分。最終綜合兩者意見(jiàn)得出三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)；第三,構(gòu)建鋼鐵企業(yè)“高爐／轉(zhuǎn)爐”長(zhǎng)流程煉鋼的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。模型被命名為“生產(chǎn)-能耗-排放”模型,主要分為技術(shù)影響模塊、廢氣回收模塊、鐵鋼比模塊和生產(chǎn)流程核心模塊。模型中關(guān)系的建立和反饋回路的確定主要來(lái)源于國(guó)內(nèi)千萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)能鋼企的能源平衡表數(shù)據(jù),2005至2014年《鋼鐵工業(yè)年鑒》以及部分網(wǎng)絡(luò)資料整理；第四,針對(duì)上述三個(gè)影響因素制定三條可行策略：降低鐵鋼比、提高技術(shù)普及率和廢氣完全回收利用,并在構(gòu)建的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)三種策略進(jìn)行分情景的模擬仿真,分別從對(duì)能耗的影響和對(duì)碳排放的影響兩方面進(jìn)行研究。該部分是研究的一個(gè)核心,通過(guò)量化的參數(shù)對(duì)不同策略下鋼鐵行業(yè)的能耗和排放問(wèn)題進(jìn)行模擬,找出帶有時(shí)間節(jié)點(diǎn)的低碳規(guī)劃；第五,根據(jù)第四部分生成的結(jié)果,設(shè)計(jì)出具有中國(guó)特色的,符合行業(yè)特征的鋼鐵行業(yè)低碳生產(chǎn)路徑圖,并根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果給出相應(yīng)的建議。該部分是研究的總結(jié)和升華,也是本研究的現(xiàn)實(shí)意義的體現(xiàn)�？傮w結(jié)論為：降低鐵鋼比是一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)而有效的策略,應(yīng)當(dāng)保持高度關(guān)注并不斷為其實(shí)現(xiàn)做準(zhǔn)備,隨著條件的成熟逐步推進(jìn)；以高爐煉鐵新技術(shù)為代表的減排降耗技術(shù)的不斷研發(fā)和推廣是一項(xiàng)可行且有效的策略,當(dāng)前就應(yīng)抓緊實(shí)施,且加大推進(jìn)力度,爭(zhēng)取達(dá)到全國(guó)鋼鐵行業(yè)100%應(yīng)用節(jié)能技術(shù)生產(chǎn),從而實(shí)現(xiàn)行業(yè)低碳生產(chǎn)的目標(biāo)；煤氣回收是一項(xiàng)已有成效但仍需加大投入的策略,尤其是高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣,兩者由于熱值不如焦?fàn)t煤氣,所以回收率不如后者高,可以采用先回收存儲(chǔ)后重復(fù)利用的方式,它可以作為一項(xiàng)中長(zhǎng)期策略。在上述研究的過(guò)程中,本文總結(jié)提煉出的創(chuàng)新之處共有如下幾點(diǎn)：第一,本研究給出了帶有時(shí)間節(jié)點(diǎn)的我國(guó)鋼鐵企業(yè)低碳生產(chǎn)路線圖,且路線圖中的指標(biāo)均為量化指標(biāo)。之前,水泥等其他高能耗行業(yè)均已有成型的系統(tǒng)路線圖,而鋼鐵行業(yè)在這方面的定性研究較多,定量研究幾乎沒(méi)有,因此本研究具有首創(chuàng)性和較強(qiáng)的可操作性。線路圖分為三個(gè)階段：首先進(jìn)行新技術(shù)的推廣,并加大力度進(jìn)行廢鋼回收,稱(chēng)為“技術(shù)階段”；接下來(lái)有足夠的廢鋼積累后逐步提升電爐鋼的比例,加大短流程煉鋼的推廣力度,稱(chēng)為“EAF(Electric Arc Furnace,電弧爐)階段”；第三步即綜合運(yùn)用多種方法,實(shí)現(xiàn)低能耗,零排放,稱(chēng)為“零排放階段”。第二,本研究對(duì)鐵鋼比、技術(shù)推廣和廢氣回收三種手段在節(jié)能和減排兩方面的作用進(jìn)行了量化的對(duì)比研究。這三者對(duì)鋼鐵企業(yè)的能耗和排放的影響是大家都認(rèn)可的,但是具體影響程度和之間的數(shù)量化關(guān)系則鮮有關(guān)注。本研究從系統(tǒng)的視角切入,利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法將三者規(guī)劃到一個(gè)整體中,結(jié)果證明這一嘗試是可行并且有效的。研究發(fā)現(xiàn),降低鐵鋼比在節(jié)能和減排兩方面都是最為行之有效的,但是考慮到國(guó)內(nèi)鋼鐵產(chǎn)品的回收周期還很長(zhǎng),廢鋼存量嚴(yán)重不足,所以進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)推廣是當(dāng)下最為可行的策略；第三,本研究在方法上綜合了碳素流分析和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)兩種系統(tǒng)方法,取得了較好的結(jié)果。碳素流分析和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)都是從整體的角度看問(wèn)題,適合于復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的、非線性的系統(tǒng)。而鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程正是這樣的一套體系。這種綜合方法能夠有效地抓住核心問(wèn)題,規(guī)避干擾因素,得到有針對(duì)性地解決方案；第四,本研究提取了基于能量流分析的鋼鐵企業(yè)低碳生產(chǎn)關(guān)鍵因素。首先,該打分體系是建立在能量流分析的基礎(chǔ)上的,是更有針對(duì)性和實(shí)際意義的一套指標(biāo)體系；其次,由于鋼鐵行業(yè)是工業(yè)體系中的支柱,因此關(guān)于它的研究也較為成熟。因此,在本研究的關(guān)鍵因素尋找過(guò)程中,結(jié)合了已有文獻(xiàn)的分析結(jié)果,利用已經(jīng)得到認(rèn)可的結(jié)果來(lái)補(bǔ)充和完善專(zhuān)家打分體系,使得后續(xù)的研究更加可信。總之,本研究利用能量流分析和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建了鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)模型,并對(duì)鐵鋼比、技術(shù)推廣和廢氣回收三個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)能源消耗和碳排放的影響進(jìn)行了綜合分析,給出了低碳生產(chǎn)路線圖,并提供了相關(guān)的政策建議。
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【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：X322;F426.31

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1592954