钢铁工业生态化评价分析研究，本文主要内容关键词为：分析研究论文,钢铁工业论文,生态论文,评价论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
近年来，我国的钢铁工业有很大的发展，已是世界公认的钢铁大国，但我国钢铁工业的国际竞争力相对还比较弱，尤其在能源消耗、技术装备、工艺水平等众多方面，与欧美的钢铁强国还存在明显的差距[1]。我国的钢铁工业要实现可持续发展，就应在重视经济效益的同时更重视社会效益和环境效益，走生态化道路。本文基于这一出发点，建立了一套钢铁工业生态化的指标体系，并对我国2003年钢铁工业生态化水平进行了评价。
一、指标体系构成
钢铁工业生态化指标体系由正效益和负效益两类指标构成。用公式表示为：
其中每类指标又由若干个子指标构成。
（一）钢铁工业正效益指标
正效益指标主要包括经济社会效益指标和生态正效益指标。
1.经济社会效益指标。经济社会效益指标用钢铁工业增加值表示。增加值是指常住单位生产过程创造的新增价值和固定资产的转移价值。可以按生产法计算，也可以按收入法计算。按生产法计算，它等于总产出减去中间投入。中间投入是指常驻单位在生产或提供货物与服务过程中，消耗和使用的所有非固定资产货物和服务的价值，中间投入也称为中间消耗，一般按购买者价格计算[2]。对于钢铁工业来说，中间投入主要是包括矿石、煤炭、水在内的自然资源，因此，钢铁工业增加值可以较准确地反映钢铁工业的经济社会效益。钢铁工业增加值是常规统计指标，可以从有关统计资料直接获取。
2.生态正效益指标。生态正效益是指钢铁工业在减少自然资源消耗和改善生态环境质量方面的贡献，用生态增益值表示，主要包括两个方面，一是煤当量生态增益值，二是矿产当量生态增益值。
(1)煤当量生态增益值。煤当量生态增益值是指因化石能源替代而减少不可再生自然资源消耗和相关环境损害所产生的生态效益，不包括不同能源价格差异所引起的生产成本的变化。化石能源替代是指利用风能、太阳能、水利能等可再生能源来替代化石能源，或是在以钢铁工业为核心的产业群落内部实行能量循环利用或多级利用来减少化石能源的消耗。尽管从目前的实际情况来看，化石能源替代在钢铁工业生态群落的能源结构中所占比例甚微，但为反映减少化石能源消耗所产生的生态效益，引导钢铁工业加快化石能源的替代步伐，本文仍设置了“煤当量生态增益值”这一指标。在具体计算时，煤当量生态增益值暂时以零计。
(2)矿产当量生态增益值。矿产当量生态增益值是指由于自然资源替代所产生的生态效益，不包括再生资源自身的价值。自然资源替代是指钢铁工业循环利用社会再生资源，或是在以钢铁工业核心的产业群落内部实行资源循环利用，自然资源替代可以减少不可再生自然资源的消耗，有助于减轻对生态环境的损害。
当前，钢铁工业循环利用的社会再生资源主要包括替代铁矿石资源的废钢。利用塑料、橡胶、城市有机生活垃圾等来替代煤炭资源的技术尚处于开发试验阶段。废钢替代矿石资源所产生的生态效益用废钢回用生态增益值表示。
废钢可分为国内废钢和进口废钢[3]。由于自然资源的开采和利用所带来的生态环境问题主要是区域性生态环境问题，所以在计算废钢回用生态增益值时只考虑国内废钢。废钢回用的生态效益表现在两个方面：一是减少铁矿石和煤炭资源开采对生态环境的影响，分别定义为铁矿石开采生态增益值和煤炭开采生态增益值。二是减少炼铁系统（主要是烧结、焦化和炼铁工序）污染物的排放（主要是SO[,2]），分别定义为铁矿石减排S0[,2]生态增益值和煤炭减排SO[,2]生态增益值。所以：
废钢回用生态增益值＝铁矿石开采生态增益值＋煤炭开采生态增益值＋铁矿石减排SO[,2]生态增益值＋煤炭减排SO[,2]生态增益值(2)
许多研究者对自然资源的价值计算进行了探索性研究，但整体上仍处于理论框架体系构建阶段，目前尚无统一的可操作的计算方法[4-6]。本文以国家规定的铁矿石资源和煤炭资源开采补偿费来计算铁矿石开采生态增益值和煤炭开采生态增益值。根据《矿产资源补偿费征收管理办法》（1994年国务院令150号），铁矿和煤炭资源的补偿费率分别为2%和1%，计算时假定两种资源的开采回采系数均为1。
铁矿石开采生态增益值=回用社会废钢量×3.5×铁矿石销售价格×2%(3)
式(3)中，3.5为换算系数，根据我国的矿石品位和矿石提炼技术水平，每生产1吨钢需要开采矿石3.5吨。
煤炭开采生态增益值＝回用社会废钢量×0.54×煤炭销售价格×1%(4)
式(4)中，0.54为换算系数，来自于宣化钢铁公司的实际生产数据[2]表明每利用1吨废钢可以节省能量0.54吨标煤。高炉炼铁系统77.7%的能量输入来自煤炭燃烧，所以，将节约的能量换算为煤炭开采量来计算生态增益值是比较合理的。宣化钢铁公司炼铁系统能耗基本可以代表我国钢铁工业炼铁系统能耗水平，具体对比数据见表1[7-9]。
表1 炼铁系统能耗水平对比
SO[,2]减排生态增益值按其排污费计算。根据《排污费征收标准管理办法》（2003年国务院第31号令）：
SO[,2]排污费（元）=0.6元／千克×SO[,2]排放量（千克）÷0.95(5)
式(5)中，0.6和0.95分别为《排污费征收标准管理办法》规定的SO[,2]当量收费值和排放当量换算系数。
钢铁联合企业SO[,2]排放主要来源工序为烧结、焦化和动力生产[10]。烧结工序SO[,2]排放量与烧结混合料配比及原料含硫量密切相关，只有通过实际测定或在部分测定的基础上通过物料衡算的方法才能比较准确地确定烧结工序SO[,2]排放量。一般而言[11]，每生产1t烧结矿，约排出含S的烟气3600～4300m[3]，浓度一般为500～1000×10[-6]kg/m[3]，最高可达4000～7000×10-6kg/m[3]。本文按以下公式估算烧结工序SO[,2]排放量：
1t烧结矿SO[,2]排放量＝2×4000m[3]×1000×10[-6]kg/m[3]=8kg（以SO[,2]计）(6)
攀钢[12]每吨烧结矿SO[,2]排放量为7.5kgSO[,2]，说明上述估算值具有一定的代表性。
每吨废钢可以节省烧结矿2.4吨[13]，结合式(5)和式(6)：
铁矿石减排SO[,2]生态增益值（元）=回用社会废钢量×2.4×8×0.6÷0.95(7)
因焦化工序直接产生的是H[,2]S气体，故煤炭减排SO[,2]生态增益值以零计。
以钢铁工业为核心的产业群落内部再生资源的循环利用，主要是钢铁工业固体废弃物的外部循环利用，其生态效益用钢铁工业固体废弃物生态增益值表示。
统计数据表明，尾矿、高炉矿渣、钢渣占钢铁工业固体废弃物的84，3%[14]，因此可以用其代表钢铁工业固体废弃物来计算其外部循环利用所产生的生态增益值。许多研究者对尾矿、高炉矿渣和钢渣的综合利用进行了研究[15-19]，一般来说，尾矿、高炉矿渣和钢渣主要用于水泥工业，作为硅酸盐水泥的掺合料。大部分硅酸盐水泥是以石灰岩为主料，和粘土料以及其它调质原料一起培烧而成，因此可以将钢铁工业固体废弃物换算为石灰岩矿石当量来计算生态增益值。钢铁工业固体废弃物替代石灰岩的生态效益主要表现为两个方面：一是减少了石灰岩矿开采对生态环境的损害；二是减少了石灰岩培烧过程中CO[,2]的排放量。目前我国尚未收取CO[,2]排放费，因此，只考虑前一方面的生态效益：
石灰岩矿石当量=循环利用的钢铁工业固体废弃物量×1.5(8)
式(8)中，1.5为换算系数，表示生产每吨硅酸盐水泥需要开采石灰岩矿石1.5吨[20]。
石灰岩矿石开采及其对生态环境的损害尚无统一的确定价值的方法，本文暂按《矿产资源补偿费管征收理规定》计算，并假定开采回采系数为1。根据《矿产资源补偿费征收管理规定》，石灰岩矿石征收费率为其销售额的2%。因此：
钢铁工业固体废弃物生态增益值=石灰岩矿石当量×石灰岩矿石销售价格×2%(9)
矿产当量生态增益值用废钢回用生态增益值和钢铁工业固体废弃物生态增益值之和表示，由式(2)～式(9)算出，即：
矿产当量生态增益值=废钢回用生态增益值＋钢铁工业固体废弃物生态增益值(10)
综上所述，可知：
生态正效益＝生态增益值＝煤当量生态增益值＋矿产当量生态增益值(11)
由于本文将煤当量生态增益值记为零，所以：
生态正效益=生态增益值=矿产当量生态增益值(12)
（二）钢铁工业负效益指标
负效益指标主要包括生态耗减值和生态衰退值两类生态负效益指标。
1.生态耗减值。生态耗减值是指由于消耗自然资源而消耗的生态环境的使用价值。钢铁产品生产所消耗的自然资源主要是铁矿石，其消耗量占到了原材料消耗量的88.2%，所消耗的能源主要是煤炭和电力，其消耗量占到了能源消耗量的99.8%[21]。此外，钢铁产品生产还要消耗一定量的水资源。本文在计算生态耗减值时，主要考虑铁矿石资源生态耗减值、煤当量生态耗减值和水资源生态耗减值，主要考虑本地（本国）铁矿石的消耗量。
铁矿石资源生态耗减值=国内铁矿石消耗量×铁矿石市场价格(13)
煤当量生态耗减值=能源消耗量（以标准煤计）×煤炭市场价格(14)
水资源生态耗减值＝水资源消耗量×水资源市场价格(15)
生态耗减值＝铁矿石资源生态耗减值＋煤当量生态耗减值＋水资源生态耗减值(16)
2.生态衰退值。生态衰退值是指由于对生态环境质量的损害而降低的生态环境的使用价值。主要包括铁矿石开采生态衰退值、煤炭开采生态衰退值、SO[,2]排放生态衰退值、COD排放生态衰退值、未循环利用固体废弃物生态衰退值。
参照式(3)、式(4)、式(7)，可得：
铁矿石开采生态衰退值＝国内铁矿石消耗量×铁矿石销售价格×2%(17)
煤炭开采生态衰退值=能源消耗总量（以标准煤计）×煤炭销售价格×1%(18)
SO[,2]排放生态衰退值=SO[,2]排放量(kg)÷0.95x0.6(19)
COD排放生态衰退值＝COD排放量÷1×0.7(20)
式(20)中，0.7为达标排放时排放1kg当量COD的收费值，钢铁工业废水达标排放率超过95%，所以计算COD排放生态衰退值时全部按达标排放计算。
综上所述，生态衰退值可计算如下：
生态衰退值＝铁矿石开采生态衰退值＋煤炭开采生态衰退值＋SO[,2]排放生态衰退值＋
COD排放生态衰退值(21)
（三）指标体系汇总表
表2 钢铁工业生态化水平指标体系汇总表
二、钢铁工业生态化水平评价分析
（一）基础数据
钢铁工业生态化水平计算所需的基本数据见表3。
表3 钢铁工业生态化水平基础数据表（2003年）
说明：以黑色金属冶炼及压延及工业的数据表示钢铁行业数据。
（二）数据处理
将所获取的基础数据全部换算为计算用数据，并以价值量和标准物质表示。对于暂时无法直接获取的数据，可用通过合理计算得到的数据来弥补。为消除市场价格变动的影响，在进行价值换算时，全部按可比价格换算。
表4 钢铁工业生态化水平基础数据处理表
（三）生态化水平计算
生态增益值和生态衰退值都是表示钢铁工业对生态环境质量影响的指标，因而式(22)、式(23)分别表示了钢铁工业对生态环境质量正负两方面影响的相对强弱。当负影响为零时，即钢铁工业不向生态环境排放污染物时，正效益系数达到最大值2，负效益系数达到最小值1，钢铁工业生态负效益为零，钢铁工业的效益不仅包括了经济社会效益，还包括了生态效益。相反，当钢铁工业对生态环境的正影响为零时，即：钢铁工业完全依靠消耗新的自然资源且不对所产生的副产品或废弃物加以利用时，钢铁工业的负效益系数达到最大值2，正效益系数达到最小值1，钢铁工业生态正效益为零，其效益仅包括经济社会效益。当正负影响相等时，钢铁工业生态化水平即为消耗单位价值自然资源所产生的经济社会效益。钢铁工业生态化水平的实质是经过调整后的消耗单位价值的自然资产所产生的经济社会效益。当钢铁工业减少化石能源消耗、增加再生资源利用时，将会产生附加的经济社会效益，提高钢铁工业的生态化水平，这部分附加的经济社会效益代表了钢铁工业对保护生态环境的贡献，在数值上等于K＋倍的钢铁工业增加值。当钢铁工业污染物排放量和自然资源消耗量增加时，将会产生附加的自然资产消耗，降低钢铁工业的生态化水平，这部分附加的自然资产消耗代表了钢铁工业对生态环境的损害，在数值上等于K－倍的生态耗减值。
三、钢铁工业生态化水平计算实例
（一）基本数据
计算2003年我国钢铁工业生态化水平所需基本数据见表3，有关矿产资源价格数据见表5。
表5 矿产资源价格表
矿产资源价格受市场需求、产品质量和产品产地等多种因素影响，很难给出准确的稳定的价格。为了消除产品价格变动的影响，本文认为，可按以下方法对产品价格进行调整：首先按产品销售量计算不同地区、不同时间某一价格产品的权重，求出加权平均价格，然后，将产品价格按对应的价格指数换算为某一基期的价格，用产品的基期价格进行生态化水平评价计算。本文以2003年我国钢铁工业生态化化水平计算为例，说明生态化水平的计算程序和方法，因而不再计算矿产品的基期价格，由于受基础资料限制，只能计算出具有代表性的矿产品价格。
2003年，铁矿石价格在市场需求和海运费用增长的影响下，每吨铁矿石价格从年初的200多元迅速增长到年末的900多元。上半年，铁精矿出厂价最低为198元／吨，最高为410元／吨，平均为293元／吨[22-24]。本文根据2001-2003年铁矿石进口数量和金额计算出相对稳定的铁矿石价格见表6。
表6 进口铁矿石价格
2003年煤炭价格变化见表7，可以看出，全年价格基本平稳。钢铁企业所用冶炼精煤价格高于混合煤，2003年冶炼精煤的合同价格为500～600元／吨[22-24]。
表7 秦皇岛煤炭平仓参考价（元／t）
石灰岩基本由水泥生产企业自采自用，本文的价格来自于基于2003年市场价格的理论计算，计算对象为日产1000吨水泥熟料的生产线[22-24]。
由于地域、水的来源、用水量及用水时间等的不同，水资源价格变化较大，本文采用北京市2003年工业水价计算水资源价值。由于水资源价格的绝对值较小，简化计价方法对计算结果影响不大[22-24]。
（二）数据处理
数据处理结果见表4。需要说明的是：
(1)以黑色金属冶炼及压延及工业的数据表示钢铁行业数据。
(2)由于无法得到直接的用于冶炼的社会废钢量，所以，采用以下方法估算。
某年的钢产量＝某年的生铁产量＋（生铁进口量－生铁出口量）－某年铸件生产消耗生铁量＋某年回用社会废钢量(27)
2003年1～10月份生铁及出口量见表8[25]。
表8 2003年1-10月份生铁及出口量
1998-2004年我国金属铸件总产量及消耗生铁情况见表9。
表9 1998-2004年我国金属铸件总产量及消耗生铁情况
假设铸件成品率为95%，则：
金属铸件消耗铸铁量＝（灰铸铁件＋球墨铸铁件＋可锻铸铁件）／0.95(28)
由式(28)，式(29)，表4，表8，表9，可以估算出2003年回用于钢铁工业的社会废钢消耗量为2523万吨，占当年钢产量的11.3%。
根据参考文献[23]，2002年进口矿石量11149.59万吨（海关数），国内矿石自给率57.9%。由此推算出矿石消耗总量和国产矿石量。
根据参考文献[24]、[25]，2003和2004年吨钢COD产生量分别为0.59和0.6kg。
（三）生态化水平计算
根据式(22)，表4，正效益系数K+＝9.17/(9.17+25.9)=0.26
根据式(23)，表4，负效益系数K-=25.9/(9.17+25.9)=0.74
根据式(24)，表4，正效益=2428.01×(1+0.26)=3059.29
根据式(25)，表4，负效益=1673.11×(1+0.74)=2911.21
根据式(26)，表4，钢铁工业生态化水平＝1.05
由此可知，2003年我国钢铁工业生态化水平为1.05，负效益系数是正效益系数的2.85倍，说明钢铁工业对生态环境质量的影响总体上是负向的，即钢铁工业对环境质量的损害较大，废钢循环利用将钢铁工业对生态环境质量的损害程度减轻了约1/3。
分析表4中的数据可知，生态正效益主要来自于社会废钢的回用，与此相比较，钢铁工业固体废弃物循环利用对生态正效益的贡献很小。废钢回用的主要效益是减少了铁矿石的开采和SO[,2]的排放。钢铁工业对自然资源的消耗主要是能源消耗，煤当量生态耗减值占到生态耗减值的63.53%，其次是铁矿石资源的消耗，铁矿石资源生态耗减值占生态耗减值的27.49%，水资源生态耗减值只占生态耗减值的8.97%。在钢铁工业污染物中，COD对生态环境质量的影响很小，SO[,2]是钢铁工业损害生态环境的主要污染物。
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