生態(tài)工業(yè)園建設的物質和能量集成.pdf

1、綜述了清潔生產、產業(yè)生態(tài)學及循環(huán)經濟理論的意義和研究現(xiàn)狀，進一步闡述了循環(huán)經濟及其相似的理論與傳統(tǒng)學科如熱力學之間的關系，指出按自然生態(tài)的模式組織產業(yè)活動，使資源利用、產品加工、消費，及廢棄物處置構成一個循環(huán)的科學基礎在于物質不滅與能量守恒，但從熱力學意義上看，循環(huán)的困難在于將各種棄物重新分解為資源，也就是將系統(tǒng)從混亂變有序，降低系統(tǒng)的總熵，這必須由外界輸入能量才能完成。因此必須探索盡可能大規(guī)模地、“經濟”地推動產業(yè)“循環(huán)”的途徑。構建

2、生態(tài)工業(yè)園區(qū)，就是按產業(yè)生態(tài)學的理論和方法，在產業(yè)活動范圍內探索實施循環(huán)經濟的途徑和方法，如物質和能量集成。 依托實際研究課題，深入考察了上海莘莊工業(yè)區(qū)(簡稱SXIP)、上?；^(qū)(簡稱SCIP)、南京化工區(qū)(簡稱SNIP)和魯北化工集團(簡稱魯北)，及太倉新太酒精廠(簡稱新太)的現(xiàn)狀，研究在企業(yè)和園區(qū)層面如何通過副產物和廢物的交換、能量的梯級利用、公用工程的共享等手段來構建物質集成和能量集成系統(tǒng)，在區(qū)域范圍內實現(xiàn)經濟、環(huán)境、社

3、會的和諧與發(fā)展。 企業(yè)層面的物質和能量集成以新太酒精廠為案例。通過深入調查該廠的生產工藝，首次提出酒精生產的本質上就是碳元素的反應與傳遞。測定了沼氣的組成和原料木薯、沼渣、雜醇油、排放廢水的總碳含率，對各物流進行碳元素衡算，做出了酒精生產的碳元素平衡圖。結果表明，進入酒精產品的碳元素僅為44.74﹪，各副產品所含的有用碳元素分別為：沼氣8.19﹪，沼渣4.32﹪，液態(tài)C027.26﹪，雜醇油0.27﹪。系統(tǒng)的總碳元素利用率為64

4、.78﹪。副產品的回收利用使系統(tǒng)總碳利用率提高了20.01﹪。與未回收利用副產品相比，酒精生產的原料利用率提高了45﹪。 探討了新太能量集成的模式。酒精生產是個高能耗、高水耗的行業(yè)。新太通過熱電聯(lián)產，將高壓蒸汽發(fā)電，發(fā)電后的乏汽用于酒精生產的蒸煮和蒸餾工藝使用，實現(xiàn)了能源的梯級利用，企業(yè)的噸酒煤耗和電耗均優(yōu)于國內最佳水平。但是，仍有大量余熱沒有得到利用。本文運用夾點分析方法，對系統(tǒng)的熱交換網絡進行能量分析，再輔以制冷機和熱泵對系

5、統(tǒng)中的三股熱流體進行余熱回收，預測結果表明：(1)以精餾塔塔頂蒸汽(79℃)的余熱驅動吸收式制冷機，可制備冷量2305kW，對酒精發(fā)酵液(不大于33℃)進行冷卻。此舉既可節(jié)省36﹪(即78．6萬Ua)冷卻該股熱流體的冷卻水，并減少排放廢冷卻水(約45℃)所帶來的環(huán)境熱污染；又可100﹪節(jié)省冷卻發(fā)酵液的深井水(1.97·106t/a)，還可保護地下水資源。(2)利用噴射式熱泵回收廢醪液的余熱，可節(jié)省蒸汽5.94萬噸／年，同時，還能減少處理

6、這部分釜液的費用。(3)利用吸收式熱泵制熱來回收放空二次蒸汽，可節(jié)省熱量2736KW，同時還能減少放空熱蒸汽對環(huán)境的熱污染。 在區(qū)域層面上，通過研究上?；^(qū)和魯北化工區(qū)的物質集成，指出物質集成是構建生態(tài)園區(qū)的最關鍵因素，而技術創(chuàng)新則是最好的物質集成。唯有創(chuàng)新才能改變生產技術路線，在源頭顯著減少資源的投入，從根本上解決環(huán)境污染問題。如魯北的磷肥、硫酸、水泥集成中磷渣的煅燒技術一舉搬掉了紅白兩座廢渣山?；蛟诎荻惑w化項目中，苯酚在

7、雙酚A(BPA)的縮合反應和在聚碳酸酯(SPC)聚合反應中既是反應物又是產物的雙重功能，在兩個反應間循環(huán)，使項目得以一體化。 研究表明，區(qū)域的物質集成更多體現(xiàn)在過程的組織和優(yōu)化上，每一個單元可能都是常規(guī)技術，但相互配合之后，就可延伸產業(yè)鏈，并衍生生態(tài)鏈，如魯北的海洋資源生態(tài)鏈均由傳統(tǒng)產業(yè)組成，還包括會帶來大量固廢(堿石膏)的燒堿工藝，但與核心的磷肥生產線配合后，堿石膏成為生產硫酸和水泥的重要原材料。在SCIP，煉油、燒堿、聚氯乙

8、烯生產都是傳統(tǒng)化T-r藝，但是經合理組織，借助氯元素的流動，既聯(lián)接了上、中、下游企業(yè)產業(yè)鏈，又構建了新的副交換的生態(tài)鏈。 調查發(fā)現(xiàn)，與物質集成相比，區(qū)域的能源集成較易于實施。因為對于沒有明確核心企業(yè)的綜合性工業(yè)園區(qū)，企業(yè)的原材料和產品千變萬化，相互之間構建產品鏈尚且不易，更遑論構建副產物和廢物交換的生態(tài)鏈。但是，任何工業(yè)區(qū)，無論生產什么產品，都需要能源，只是對能源的形式和品位要求有所不同，而這正是構建能源集成的潛力所在。

9、 分析和計算證明，熱電聯(lián)供是區(qū)域能源集成的最有力工具。尤其是熱電冷三聯(lián)供，更進一步帶來削峰平谷、消除氟利昂制冷劑、減少開采地下水作冷卻水的優(yōu)勢。對莘莊工業(yè)區(qū)估算表明，按目前供熱能力135t／h測算，如果全部實施熱電聯(lián)供，可以多發(fā)電1.7萬kW，比分別提供等量的蒸汽和電力節(jié)能29﹪。 在研究物流和能量集成與園區(qū)生態(tài)化的關系時，將“公用工程”概念引入園區(qū)生態(tài)化建設，指出公用工程是將園區(qū)物質和能源集成的潛在可能性變?yōu)楝F(xiàn)實可行性的重要手

10、段。“七通一平”等基礎設施主要解決園區(qū)與外部的物質、信息交流，而公用工程則側重于園區(qū)內企業(yè)之間的物質、能源的交換。前者是后者的基礎，后者是前者的延續(xù)和補充。因此，基礎設施固然是園區(qū)生態(tài)化的必要條件，但公用工程則是園區(qū)生態(tài)化的充分條件。例如，在末端處理方面，通過建立三廢處理中心這樣的公用工程，可減少企業(yè)各自為政處理廢棄物的投資成本和運作風險。同時，這也是對實施多年且仍在執(zhí)行的“三同時”政策的反思。建議對于像工業(yè)區(qū)這樣的經濟實體，可修改“三

11、同時”的限制，構建三廢處理的公用工程，發(fā)揮區(qū)域物質集成的優(yōu)勢。從這個意義上看，將“公用工程”引入工業(yè)區(qū)的生態(tài)規(guī)劃，是對產業(yè)生態(tài)學“工具箱”的充實和提高。 案例分析表明，夾點分析是構建區(qū)域熱交換網絡的有效工具，尤其是它的前瞻性，可預測引進新企業(yè)可能帶來的整體能源分布的改變，這對園區(qū)企業(yè)布局大有幫助。在新太案例分析中，本文用MicrosoftAccess建立系統(tǒng)冷熱流體的數(shù)據庫，在用VB語言編制了通用的夾點分析軟件。無論系統(tǒng)有否包含

12、相變流股，該軟件均可處理，并能以表格和圖形的方式顯示包括冷熱流體的綜合曲線，夾點溫差的位置和數(shù)值，最小公用工程熱負荷和冷負荷等計算結果。 關于進一步工作的方向也進行了簡要的討論，論文建議宜加強與政府各職能部門合作，獲取更多數(shù)據以便定量分析，進行能量集成系統(tǒng)構造的投入產出分析，提出更切實可行的方案。另外，與自然生態(tài)相比，對于像莘莊工業(yè)區(qū)這樣沒有明顯核心企業(yè)的綜合園區(qū)，落戶的企業(yè)種類繁多，似乎更符合生物多樣性的原則，但要將產業(yè)生態(tài)鏈