钢铁产业共生网络结构和功能的实证研究

发布时间：2020-08-28 02:39

【摘要】：随着2018年底中国钢产量以超过9亿吨的规模占世界总产量的50%,钢铁行业面临日益严峻的资源、能源和环境压力;发展钢铁行业内外的产业共生关系,评价、优化和调控产业共生网络,才能实施产业生态转型和可持续发展;如何评价、优化、调控和管理钢铁产业共生网络(ISISN)问题尚未解决。本文利用有效能和生态网络分析等方法分析典型案例的钢铁产业共生网络结构和功能,定量表征结构、功能和环境行为及其变化,主要研究结果如下:共生网络的构建既要真实和客观的表征钢铁产业生产系统的工艺流程和生产运营特点,又要反映生产流程上下游、副产品和废弃物共生利用与设施和服务共享关系。以生产运行近六十多年的某钢铁集团公司2012年数据为基准,调查分析建厂初期到近期公司尺度的四种情景共生关系,提出以占地边界为主,兼顾效率边界、权力边界、能力边界、身份界限进行系统边界的设置;选择铁、碳和有效能(整合流)作为共生网络介质流的通量指标;通过生产装置、工序、车间、工厂、子公司和集团公司等区分共生网络的节点尺度水平,协调和匹配节点尺度与节点之间的共生关系,构建和定量化产业共生网络。煤气、炉渣、废铁、废钢、脱硫石膏等共生循环利用措施,使吨粗钢的消耗指标、能效指标和排放指标均有改进。产业共生网络作为嵌入外环境的子系统,产业共生措施的增加引起共生网络拓扑结构的改变和对外环境影响的变化。共生网络节点数、直接链接、链接密度、链接关联度均有增加,碳代谢和有效能流营养等级结构均呈现三角形稳定结构,铁代谢呈现梯形结构。效用分析说明,铁代谢的炼铁对外环境影响最大,炼钢和选矿是影响铁代谢流的关键节点;碳代谢对外环境影响最大的是焦化和炼铁,焦化、炼铁和废物管理是影响碳代谢流的关键节点;整合介质流指标-有效能则显示出选矿的重要性。铁代谢以互利共生为主,偏利依赖或控制共生其次,碳代谢以偏利依赖或控制共生为主,互利共生其次。炼铁节点对共生网络的结构和功能起主导控制作用,其控制度水平排在外环境之后,且对铁代谢具有更高的控制度,而热电、炼铁和焦化对碳代谢的控制度水平较高。节点铁通量比碳通量对产业共生网络的贡献和影响更大,控制度水平更高。共生网络优化和调控的关键节点是外环境、炼铁、热电和焦化。流信息指数铁、碳代谢的通量、系统组织上升性、系统发展能力在随着共生措施的增加而不断增加;显示出共生网络组织结构的改善和发展及高碳消耗和排放的特点;平均互惠信息均呈下降趋势。铁代谢的平均互惠信息、组织上升性、组织成熟度高于碳代谢,碳代谢的系统总通量、流多样性、发展能力、系统冗余和开销高于铁代谢。铁代谢是以效率为主导,碳代谢是以冗余和抵抗力为主导。共生网络的碳代谢、铁代谢和有效能流的系统代谢通量、发展能力和冗余有相同的分布特点,以碳代谢较高;平均互惠信息、组织上升性和组织成熟度、鲁棒性有类似的分布特点,基本是以铁代谢较高。钢铁产业系统的铁代谢和碳代谢均有进一步优化的空间。碳代谢、铁代谢和有效能流相结合的生态网络分析,能够表征产业链延伸和共生措施改变对共生网络结构、功能和环境行为的变化影响;平均路径长度、芬恩循环指数、平均营养水平、食碎屑/食草比、关键度、结构信息和流信息指数皆可作为产业共生网络的定量表征指标,展示系统多层次多方位的环境管理信息。在研究共生网络的结构、功能和环境行为及系统响应方面有巨大潜力。其研究结果可用于指导钢铁产业网络的评价、优化、调控和管理,并可进一步推广应用到其他产业系统。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：F426.31;X322
【图文】：

共生网络及其系统边界[18]

共生网络能源桑基图

共生网络有效能桑基图

本文编号：2806976