【摘要】：隨著2018年底中國鋼產(chǎn)量以超過9億噸的規(guī)模占世界總產(chǎn)量的50%,鋼鐵行業(yè)面臨日益嚴(yán)峻的資源、能源和環(huán)境壓力;發(fā)展鋼鐵行業(yè)內(nèi)外的產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系,評價(jià)、優(yōu)化和調(diào)控產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò),才能實(shí)施產(chǎn)業(yè)生態(tài)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展;如何評價(jià)、優(yōu)化、調(diào)控和管理鋼鐵產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)(ISISN)問題尚未解決。本文利用有效能和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析等方法分析典型案例的鋼鐵產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能,定量表征結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境行為及其變化,主要研究結(jié)果如下:共生網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建既要真實(shí)和客觀的表征鋼鐵產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程和生產(chǎn)運(yùn)營特點(diǎn),又要反映生產(chǎn)流程上下游、副產(chǎn)品和廢棄物共生利用與設(shè)施和服務(wù)共享關(guān)系。以生產(chǎn)運(yùn)行近六十多年的某鋼鐵集團(tuán)公司2012年數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),調(diào)查分析建廠初期到近期公司尺度的四種情景共生關(guān)系,提出以占地邊界為主,兼顧效率邊界、權(quán)力邊界、能力邊界、身份界限進(jìn)行系統(tǒng)邊界的設(shè)置;選擇鐵、碳和有效能(整合流)作為共生網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)流的通量指標(biāo);通過生產(chǎn)裝置、工序、車間、工廠、子公司和集團(tuán)公司等區(qū)分共生網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)尺度水平,協(xié)調(diào)和匹配節(jié)點(diǎn)尺度與節(jié)點(diǎn)之間的共生關(guān)系,構(gòu)建和定量化產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)。煤氣、爐渣、廢鐵、廢鋼、脫硫石膏等共生循環(huán)利用措施,使噸粗鋼的消耗指標(biāo)、能效指標(biāo)和排放指標(biāo)均有改進(jìn)。產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)作為嵌入外環(huán)境的子系統(tǒng),產(chǎn)業(yè)共生措施的增加引起共生網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變和對外環(huán)境影響的變化。共生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)、直接鏈接、鏈接密度、鏈接關(guān)聯(lián)度均有增加,碳代謝和有效能流營養(yǎng)等級結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu),鐵代謝呈現(xiàn)梯形結(jié)構(gòu)。效用分析說明,鐵代謝的煉鐵對外環(huán)境影響最大,煉鋼和選礦是影響鐵代謝流的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn);碳代謝對外環(huán)境影響最大的是焦化和煉鐵,焦化、煉鐵和廢物管理是影響碳代謝流的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn);整合介質(zhì)流指標(biāo)-有效能則顯示出選礦的重要性。鐵代謝以互利共生為主,偏利依賴或控制共生其次,碳代謝以偏利依賴或控制共生為主,互利共生其次。煉鐵節(jié)點(diǎn)對共生網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能起主導(dǎo)控制作用,其控制度水平排在外環(huán)境之后,且對鐵代謝具有更高的控制度,而熱電、煉鐵和焦化對碳代謝的控制度水平較高。節(jié)點(diǎn)鐵通量比碳通量對產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的貢獻(xiàn)和影響更大,控制度水平更高。共生網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和調(diào)控的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是外環(huán)境、煉鐵、熱電和焦化。流信息指數(shù)鐵、碳代謝的通量、系統(tǒng)組織上升性、系統(tǒng)發(fā)展能力在隨著共生措施的增加而不斷增加;顯示出共生網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)的改善和發(fā)展及高碳消耗和排放的特點(diǎn);平均互惠信息均呈下降趨勢。鐵代謝的平均互惠信息、組織上升性、組織成熟度高于碳代謝,碳代謝的系統(tǒng)總通量、流多樣性、發(fā)展能力、系統(tǒng)冗余和開銷高于鐵代謝。鐵代謝是以效率為主導(dǎo),碳代謝是以冗余和抵抗力為主導(dǎo)。共生網(wǎng)絡(luò)的碳代謝、鐵代謝和有效能流的系統(tǒng)代謝通量、發(fā)展能力和冗余有相同的分布特點(diǎn),以碳代謝較高;平均互惠信息、組織上升性和組織成熟度、魯棒性有類似的分布特點(diǎn),基本是以鐵代謝較高。鋼鐵產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的鐵代謝和碳代謝均有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。碳代謝、鐵代謝和有效能流相結(jié)合的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析,能夠表征產(chǎn)業(yè)鏈延伸和共生措施改變對共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境行為的變化影響;平均路徑長度、芬恩循環(huán)指數(shù)、平均營養(yǎng)水平、食碎屑/食草比、關(guān)鍵度、結(jié)構(gòu)信息和流信息指數(shù)皆可作為產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的定量表征指標(biāo),展示系統(tǒng)多層次多方位的環(huán)境管理信息。在研究共生網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境行為及系統(tǒng)響應(yīng)方面有巨大潛力。其研究結(jié)果可用于指導(dǎo)鋼鐵產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)的評價(jià)、優(yōu)化、調(diào)控和管理,并可進(jìn)一步推廣應(yīng)用到其他產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：F426.31;X322
【圖文】：

共生網(wǎng)絡(luò)及其系統(tǒng)邊界[18]

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共生網(wǎng)絡(luò)有效能桑基圖

本文編號：2806976