清洁生产审核过程中的物料平衡技术与方法探讨

刘 刚，陈玉成

（1.重庆新颜科技咨询有限公司，重庆401147；2.西南大学资源环境学院，重庆400716）

企业清洁生产审核应针对审核重点开展物料平衡工作，从中分析并找出物料流失、资源浪费、污染物产生的环节和原因。通过物料平衡的建立，可以使企业和外部审核人员很直观的了解企业生产过程中物料的流向以及损失环节，从中可以找出企业生产过程中存在问题以及清洁生产的潜力，为企业有针对性的提出清洁生产方案提供依据，因此，建立物料平衡是企业实施清洁生产的必要条件和重要环节［1］。物料平衡中的关键技术包括平衡对象、平衡数据、平衡图和平衡结果分析，本文结合作者最近从事的清洁生产，从这4个方面探讨物料平衡技术与方法。

1 物料平衡对象的选取

1.1 物料平衡对象选取的一般方法

建立物料平衡的对象必须针对审核重点，即企业当中污染严重的环节或部位、消耗大的环节或部位、环境及公众压力大环节或问题以及有明显的清洁生产机会的环节或问题。在明确审核重点后，可根据审核重点的实际生产情况确定如何建立物料平衡［2］。

对工艺简单，输入输出物料种类少的生产过程，将所有输入输出物料纳入到一个物料平衡中，如某铝合金轮毂生产企业熔炼过程物料平衡见表1所示［3］。

表1 熔炼工序物料平衡数据汇总 kg·d－1

对工艺复杂，输入输出物料种类多的生产过程，可按照生产工序来进行划分，分别进行物料平衡工作，如某水泥企业，将其分为生料制备、熟料制备和水 泥制成三个工序进行物料平衡工作［4］（表2～表4）。

表2 水泥生料制备物料平衡数据汇总 t·d－1

表3 水泥熟料烧成物料平衡数据汇总 t·d－1

表4 水泥制成物料平衡数据汇总 t·d－1

对生产中使用有毒有害原料（如氰化物）、价值较高的原料（如金）以及产生特征污染因子（如重金属）等情况，在进行物料平衡工作时应考虑以此种物料作为对象进行物料平衡。如电镀行业可按照镀种不同分别进行物料平衡工作；氮肥生产行业可将NH3（或N）作为物料平衡对象；使用硫磺制硫酸的生产过程将硫作为物料平衡对象等。如某电镀企业，分别按照铜、镍、铬不同镀种进行物料平衡，以铬平衡为例［5］，见表5。

表5 镀铬物料平衡数据汇总 kg·d－1

1.2 物料平衡对象选取的特殊处理

在清洁生产审核实践中，并不是所有的审核重点都会针对生产过程，而可能是针对某一台设备、某一种资源。

针对某一设备进行物料平衡，最为常见的是将企业的燃煤锅炉作为审核重点。锅炉可能出现烟气排放超标、能效较低、水资源浪费严重等情况，根据这一些问题，可有针对性的对锅炉作硫平衡、热平衡和水平衡，以硫平衡为例［6］，见表6。

表6 燃煤锅炉硫平衡数据汇总 kg·d－1

针对某一种资源进行物料平衡，最为常见的是将某企业的用水排水作为审核重点的情况。进行此类物料平衡工作最易出现输入和输出环节的漏项，比如锅炉蒸汽冷凝水未回用直排，职工生活区洗澡水、机修产生废水等，在进行水平衡时很有可能会忽略掉，因此在数据整理时应特别注意。

针对特殊行业的情况。如采矿行业，如果将采掘的过程作为审核重点，由于此行业的特殊性，则有可能出现只有物料的输出，无物料输出的情况，或者输入物料与输出物料之间没有直接对应关系。比如煤炭采掘当中，输入矿坑木、炸药以及电力、人力等，输出原煤。出现这种情况，在审核工作当中就很难或者没有办法利用常规方式建立物料平衡。对于这种情况，在审核报告中，可通过适当的文字进行分析，阐明生产过程的特殊性。

2 物料平衡数据的获取

2.1 物料平衡数据收集的范围

对连续性生产企业，应该连续考察其72h的生产状况，收集物料平衡数据，通过按小时、按天或按生产班次求得平均值作为进行物料平衡工作的基础数据。如利用天然气制造氮肥的企业，生产连续进行，可采用此方法。

对周期性生产企业，应按照一个生产周期，如以从投料开始到产品产出为一个周期进行数据的收集，应连续考察至少三个生产周期，求得每个周期的平均值作为进行物料平衡工作的基础数据。如颜料制造和医药行业，生产过程从按配比投料、反应过程到最终产品产出为一个生产周期，可采用此方法。

对某种资源进行物料平衡工作时，如进行水平衡工作时，出现企业每天用水、每月用水有较大波动，或存在旺季淡季的生产特殊情况，按小时、天、月等方式收集数据都不能准确反映企业的生产状况时，可以按照全年的数据开展物料平衡工作。

在确定了数据收集范围后，为方便了解某项原料的收率或利用率，还可以将在此范围内收集到的数据，按照单位产品消耗进行计算［7］。比如将连续生产企业一个班次或者周期性生产企业一个周期收集的数据，按照每生产一吨产品进行物料再整理，得出结果。如某染料中间体生产企业物料平衡数据，在收集到一个周期物料平衡数据后，将其计算为每1 000kg产品的物料平衡结果，见表7。

表7 2－萘酚生产平衡数据汇总 kg·d－1

2.2 物料平衡数据获取方式

在清洁生产审核过程中，对于物料平衡数据的获取主要有以下3种方式。

现场实测。实测是物料平衡数据最直接的来源，最能反映企业生产的实际情况，是数据获取的首选方式。但是进行实测要求企业有完善的计量设备和计量手段。然而由于进行实测很可能会影响到企业的正常生产，对于大多数企业，尤其是连续性生产企业来说，完成起来比较困难。

资料查询。通过对企业生产的日报表、月报表以及产排污报表等资料进行查询，获取物料平衡数据。此种方式相对于实测，较为简单，但是报表当中的数据并没有包含原辅料在储运过程中的损失以及原有计量的误差，可能造成最后物料平衡结果的偏差，其准确性相对于实测较差。

通过工艺设计的配料比、转化率和化学反应式等资料进行测算。特别是在化工行业，对于计量设施不完善、基础资料欠缺的企业，测算方式比较适用。由于测算只是按照工艺设备的设计值（理论值）进行测算，在实际生产过程中，参数的控制和人员的操作等方面的原因，都会影响到测算的准确性，测算结果偏差较大。

以上3种方式，应考虑受审企业的实际情况进行选取。企业计量设备完善，应该首选实测，其次考虑使用资料查询方式，当前面两种方式条件不具备的时候，再选取测算方式，3种方式获取的物料平衡数据，其准确度逐次下降。

3 物料平衡图

通过将获取的物料平衡数据，用物料平衡图的形式表现出来，可以使企业更为直观的了解到在生产过程中物料的流向，同时可以发现物料损失的环节，从而找到产生废弃物的环节和部位。因此，物料平衡图的质量，将在很大程度上决定影响到对污染物产生环节的判断。

如果生产工艺简单，可直接采用黑箱图表现生产工艺过程，绘制物料平衡图。表1熔炼工序比较简单，所有的物料都进入此工序当中，并且所有的废弃物也均由此工序产生，在图中可以清楚的找到废弃物产生的环节（图1）。

图1 熔炼工序物料平衡图（单位：kg／d）

工艺复杂则可将黑箱拆分为不同工序，将每个工序的输入物料和输出物料分别标示在图上，如某涂装车间物料平衡图（图2）就可以比较清楚的知道，在涂装各个工序的输入输出物流情况，也就知道了废弃物产生的环节［8］。

图2 涂装车间物料平衡图（单位：kg／d）

另外，如果在审核时将前处理工序确定为一个审核重点，或在审核中发现此环节存在一定的问题，还可以按照图2的方法，将前处理工序划分为预脱脂、清洗、脱脂、清洗、钝化等单元操作，绘制更为详细的物料平衡图。

4 物料平衡结果的分析

在绘制完成物料平衡图后，基本上找到了生产过程中物料的流向以及产生污染物的部位和环节，随后就是对物料平衡的结果进行分析，第一是判断物料平衡是否成功。如果物料平衡结果偏差大于5%，说明物料平衡工作失败。其原因有：在进行物料平衡时，对输入输出物料种类出现了漏项，此时需要对数据进行重新核查，将漏掉的补上；如果数据是通过实测获取，则应考虑是否是由于计量设备的误差造成，应对计量设备进行重新校正后再进行实测；如果数据以测算方式获取，则应该重新进行一次测算，检查在计算当中选用的参数等是否正确，计算过程是否有误。通过以上工作，使偏差在5%以内，则认为物料平衡结果有效。

第二，对有效的物料平衡结果进行分析，主要从3方面进行：①主要原辅料的收率（利用率），并与同类企业水平进行对比，得出被审核企业资源利用水平的高低，并分析原因；②污染物产生排放情况，物料流失的种类、数量原因；③废弃物产生对正常生产有无影响，如分析出某个环节有废气产生，是否对在该环节进行劳动的职工或设备有不利影响。

第三，从物料平衡分析结果中发现企业存在问题以及进行清洁生产的潜力，从中找到解决办法，有针对性的提出清洁生产方案。

以某化工企业硫酸制造装置硫平衡为例（图3）。根据上图：总输入＝40，125.10t，总输出＝40， 125.10t，输入输出偏差小于5%，符合清洁生产物料平衡的基本要求。

图3 硫平衡图（kg／d）

分析结果：

通过硫酸装置，有效转化为产品硫酸中的硫为39 183.69t，硫的有效利用率为97.65%。

剩余的硫共计941.41t，根据物料平衡图可以计算出：

硫酸尾渣含硫：251.98t，占26.8%（占未利用硫的比例）

中和渣含硫：515.89t，占54.8%

废水中含硫：59.56t，占6.3%

硫酸尾气含硫：102.19t，占10.9%

无组织排放：11.79t，占1.3%

可见，未利用的硫大部分进入硫酸尾渣和中和渣，转化为固体废物，占81.6%；少部分随硫酸尾气和无组织排放（以二氧化硫或硫酸雾的形式），占12.1%；最后还有极少量随废水排放（主要以硫酸盐的形式），占6.3%。从环境影响的角度上讲，硫酸尾气的污染最为严重，应是关注的重点。

通过分析，可以很清楚的知道，硫酸装置硫的有效利用率为97.65%，其利用率较高，同时也发现，在产生的废弃物中，硫酸尾气是最为重要的部分，因次需要重点关注，这就是该企业发现的有清洁生产潜力的环节。

5 结 语

建立物料平衡是清洁生产审核的重要手段，是发现审核重点的物料流失环节、找出废弃物产生原因、查找物料储运、生产运行、管理以及废弃物排放等方面存在问题的基本方法，可以通过物料平衡的结果找出企业与国内外清洁生产先进水平之间的差距，同时为清洁生产方案的产生提供依据。

企业在开展清洁生产审核过程中，应重视物料平衡这项工作，根据自身实际情况选取建立物料平衡的方法，为审核工作的顺利开展提供有力的保障，打下坚实的基础。

［1］ 国家环境保护局编.企业清洁生产审计手册［M］.中国环境科学出版社.1996.12.

［2］ 郭斌，庄源益.清洁生产工艺［M］.化学工业出版社环境科学与工程出版中心.2003.5.

［3］ 李光强，朱诚意.钢铁冶金的环保与节能［M］.冶金工业出版社.2006.8.

［4］ 彭宝利.水泥生产工艺流程及设备参考图册［M］.武汉理工大学出版社.2005.1.

［5］ 冯绍斌等.电镀清洁生产工艺［M］.化学工业出版社化学与应用化学出版中心.2002.1.

［6］ 吴占松，马润田，赵满成，等.煤炭清洁有效利用技术［M］.化学工业出版社.2007.7.

［7］ 但卫华，王坤余.轻化工清洁生产技术［M］.中国纺织出版社.2008.1.

［8］ 叶扬祥，潘肇基.涂装技术实用手册［M］.机械工业出版社.2005.4.