第2章　绿色诊断的方法和程序

2.1　绿色诊断的方法

2.1.1　系统分析方法

系统分析方法是把要解决的问题作为一个系统，对系统进行综合分析，找出可行方案的方法。系统分析方法最早是由美国兰德公可在二战结束后提出并加以使用的，源于系统科学，它从系统的着眼点或角度去考察和研究整个客观世界，为人类认识和改造世界提供科学的理论和方法。系统分析方法是诊断和研究的基本方法，通常把一个复杂的咨询或研究项目看成一个系统，通过系统目标分析、系统要素分析、系统环境分析、系统资源分析和系统管理分析，准确地诊断问题，深刻地揭示问题起因，有效地提出解决方案。

系统分析方法的核心内容有两个：一是进行“诊断”，即找出问题及其原因；二是“开处方”，即提出解决问题的最可行方案。在绿色诊断实践中，绿色诊断的主要方法之一就是系统分析方法，系统分析方法是确立绿色生产中的“统筹兼顾、效率优先”理念和方法的思想前提，其把企业效益与社会效益、经济效益和环境效益有机结合起来，把企业发展纳入社会发展的大系统中统筹兼顾，实现了生产和服务过程中废物的最小化产生与排放，将资源利用效率与末端治理统筹起来，并坚持了绿色生产的效率优先和持续推进原则。

围绕尽可能降低资源和原料消耗，实现能源的梯级利用，使用清洁能源或可再生能源，生产过程排放和废物减量化，原料对环境友好及低（无）毒性，车间布局尽可能高效、安全和环保，商品包装减量化及可循环再生等问题，通过对原料、技术工艺、设备、过程控制、管理、员工、产品和废物生产过程的八大要素进行对标分析和成功案例对照分析，找出改进点，并结合物料、能量、水及污染物平衡分析诊断，查找出可行的绿色改进方案。

2.1.2　对标分析方法

对标分析，又叫标杆分析和基准分析，是企业将自己的产品、服务和管理等相关内容和指标，以先进企业作为标杆或与相关基准进行对比分析，从而找出改进方案的诊断和研究方法。对标分析方法是一种系统、科学和规范地分析问题和解決问题的有效方法，可用于绿色诊断，也是企业不断改进和获得竞争优势的管理方法。

绿色诊断的对标分析，以污染物的无害化、减量化和资源化为重点，其过程主要包括以下几个基本步骤：确立绿色诊断的对标因素，选择标杆或基准；比较分析企业情况与标杆或基准相关对标因素的差异性；提出并选择可行的绿色改进方案。在绿色诊断实践中，对标分析的重点内容主要有以下几个方面。

1．淘汰落后工艺和设备方面的对标分析

淘汰落后工艺和设备方面的对标分析是根据国家有关法规对企业在用的工艺和设备进行对照比较，查找可行方案的分析方法。淘汰落后工艺和设备适用的法规主要有：国家发展和改革委员会2019年第29号令《产业结构调整指导目录（2019年本）》、工业和信息化部《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录》（第一批至第四批）。

《产业结构调整指导目录（2019年本）》共涉及行业48个，条目1477条，由鼓励、限制和淘汰三类项目组成，其中，鼓励类821条、限制类215条、淘汰类441条。不属于鼓励类、限制类和淘汰类，但符合国家有关法律法规和政策规定的，为允许类。允许类不列入《产业结构调整指导目录（2019年本）》。对鼓励类项目，按照有关规定审批、核准或备案；对限制类项目，禁止新建，现有生产能力允许在一定期限内改造升级；对淘汰类项目，禁止投资，并按规定期限淘汰。

2．能效指标对标分析

能效指标对标分析是将单位产品能耗、重点工序能耗、单位产品取水量、设备运行效率与国家和地方颁布的能效限额标准进行对比分析，查找可行方案的分析方法。到2020年年底，国家颁布的能耗限额标准有110项，涉及火力发电、钢铁、有色金属、建材和石油化工等高耗能行业，能耗限额标准规定了企业单位产品及工序能耗的限定值、新建准入值和先进值。到2020年年底，国家颁布了53项取水定额标准，涉及火力发电、钢铁、石油炼制、纺织染整、医药和造纸等高耗水行业，取水定额标准规定了现有企业单位产品取水量的定额指标和新建企业单位产品取水量的定额指标。到2019年年底，国家颁布了65项用能产品和设备能效标准，涵盖了变频空调、多联式空调、中小型三相异步电动机、交流接触器、清水离心泵、变压器等产品，规定了产品的能效限值、等级和节能评价值。

3．清洁生产指标对标分析

清洁生产指标对标分析是将企业清洁生产指标与国家发展和改革委员会、生态环境部颁发的行业清洁生产评价指标体系、行业清洁生产标准进行对标分析，查找可行方案的分析方法。从生产过程上看，“三耗”（物耗、能耗、水耗）与“三废”（废渣、废水、废气）是单位产品资源消耗强度与排放强度的重要指标，其先进程度反映了清洁生产的先进程度。通过清洁生产指标对标分析，查找不足与成因，从而提出可行的绿色改进方案。到2019年年底，国家发展和改革委员会颁布的行业清洁生产评价指标体系有43个，如能源消耗指标、资源消耗指标、综合利用指标、污染物排放指标等；生态环境部颁发的行业清洁生产标准有58个，给出了企业在生产过程中三级清洁生产水平的技术指标值：一级为国际清洁生产先进水平值，二级为国内清洁生产先进水平值，三级为国内清洁生产基本水平值。

4．污染物控制对标分析

污染物控制对标分析是将企业的污染物产生与排放指标与国家和地方的污染物排放标准进行对比分析，确定企业污染物产生与排放的达标程度，进而查找控制污染物产生与排放的可行方案的分析方法。

国家污染物排放标准是依法制定并具有强制效力的，是各种环境污染物排放都应遵循的行为规范，体现了国家环保方针、政策、规划，是以环境保护优化经济增长和控制环境污染源排污行为、实施环境准入和准出的重要手段，国家污染物排放标准的实施对推动产业结构调整，促进技术进步具有重要作用。按照国家现行环保法确立的污染物排放标准体系，国家污染物排放（控制）标准包括《恶臭污染物排放标准》《大气污染物综合排放标准》《锅炉大气污染物排放标准》《工业炉窑大气污染物排放标准》《污水综合排放标准》《工业企业厂界环境噪声排放标准》《固体废物污染控制标准》《行业污染物综合排放国家标准》。污染物产生量与控制量适用标准为各行业的清洁生产标准。

5．绿色工厂对标分析

绿色工厂对标分析是与工业和信息化部绿色制造体系相关标准（如《绿色工厂评价通则》）进行对标分析，从基本要求、基础设施、管理体系、能源和资源投入、产品、环境排放及绩效七个方面，确定本企业的绿色生产水平，进而查找提升企业绿色化水平改进方案的分析方法。

企业绿色工厂对标分析改进的方向包括：挖掘土地利用潜力，节约宝贵的土地资源；加强工厂用地集约化利用，提高工业用地单位土地面积的利用率；减少原料有毒有害物质使用；利用先进的处理技术，减少废物产生和排放，减少对环境的破坏，并由末端治理转为源头预防的方式；采用减少原料消耗的先进技术，注重废物资源化利用处理等功能的工艺技术；应用节能、低碳效果突出的绿色技术和设备。

2.1.3　成功案例对照方法

成功案例对照方法是利用已经实施成功的案例进行对比，提出可行的绿色诊断改进方案的方法。其关键是掌握成功案例及其实现的条件，只有在实现条件基本相同的情况下，才能成功地进行复制。

成功案例对照的范本包括国家发展和改革委员会发布的《国家重点节能低碳技术推广目录（2017年本）》、工业和信息化部发布的《国家工业节能技术装备推荐目录（2020）》、2009—2016年工业和信息化部发布的《节能机电设备（产品）推荐目录》（第一批至第七批）、2014年工业和信息化部发布的《大气污染防治重点工业行业清洁生产技术推行方案》、工业和信息化部联合科学技术部发布的《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录（2017版）》、2018年生态环境部发布的《国家先进污染防治技术目录（大气污染防治领域）》、2019年生态环境部发布的《国家先进污染防治技术目录（水污染防治领域）》。

2.1.4　平衡分析方法

平衡分析方法是分析事物之间相互关系的一种方法。它通过分析事物之间的发展是否平衡揭示事物之间出现的不平衡状态、性质和原因，指导人们去研究事物平衡的方法，促进事物的发展。平衡分析方法是深入分析生产过程相关要素的不平衡及其原因，从而提出可行的绿色诊断改进方案的方法，是绿色诊断的主要技术工具之一。绿色诊断的平衡分析通常有物料平衡分析、能量平衡分析和水平衡分析等。

2.1.4.1　物料平衡分析

物料平衡分析旨在准确地判断清洁生产审核重点的物料流，定量地确定各类物料的数量、成分及去向，从而发现无组织排放或未被注意的物料流，为制定绿色诊断方案提供科学依据。

1．物料衡算式

根据质量守恒定律，对某一个系统来说，输入的物料质量应该等于输出的物料质量与系统积累的物料质量之和，因此，物料衡算的基本关系式应表示为

式中，——输入的物料质量；

——输出的物料质量；

——系统积累的物料质量。

对任一组分或元素做物料衡算时，若系统内发生反应，则必须把反应消耗或生成的物料质量也考虑在内，因此式（2-1）变为

式中，——反应消耗或生成的物料质量。

反应消耗的物料质量取减号，反应生成的物料质量取加号。式（2-2）为物料衡算式的通用式，既可对系统的总物料进行衡算，也可对系统内的任一组分或元素进行衡算。

若系统不积累物料，则“系统积累的物料质量”一项等于零，即

若系统为稳定状态，并且有反应，则

式（2-4）为连续稳定过程物料衡算式，式中各项均用单位时间物料质量表示，常以kg/h或mol/h表示。

2．物料衡算的步骤

物料衡算的基本步骤如下。

（1）收集计算数据；

（2）画出物料流程图，标出所有物料线，注明所有已知和未知的变量；

（3）确定衡算体系；

（4）写出反应方程式，若无反应，则此步骤可略去；

（5）选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值；

（6）列出物料衡算式，并将计算结果列入输入、输出物料表。

3．编制物料平衡图

物料平衡图是针对诊断重点编制的，即用图解的方式将预平衡测算结果标示出来。但在此之前需编制诊断重点的物料流程图，即把各单元操作的输入、输出标在诊断重点的工艺流程图上。当诊断重点涉及贵重原料和有毒成分时，物料平衡图应标明其成分和数量，或者单独编制每种成分的物料平衡图。

物料流程图以各单元操作为基本单位，各单元操作用方框图表示，输入画在左边，主要的产品、副产品和中间产品按流程标示，其他输出画在右边。

物料平衡图以审核诊断重点的整体为单位，输入画在左边，主要的产品、副产品和中间产品标示在右边，气体排放物标示在上边，循环和回用物料标示在左下角，其他输出标示在下边。

4．阐述物料平衡分析结果

在实测输入、输出物料流及物料平衡的基础上，寻找物料流失和废物产生部位，阐述物料平衡分析结果，对诊断重点的生产过程进行评估，主要内容如下。

（1）物料平衡的偏差；

（2）实际原料利用率；

（3）物料流失部位（无组织排放）及其他废物产生的环节和部位；

（4）废物（包括物料流失）的种类、数量和所占比例，以及对生产和环境的影响部位。

5．物料平衡分析的深度

企业开展物料平衡分析的工作深度大致可以划分为以下四种类型。

（1）“估计型”物料平衡分析。其主要表现形式是审核企业根据经验或原设计图纸的数据，用估计和估算的方法做出的物料平衡。

（2）“简单型”物料平衡分析。其主要表现形式有两种：一是诊断企业、主要分厂或车间诊断过程中的计量器具配备和管理达到国家有关规定要求，诊断重点的一级、二级计量较完善；二是在绿色诊断和正常生产条件下，有计划、有组织地进行一个周期（不少于72h）的在线检测及必要的监测后做出的物料平衡。

（3）“重点型”物料平衡分析。其主要表现形式有两种：一是诊断企业、主要分厂或车间、主要设备诊断过程中的计量器具配备和管理达到国家有关规定要求，诊断重点的一级、二级、三级计量较完善；二是在绿色诊断和正常生产条件下，由具有相应资质的、企业自己的专业队伍或社会中介机构，有计划、有组织地进行一个周期（不少于72h）的在线检测及必要的监测后做出的物料平衡。

（4）“全面型”物料平衡分析。其主要表现形式有两种：一是诊断企业整体计量器具配备和管理达到国家有关规定要求；二是为全面准确掌握企业的物料、能源等使用情况，在诊断过程中由具有相应资质的企业自己的专业队伍或社会中介机构，有计划、全面、规范和准确地进行在线检测及必要的监测后做出的物料平衡。

2.1.4.2　能量平衡分析

1．能量平衡的方程式

能量平衡分析按照能量守恒定律，对生产中一个系统（设备装置、车间或企业等）的输入能量、有效利用能量和输出能量在数量和能的质量上的平衡关系进行考察，分析用能过程中各个环节的影响因素。能量平衡分析可以对用能情况进行定性分析和定量计算，为提高能量利用率提供依据。根据热力学第一定律，任何形式的能量都可以相互转换，而其总量保持不变。所以，对于一个确定的体系，输入体系的能量应等于输出体系的能量与体系内能量的变化之和。即

E输入=E输出+△E体系

（2-5）

式中，E输入——输入体系的能量；

E输出——输出体系的能量；

△E体系——体系内能量的变化。

若系统工质在各个地点的状态不随时间的变化而变化，则体系内的能量不发生变化，即

△E体系=0

故能量平衡的方程式为

E输入=E输出

（2-6）

2．能量平衡分析类型

能量平衡分析根据具体要求和目的不同，需要进行考察的项目也不同，因此，能量平衡有不同的形式。根据能量平衡的基础不同，能量平衡分析可分为供入能平衡、全入能平衡和净入能平衡三种类型。

1）供入能平衡

以供给体系的能源为基础的能量平衡称为供入能平衡。供给体系的能源包括煤、油、天然气等燃料或电、蒸汽、焦炭、煤气等二次能源。供入能平衡主要考察外界供给体系的能量的利用情况，这种能量平衡分析使用最多。典型的设备有锅炉加热炉、干燥箱等。令E供入=E能源，并将

E输入=E入+E进=E入+E能源+E化放

E输出=E出+E排

式中，E入——工质或物料带入的能量；

E出——工质或物料带出的能量；

E能源——一次能源和二次能源所提供的能量；

E化放——工艺过程中化学反应放出的热量；

E排——向外排出的能量；

E进——外界进入的能量。

代入式（2-6）可得，供入能的平衡方程式为

E供入=E进-E化放=(E出-E入)+(E排-E化放)

（2-7）

2）全入能平衡

全入能平衡是以进入体系的全部能量为基础的能量平衡。它主要考察进入体系的全部能量的利用情况，特别是能量回收利用情况。全入能平衡分析在石油化工等行业应用较多。

进入体系的全部能量有E入、E能源、E化放和体系回收的能量E回，即

E输入=E入+E能源+E化放+E回=E全入

E输出=E出+E排+E回

根据式（2-6）得，全入能的平衡方程式为

E全入=E入+E能源+E化放+E回=E出+E排+E回

（2-8）

3）净入能平衡

当主要考察净输入体系的能量利用情况时，一般采用净入能平衡分析。净入能平衡是以实际进入体系的能量为基础的能量平衡。例如，为了计算换热器的保温效率，需要通过净入能平衡得到散热损失的大小。体系的净入能E净入是输入体系的能量和体系损失的能量之和，即

E净入=E输入+E损失

E输出=E出-E入

根据式（2-6）得，净入能的平衡方程式为

E净入=E出-E输出=(E出-E入)+E损失

（2-9）

式中，E损失——损失的能量。

3．能量衡算的步骤

能量衡算的基本步骤如下。

（1）根据问题，把过程或设备分为若干个体系；

（2）建立能量平衡模型，标明已知条件；

（3）选择计算基准，基准的选择要方便计算，一般以过程中某物料的温度作为基准温度；

（4）列出能量平衡的方程式，进行求解。

4．能量衡算

1）工质带入（出）能

若体系入口（出口）处为质量为D的蒸汽，则供给能量为蒸汽的焓减去基准温度下水的焓，即

E=D(h汽-ho水)

（2-10）

若入口（出口）处为质量为m的空气、烟气、燃气及其他高温流体，则供给能量为相应载能体在体系入口（出口）处的焓与基准温度下的焓之差，即

E=m(h入-ho)=m(cp入t入-cpo to)

（2-11）

式中，m——流体质量；

to——基准温度，一般以环境温度为基准温度；

cp——定压比热容。

2）外界进入体系的燃烧能

燃料燃烧时所供给的能量Q燃烧包括燃料带入的能量、空气带入的能量、雾化用蒸汽带入的能量，即

Q燃烧=Q燃料入+E空气+E雾汽

（2-12）

E空气=h入-ho

式中，Q燃料入——燃料带入的能量；

E空气——空气带入的能量；

h入——体系入口处空气的焓；

ho——基准温度下空气的焓。

雾化用蒸汽带入的能量为体系入口处蒸汽的焓与基准温度下水的焓之差

E雾汽=D雾汽(h汽-ho水)

式中，D雾汽——蒸发量。

3）外界供给体系的电量和功量

E进=N+W

（2-13）

式中，N——电量，单位kJ；

W——功量，单位kJ。

4）外界供给体系的传热量Q

Q=KA△t

（2-14）

式中，K——传热系数；

A——换热面积；

△t——外界和系统的温差。

5）有放热反应的化学反应发生时的反应热Q化放（不包括燃料燃烧时提供的能量）

Q化放=mQ放

（2-15）

6）损失能量

损失能量一般是指在体系的供给能量中未被利用的能量，即供给能量除有效能量外的部分能量，主要是散失于环境中的能量。

5．阐述能量平衡结果

根据用能单位提供的统计期内能量平衡表或能源消费实物量平衡表，利用有关数据和各项统计数据审査平衡表的正确性。平衡表采用统计计算的方法，按照能源流程的四个环节，以全入能平衡为基础，研究能源进入和支出量的平衡关系。在统计资料不足，统计数据需要核校及特殊需要时，应进行实测，将测试结果折算为统计期的平均水平。通过对能量平衡表或能源消费实物量平衡表的分析，审查各项损失能源的数量及原因，对不合理或损失多的部位进行原因分析，挖掘节能潜力。

企业能量平衡分析以企业为对象，研究各类能源的收入与支出平衡、消耗与有效利用及损失之间的数量平衡，进行能量平衡分析。根据国家标准《企业能量平衡通则》（GB/T 3484—2009），企业进行能量平衡分析的目的是掌握企业的能耗情况，分析企业用能情况，挖掘企业节能潜力，明确企业节能方向，为改进能源管理，实行节能技术改造，提高企业能源利用效率，为企业用能的技术经济评价提供科学依据。在获取资料后，可以测算能量投入量、产品的产量，在此期间建立一种平衡，有助于弄清用能单位的能源管理水平及其物质能源的流动去向，帮助发现用能单位的能源利用瓶颈。

2.1.4.3　水平衡分析

企业水平衡分析是对用水单元或用水系统的水量，按照供水水量之和应等于排水水量之和的原理，进行系统的统计计算和研究分析，从而得出水量平衡关系的过程。

水平衡分析可以提高企业水的重复利用率，逐步解决企业在用水管理、用水定额、用水设备运行等方面存在的问题，建立健全的三级计量用水网络，找出企业用水结构不清、跑、冒、滴、漏等用水隐患，提高节水意识，通过采取技术和管理手段，切实加以整改。在摸清企业用水现状的基础上，通过合理化用水分析，挖掘节水潜力，制定切实可行的合理用水、节约用水的规划，建立科学的用水考核制度。

1．水平衡分析方法

水平衡分析方法有统计法和实测法两种。

1）统计法

（1）有稳定、可靠的水表统计资料，可以直接采用统计法进行企业水平衡分析。

（2）要求企业各供、用水系统及车间以上部门安装水表，计量率应达到100%，设备用水计量率不低于90%。水表的精度不低于±2.5%，并定期检查校验，可用统计法进行企业水平衡分析。

2）实测法

（1）测试参数如下。

①水量参数：新水量、重复用水量、耗水量、排水量、漏溢水量。

②水质参数：企业的主要用水点和排水点水质测试。

③水温参数：应测定循环用水进出口及对水温有要求的串联用水控制点的水温。

④水源供水：日供水量、水压、水温、水质。

（2）测定水量时，一般采用容积法、流速法。

容积法利用已知容积的水槽或水池，在一定时间内测得流入的液体体积，通过计算得到需计量的水量。容积法具有操作简单、计量较准确、对测定的水质无特殊要求等优点，适用于难以用水表测定水量的情况。

流速法根据横断面上单元面积的流量是该面积与水流速的乘积，通过分别测量各个部分的流速和面积，求得水量。

（3）测试水量的时间选取：无论是统计法还是实测法，都应考虑生产、季节等影响因素，并选取有代表性的时段。测试次数可根据企业的生产特点自定，但一般不少于三次。

（4）测试程序（选一全厂用水正常、稳定的代表日进行测试）。

（5）干支管线漏溢水量：可在生产动态或停产静态条件下，通过对各级水表测量数据的平衡分析，加以确定。

（6）设备及工序用水量：应根据设备或工序生产周期的用水量变化，确定测试水量。

（7）附属生产用水量：生活用水、洗浴用水等。

2．企业水平衡计算

企业水平衡计算应以各车间、各部门水平衡测试为基础，填写水平衡测试表，然后进行详细的计算，并画出相应的水平衡图。最后经全厂汇总，绘制出企业的水平衡图。

企业水平衡计算公式为

Q新=Q漏+Q耗+Q排

式中，Q漏——用水与储水设施漏失或溢出的水量；

Q耗——生产过程中进入产品、蒸发、飞溅、携带及生活饮用等消耗的水量；

Q排——排出系统外的水量。

Q新——自来水和自备井水供给量；

1）总用水量的计算

式中，Q进入——用水设备进水管横断面总流量，即总用水量混合值；

Q循——循环利用代替新鲜水的水量；

Q外加——新鲜水与重复水混合后的串联用水量；

Q循给——新鲜水与重复水混合的循环用水量；

Q串——生产中已利用过，又被串联输送到别处再次利用来代替新鲜水的水量。

整个体系内的总串联用水量是不包括一次用水量的二次、三次等多次利用水量的总和。循环用水量与串联用水量之和又称为重复利用水量，即

Q重=Q循+Q串

2）重复利用率的定义式及基本计算式

定义式：重复利用率=重复利用水量/总用水量×100%

基本计算式：重复利用率=(Q新+Q重)/Q重×100%

3）有效用水量

有效用水量是在维持正常生产时，用水条件和用水效果中制约用水量的所有因素所决定的需要用水量。

当制约用水量的因素确定时，有效用水量为定值。当制约用水量的因素改变时，有效用水量随之改变。

按设备、工艺、车间逐项确定有效用水量之后，将全厂的有效用水量累计起来，减去全厂的重复利用水量，就是全厂的有效新用水量。

4）支出去向

所谓支出去向，就是从体系中支出，而没有回到体系中的水量，如损漏量、消耗量、排放量、输出量。

损漏量：没有对产品做功以前，从管道中漏失的水量。

消耗量：对产品做功过程中，蒸发、产品带走的水量。计算时无论是用理论公式还是经验公式，都必须有合理的依据，不能将找不到去向的量都计入消耗量。

排放量：在生产过程中，排放到下水道的水量。测量该量时不仅要实测下水道的水量，还要测量记录水温、水质等，以便分析可回收水量或难回收原因。

输出量：用管道输送到体系以外（如甲厂输往乙厂、甲车间输往乙车间）的重复利用的水量。在水平衡表中，必须将输出量填写在支出去向后面的适当地方，才能平衡。