冶金能源与环保课件1上课讲义.ppt

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1、冶金能源与环保课件冶金能源与环保课件1 1教学情况：n教学对象：冶金2010n教学目的：使学生掌握能源和环境科学的基本知识，理 解能源利用与环境保护的关系；了解国内 外冶金企业的流程特点、能源、资源消耗以 及环境问题情况；了解冶金企业节能及环保 的策略方法和环保节能的新技术。n学 时：(1-6)周 共24学时本课程的主要内容:n第一部分：能源、环境科学概论n第二部分：冶金环保 从环保的角度讨论冶金工艺工程中的环境问题以及各种污染物的产生和处理方法n第三部分：冶金节能 从节能的角度介绍钢铁联合企业各个环节的节能工艺和技术第一章 能源科学概论n能源的概念、分类、利用、转化和评价n能源的使用及对环境

2、的污染n能源和环保在国民经济中的作用n能源是人类进行生产和赖以生存的重要物质基础，是主要的动力来源n发达国家现代化（工业化）大规模开发和利用能源n国民生产总值和能源消费量成正比n能源和人民的生活、国防建设密切相关n总之：能源的拥有、开发和利用非常重要。工业化消耗自然资源提高生活水平积累社会财富第1节 能源的概念及其分类n能源的定义：是能够转换为机械能、热能、电磁能、化学 能等各种能量的资源。n能源的分类：自然界的能源可根据其形成的条件、产生周期、使用性能和利用技术状况进行分类。1 按形成条件分类n一次能源 自然界中以天然的形式存在的能量资源。例如：原煤、原油、油页岩、核燃料、植物秸秆、水能、风

3、能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能n二次能源 由一次能源直接或间接转换成为其它种类和形式的能源例如：煤气、焦炭、人造石油、汽油、煤油、柴油、重油、电力、蒸汽、热水、酒精、氢气、激光油页岩n定义定义n 一种石头，它同石油一样，是由生物的残体混同泥沙变成的，所以可以用来炼油。色浅灰至深褐，含有机质和矿物质；油页岩是人造石油的重要原料。经低温干馏可得页岩油、干馏气和页岩半焦。n开发开发植物秸秆n用途：重油n也叫重柴油。n质量分数由轻-重 依次分为汽油-柴油-重油-沥青人造石油：人造石油：n用固体含油矿物（如油页岩，煤，油砂用固体含油矿物（如油页岩，煤，油砂等可燃矿物）或液体，气体如焦油，一等可燃矿物

4、）或液体，气体如焦油，一氧化碳，氢气等加工得到。氧化碳，氢气等加工得到。n主要成分为各种主要成分为各种烃类烃类。一次能源：可分为3类n第一类：来自地球以外的能量（太阳和其它天体的能量）n矿物燃料：原煤、油等古生物沉积化石来源于太阳水能、雷电能、海洋能：水蒸发云降雨河流、海洋水能太阳辐射风能：太阳对各个地方的不同照射不同温度气压高低高压低压大气流动太阳食物：也是一种能源由此可见，大部分能量来自于太阳；同时，来自其它天体能量的：宇宙射线，由各种粒子组成，用于高能物理实验。第二类：来自地球本身的能量n海洋和地壳中储藏的核燃料所包含的原子能n地球内部的热能（地热、火山）第三类：来自地球和其它天体的作用

5、所引起的能量例如：地球和月球的吸引力而产生的潮汐能另外，一次能源按是否能“再生”分为两类：n再生能源：能重复产生的能源，太阳能、水能、风能等，不会枯竭。n非再生能源：不能重复产生的能源：原煤、原油、天然气。2 能源按使用性质分（两类）n燃料能源：矿物燃料、核燃料、生物燃料n非燃料能源：机械能、风、水、潮汐和热能n从能源的资源形态而言，还有含能体能源和过程性能源之分。含能体能源：燃料能源 过程性能源：流动过程产生能量：风等3 按利用技术状况分（两类）n常规能源：人们已经广泛使用、成熟的能源：煤、石油、地热能、核能等n新能源：（1）替代日益枯竭的常规能源（2）为环境保护，尽可能使用无污染或污染小的

6、能源新能源汽车新能源汽车第2节 能源的转化和利用风能水力海洋能地热太阳能核裂变核聚变氢天然气石油煤有机物沼气化工设备工业热装置燃烧炉风车水轮机光电能燃料电池反应堆工业原料热能热机机械能发电机电动机电能磁流体发电电炉n一次能源 能源的评价n能源各有优缺点，应具体分析和研究它们的现实性、可用性与经济性。n以下从几个方面来对能源进行评价：（1）能流密度 （2）储量 （3）储能可能性与供能连续性 （4）开发费用和利用能源的设备费用 （5）品位问题 （6）污染问题1 能流密度n定义：在一定空间或面积内，从某种能源实际所能得到的能量或功率。n能流密度很小，很难作主要能源。2 储量n足够丰富，可再生性和地理

7、分布3 储能的可能性与供能的连续性n储能：当能源不用时可以储存起来，需要时又能立即供给所需的能量。n要求它能按照需要的多少与快慢，连续不断地供应能量。n太阳能风能不易做到；化石、核燃料容易。4 开发费用和利用能源的设备费用n太阳能、风能不花费任何成本；n各种化石、核燃料从勘探开采加工煤、水力天然气、石油5 品位问题n水力能直接机械能和电能：它的品位要比必须先经过热转换的化石燃料高一些；n在热机中，热源温度越高，冷源温度越低，则循环热效率就越高：因此热源温度高的能源称为高品位能源；n在使用时，要适当安排好不同品位能源的合理利用。6 污染问题n原子能：核电站的核泄漏，贫铀穿甲弹n煤炭：大气污染n水

8、力资源：生态平衡、土壤盐碱化、影响灌溉和航运，三峡大坝n太阳能、风能、氢能：清洁能源贫铀穿甲弹兴修水利与生态环境兴修水利与生态环境n迄今为止，人类在地球上修建的水利工程无外乎两大类，即蓄水库和跨流域调水工程。它们的实质都是为解决水资源的时、空分布不平衡问题。积极影响（）跨流域调水工程会解决“调水地区”易遭洪水威胁的灾害问题，挽救地区性生态危机。（）大型蓄水库（如我国的黄河小浪底工程）既能防沙除涝，又能增加库区空气湿度，改善其周围绿色植被的生长。（）优化水质，减少水污染和下游河道的泥沙淤积。消极影响 n（）诱发地震。n（）输水渠道两岸由于渗漏，使地下水位抬高，造成大面积土壤次生盐碱化、沼泽化。n

9、（）对调出水地区生态也有不利影响。n（）打破了原有水系内的生物（尤其是珍奇动物）生活环境，严重的会造成灭绝，或打破了原有的生态平衡系统，使食物链遭到破坏，可能引起瘟疫等灾难。自然平衡自然平衡 动态的动态的第3节 能源使用与环境污染n1 民用能源消费的特点及与环境污染的关系能源消费总量约为6亿吨标准煤；民用能源消费有以下特点：u民用能源消费水平低，不能满足需要；u民用能源以煤为主，严重污染城市；直接烧煤、燃烧技术落后、无消烟除尘设备，排出大量污染物质，以SO2和烟尘为主举例说明：n一年烧煤6亿吨，平均含硫量1.25%，燃烧后其中80逸出大气变成SO2，共产生：6亿吨0.01250.82=1200

10、万吨SO2 石油、冶金、化工企业排放的SO2 全国共有2004万吨SO2污染大气（2000年数据）n火电站、飞灰排放：1500万吨污染大气n汽车尾气排放 2.环境及全球性环境问题环境及全球性环境问题n中华人民共和国环境保护法中华人民共和国环境保护法 环境是指影响人类生存和发展的各种天环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、自然遗迹、人文林、草原、野生动物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村

11、等。和乡村等。当前全球性环境问题n全球变暖 n臭氧层破坏 n酸雨 n淡水资源危机 n资源、能源短缺n森林锐减 n土地荒漠化n物种加速灭绝 n垃圾成灾 n有毒化学品污染 中国环境问题面临的挑战主要在四个方面：n（1）人口基数大；n（2）城市化进程加快，将给环境和资源造成巨大压力；n（3）经济发展快，重化工型产业比重大，资源需求多，污染大，以煤炭为主；n（4）综合决策机制尚未建立完善。雾霾雾霾n雾霾主要组成：二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。nPM2.5n一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得

12、灰蒙蒙的。颗粒物的英文缩写为PM，北京监测的是PM2.5，也就是直径小于2.5微米的污染物颗粒。这种颗粒本身既是一种污染物，又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。城市有毒颗粒物来源：n首先是汽车尾气n其次是北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气n第三是工业生产排放的废气n第四是建筑工地和道路交通产生的扬尘完成重点污染防治项目n三河：淮河、辽河、海河n三湖：太湖n滇池 n巢湖n二区：“酸雨控制区”、“二氧化硫控制区”n一市：北京市大气污染治理n一海：渤海湾海域污染治理搞好生态环境保护和建设n森林覆盖率13.9（世界平均25）；n荒漠化面积达262万平方公里；n水土流失面积达367万平方公里；n要制定生

13、态环境保护纲要，加强生态环境保护。SO2排放问题n我国是燃煤大国，是世界最大的SO2排放国之一；n目前，我国所采用控制燃煤二氧化硫污染技术大体可分为三大类：(1)燃烧前脱硫(2)燃烧中脱硫(3)燃烧后脱硫烟尘和烟尘和SO2的危害：的危害：我国水资源面临严峻形势n我国水资源面临三个严重问题：（1）水资源短缺（2）水体污染（3）洪涝灾害(1)我国是世界上缺水的国家之一n我国人均水资源2200m3，是世界人均的1/4，美国的1/5；n全国664个城市中400多个缺水；n严重缺水使人们不得不把目光投向地下；n我国华北地区已形成世界最大的地下水漏斗，地面沉降、海水入侵。（2）我国水体污染严重，质量型缺水

14、不容忽视n我国水资源利用率低，而且大量用过的水未经处理或初步处理排入江河；n废水处理率：城市20%,工业废水达标率植物牛牛奶；n进入水塘浮游生物鱼，使二恶英的浓度提高成千上万倍最终进入人体，积蓄于肝脏和脂肪中不易代谢，危害健康。二恶英的可能来源：n含氯芳香族工业化学品中，如：多氯联苯，有机氯农药和除草剂等含有微量二恶英；n在热反应过程中生成，当焚烧物中含有石油产品、塑料、纤维素和煤炭等，在300含无机氯时很容易生成二恶英；n过程：金属离子（铜、铁等）作为催化剂，导致氧在焚烧飞灰（颗粒物）表面生成CO2，芳香化合物被氯化成各种氯代芳香物而成为二恶英化合物的前体。防止二恶英污染和危害的对策n制定标

15、准限制焚烧装置二恶英排放允许值；n限制大宗有机氯化工产品中二恶英含量；n加强含多氯联苯废弃物的回收与管理；n对现有的废弃物焚烧炉加强监控和定期检测；n对待建的要做环境质量影响评价及严格审核其选点、排放、治理技术、运行管理，不允许出现二次污染。减少二恶英排放的方法：n研究表明：二恶英类的显著增加发生在焚烧炉烟气排放冷却阶段，其生成域在300左右，微量的残留有机物与HCL在金属氧化物等粉尘表面反应生成是主体；n方法：采用冷却方式使排气从高温急剧冷却到200以下，避开300左右的温度域，能较大幅度的减少二恶英生成。n为了在较早阶段除去氯素供与体，将钙粉吹入排气中用以吸收HCl，再用除尘器收集下来；n

16、控制焚烧条件，如焚烧区要有足够的氧，炉内废料氯素负荷不能过大；n维持1200高温（二恶英在1200以上几乎全部分解）；n确保物料在高温区域有一定的停留时间等都是有效措施。减少二恶英排放的方法：钢铁工业二恶英的产生n钢铁工业的Dioxin来源主要在于烧结厂、电弧炉和转炉；n电炉冶炼预热废钢时，因为废钢原料种类及夹杂物成分复杂，容易产生Dioxin；nDioxin产生后如何去除：（1）加强气体搅拌，升温至9001000，有剩余氧O/C1;（2）气体停留时间2s，避免250350温区出现（快冷）第第4节国内外环保的状况、内容和方法节国内外环保的状况、内容和方法n我国的环保水平与发达国家的差距为20年

17、；n环保和计算机信息产业在国外被称为朝阳产业朝阳产业，许多传统产业（如钢铁、石油等）大力将朝阳技术引入，获得强大的可持续发展的动力，上升到一个新的发展高度；n环保问题是其中一个重要的内容。我国和发达国家环保状况比较：n我国和发达国家所处的发展阶段不同，所以讨论的环保内涵和方法也不同；环保方法：n进入“超工业化”阶段，即工业生态阶段；n认为：技术不再是搞好环保的第一位问题，而环保的总体策略和预测才是第一位的；国外工业采用的环保方法nMacro方面：简化工艺，过程连续化，调整能源结构和产品结构，加强立法执法，强化环保组织和培训人员，加强投入，建立环保管理系统等；nMicro方面：采用过程前、过程中

18、和过程后综合治理法，主要提倡前两种治理法。我国的环保工作：n我国在这种大差距的形势下开始了繁重的环保工作；n大量污染重的工业转移到我国，如：焦炭生产、铸造半成品、化工产品等；n所以要搞好环保，我国的产业结构首先要变革。宝钢SO2削减方略：n根据总量控制原则，宝钢要削减400kg/h的SO2排放量；n处理的难点：末端尾气中SO2浓度很低，且尾气量大，所以治理难度大，投入多，目前还没有很理想的低浓度SO2烟气脱硫技术；n过程前处理：在原料和燃烧中杜绝硫的来源，大大减轻了后续工序的脱硫负担；仅采用该方法就超额完成了削减任务。能源消费的发展趋势能源消费的发展趋势n能源消费量还要大幅度增加n对能源的质量要求是优质、高效、无污染系统环保和系统节能技术n不光研究单体设备的环保和节能，而且还追求整个系统的总体排减和节能（此时不一定每个单体设备的排污和能源都最小化）；n系统环保可以防治污染的转移，达到绝对排污量的减少，达到最佳水平。计算机控制节能n节能在世界上被称为“第五能源”，计算机的运用对开发“第五能源”起到了巨大推动作用；n用与不用计算机相比：高炉可节能13，电弧炉节能314，加热炉节能78。结束结束