鋼鐵工業(yè)能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)

1、鋼鐵工業(yè)能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)鋼鐵工業(yè)能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù) 蔡蔡九九菊菊 張春霞張春霞 東東 北北 大大 學(xué)學(xué) 鋼鐵研究總院鋼鐵研究總院 2005年年9月月6日日?qǐng)?bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容（1 1）我國(guó)能源狀況和未來(lái)需求我國(guó)能源狀況和未來(lái)需求（2 2）鋼鐵工業(yè)的能源消耗與環(huán)境負(fù)荷變化鋼鐵工業(yè)的能源消耗與環(huán)境負(fù)荷變化（3 3）節(jié)能理論基礎(chǔ)節(jié)能理論基礎(chǔ)（4 4）鋼鐵企業(yè)的物質(zhì)流和能量流鋼鐵企業(yè)的物質(zhì)流和能量流（5 5）節(jié)能方向和技術(shù)支撐節(jié)能方向和技術(shù)支撐第一節(jié)第一節(jié) 我國(guó)能源狀況和未來(lái)需求我國(guó)能源狀況和未來(lái)需求 1.1 1.1 我國(guó)的能源現(xiàn)狀我國(guó)的能源現(xiàn)狀 我國(guó)已上升為世界能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)我國(guó)已上升為世界能源生

2、產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)一次能源消費(fèi)量居世界第二一次能源消費(fèi)量居世界第二, , 生產(chǎn)量居生產(chǎn)量居世界第三。世界第三。(1) (1) 能源生產(chǎn)和消費(fèi)能源生產(chǎn)和消費(fèi) 20042004年全國(guó)一次能源生產(chǎn)量年全國(guó)一次能源生產(chǎn)量18.4618.46億噸標(biāo)準(zhǔn)煤億噸標(biāo)準(zhǔn)煤 消費(fèi)量消費(fèi)量19.719.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。煤（t）原油（t）天然氣（m3）發(fā)電裝機(jī)容量千瓦發(fā)電量千瓦時(shí)其中水電千瓦時(shí)19.561.75341.284.021870328020042004年全國(guó)一次能源生產(chǎn)量（年全國(guó)一次能源生產(chǎn)量（10108 8） 類別名稱消費(fèi)量較2003年上升 百分比能源煤炭18.7億噸14.4石油2.9億噸16.8 天然

3、氣415億立方米18.5 水電3280億千瓦時(shí)15.6 核電501億千瓦時(shí)15.6 原料鋼材2.7億噸12.1 氧化鋁1284萬(wàn)噸9.7 水泥9.6億噸12.4 萬(wàn)元GDP能耗1.58標(biāo)準(zhǔn)煤12.4 20042004年全國(guó)一次能源消費(fèi)量年全國(guó)一次能源消費(fèi)量 中國(guó)的能源消費(fèi)以煤炭為主，所占比例約中國(guó)的能源消費(fèi)以煤炭為主，所占比例約70%70%左右，左右，2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代以來(lái)，在我國(guó)一次能源消費(fèi)中，石油、天然氣年代以來(lái)，在我國(guó)一次能源消費(fèi)中，石油、天然氣和水電（含核電）的消費(fèi)基本維持平穩(wěn)增長(zhǎng)，煤炭增長(zhǎng)很和水電（含核電）的消費(fèi)基本維持平穩(wěn)增長(zhǎng)，煤炭增長(zhǎng)很快。實(shí)際上是煤炭的消費(fèi)量左右了能源

4、消費(fèi)總量的增長(zhǎng)?？?。實(shí)際上是煤炭的消費(fèi)量左右了能源消費(fèi)總量的增長(zhǎng)。 我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及與世界平均水平比較我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及與世界平均水平比較中國(guó)（）世界（）年份19801990200020032003煤炭72.276.266.167.126.5石油20.716.624.622.737.3天然氣3.12.12.52.823.9一次電力4.05.16.87.412.3 可以看出，無(wú)論是石油、天然氣，還是一次電力，我國(guó)清潔可以看出，無(wú)論是石油、天然氣，還是一次電力，我國(guó)清潔能源所占比例均落后于世界平均水平。要想優(yōu)化我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，能源所占比例均落后于世界平均水平。要想優(yōu)化我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，降，低煤炭在

5、一次能源消費(fèi)中的比例，必須建立多元化的能源供降，低煤炭在一次能源消費(fèi)中的比例，必須建立多元化的能源供應(yīng)體系，開(kāi)發(fā)利用清潔能源，實(shí)現(xiàn)各種能源平衡發(fā)展。應(yīng)體系，開(kāi)發(fā)利用清潔能源，實(shí)現(xiàn)各種能源平衡發(fā)展。注：注： “一次電力一次電力”是指水電、核電、風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電總量。是指水電、核電、風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電總量。 （2 2）我國(guó)能源消費(fèi)存在的問(wèn)題）我國(guó)能源消費(fèi)存在的問(wèn)題 v據(jù)測(cè)算，每燃燒據(jù)測(cè)算，每燃燒1 1噸高硫煤，約產(chǎn)生噸高硫煤，約產(chǎn)生202030kg SO30kg SO2 2，至少至少花消花消5050元的治理費(fèi)。排放元的治理費(fèi)。排放1 1噸噸SOSO2 2的經(jīng)濟(jì)損失約的經(jīng)濟(jì)損失約50005000元。元

6、。1 1）能源消費(fèi)以煤為主，環(huán)境問(wèn)題日益突出。）能源消費(fèi)以煤為主，環(huán)境問(wèn)題日益突出。v以煤為主的能源結(jié)構(gòu)是造成大氣污染的主要原因，使用煤以煤為主的能源結(jié)構(gòu)是造成大氣污染的主要原因，使用煤炭與使用油、氣相比，不僅技術(shù)難度大，而且能源消耗高，炭與使用油、氣相比，不僅技術(shù)難度大，而且能源消耗高，并排放大量的粉塵、酸雨和溫室氣體（并排放大量的粉塵、酸雨和溫室氣體（COCO2 2）。）。v20042004年我國(guó)原油消費(fèi)量達(dá)到年我國(guó)原油消費(fèi)量達(dá)到2.92.9億噸，比億噸，比20032003年增長(zhǎng)年增長(zhǎng)16.8%16.8%，2 2）優(yōu)質(zhì)能源需求上升，石油安全不容忽視。）優(yōu)質(zhì)能源需求上升，石油安全不容忽視。4

7、2004 2004 年，石油、天然氣、水電等優(yōu)質(zhì)能源消費(fèi)量占能源年，石油、天然氣、水電等優(yōu)質(zhì)能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的消費(fèi)總量的29%29%，比，比1990 1990 年提高年提高5.2 5.2 個(gè)百分點(diǎn)，個(gè)百分點(diǎn)，v石油占消費(fèi)總量的比重由石油占消費(fèi)總量的比重由1990 1990 年的年的16.6%16.6%提高到提高到20042004年的年的21.0%21.0%，提高，提高 4.44.4個(gè)百分點(diǎn)。個(gè)百分點(diǎn)。4我國(guó)自我國(guó)自19931993年成為石油凈進(jìn)口國(guó)以來(lái)，石油的對(duì)外依存年成為石油凈進(jìn)口國(guó)以來(lái)，石油的對(duì)外依存度逐年上升。度逐年上升。v國(guó)內(nèi)原油產(chǎn)量為國(guó)內(nèi)原油產(chǎn)量為1.751.75億噸，僅比億

8、噸，僅比20032003年增長(zhǎng)年增長(zhǎng)2.9%2.9%，v石油對(duì)外依存度從石油對(duì)外依存度從20022002年的年的33%33%升至升至20042004年年45%45%左右。左右。 自自1990 1990 年以來(lái)，工業(yè)用能始終保持在年以來(lái)，工業(yè)用能始終保持在70%70%左右的左右的水平，盡管統(tǒng)計(jì)口徑不完全一致，但與國(guó)外相比，我水平，盡管統(tǒng)計(jì)口徑不完全一致，但與國(guó)外相比，我國(guó)工業(yè)用能的比重明顯偏高。我國(guó)在工業(yè)化進(jìn)程中，國(guó)工業(yè)用能的比重明顯偏高。我國(guó)在工業(yè)化進(jìn)程中，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的任務(wù)十分艱巨。調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的任務(wù)十分艱巨。3 3）工業(yè)能耗居高不下，結(jié)構(gòu)調(diào)整任重道遠(yuǎn)）工業(yè)能耗居高不下，結(jié)構(gòu)調(diào)整任重道遠(yuǎn) 2

9、002 2002 年，一、二、三產(chǎn)業(yè)和生活用能分別占能源年，一、二、三產(chǎn)業(yè)和生活用能分別占能源消費(fèi)總量的消費(fèi)總量的4.4%4.4%、69.3%69.3%、14.9%14.9%和和11.4%11.4%， 能源利用效率的高低最好用能源利用效率的高低最好用單位產(chǎn)品能耗單位產(chǎn)品能耗來(lái)表示。我來(lái)表示。我國(guó)高能耗產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品能耗比世界先進(jìn)水平高國(guó)高能耗產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品能耗比世界先進(jìn)水平高15-50% 15-50% ，其，其中典型產(chǎn)品能耗與國(guó)外比較如下表所示。中典型產(chǎn)品能耗與國(guó)外比較如下表所示。4 4）能源利用效率低，節(jié)能任務(wù)艱巨）能源利用效率低，節(jié)能任務(wù)艱巨9090年代初，發(fā)達(dá)國(guó)家的能源效率約為年代初，發(fā)達(dá)國(guó)家的

10、能源效率約為41%41%。鋼（鋼（kgcekgce/t/t鋼）鋼）中國(guó)中國(guó)715715（20022002年）年）日本日本656656（20022002年）年）乙烯（乙烯（kgcekgce/t/t）中國(guó)中國(guó)12101210日本日本870870水泥（水泥（kgcekgce/t/t）中國(guó)中國(guó)181181日本日本124124火力發(fā)電（火力發(fā)電（kgcekgce/ /kwhkwh）中國(guó)中國(guó)385385日本日本322322v 我國(guó)的礦產(chǎn)資源多以貧礦共生礦為主。在礦石預(yù)處理我國(guó)的礦產(chǎn)資源多以貧礦共生礦為主。在礦石預(yù)處理過(guò)程中消耗不少資源，尾礦處理量和排放量很大。過(guò)程中消耗不少資源，尾礦處理量和排放量很大。5

11、 5）污染嚴(yán)重，環(huán)境不堪重負(fù)）污染嚴(yán)重，環(huán)境不堪重負(fù)v 我國(guó)二次資源嚴(yán)重短缺，天然資源如鐵礦、鋁礦等的我國(guó)二次資源嚴(yán)重短缺，天然資源如鐵礦、鋁礦等的消耗量相對(duì)過(guò)高。消耗量相對(duì)過(guò)高。二次資源短缺的主要原因，是我國(guó)鋼鐵、鋁、銅等產(chǎn)品的產(chǎn)二次資源短缺的主要原因，是我國(guó)鋼鐵、鋁、銅等產(chǎn)品的產(chǎn)量持續(xù)高速增長(zhǎng)。量持續(xù)高速增長(zhǎng)。v 我國(guó)能源將長(zhǎng)期以煤為主我國(guó)能源將長(zhǎng)期以煤為主，煤的利用效率低，污染重，煤的利用效率低，污染重，節(jié)能難度大。節(jié)能難度大。v 我國(guó)還沒(méi)有擺脫我國(guó)還沒(méi)有擺脫“先污染后治理先污染后治理”的老路，如果繼續(xù)的老路，如果繼續(xù)沿著沿著“末端治理末端治理”這條路子走下去，資源將難以為繼，這條路子走

12、下去，資源將難以為繼，環(huán)境不堪重負(fù)。環(huán)境不堪重負(fù)。1.2 1.2 我國(guó)能源的未來(lái)需求我國(guó)能源的未來(lái)需求 根據(jù)根據(jù)20202020年節(jié)約型社會(huì)的奮斗目標(biāo)年節(jié)約型社會(huì)的奮斗目標(biāo)“經(jīng)濟(jì)翻兩番，經(jīng)濟(jì)翻兩番，均耗降一半均耗降一半”，即，即GDPGDP翻二番，能源翻一番，萬(wàn)元翻二番，能源翻一番，萬(wàn)元GDPGDP消耗降一半，可得未來(lái)我國(guó)的能源需求。消耗降一半，可得未來(lái)我國(guó)的能源需求。時(shí)間時(shí)間20002000200120012002200220032003200420042010201020202020GDPGDP（億元）億元）8.948.949.739.7310.5110.51 11.7211.7212.4

13、712.4717.8817.8835.7635.76能耗能耗/ /萬(wàn)元萬(wàn)元GDPGDP（噸標(biāo)煤）噸標(biāo)煤） 1.451.451.331.331.411.411.431.431.581.581.161.160.7250.725總總能耗（億噸標(biāo)煤）能耗（億噸標(biāo)煤）13.613.613.4913.4914.8214.82 16.7816.7819.719.720.820.826.0626.06 未來(lái)未來(lái)2020年煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比例緩慢下降，但以煤為年煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比例緩慢下降，但以煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生根本改變，石油的比例略有下降，天主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生根本改變，石油的比例略有下降，天然氣的

14、比例增長(zhǎng)較快，水電、核電、新能源雖有增加，但所然氣的比例增長(zhǎng)較快，水電、核電、新能源雖有增加，但所占份額不大。占份額不大。能源種類2000年（基準(zhǔn)）（）2010年（）2020年（）煤炭67.965.26358.656.6石油29.628.922.221.822.8天然氣2.64.87.17.19.7水電5.27.66.98.67.5核能0.361.21.12.92.5新能源0.290.50.42.72.9一次能源總量（億噸標(biāo)煤）13.621232629第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵工業(yè)的能源消耗與環(huán)境負(fù)荷變化鋼鐵工業(yè)的能源消耗與環(huán)境負(fù)荷變化2.1 2.1 我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能源消耗我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能源消耗 （1

15、)1)1980198020022002年噸鋼能耗的變化年噸鋼能耗的變化0.698下降率下降率45.71.180下降率下降率42；1.6461.2852.0401.7461.5601.4401.1061.0170.9800.781 0.770.77 下降率下降率53.253.2（2 2）我國(guó)鋼鐵工業(yè)的節(jié)能效果與分析）我國(guó)鋼鐵工業(yè)的節(jié)能效果與分析p pi i各工序的鋼比系數(shù)；各工序的鋼比系數(shù)；e ei i各工序的工序能耗。各工序的工序能耗。影響噸鋼綜合能耗（影響噸鋼綜合能耗（E E）的直接因素有兩類：的直接因素有兩類： 第一類，各生產(chǎn)工序的鋼比系數(shù)（第一類，各生產(chǎn)工序的鋼比系數(shù)（p pi i）；）

16、； 第二類，各生產(chǎn)工序的工序能耗（第二類，各生產(chǎn)工序的工序能耗（e ei i）。）。 在分析鋼鐵工業(yè)能耗時(shí)，同時(shí)分析鋼比系數(shù)和工序能耗這兩類在分析鋼鐵工業(yè)能耗時(shí)，同時(shí)分析鋼比系數(shù)和工序能耗這兩類因素的方法，稱作因素的方法，稱作e-pe-p分析法。分析法。計(jì)算公式：計(jì)算公式：直接節(jié)能量直接節(jié)能量間接節(jié)能量間接節(jié)能量v 年份年份焦化焦化燒結(jié)（含燒結(jié)（含球團(tuán)）球團(tuán)）煉鐵煉鐵平爐平爐轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐電爐電爐軋鋼軋鋼198021710455620067378266198518790535156483252111990185795261233830318719951807850911131319177200015

17、9704651402927411920021506845427230101變化率變化率*-30.88-34.62-18.35-30.00-59.70-39.15-62.03年的工序能耗年的工序能耗10019802002變化率的計(jì)算方法： 年份年份焦化焦化燒結(jié)（含燒結(jié)（含球團(tuán)）球團(tuán)）煉鐵煉鐵平爐平爐轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐電爐電爐軋鋼軋鋼19800.7931.7271.0820.3200.4880.1920.76519850.7061.6380.9510.2630.5211.2160.82919900.6321.6020.9900.1980.5890.2110.81119950.5591.6190.9720.1

18、370.6670.1900.81220000.4021.5170.9220.0080.8770.1150.89020020.402*1.3380.8410.8460.1540.910變化率變化率*-49.30-22.52-22.27-97.50+73.36-19.79+18.95項(xiàng)目項(xiàng)目“六五六五”“七五七五”“八五八五”“九五九五”20012002年年19802002年年噸鋼節(jié)能噸鋼節(jié)能量量噸鋼可比能耗變噸鋼可比能耗變化比例化比例-179.0-89.0-37-199.0-66.0-570.031.415.626.4934.9111.58100.0其其中中因工序能因工序能耗變化比耗變化比例例-

19、134.2-75.7-12.1-79.6-27.97-329.675.085.033.040.642.058.0因鋼比系因鋼比系數(shù)變化比數(shù)變化比例例-44.8-13.3-24.9-119.4-38.03-240.425.015.067.060.058.042.00.60.60.70.70.80.80.90.91.01.01.11.11.21.21.31.31.41.4“六五”“六五”“七五”“七五”“八五”“八五”“九五”“九五”五年內(nèi)因鋼比系數(shù)變化五年內(nèi)因鋼比系數(shù)變化五年內(nèi)因工序能耗變化五年內(nèi)因工序能耗變化五年末能耗五年末能耗間接節(jié)能：間接節(jié)能：44.8直接節(jié)能：直接節(jié)能： 134.2間接節(jié)

20、能：間接節(jié)能： 13.3直接節(jié)能：直接節(jié)能： 75.7間接節(jié)能：間接節(jié)能：119.4直接節(jié)能：直接節(jié)能：79.6間接節(jié)能：間接節(jié)能：24.9直接節(jié)能：直接節(jié)能：12.119801995：直接節(jié)能減?。褐苯庸?jié)能減小 19852000：間接節(jié)能增大：間接節(jié)能增大2000-2010：直接間接各半：直接間接各半（3)3)我國(guó)大中型企業(yè)噸鋼可比能耗與國(guó)外情況的對(duì)比我國(guó)大中型企業(yè)噸鋼可比能耗與國(guó)外情況的對(duì)比 國(guó)家國(guó)家198019902002英國(guó)英國(guó)783670663*日本日本653592620*德國(guó)德國(guó)752656602*法國(guó)法國(guó)820687683*美國(guó)美國(guó)8686735國(guó)平均國(guó)平均775.2655.66

21、42中國(guó)中國(guó)1285.01017.0715差距差距509.8361.473v我國(guó)大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼可比能耗與世界主要產(chǎn)鋼國(guó)的比較我國(guó)大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼可比能耗與世界主要產(chǎn)鋼國(guó)的比較 v大中型企業(yè)噸鋼可比能耗（指標(biāo)分解）與國(guó)外的比較大中型企業(yè)噸鋼可比能耗（指標(biāo)分解）與國(guó)外的比較工序名稱工序名稱工序能耗（工序能耗（kgce/t產(chǎn)品）產(chǎn)品） 鋼比系數(shù)鋼比系數(shù)(t/t) 噸鋼可比能耗差距（噸鋼可比能耗差距（kgce/t鋼）鋼）發(fā)達(dá)發(fā)達(dá)國(guó)家國(guó)家中國(guó)中國(guó)差距差距發(fā)達(dá)發(fā)達(dá)國(guó)家國(guó)家中國(guó)中國(guó)差距差距工序能工序能耗方面耗方面鋼比系鋼比系數(shù)方面數(shù)方面合計(jì)合計(jì)燒結(jié)燒結(jié)5768+111.041.388+0.294+14

22、.716+.8+31.5煉鐵煉鐵464454-100.7310.841+0.11-8.4+51+42.6轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼17.927+90.7490.846+0.097+7.7+1.7+9.4電爐煉鋼電爐煉鋼198.6230+31.40.2430.154-0.09+4.8-17.4-12.6軋鋼軋鋼*152.2101-51.20.8530.91+0.057-46.6+8.4-37.9“其他其他”5292+40 +40 噸鋼能耗差距（包括軋鋼工序能耗）噸鋼能耗差距（包括軋鋼工序能耗）+12.2+60.8+73 噸鋼能耗差距（不包括軋鋼工序能耗）噸鋼能耗差距（不包括軋鋼工序能耗）+58.8+52.

23、1110.92.2 2.2 我國(guó)鋼鐵工業(yè)環(huán)境負(fù)荷變化我國(guó)鋼鐵工業(yè)環(huán)境負(fù)荷變化(1)(1)我國(guó)鋼鐵工業(yè)噸鋼能耗結(jié)構(gòu)的變化我國(guó)鋼鐵工業(yè)噸鋼能耗結(jié)構(gòu)的變化能耗介質(zhì)能耗介質(zhì)1980198519901995實(shí)物量實(shí)物量/t鋼鋼tce/t鋼鋼實(shí)物量實(shí)物量/t鋼鋼tce/t鋼鋼實(shí)物量實(shí)物量/t鋼鋼tce/t鋼鋼實(shí)物量實(shí)物量/t鋼鋼tce/t鋼鋼洗精煤洗精煤,t0.9010.8290.8540.7310.7140.6410.5990.534無(wú)煙煤無(wú)煙煤,t動(dòng)力煤動(dòng)力煤,t0.3920.2800.3860.2750.3090.2200.2770.198外購(gòu)焦外購(gòu)焦,t00000.0600.060.1220.12

24、重油重油,t0.1370.1960.0650.0920.0580.0820.0450.063天然天然氣氣,m327.780.04012.470.0189.640.0145.670.008汽柴油汽柴油,t0.00690.0100.00650.010.00530.0080.00570.009外購(gòu)?fù)赓?gòu)電電,kwh733.80.296713.80.288595.40.241585.50.237噸鋼綜合噸鋼綜合能耗能耗,tce1.6461.4141.2741.170能耗介質(zhì)能耗介質(zhì)2000200120022003實(shí)物量實(shí)物量/t鋼鋼tce/t鋼鋼實(shí)物量實(shí)物量/t鋼鋼tce/t鋼鋼實(shí)物量實(shí)物量/t鋼鋼tc

25、e/t鋼鋼實(shí)物量實(shí)物量/t鋼鋼tce/t鋼鋼洗精煤洗精煤,t0.4730.4370.4090.3790.4520.4040.4190.381無(wú)煙煤無(wú)煙煤,t動(dòng)力煤動(dòng)力煤,t0.2380.1690.2120.1510.1980.1410.1920.137外購(gòu)焦外購(gòu)焦,t0.0930.090.0910.090.0830.080.0720.07重油重油,t0.0210.0280.0120.0180.0080.0110.0060.008天然天然氣氣,m32.960.00372.070.0031.770.00251.470.0021汽柴油汽柴油,t0.00070.0080.00510.0070.0020

26、0.0040.00190.003外購(gòu)?fù)赓?gòu)電電,kwh450.70.182452.40.182425.00.172418.30.169噸鋼綜合噸鋼綜合能耗能耗,tce0.9160.8220.8150.770(2) (2) 我國(guó)鋼鐵工業(yè)噸鋼氣體污染物排放負(fù)荷我國(guó)鋼鐵工業(yè)噸鋼氣體污染物排放負(fù)荷1980198020032003年間鋼鐵工業(yè)的噸鋼氣體污染物排放負(fù)荷年間鋼鐵工業(yè)的噸鋼氣體污染物排放負(fù)荷鋼鐵工業(yè)噸鋼鋼鐵工業(yè)噸鋼COCO2 2、COCO、SOSO2 2、NOxNOx的排放負(fù)荷與的排放負(fù)荷與19801980年相年相比分別下降了比分別下降了61.9%61.9%、67.0%67.0%、60.8%60

27、.8%和和62.6%62.6%。污染物污染物19801985199019952000200120022003CO2，kg3784.13392.72973.72719.72140.31875.51912.51896SO2，kg4.163.533.052.692.061.771.821.69NOx，kg11.510.89.28.36.75.96.05.6CO，kg43.538.633.931.024.321.321.620.1(3) (3) 鋼鐵工業(yè)的鋼鐵工業(yè)的COCO2 2排放排放1815519133473011700136301735024120(4) (4) 噸鋼氣體污染物排放負(fù)荷變化剖析噸

28、鋼氣體污染物排放負(fù)荷變化剖析項(xiàng)項(xiàng) 目目1980198519851990199019951995200020002003噸鋼環(huán)境負(fù)荷下降值噸鋼環(huán)境負(fù)荷下降值合計(jì)合計(jì)噸鋼環(huán)境負(fù)荷噸鋼環(huán)境負(fù)荷下降值及比例下降值及比例CO2391.4419254579.4363.52007.319.5%20.9%12.6%28.9%18.1%100%SO20.630.480.360.630.372.4725.5%19.4%14.6%25.5%15.0%100%NOX0.71.60.91.61.15.911.8%27.2%15.2%27.2%18.6%100%CO4.94.72.96.74.223.420.9%20.1

29、%12.4%28.6%18.0%100%其其中中因鋼比系數(shù)因鋼比系數(shù)變化變化CO270.8924.55146.36274.50268.51784.8539.1%SO20.120.0290.210.330.270.9638.8%NOX0.150.090.490.750.792.2738.4%CO0.910.301.443.182.908.7537.4%因工序環(huán)境因工序環(huán)境負(fù)荷變化負(fù)荷變化CO2265.28334.9172.9044.28505.011222.4560.9%SO20.430.400.110.060.511.5161.2%NOX0.581.180.250.121.503.6361.6

30、%CO3.424.110.720.525.9114.6562.6%(5) (5) 我國(guó)與世界主要產(chǎn)鋼國(guó)的噸鋼環(huán)境負(fù)荷對(duì)比我國(guó)與世界主要產(chǎn)鋼國(guó)的噸鋼環(huán)境負(fù)荷對(duì)比 kg/t鋼 CO2SO2NOX日本日本17050.60.8芬蘭芬蘭18001.61.12美國(guó)美國(guó)18801.481.43英國(guó)英國(guó)1791.41.9464.65法國(guó)法國(guó)18421.655.25國(guó)平均國(guó)平均1762.21.452.64中國(guó)中國(guó)18961.695.6差距差距133.80.242.96表表 27 日本鋼鐵工業(yè)日本鋼鐵工業(yè) 19902002 年年 CO2排放總量和噸鋼排放總量和噸鋼 CO2排放量排放量 年 1990 1995 19

31、96 1997 1998 1999 2000 2001 2002 CO2排放 106tCO2 195 1865 190 195 184 189 182 178 182 噸鋼 CO2排放 kgCO2/t-s 1744 1865 1883 1897 2025 1926 1705 1743 1652 過(guò)去過(guò)去4040年間法國(guó)鋼鐵工業(yè)年間法國(guó)鋼鐵工業(yè)COCO2 2排放降低趨勢(shì)排放降低趨勢(shì) 第三節(jié)第三節(jié) 節(jié)能理論基礎(chǔ)節(jié)能理論基礎(chǔ) 3.3.1 1 對(duì)對(duì)“能量能量”的認(rèn)的認(rèn)識(shí)識(shí)“當(dāng)任何一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量時(shí)，當(dāng)任何一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量時(shí)，其可用能（質(zhì)量）只能降低，不能提高其可

32、用能（質(zhì)量）只能降低，不能提高” v 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律能量守恒定律（無(wú)條件）能量守恒定律（無(wú)條件）“當(dāng)任何一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量時(shí)，當(dāng)任何一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量時(shí)，總量保持不變總量保持不變”說(shuō)明能量在轉(zhuǎn)換時(shí)說(shuō)明能量在轉(zhuǎn)換時(shí)數(shù)量上是守恒的數(shù)量上是守恒的 v 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律能量轉(zhuǎn)換定律（有條件）能量轉(zhuǎn)換定律（有條件）說(shuō)明了能量在轉(zhuǎn)換時(shí)在說(shuō)明了能量在轉(zhuǎn)換時(shí)在質(zhì)量上是貶值的質(zhì)量上是貶值的能量轉(zhuǎn)換具有的方向性或不可逆性能量轉(zhuǎn)換具有的方向性或不可逆性問(wèn)題：沒(méi)有區(qū)分不同形式的能量在質(zhì)量上的差別問(wèn)題：沒(méi)有區(qū)分不同形式的能量在質(zhì)量上的差別（1 1）關(guān)于熱力學(xué)

33、定律）關(guān)于熱力學(xué)定律（2 2）能量的分類）能量的分類v 第一類第一類可以不受限制地完全轉(zhuǎn)換的能量。可以不受限制地完全轉(zhuǎn)換的能量。 例：電能、機(jī)械能、位能（水力）、動(dòng)能（風(fēng)力）等功量例：電能、機(jī)械能、位能（水力）、動(dòng)能（風(fēng)力）等功量 （以作功方式傳遞的能量）（以作功方式傳遞的能量） 高級(jí)能，完全有序運(yùn)動(dòng)的能量，其數(shù)量與質(zhì)量是統(tǒng)一的。高級(jí)能，完全有序運(yùn)動(dòng)的能量，其數(shù)量與質(zhì)量是統(tǒng)一的。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換難易程度，能量可劃分為三類：根據(jù)能量轉(zhuǎn)換難易程度，能量可劃分為三類：v 第三類第三類完全沒(méi)有轉(zhuǎn)換能力的能量完全沒(méi)有轉(zhuǎn)換能力的能量 例：處于環(huán)境狀態(tài)下的大氣、海洋、巖石等所具有的內(nèi)例：處于環(huán)境狀態(tài)下的大氣、海

34、洋、巖石等所具有的內(nèi) 能和焓，雖然它們具有相當(dāng)數(shù)量的能量，在技術(shù)上能和焓，雖然它們具有相當(dāng)數(shù)量的能量，在技術(shù)上 卻無(wú)法轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。卻無(wú)法轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α５图?jí)能，是只有數(shù)量而無(wú)質(zhì)量的無(wú)序能量。低級(jí)能，是只有數(shù)量而無(wú)質(zhì)量的無(wú)序能量。v 第二類第二類具有部分轉(zhuǎn)換能力的能量具有部分轉(zhuǎn)換能力的能量 例：熱能、物質(zhì)內(nèi)能、焓等熱量（以傳熱方式傳遞的能量）例：熱能、物質(zhì)內(nèi)能、焓等熱量（以傳熱方式傳遞的能量） 中級(jí)能，無(wú)序的能量可以部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)的能量。中級(jí)能，無(wú)序的能量可以部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)的能量。 “ “熱能不可能連續(xù)地全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，機(jī)械能卻可全部轉(zhuǎn)熱能不可能連續(xù)地全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，機(jī)械能卻可全部轉(zhuǎn) 變

35、為熱能變?yōu)闊崮堋薄?數(shù)量和質(zhì)量是不統(tǒng)一的。數(shù)量和質(zhì)量是不統(tǒng)一的。（3 3）能量中的）能量中的“ ”“ ”與與“ ”“ ” （ExergyExergy）環(huán)境條件下能夠完全地連續(xù)地轉(zhuǎn)化為環(huán)境條件下能夠完全地連續(xù)地轉(zhuǎn)化為任何一種其它形式的能量，即可用能、可用功。任何一種其它形式的能量，即可用能、可用功。 （AnergyAnergy）不能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰浚荒軌蜣D(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰浚?即無(wú)效能、無(wú)用功。即無(wú)效能、無(wú)用功。 例如：機(jī)械能、電能全是例如：機(jī)械能、電能全是 ， 0 0；自然環(huán)境的熱能以及從環(huán)境輸入、輸出的熱能自然環(huán)境的熱能以及從環(huán)境輸入、輸出的熱能全為全為 ， 0 0。（4 4

36、）能級(jí)）能級(jí) 表征能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪芰图夹g(shù)上的有用程度，表征能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪芰图夹g(shù)上的有用程度，因此可以用因此可以用 來(lái)評(píng)價(jià)能量的質(zhì)量或級(jí)位。來(lái)評(píng)價(jià)能量的質(zhì)量或級(jí)位。v 熱量熱量 熱能屬于第二類能量，其熱能屬于第二類能量，其 值取決于自身的狀態(tài)參數(shù)（值取決于自身的狀態(tài)參數(shù)（T T、P P等）等）和環(huán)境的狀態(tài)（和環(huán)境的狀態(tài)（T T0 0）。）。當(dāng)與環(huán)境出于平衡狀態(tài)時(shí)，其當(dāng)與環(huán)境出于平衡狀態(tài)時(shí)，其 值值0 0 熱量是一個(gè)系統(tǒng)通過(guò)邊界的以傳熱方式傳遞的能量熱量是一個(gè)系統(tǒng)通過(guò)邊界的以傳熱方式傳遞的能量 熱量熱量 系統(tǒng)所傳遞的熱量系統(tǒng)所傳遞的熱量Q Q在給定環(huán)境條件下，用可逆方式所在給定環(huán)境條件下，用

37、可逆方式所能做出的最大功能做出的最大功W Wmaxmax. .maxWEex)1 (0TTQ即即卡諾因子（卡諾循環(huán)熱效率）是熱卡諾因子（卡諾循環(huán)熱效率）是熱變功的最高限度。變功的最高限度。 根據(jù)能量守恒，任何一種能量均可分為根據(jù)能量守恒，任何一種能量均可分為 和和 兩部分兩部分 TTQEQex0AnexEEE 能級(jí)能級(jí)（質(zhì)）質(zhì)） 能量中能量中 所占的比例，衡量能量作功所占的比例，衡量能量作功能力大小的統(tǒng)一尺度。能力大小的統(tǒng)一尺度?？偰芰炕鹩?高級(jí)能（功量）：高級(jí)能（功量）： 低級(jí)能（環(huán)境中）：低級(jí)能（環(huán)境中）： 中級(jí)能（熱量）：中級(jí)能（熱量）：101高溫物質(zhì)的能級(jí)高溫物質(zhì)的能級(jí) 000ln1T

38、TTTT能級(jí)只與溫度有關(guān)，而與物質(zhì)能級(jí)只與溫度有關(guān)，而與物質(zhì)種類無(wú)關(guān)。溫度越高能級(jí)越高，種類無(wú)關(guān)。溫度越高能級(jí)越高，焓中具有的焓中具有的 越大。越大。 可用來(lái)估計(jì)余熱轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的能力，是可用來(lái)估計(jì)余熱轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的能力，是可能回收的最大功率。可能回收的最大功率。 理論值實(shí)際值（大約是理論值的一半左右）能級(jí)0TT（5 5）用能過(guò)程或能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中的能量損失）用能過(guò)程或能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中的能量損失v通常理解為：從用能設(shè)備或能量轉(zhuǎn)換裝置散失到外界環(huán)境中去的通常理解為：從用能設(shè)備或能量轉(zhuǎn)換裝置散失到外界環(huán)境中去的那部分能量，對(duì)散失的能量并不區(qū)分哪些是可被轉(zhuǎn)化利用的（那部分能量，對(duì)散失的能量并不區(qū)分哪些是可被

39、轉(zhuǎn)化利用的（ ），），哪些則不具備這種品質(zhì)（哪些則不具備這種品質(zhì)（ ）。）。v正確理解：從能的使用價(jià)值考慮問(wèn)題，主要指正確理解：從能的使用價(jià)值考慮問(wèn)題，主要指“ ”“ ”損失，既注損失，既注意散失到環(huán)境中去的意散失到環(huán)境中去的“外部損失外部損失”，更要注重設(shè)備或過(guò)程中的，更要注重設(shè)備或過(guò)程中的“內(nèi)內(nèi)部損失部損失”，特別是能量使用價(jià)值的喪失。多數(shù)情況下，能量損失主，特別是能量使用價(jià)值的喪失。多數(shù)情況下，能量損失主要是由內(nèi)部損失造成的，外部是表現(xiàn)，內(nèi)部是外部損失的根源。要是由內(nèi)部損失造成的，外部是表現(xiàn)，內(nèi)部是外部損失的根源。v不可逆過(guò)程的不可逆過(guò)程的 損失。損失。 損失損失不可逆過(guò)程中不可逆過(guò)程中

40、 的減少量。自然界中實(shí)際過(guò)程均為不可的減少量。自然界中實(shí)際過(guò)程均為不可逆過(guò)程，它將使能量中的逆過(guò)程，它將使能量中的 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?，造成能量的貶值（一部分，造成能量的貶值（一部分 被消滅），即被消滅），即 損失。損失。舉例：因溫差引起的舉例：因溫差引起的 損失損失式中式中 為高低溫物體接觸界面?zhèn)鬟f的微元熱量，為高低溫物體接觸界面?zhèn)鬟f的微元熱量，T T0 0為環(huán)境為環(huán)境溫度，溫度，T TH H為高溫物體的溫度，為高溫物體的溫度，T T2 2為低溫物體的溫度。為低溫物體的溫度。由上式可知：由上式可知： LHLHTTTTdQT0傳熱火用損失dQ傳遞單位熱量的熱損失，不僅與溫度差成正比，而且傳遞單位熱

41、量的熱損失，不僅與溫度差成正比，而且與高低溫物質(zhì)溫度的乘積成反比。與高低溫物質(zhì)溫度的乘積成反比。 傳熱將造成傳熱將造成 減少，傳熱溫差越大，減少，傳熱溫差越大， 損失也越大；損失也越大； 當(dāng)傳熱溫差相同時(shí)，高溫時(shí)的熱損失比低溫時(shí)小；當(dāng)傳熱溫差相同時(shí)，高溫時(shí)的熱損失比低溫時(shí)?。?要求要求 損失一定時(shí)，溫度水平高時(shí)允許選用較大的傳熱溫?fù)p失一定時(shí)，溫度水平高時(shí)允許選用較大的傳熱溫差（如蒸汽鍋爐），溫度水平低時(shí)允許選用較小的傳熱溫差差（如蒸汽鍋爐），溫度水平低時(shí)允許選用較小的傳熱溫差（如低溫?fù)Q熱器）。（如低溫?fù)Q熱器）。v節(jié)能的本質(zhì)是減少節(jié)能的本質(zhì)是減少 損失，節(jié)能就是節(jié)損失，節(jié)能就是節(jié)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的

42、能量分析結(jié)果：對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的能量分析結(jié)果：按第一定律分析按第一定律分析能量損失最多的是能量損失最多的是“冷凝器冷凝器”（外部損失）（外部損失）按第二定律分析按第二定律分析能量損失最多的是能量損失最多的是“鍋爐鍋爐”（內(nèi)部損失）（內(nèi)部損失）結(jié)論：結(jié)論：節(jié)能的主攻方向不在節(jié)能的主攻方向不在“冷凝器冷凝器”，而是降低鍋爐的，而是降低鍋爐的 損失率。損失率。措施：采用高溫高壓機(jī)組，發(fā)展燃?xì)獯胧翰捎酶邷馗邏簷C(jī)組，發(fā)展燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)等蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)等 （火力發(fā)電廠的發(fā)展方向）（火力發(fā)電廠的發(fā)展方向）分析方法分析方法鍋爐鍋爐蒸汽管網(wǎng)蒸汽管網(wǎng)汽輪機(jī)組汽輪機(jī)組冷凝器冷凝器汽機(jī)汽機(jī)加熱器加熱器第一

43、定律第一定律熱損失，熱損失，kJ/kg蒸汽蒸汽熱損失率，熱損失率，258.39.027.21.0132.34.61562.954.4第二定律第二定律 損失，損失，kJ/kg蒸汽蒸汽 損失率，損失率，1647.057.033.11.2134.84.723.90.8141.14.9（6 6）能源利用率的評(píng)價(jià)指標(biāo)（熱效率的局限性）能源利用率的評(píng)價(jià)指標(biāo)（熱效率的局限性）1) 熱效率熱效率被利用的能量與消耗的能量在數(shù)量上的比值被利用的能量與消耗的能量在數(shù)量上的比值（第一定律），用作衡量用能設(shè)備好壞和熱利用（第一定律），用作衡量用能設(shè)備好壞和熱利用裝置的完善程度，不是一個(gè)很合理的尺度。裝置的完善程度，不是

44、一個(gè)很合理的尺度。 熱效率熱效率 效率效率用能設(shè)備和能量轉(zhuǎn)換裝置的能源利用水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)有：用能設(shè)備和能量轉(zhuǎn)換裝置的能源利用水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)有：被利用的被利用的火用火用與消費(fèi)的與消費(fèi)的火用的比值火用的比值（第二定（第二定律），評(píng)價(jià)能量轉(zhuǎn)換設(shè)備或過(guò)程的技術(shù)完善程度律），評(píng)價(jià)能量轉(zhuǎn)換設(shè)備或過(guò)程的技術(shù)完善程度和熱力學(xué)完善程度的統(tǒng)一指標(biāo)。和熱力學(xué)完善程度的統(tǒng)一指標(biāo)。 效率以效率以 為基準(zhǔn)，不同形式能量的為基準(zhǔn)，不同形式能量的 是等價(jià)的是等價(jià)的 熱效率只計(jì)能量的數(shù)量，不管能量的品質(zhì)高低，往往不能反映熱效率只計(jì)能量的數(shù)量，不管能量的品質(zhì)高低，往往不能反映裝置的完善程度裝置的完善程度 效率與熱效率的區(qū)別：效率

45、與熱效率的區(qū)別：2) 產(chǎn)品能耗（產(chǎn)品能耗（b）最終產(chǎn)品天然資源消耗的能源消耗的非能源某種產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中全社會(huì)的消耗的能源總量（理論上）為完某種產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中全社會(huì)的消耗的能源總量（理論上）為完全能耗。規(guī)定了范圍的完全能耗為單位產(chǎn)品能耗全能耗。規(guī)定了范圍的完全能耗為單位產(chǎn)品能耗。 對(duì)能源轉(zhuǎn)換設(shè)備或過(guò)程而言：對(duì)能源轉(zhuǎn)換設(shè)備或過(guò)程而言：熱效率指標(biāo)和單位能耗指標(biāo)是一致的熱效率指標(biāo)和單位能耗指標(biāo)是一致的 對(duì)用能設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程而言：對(duì)用能設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程而言：熱效率指標(biāo)和單位能耗指標(biāo)是不一致的熱效率指標(biāo)和單位能耗指標(biāo)是不一致的 b ； b b ； b 例例1120020冷裝料連續(xù)加熱爐冷裝料連續(xù)加熱爐 熱效

46、率熱效率高（溫差大，鋼坯得到的熱量份額大）高（溫差大，鋼坯得到的熱量份額大） 單位能耗大（溫差大，傳熱單位能耗大（溫差大，傳熱 損失大）損失大）1200800熱裝料連續(xù)加熱爐熱裝料連續(xù)加熱爐 熱效率熱效率低（溫差小，鋼坯得到的熱量份額少）低（溫差小，鋼坯得到的熱量份額少） 單位能耗低（溫差小，傳熱單位能耗低（溫差小，傳熱 損失少）損失少）例例2 高爐高爐轉(zhuǎn)爐流程：熱效率高（高爐轉(zhuǎn)爐流程：熱效率高（高爐高），單耗大高），單耗大 廢鋼廢鋼電爐流程：熱效率低（電爐電爐流程：熱效率低（電爐低），單耗小低），單耗小例例3 甲乙兩個(gè)企業(yè)，甲企業(yè)燃料消耗用于供熱占甲乙兩個(gè)企業(yè)，甲企業(yè)燃料消耗用于供熱占707

47、0，用于發(fā)電占，用于發(fā)電占3030，供熱效率，供熱效率6060，發(fā)電效率，發(fā)電效率4040，企業(yè)用能總熱效率為，企業(yè)用能總熱效率為%54%40%30%60%20企業(yè)乙分別以相同的供熱和發(fā)電效率耗用燃料，只是用企業(yè)乙分別以相同的供熱和發(fā)電效率耗用燃料，只是用70燃料去燃料去發(fā)電，用發(fā)電，用30燃料去供熱，實(shí)質(zhì)上企業(yè)乙對(duì)能源的利用更有效，單燃料去供熱，實(shí)質(zhì)上企業(yè)乙對(duì)能源的利用更有效，單位能耗低?？墒撬挠媚芸偀嵝蕿槲荒芎牡??？墒撬挠媚芸偀嵝蕿?46%40%70%60%30 而若是采用另一種供暖方式而若是采用另一種供暖方式熱機(jī)熱泵供暖，根據(jù)熱力熱機(jī)熱泵供暖，根據(jù)熱力學(xué)的基本原理可知，在理想的情

48、況下，供暖的學(xué)的基本原理可知，在理想的情況下，供暖的“效率效率”可達(dá)到可達(dá)到例例4 4：冬季火爐供暖，設(shè)燃料發(fā)出的熱量為：冬季火爐供暖，設(shè)燃料發(fā)出的熱量為Q Q1 1, ,室內(nèi)空氣接受的熱室內(nèi)空氣接受的熱量為量為Q Q2 2。假設(shè)保溫良好。假設(shè)保溫良好。 因?yàn)楸亓己?，可知其熱效率為因?yàn)楸亓己?，可知其熱效率?00100。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，已沒(méi)有節(jié)能潛力可挖。已沒(méi)有節(jié)能潛力可挖。%124329327311800273111201012TTTTQQ熱源T1=1800K可逆熱機(jī)可逆熱泵外界環(huán)境T0273K室溫T2293KQ2Q13.3.2 2節(jié)能潛力的分析方法節(jié)能潛力的分

49、析方法 （1 1）第一定律分析法第一定律分析法 運(yùn)用熱平衡原理，以運(yùn)用熱平衡原理，以熱效率熱效率為基本準(zhǔn)則，分析、評(píng)價(jià)為基本準(zhǔn)則，分析、評(píng)價(jià)用能設(shè)備和系統(tǒng)能量有效利用狀況的方法，習(xí)慣上也稱之用能設(shè)備和系統(tǒng)能量有效利用狀況的方法，習(xí)慣上也稱之為焓分析法。為焓分析法。 基本內(nèi)容包括：基本內(nèi)容包括：根據(jù)能量系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，建立系統(tǒng)的能量平衡；根據(jù)能量系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，建立系統(tǒng)的能量平衡；根據(jù)能量平衡，計(jì)算熱效率，用以評(píng)價(jià)用能系統(tǒng)的優(yōu)劣；根據(jù)能量平衡，計(jì)算熱效率，用以評(píng)價(jià)用能系統(tǒng)的優(yōu)劣；計(jì)算各項(xiàng)熱損失，找出熱損失最大的薄弱環(huán)節(jié)和部位，從而計(jì)算各項(xiàng)熱損失，找出熱損失最大的薄弱環(huán)節(jié)和部位，從而 確定節(jié)能

50、潛力所在確定節(jié)能潛力所在不足之處：不足之處：熱效率熱效率與與節(jié)能潛力節(jié)能潛力之間很多時(shí)候是矛盾的。之間很多時(shí)候是矛盾的。（2 2）第二定律分析法第二定律分析法 同時(shí)依據(jù)第一、第二兩大定律，體現(xiàn)能的全面本性同時(shí)依據(jù)第一、第二兩大定律，體現(xiàn)能的全面本性（在量上的（在量上的守恒性與守恒性與在質(zhì)上的在質(zhì)上的貶質(zhì)性）貶質(zhì)性），而建立的分析方，而建立的分析方法，稱為法，稱為第二定律分析方法第二定律分析方法。 火用火用分析法分析法 從從可用能可用能的角度來(lái)分析用能過(guò)程，從能量的的角度來(lái)分析用能過(guò)程，從能量的量量和和質(zhì)質(zhì)兩個(gè)兩個(gè) 方面指出其節(jié)能潛力所在。方面指出其節(jié)能潛力所在。 計(jì)算出各個(gè)過(guò)程，以及由若干過(guò)程

51、所組成的子系統(tǒng)的火計(jì)算出各個(gè)過(guò)程，以及由若干過(guò)程所組成的子系統(tǒng)的火用損。用損。v火用分析法的基本內(nèi)容火用分析法的基本內(nèi)容在選定計(jì)算基準(zhǔn)的情況下，根據(jù)火用的概念采用熱力學(xué)在選定計(jì)算基準(zhǔn)的情況下，根據(jù)火用的概念采用熱力學(xué)計(jì)算方法，直接計(jì)算出物質(zhì)或物流在某個(gè)狀態(tài)的火用值；計(jì)算方法，直接計(jì)算出物質(zhì)或物流在某個(gè)狀態(tài)的火用值；v火用分析的作用火用分析的作用合理評(píng)價(jià)能量的有效利用程度合理評(píng)價(jià)能量的有效利用程度科學(xué)診斷各項(xiàng)能量損失的大小及比例科學(xué)診斷各項(xiàng)能量損失的大小及比例指導(dǎo)正確的節(jié)能方向指導(dǎo)正確的節(jié)能方向(3)(3)兩種分析法的不同之處兩種分析法的不同之處v從實(shí)質(zhì)上看，熱力學(xué)第一定律的節(jié)能潛力分析法僅著眼

52、從實(shí)質(zhì)上看，熱力學(xué)第一定律的節(jié)能潛力分析法僅著眼于外部能量損耗；于外部能量損耗；v熱力學(xué)第二定律的節(jié)能潛力分析法則從內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)熱力學(xué)第二定律的節(jié)能潛力分析法則從內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)方面著手，揭示了能量損失的實(shí)質(zhì)方面著手，揭示了能量損失的實(shí)質(zhì)內(nèi)部損失和外部損失是相互影響、相互作用的內(nèi)部損失和外部損失是相互影響、相互作用的內(nèi)部損失由系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)程的不可逆性引起的，是能量?jī)?nèi)部損失由系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)程的不可逆性引起的，是能量質(zhì)量的降低，它是外部損失的根源，任何實(shí)際過(guò)程都是質(zhì)量的降低，它是外部損失的根源，任何實(shí)際過(guò)程都是不可逆的，所以說(shuō)內(nèi)部損失是不可避免的，只能把它控不可逆的，所以說(shuō)內(nèi)部損失是不可避免的，只能把它

53、控制在某個(gè)最佳值；制在某個(gè)最佳值； 外部損失實(shí)際是內(nèi)部損失的表現(xiàn)，但它也在某種程度外部損失實(shí)際是內(nèi)部損失的表現(xiàn)，但它也在某種程度上影響著內(nèi)部損失；上影響著內(nèi)部損失；v對(duì)內(nèi)部損失和外部損失的理解對(duì)內(nèi)部損失和外部損失的理解第四節(jié)第四節(jié) 鋼鐵廠的物質(zhì)流和能量流鋼鐵廠的物質(zhì)流和能量流 4.1 4.1 鋼鐵企業(yè)消耗的能源鋼鐵企業(yè)消耗的能源 為了滿足鋼鐵生產(chǎn)的需要而進(jìn)行轉(zhuǎn)換加工的能源為了滿足鋼鐵生產(chǎn)的需要而進(jìn)行轉(zhuǎn)換加工的能源 洗精煤洗精煤焦炭焦炭 動(dòng)力煤動(dòng)力煤蒸汽、電力蒸汽、電力 電電 能能壓縮空氣、鼓風(fēng)、氧氣、冷卻水壓縮空氣、鼓風(fēng)、氧氣、冷卻水 回收的副產(chǎn)能源回收的副產(chǎn)能源 焦油、粗苯，焦?fàn)t煤氣、高爐煤

54、氣、轉(zhuǎn)爐煤氣焦油、粗苯，焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣 生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余能生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余能 爐窯廢氣余熱，冷卻水余熱，成品、半成品、廢渣的固體余爐窯廢氣余熱，冷卻水余熱，成品、半成品、廢渣的固體余熱，高爐的爐頂余壓熱，高爐的爐頂余壓4.2 4.2 鋼鐵企業(yè)的余熱資源及其回收鋼鐵企業(yè)的余熱資源及其回收 鋼鐵生產(chǎn)以消耗熱能為主，所以余能中絕大部分是以熱鋼鐵生產(chǎn)以消耗熱能為主，所以余能中絕大部分是以熱能的形式存在，如能的形式存在，如: :排氣顯熱、高溫成品的顯熱、高溫廢渣排氣顯熱、高溫成品的顯熱、高溫廢渣的顯熱、冷卻水帶走的顯熱的顯熱、冷卻水帶走的顯熱判斷是否真是余熱，決定于后續(xù)工藝流程能否繼續(xù)

55、使用，判斷是否真是余熱，決定于后續(xù)工藝流程能否繼續(xù)使用，只有后續(xù)工序無(wú)法利用的才算為余熱。如只有后續(xù)工序無(wú)法利用的才算為余熱。如, 鋼坯的顯然最鋼坯的顯然最好直接輸入下道工序（熱銜接），作為好直接輸入下道工序（熱銜接），作為100的可用能，的可用能，沒(méi)有沒(méi)有 損失；如果用熱交換的方式（鋼坯余熱鍋爐）回收損失；如果用熱交換的方式（鋼坯余熱鍋爐）回收鋼坯顯熱，將造成鋼坯顯熱，將造成 貶值。貶值。其次，調(diào)查裝置本身是否還有節(jié)能潛力，降低設(shè)備的單其次，調(diào)查裝置本身是否還有節(jié)能潛力，降低設(shè)備的單位能耗，可減少余熱余能的生成量，它比通過(guò)余熱回收位能耗，可減少余熱余能的生成量，它比通過(guò)余熱回收裝置回收能量更

56、為經(jīng)濟(jì)、有效。爐窯要盡量減少用能過(guò)裝置回收能量更為經(jīng)濟(jì)、有效。爐窯要盡量減少用能過(guò)程的程的 損失，不應(yīng)把希望寄托在損失，不應(yīng)把希望寄托在“回收回收”已經(jīng)發(fā)生的損已經(jīng)發(fā)生的損失上去。已經(jīng)發(fā)生的不可逆損失是絕不可能再回收的！失上去。已經(jīng)發(fā)生的不可逆損失是絕不可能再回收的！ 根據(jù)余熱資源的數(shù)量、品質(zhì)和企業(yè)需求，盡量生產(chǎn)能根據(jù)余熱資源的數(shù)量、品質(zhì)和企業(yè)需求，盡量生產(chǎn)能質(zhì)高、質(zhì)高、 值大的物質(zhì)或能量（余熱的能質(zhì)要升值）。值大的物質(zhì)或能量（余熱的能質(zhì)要升值）。順序：順序： 生產(chǎn)再生資源生產(chǎn)再生資源H2, CO, 甲醇、甲醇、CO2 直接熱回收直接熱回收預(yù)熱空氣、煤氣預(yù)熱空氣、煤氣(蓄熱室技術(shù)蓄熱室技術(shù))、

57、干燥物料、干燥物料方便、經(jīng)濟(jì)方便、經(jīng)濟(jì) 動(dòng)力回收動(dòng)力回收燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電原則：根據(jù)供需情況原則：根據(jù)供需情況“按質(zhì)用能、熱盡其用按質(zhì)用能、熱盡其用”燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電蒸汽動(dòng)力循環(huán)的主要蒸汽動(dòng)力循環(huán)的主要 損失在鍋爐內(nèi)，其中燃燒損失在鍋爐內(nèi)，其中燃燒 損失和損失和傳熱損失占主要部分。目前采用水蒸汽為工質(zhì)的蒸汽動(dòng)力傳熱損失占主要部分。目前采用水蒸汽為工質(zhì)的蒸汽動(dòng)力循環(huán)已無(wú)法避免這一損失。循環(huán)已無(wú)法避免這一損失。 135空氣2燃料排氣4蒸汽61壓氣機(jī)；2燃燒室；3燃?xì)廨啓C(jī)；4余熱鍋爐；5汽輪機(jī)；6冷凝器；7給水泵7“熱電聯(lián)產(chǎn)熱泵系統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)熱泵系統(tǒng)”替代

58、燃煤直接供熱替代燃煤直接供熱 熱泵把消耗的電能轉(zhuǎn)化為熱能輸向供熱對(duì)象，依靠防止能熱泵把消耗的電能轉(zhuǎn)化為熱能輸向供熱對(duì)象，依靠防止能質(zhì)下降的補(bǔ)償作用，將低溫?zé)嵩吹臒崃抠|(zhì)下降的補(bǔ)償作用，將低溫?zé)嵩吹臒崃俊氨帽谩彼偷礁邷責(zé)嵩础Ｋ偷礁邷責(zé)嵩?。可以做到用一份燃料熱獲取可以做到用一份燃料熱獲取4倍的供熱量倍的供熱量 T燃燒1800KT供熱300KT環(huán)境250KQ1Q2W4.3 4.3 鋼鐵企業(yè)中的物質(zhì)流鋼鐵企業(yè)中的物質(zhì)流 （1 1） 物質(zhì)流物質(zhì)流物質(zhì)流的方向與鋼鐵生產(chǎn)流程的走勢(shì)一致，物質(zhì)流的方向與鋼鐵生產(chǎn)流程的走勢(shì)一致，F(xiàn)e素流是物質(zhì)流的主要表現(xiàn)形式。素流是物質(zhì)流的主要表現(xiàn)形式。地下地下礦石礦石采礦采礦煉

59、鐵煉鐵燒結(jié)燒結(jié)軋鋼軋鋼煉鋼煉鋼鋼材鋼材 由天然原料（穩(wěn)定物質(zhì)）變?yōu)殇撹F產(chǎn)品（不穩(wěn)定物質(zhì)）由天然原料（穩(wěn)定物質(zhì)）變?yōu)殇撹F產(chǎn)品（不穩(wěn)定物質(zhì)）的過(guò)程是狀態(tài)的改變和耗散過(guò)程，必須在能量流的作用推動(dòng)的過(guò)程是狀態(tài)的改變和耗散過(guò)程，必須在能量流的作用推動(dòng)下才能完成。下才能完成。需要多少能？需要多少能？ 整個(gè)過(guò)程存在一個(gè)最低的理論能耗，可作為節(jié)能的整個(gè)過(guò)程存在一個(gè)最低的理論能耗，可作為節(jié)能的理想目標(biāo)，其值是產(chǎn)品的理想目標(biāo)，其值是產(chǎn)品的 與原料與原料 的差值。的差值。實(shí)際能耗理論能耗美國(guó)統(tǒng)計(jì)的流程工業(yè)的美國(guó)統(tǒng)計(jì)的流程工業(yè)的火火用效率：用效率：鋼鐵鋼鐵 23煉油煉油 9原鋁生產(chǎn)原鋁生產(chǎn) 13水泥水泥 10節(jié)能潛力

60、很大節(jié)能潛力很大企業(yè)的 效率能量流的方向不同于鋼鐵生產(chǎn)流程的走勢(shì)，錯(cuò)綜復(fù)雜能量流的方向不同于鋼鐵生產(chǎn)流程的走勢(shì)，錯(cuò)綜復(fù)雜原因：原因： 能量流服務(wù)于物質(zhì)流，處于附屬地位能量流服務(wù)于物質(zhì)流，處于附屬地位 能量形式多種多樣能量形式多種多樣 能源轉(zhuǎn)換裝置與用能設(shè)備交織在一起能源轉(zhuǎn)換裝置與用能設(shè)備交織在一起4.3 4.3 鋼鐵企業(yè)中的能量流鋼鐵企業(yè)中的能量流 余能 生成量鋼鐵廠能量流（ 流）示意圖二次能源回 收CO2 等氣體排放物購(gòu)入能源分配再 生鋼鐵產(chǎn)品H2、CO、甲醇等電、城市煤氣等能源產(chǎn)品外部循環(huán)回 收外部循環(huán)一次能源內(nèi)部循環(huán)內(nèi)部循環(huán)余能生成量能量轉(zhuǎn)換裝置及過(guò)程用能生產(chǎn)設(shè)備及過(guò)程nGl1nrGl1