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1、冶金能源与环保,教学情况：,教学对象：冶金2010 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。 学 时： (1-6)周 共24学时,本课程的主要内容:,第一部分：能源、环境科学概论 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 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,能源的概念、分类、利用、转化和评价 能源的使用及对环境的污染 能源和环保在
2、国民经济中的作用,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 发达国家现代化（工业化） 大规模开发和利用能源 国民生产总值和能源消费量成正比 能源和人民的生活、国防建设密切相关 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,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。 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,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
3、能、风能、太阳能、地 热能、海洋能、潮汐能,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,定义 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。 开发,植物秸秆,用途：,重油,也叫重柴油。 质量分数由轻-重 依次分为汽油-柴油-重油-沥青,人造石油：,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，一氧化碳，氢气等加工得到。 主要成分为各
4、种烃类。,一次能源：可分为3类,第一类：来自地球以外的能量（太阳和其它天体的能量）,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,海洋和地壳中储藏的核燃料所包含的原子能 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 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”
5、分为两类：,再生能源： 能重复产生的能源，太阳能、水能、风能等，不会枯竭。 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）,燃料能源：矿物燃料、核燃料、生物燃料 非燃料能源：机械能、风、水、潮汐和热能 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）,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 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能源,新能源汽车,第2节 能源的转化和利用,一次能源,能源的评价,
6、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。 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,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。 能流密度很小，很难作主要能源。,2 储量,足够丰富，可再生性和地理分布,3 储能的可能性与供能的连续性,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。 要求它能按照需要的多少与快慢，连续不断地供应能量。 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,太阳
7、能、风能不花费任何成本； 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,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； 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； 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,原子能：核电站的核泄漏，贫铀穿甲弹 煤炭：大气污染 水力资源：生态平衡、土壤盐碱化、影响灌溉和航运，三峡大坝 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,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
8、、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,（）诱发地震 。 （）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。 （）对调出水地区生态也有不利影响。 （）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 动态的,第3节 能源使用与环境污染,1
9、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： 民用能源消费水平低，不能满足需要； 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：,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） 火电站、飞灰排放：1500万吨污染大气 汽车尾气排放,2.环境及全球性环境问题,中华人民共和国环境保护法 环境是指影响人类生存
10、和发展的各种天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、城市和乡村等。,当前全球性环境问题,全球变暖 臭氧层破坏 酸雨 淡水资源危机 资源、能源短缺 森林锐减 土地荒漠化 物种加速灭绝 垃圾成灾 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：,（1）人口基数大； （2）城市化进程加快，将给环境和资源造成巨大压力； （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； （4）综合决策机制尚未建立完善。,雾霾,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
11、一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。 PM2.5,一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：,首先是汽车尾气 其次是北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气 第三是工业生产排放的废气 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,三河：淮河、辽河、海河 三湖：太湖 滇池 巢湖 二区：“酸雨控制区”、“二氧化硫控制区” 一市：北京市大气污染治理 一海：渤海湾海域污染治理
12、,搞好生态环境保护和建设,森林覆盖率13.9（世界平均25）； 荒漠化面积达262万平方公里； 水土流失面积达367万平方公里； 要制定生态环境保护纲要，加强生态环境保护。,SO2排放问题,我国是燃煤大国，是世界最大的SO2排放国之一； 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： 燃烧前脱硫 燃烧中脱硫 燃烧后脱硫,烟尘和SO2的危害：,我国水资源面临严峻形势,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,我国人均水资源2200m3，是世界人均的1/4，美国的1/5； 全国664个城市中400多个缺水； 严重
13、缺水使人们不得不把目光投向地下； 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，质量型缺水不容忽视,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； 废水处理率：城市20%,工业废水达标率70%,大量污水排入江河湖泊，污染水源； 污染情况：75%湖泊水域富营养化，城市地下水50受到严重污染，33轻度污染，赤潮频次和面积增加；,（3）关于水利工程建设，开辟新水源,解决防洪问题和水源问题的关键； 南水北调工程： 东线、西线、中线； 从生态角度来看： 充分考虑对长江中下游地区的重大影响；海水内侵，工程沿线土地盐碱化等，水价问题,把节约水资源放在
14、首位，积极治理水污染,2010年将缺水300多亿吨，进入缺水高峰； 解决办法： 南水北调工程 海水淡化技术 提高水价、调节水的用量等,CO2排放及其对环境的影响,CO2、NO2、CH4等是导致地球变暖的温室效应气体； 联合国气候变化框架公约京都议定书，要求世界各国按照“共同但有区别的责任”原则，采取措施，履行义务，保护人类共同生存的环境； 我国的情况,CO2排放量大并且以每年0.5%速度增长，在全球 温室效应的作用中所占份额达55以上，是最主要 的温室气体； 1995年全球CO2排放总量为220亿t，我国为30亿t， 居世界第二位，到2020年将居世界首位； 我国是世界上受气候变暖影响最大的地
15、区，今后 2050年我国每年气候增暖将超过全球平均气温增 长幅度，水资源、森林业、农牧渔业、土地、生态 环境等都将受到影响。,我国钢铁工业CO2排放和利用情况,1998年能源消耗总量14782万t标准煤：煤炭占69.4%,电力26.2%，重油4%,天然气0.5%； 冶金炉、工业炉以及燃烧装置在生产时，排放CO2； CO2排放量与能源消耗成正比，减少CO2的途径是提高能源利用率，节能降耗；,利用：,CO2在促进植物生成，提高石油产量及食品、医疗、消防等方面都有大量市场需求； 在植树造林，发展薪炭林，实现CO2生物固定的同时，也可采用从烟气中将CO2吸附分离出来回收利用，宝钢已应用了这项技术。,废
16、弃物焚烧中二恶英污染,二恶英是一类化合物的简称，学名是多氯二苯并二恶英和多氯二苯并呋喃：PCDD/Fs； 凡是在2，3，7，8位置有氯的17种二恶英是有毒的，对人类健康极具威胁的环境污染物；,二恶英的污染途径:,漂尘通过土壤植物牛牛奶； 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：,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； 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； 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,制定标准限制焚
