ch02 基本概念

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,21,产品能耗,2.2,载能体,2.3,产品能值的计算,2.4,系统和系统工程,Ch02,基本概念,Ch02,基本概念,21,产品能耗,1,、冶金、化工、建材等工业（企业）生产特点,（,1,）都是以天然资源为初始原料的制造工业,其主要的原材料无非是各种天然矿物,(,包括矿物燃料,),、水和空气等。,（,2,）中间产品多,从这些原料到最终产品，要经过多道生产工序。每道工序的产品，都是下一道工序的主要原料,(,最后一道工序的产品例外,),。,（,3,）产品能耗（,Fig,2-1,&,图,）,各个环节均有能源和原辅助材料的消耗。,各道工序，除主要原料外，还消耗能源和其它各种非能源物资,(,如辅助原材料、零部件等,),而且，这些能源和非能源物资本身，也是以天然资源为初始原料，经过若干道工序，耗费若干能源和非能源，才制造出来的。而这些能源和非能源物资的制备过程，也同样是如此,。,2.1.1,、直接能耗,1,、定义：,在生产某种产品的工序中，直接消耗的能源，叫做该产品的直接能耗,。,2,、直接综合能耗：,如果该工序消耗几种能源，则可把它们都折算成标准煤的重量，然后加总得出该工序的直接能耗,(,或称直接综合能耗,),。,3,、工序能耗：,单位产品的综合净能耗。同上述,1,、,2,两个概念,完全不同（书上有误，参考,P,198,公式,10-6,）,。,2.1.2,间接能耗（参考,图,）,定义：,在任何一种产品的生产过程中，除消耗能源,(,直接能耗,),外，还需要消耗各种原材料和其它非能源物资，而这些物资的生产也需要消耗能源,(,一次间接能源,),和各种非能源物资。这些物资的生产也无例外地要消耗能源,(,二次间接能耗,),，这样可以无穷尽地追溯下去。,另外，直接消耗的能源本身也有一个生产制备过程。这个生产过程需要消耗能源和其它物资,;,这些物资在生产过程中也要消耗能源和其它物资。这样也可以无穷尽地追溯下去。（,Fig2-2,）,213,完全能耗,1,、定义,产品的直接能耗与各次间接能耗的总和，等于完全能耗。,完全能耗概括了产品生产的全过程，而且考虑了生产过程中的能源和非能源两个方面。因此，它就是产品在生产过程中全社会所耗费的能源总量。,2,、计算公式,完全能耗,=,直接能耗十各次间接能耗（之和）,3,、能源与非能源,“,活,”,的能量与,“,物化,”,了的能量,能源与非能源物资之间只有一个差别，那就是能源是能产生能量的资源，而非能源物资是耗费了能源所制成的物资。也就是说，能源所包含的是,“,活,”,的能量，而非能源物资所包含的是“物化,”,了的能量。,22,载能体,1,、定义：,凡是在制备过程中消耗了能量的物体，以及本身能产生能量的物体，都是载能体。,（,1,）如何理解,载能体,这个概念,第一：对能产生能量的物体而言，就是能源。,第二：对非能量物质而言，因其在生产过程中也消耗了能量，故也相当于拥有了一定的“能量”。,（,2,）“,载能体,”概念非常有助于研究能源消耗问题,企业的购人能源，如煤、重油等是载能体。,企此的自产能源，如各种煤气、水等也是载能休。,企业的各种原材料、中间产品、产品、辅助原材料、零部件 以及许多消耗品，如冶金工厂的矿石、烧结矿、球团矿等，同样也是载能体。因为在 它们的制备过程中都消耗了能量。,（,3,）“,载能体,”的意义,可以完全、深入、全面、透彻地研究能耗的状况问题。,2,、能值,单位重量,(,体积,),物体的载能量，叫做该物体的能值,。,3,、能值的计算起点,（,1,）地下未开采的天然矿物的载能量（能值）等于零。,（,2,）散在的“废料”例如废钢、废铁、氧化铁皮、瓦斯泥等的载能量（能值），一般也取为零。,4,、载能体的分类,(1),第一类载能体：即各类原材料与动力。其能值为完全能耗。,包括各种原材料、辅助原材料、中间产品、零部件、其它消耗品,(,以下简称为原材料,),以及水、蒸汽、压缩空气、氧、电等,(,以下简称动力,),。这类载能体的能值，等于它们在制备过程申所消耗的各种原材料、动力和燃料的总载能量。,(2),第二类载能体：是各种燃料,(,固态、液态、气态,),。其能值近似为其发热值。,注意：其准确的能值，是由它的发热值和它在开采、人工精制或改制过程中所耗费的能量所决定的。但由于其发热值远高于其开采过程中所消耗的能量，因而这部分能量就忽略不计了。,因此，对于各种燃料，人们着眼于利用它的发热值。它是燃料优劣的重要标志。,注意：,（,1,）第一类载能体包括了某些能源（动力）,（,2,）载能体的能值是随生产条件（包含了生产工艺等）、发展和技术水平而变化的。,（,3,）各个单位（国家、地区等）载能体的能值一般是可以互相比较的，但应注意是在生产工艺相同的情况下进行的。,5,、某些钢铁（公司）企业部分主要产品的能值,表,2-1,（国内）,表,2-2,、,2-3,、,2-4,（国外）,6,、钢铁（公司）企业各种物体载能量流通示意图,第一类载能体的载能量,选矿,烧结,炼铁,炼钢,轧钢,第二类载能体的载能量,23,产品能值的计算,计算产品能值有两种方法，即累加法和逆矩阵法。这里只讲述累加法。,累加法（,Kellogg,法）：,1,、首先要以天然资源为起点，计算第一道工序的产品,(,即中间产品,1,，如图,2-1,所示,),的能值。,因此，只须把这道工序单位产品所消耗的辅助原材料和燃料、动力的载能量加总起来即可。这道工序的主要原料是天然资源，它的载能量等于零。,2,、然后，再计算第二道工序产品,(,即中间产品,2),的能值。它 等于第二道工序单位产品所耗辅助原材料、燃料和动力的载能量加上这道工序主要原料的载能量。,3,、然后，再用同样的方法计算第三道工序。依次类推，直到算得最后产品的能值为止。这种方法叫做累加法（即,Kellogg,法）。,4,、工序的燃料当量,Kellogg,把某道工序单位产品所耗辅助原材料、燃科和动力的总载能量叫做该道工序的燃料当量,(Process Fuel Equivalent),，用,PFE,代表，并给出其定义式,PFE=F+E+S B,PFE=F+E+S B,式中,PFE,工序的燃料当量，,kJ/,单位产品,F,工序所耗燃料的载能量，,kJ/,单位产品,E,工序所耗动力的载能量，,kJ/,单位产品,S,工序所耗各种辅助原材料的载能量，,kJ/,单位产品,B,工序向外提供副产煤气或蒸汽的载能量，,kJ/,单位产品,5,、某道工序产品的能值，即,产品的燃料当量,（,Material Fuel Equivalent,，,MFE,）,等于该工序单位产品所耗辅助原燃料、燃料、动力的载能量加上主要原料的载能量。,Kellogg,把产品的能值叫做产品的燃料当量,(Material Fuel Equivalent),，,用,MFE,代表，并给出其定义式,MFE=PFE,十,R,式,中,MFE,工序,产品,的燃料当量，即能值，,kJ/,单位产品,R,工序单位产品所耗主要原料的载能量，,kJ/,单位产品,6,、产品能值计算示意图,（,1,）,基本图（见,Fig,2-1,）,（,2,）,Kellogg,的计算简图如下：,MFE=R+PFE,工序,1,产品,1,的,MFE,1,主要材料,R,1,工序燃料当量,PFE,1,工序,2,产品,2,的,MFE,2,主要材料,R,2,工序燃料当量,PFE,2,数量,=,R,2,MFE,1,例,2.1,考虑从地下铜矿到铜条的生产过程。设硫化铜矿含铜,0.7%,，露天开矿，脉石与矿石之比为,2.5:1,。浮选的收得率为,80%,。熔炼和精炼过程中铜的收得率为,98%,。设矿石中无其它共生金属。求铜条的能值。,已知数据资料：,(1),露天采矿，每吨采掘物的工序燃料当量约为,46040kJ/t,采掘物，其中包括所耗炸药、轮胎、钻头等的燃料当量,(2),铜矿浮选，每吨矿石的工序燃料当量约为,214298 kJ/t,矿石，其中包括破碎、磨细、浮选、脱水及物料运输所耗电力以及消耗掉的球磨机内村、钢球、浮选药剂的燃料当量,(3),熔炼及精炼,l kg,铜的工序燃料当量约为,45622 kJ/kg,铜。,解,(1),采矿。脉石与矿石之比为,2.5:1,，所以每吨矿石的采掘量为,3.5t,。,因此，开采每吨矿石的工序燃料当量为,3.546040=161140 kJ/t,矿石,因矿石含铜,07%,，故开采含有,lt,铜的矿石的工序燃料当量为,161140/0.007=23 10,6,kJ/t,铜（矿石中）,或,PFE=23000 kJ/kg,铜,(,矿石中,),由于地下矿石的燃料当量,R=0,，故含有,lkg,铜的矿石,的燃料当量或能值,MFE=PFE+R=23000+0=23000kJ/kg,铜,(,矿石中,),(2),浮选。浮选的收得率为,0.8,，故从含有,1.25 kg,铜的矿石中才能选出含有,l kg,铜的精矿。因此，选出含有,l kg,铜的精矿，所用矿石的燃料当量,R=125 23000=28750kJ/kg,铜,(,精矿中,),为得到含有,l kg,铜的精矿，浮选的矿石量为：,(1/0007),(1/08,）,kg,，,故浮选工序的,PFE,等于,(214298/1000)(1/0.007),(1/0.8),=38267kJ/kg,铜,(,精矿中,),故含有,l kg,铜的精矿的燃料当量或能值为：,MFE=PFE+R=38267+28750,=,67017,kJ/kg,铜,(,精矿中,),(3),熔炼及精炼。熔炼和精炼时，金属收得率是,0.98,，故从含有,1/098=102kg,铜的精矿中才能得到,l kg,铜。因此，生产,l kg,铜所用的精矿的燃料当量：,R=67017 1.02=68357 kJ/kg,铜,此外，已知以铜精矿为原料生产,1 kg,铜时，,PFE=45622 KJ/kg,铜,故铜的燃料当量或能值,MFE=45622,十,68357,=113979 kJ/kg,铜,由此可见，铜的能值是很高的。,例,2.2,考虑从地下铁矿石到铁水,(,生铁,),的生产过程。设铁矿石含铁,30%,，露天开采，脉石与铁矿石之比为,3:1;,选矿采用磁选工芝，磁选的收得率为,80%,，铁精矿的品位为,67%;,烧结生产和高炉炼铁的收得率各为,97%,，烧结矿品位为,57%,，铁水中含铁,95%,。假设烧结和炼铁过程均不使用其它含铁原料，求铁水的能值,?,已知的生产数据如下,:,(1),露天采矿。每吨采剥物的工序燃料当量为,80 MJ/t,采剥物，其中包括所药、钻头等的燃料当量,;,(2),铁矿石磁选。叙吨铁矿石的工序燃料当量为,1700 MJ/t,铁精矿，其中包括矿石破碎、磨细、磁选、脱水和物科输送所耗电力，以及球磨机消耗呻内衬、钢球的燃料当量,;,(3),烧结。烧结工序的燃料当量为,2635MJ/t,烧结矿，其中包括所耗石灰石等溶剂的燃料当量,;,(4),高炉炼铁工序的燃料当量为,16600MJ/t,铁水，其中包括所耗石灰石的燃料当量。,解,(1),采矿。由脉石与铁矿石之比为,3:1,，得生产,l t,铁矿石的采剥量为,4 t,。,因此，开采每吨铁矿石的工序燃料当量为：,PFE,1,=4 80=320 MJ/t,铁矿石,由于地下矿石的燃料当量,R,1,=0,，故生产,l t,铁矿石的燃料当量,MFE,1,=PFE,1,+R,l,=320+0,=320 MJ/t,铁矿石,(2),选矿。磁选的收得率为,80%,，铁矿石品位为,30%,，铁精矿品位为,67%,，故磁选,1 t,铁精矿需用铁矿石为,（,1 0.67,）,/,（,0.3 0.8,）,=2.79 t,所以，磁选,l t,铁精矿，消耗矿石的燃料当量,R,2,=2.79 320,=892.8 MJ/t,铁精矿,故选出,l t,铁精矿的燃料当量,MFE,2,=PFE,2,+R,2,=1700,十,892.8,=2592.8 MJ/t,铁精矿,（,3