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关于钢铁企业气体污染物减量化研究

作　者: 杜涛
导　师: 蔡九菊
学　校: 东北大学
专　业: 热能工程
关键词: 钢铁生产流程环境负荷评价指标投入产出生态化
分类号: X322
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

钢铁工业是我国国民经济的支柱产业，也是资源、能源密集型行业和污染物排放大户。近年来，我国钢铁工业通过结构调整和技术进步，在节能降耗、减少污染物排放方面取得了显著成效，但由于我国钢产量持续高速增长，资源消耗和污染物排放总量仍呈增长趋势，钢铁工业的继续发展面临资源、环境的严峻挑战。钢铁生产流程是影响钢铁企业成本、能耗和环境负荷的关键因素，流程不同，其能源、非能源消耗和对环境的影响程度也不相同。因此，正确认识和分析钢铁生产流程的物质流、能耗和环境负荷减量化问题显得尤为重要。在明确产品结构的前提下，合理选择工艺和设备参数，综合考虑流程优化、节能降耗和减少环境负荷，提高整个生产流程的效率，对钢铁企业提高综合竞争力，探索生态化发展模式，逐步实现可持续发展具有普遍的指导意义。本文即以该主题为中心开展研究工作，主要内容如下：提出了钢铁企业吨钢环境负荷的基本概念；分析了钢铁产品生命周期特点及我国钢铁企业现状，确定了以钢铁产品生产过程为研究边界的半生命周期环境负荷研究方法；建立了钢铁企业环境负荷评价指标和指标体系，探讨了评价体系在实际中的应用。为进一步研究钢铁工业环境负荷问题和钢铁企业生态化建设提供理论依据和方法。应用基准物流图，建立了钢铁生产流程的物流对气体污染物排放量影响的分析方法，讨论了各种物流状态及其变化对气体污染物排放量产生的影响；以某企业的典型流程为例，在一个实际生产周期内，分析了实际生产中的各股物流对吨钢或吨材气体污染物排放量的影响，指出了影响吨钢或吨材气体污染物排放量的两类因素及其减量化对策和措施。同时考虑钢铁生产过程中资源消耗、产品生产和污染物排放等问题，构造了能源一环境负荷投入产出表；应用物质平衡理论，建立了钢铁企业产品生产过程和能量转换过程数学模型；给出了工序能耗、产品能值和吨钢能耗表达式，以及工序、产品和吨钢环境负荷计算公式；分析了影响上述指标的各种因素，以及能流、物流和污染物流三者间的相互关系；应用建立的钢铁企业能耗和环境负荷模型，研究和分析了1980年以来我国钢铁工业吨钢能耗和环境负荷的变化与进步，指出了影响环境负荷的因素及减少环境负荷应采取的措施。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
目录  9-14
1 概述  14-32
  1.1 中国钢铁工业发展现状  14-17
    1.1.1 粗钢产量  14-16
    1.1.2 能耗指标  16
    1.1.3 结构调整和优化  16-17
  1.2 钢铁工业面临的机遇和挑战  17-18
  1.3 钢铁企业物耗、能耗及环境负荷  18-21
  1.4 钢铁生产流程演进及发展趋势  21-23
    1.4.1 钢铁生产流程演进  21-22
    1.4.2 钢铁生产流程发展方向  22-23
  1.5 钢铁工业生态化  23-31
    1.5.1 工业生态化的相关理论及其研究进展  23-26
    1.5.2 钢铁工业生态化模式  26-28
    1.5.3 钢铁工业生态化对策  28-31
  1.6 本文主要研究工作  31-32
2 钢铁企业环境负荷研究方法及评价指标体系  32-46
  2.1 研究内容及范围界定  32-34
    2.1.1 研究边界  32-34
    2.1.2 钢铁生产流程  34
  2.2 环境负荷评价指标及指标体系  34-42
    2.2.1 环境负荷指标及其分类  35-36
    2.2.2 “源头”指标  36-38
    2.2.3 “末端”指标  38-39
    2.2.4 “关联”指标  39-42
  2.3 研究方法  42-45
    2.3.1 基准物流图法  42-43
    2.3.2 投入产出分析法  43-45
  2.4 本章小结  45-46
3 钢铁生产流程的物流及其对大气环境负荷的影响  46-71
  3.1 钢铁生产流程的物流  47-49
    3.1.1 基准物流  47-48
    3.1.2 实际工序物流  48
    3.1.3 实际流程物流  48-49
  3.2 物流对大气环境负荷的影响分析  49-59
    3.2.1 根据实际生产流程构建基准物流图  49-50
    3.2.2 物流对吨材气体排放量影响分析  50-53
    3.2.3 物流对吨钢气体排放量影响分析  53-58
    3.2.4 环境负荷v-p分析法  58-59
  3.3 应用实例  59-69
    3.3.1 宝钢实际生产流程气体排放量  59-63
    3.3.2 宝钢实际生产流程吨钢物流图  63-64
    3.3.3 构建基准物流图  64
    3.3.4 物流对吨钢大气环境负荷影响的定量分析  64-65
    3.3.5 物流对吨材大气环境负荷影响的定量分析  65-67
    3.3.6 各股物流对工序大气环境负荷的影响  67-68
    3.3.7 各股物流单位增减量对流程大气环境负荷的影响  68-69
  3.4 本章小结  69-71
4 钢铁企业能源消耗与环境负荷分析  71-86
  4.1 投入产出表及其数学描述  71-77
    4.1.1 投入产出表  72-73
    4.1.2 直接消耗系数  73-74
    4.1.3 完全消耗系数  74-75
    4.1.4 直接排放系数  75
    4.1.5 工序能耗  75
    4.1.6 产品能值  75-76
    4.1.7 工序环境负荷  76
    4.1.8 产品环境负荷  76-77
  4.2 能源消耗模型和环境负荷模型  77-80
    4.2.1 物质平衡概念  77
    4.2.2 钢铁生产系统内的物质流动模型  77-78
    4.2.3 吨钢能耗模型  78-79
    4.2.4 吨钢环境负荷模型  79-80
    4.2.5 吨钢环境消耗负荷与排放负荷之间的关系  80
  4.3 模型应用  80-84
    4.3.1 1980～2003年间我国钢铁工业吨钢环境负荷变化  80-83
    4.3.2 吨钢环境负荷影响因素剖析  83-84
  4.4 本章小结  84-86
5 钢铁生产的典型流程与分析  86-104
  5.1 流程构造的基本思想和原则  86-88
    5.1.1 基本思想  86-87
    5.1.2 遵循原则  87-88
    5.1.3 背景说明  88
  5.2 高炉长流程  88-95
    5.2.1 产量600～800万t／a的平材生产流程  88-90
    5.2.2 产量240～280万t／a的平材生产流程  90-92
    5.2.3 产量140万t／a的长材生产流程  92-94
    5.2.4 产量170万t／a的长材生产流程  94-95
  5.3 电炉短流程  95-99
    5.3.1 产量60～70万t／a的合金钢长材生产流程  95-97
    5.3.2 产量180～200万t／a的长材生产流程  97-98
    5.3.3 产量100万t／a的普通长材生产流程  98-99
  5.4 典型流程分析  99-102
    5.4.1 资源效率  99
    5.4.2 能源效率  99-100
    5.4.3 环境效率  100
    5.4.4 流程指标汇总  100-102
  5.5 本章小结  102-104
6 应用研究——莱钢生态化建设方案  104-142
  6.1 概况  104-106
    6.1.1 莱钢概况  104-105
    6.1.2 生态化建设背景  105
    6.1.3 生态化钢厂的特征  105-106
  6.2 生态化钢厂评价指标体系及其计算方法  106-110
    6.2.1 物料和能源界定  106
    6.2.2 生态化指标体系及其计算方法  106-110
  6.3 现状分析  110-119
    6.3.1 主要技术指标  110-111
    6.3.2 主要产品产量  111
    6.3.3 铁素资源  111-112
    6.3.4 工艺流程  112-115
    6.3.5 能源消耗和利用情况  115-116
    6.3.6 废弃物产生和回收利用情况  116
    6.3.7 莱钢2003年指标计算  116-118
    6.3.8 存在问题分析  118-119
  6.4 总体思路和目标  119-122
    6.4.1 总体思路  119-120
    6.4.2 建设目标  120-122
  6.5 建设方案及技术支撑  122-135
    6.5.1 优化生产工艺流程  122-126
    6.5.2 发挥能源转换功能,促进余热余能高效利用  126-130
    6.5.3 二次资源的回收循环利用,加强末端治理  130-133
    6.5.4 拓展钢铁企业的社会功能,提高产品性能  133-135
  6.6 莱钢建设生态化钢厂方案研究数据  135-141
    6.6.1 流程设计  135-138
    6.6.2 铁资源消耗  138-139
    6.6.3 能源消耗  139-140
    6.6.4 2010年指标预测  140-141
  6.7 2010年莱钢生态化的展望  141-142
7 结论  142-144
附表1 宝钢实际流程生产数据  144-146
附录1 宝钢实际流程气体排放量  146-153
附录2 物流对SO_2排放量的影响  153-159
附录3 物流对NOx排放量的影响  159-165
参考文献  165-169
攻读博士学位期间承担的科研项目  169-170
攻读博士学位期间发表论文  170-172
致谢  172-173

关于钢铁企业气体污染物减量化研究

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