2 基本概念222.ppt

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1、2.5 2.5 产品能耗产品能耗 冶金、建材、化工等工业,都是以天然资源为原料的制造工业。冶金、建材、化工等工业,都是以天然资源为原料的制造工业。制制造造业业是是中中国国现现代代化化发发展展中中的的主主业业,其其工工业业总总产产值值占占全全国国GDPGDP的的39%39%。制制造造业业分分为为装装备备制制造造业业和和流流程程制制造造业业。钢钢铁铁工工业业是是流流程程制制造造业业的代表之一。的代表之一。流程工业或过程工业:若干个生产工序组成的工业流程工业或过程工业:若干个生产工序组成的工业流程学。流程学。流流程程工工业业这这些些工工业业生生产产的的最最终终产产品品,都都是是以以天天然然资资源源为

2、为原原料料,经经过多道工序生产出来的。其中,每道工序的生产为:过多道工序生产出来的。其中,每道工序的生产为:非非能能源源产品(下一道工序的原料)产品(下一道工序的原料)能能源源 原原 料料(上一道工序的产品)(上一道工序的产品)工工 序序2.5 2.5 产品能耗产品能耗(1 1)概念)概念非能源非能源产品产品123 天然资源(矿物、水、空气)天然资源(矿物、水、空气)非能源非能源能源能源产品能耗概念图产品能耗概念图2.5 2.5 产品能耗产品能耗举例,钢材的生产过程举例,钢材的生产过程钢钢 材材钢钢 坯坯钢钢 生铁生铁地下矿石地下矿石能能 源源能能 源源能能 源源能能 源源能能 源源能能 源源

3、非能源非能源能源能源非能源非能源对钢材而言为直接能耗对钢材而言为直接能耗一次间接能耗一次间接能耗二次间接能耗二次间接能耗三次间接能耗三次间接能耗轧钢轧钢初轧初轧炼钢炼钢2.5 2.5 产品能耗产品能耗 (2 2)直接能耗(直接综合能耗)直接能耗(直接综合能耗)在生产某种产品的工序中,直接消耗的能源,叫做该产品的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。直接能耗。单位产品的直接能耗等同于单位产品的直接能耗等同于“工序能耗工序能耗”。(3 3)间接能耗)间接能耗 在在某某道道生生产产工工序序中中,通通过过中中间间环环节节(过过程程)消消耗耗的的能能源源,叫叫间接能耗。间接能耗。

4、通过一个中间环节(过程)消耗的能源叫一次间接能耗,通过一个中间环节(过程)消耗的能源叫一次间接能耗,通过两个中间环节(过程)消耗的能源叫二此间接消耗。通过两个中间环节(过程)消耗的能源叫二此间接消耗。2.5 2.5 产品能耗产品能耗(4 4)完全能耗)完全能耗从从天天然然资资源源开开始始到到最最终终产产品品为为止止,全全过过程程所所消消耗耗的的能能源源叫叫做做生生产产这种单位产品的完全能耗。在数值上这种单位产品的完全能耗。在数值上 完全能耗完全能耗=直接能耗直接能耗+各次间接能耗各次间接能耗 因因此此,某某产产品品的的完完全全能能耗耗就就是是这这种种产产品品生生产产过过程程中中全全社社会会的的

5、消消耗耗的能源总量(理论上)。的能源总量(理论上)。从从理理论论上上讲讲,为为了了计计算算出出产产品品的的完完全全能能耗耗,必必须须追追根根究究底底直直到到生生产它的天然资源为止。只有这样才能作到完全而无遗漏。产它的天然资源为止。只有这样才能作到完全而无遗漏。实际上这样办不到的!实际上这样办不到的!能能够够作作到到的的是是:划划定定一一个个范范围围,只只考考虑虑范范围围内内的的各各种种物物资资,范范围围外的东西忽略不计,或给定一个数值。外的东西忽略不计,或给定一个数值。产品能耗:规定了范围的完全能耗。产品能耗:规定了范围的完全能耗。2.6 2.6 载能体载能体(1 1)定义)定义 凡是在制备过

6、程中,凡是在制备过程中,消耗了能量的物体消耗了能量的物体,以及,以及本身能够产本身能够产生能量的物体生能量的物体,统称为载能体。,统称为载能体。例如,企业购入的各种能源(煤,重油、天然气、电力等);例如,企业购入的各种能源(煤,重油、天然气、电力等);企业的自产能源(煤气、压缩空气、蒸汽、氧气等);企业的自产能源(煤气、压缩空气、蒸汽、氧气等);各种原材料、中间产品,产品、辅助原材料,零部件,各种原材料、中间产品,产品、辅助原材料,零部件,以及各种消耗品(矿石、铁合金、铁水、石灰石、钢锭以及各种消耗品(矿石、铁合金、铁水、石灰石、钢锭 模、耐火材料、等等)模、耐火材料、等等)单位重量(体积)载

7、能体载有的能量,称为该载能体的能值。单位重量(体积)载能体载有的能量,称为该载能体的能值。用用kgcekgce/单位产品单位产品 表示。表示。2.6 2.6 载能体载能体(2 2)载能体的分类)载能体的分类 第一类载能体(原材料和动力)第一类载能体(原材料和动力)“物化物化”了的能量,即非能源。了的能量,即非能源。包括:原材料、辅助原材料、中间产品、零部件、其它消耗包括:原材料、辅助原材料、中间产品、零部件、其它消耗 品(简称品(简称原材料原材料)以及工业水、蒸汽、压缩空气、氧、电等(简称以及工业水、蒸汽、压缩空气、氧、电等(简称动力动力)能能值值等等于于它它们们在在制制备备过过程程中中所所消

8、消耗耗的的各各种种原原料料、动动力力和和燃燃料的载能量之和。料的载能量之和。2.6 2.6 载能体载能体 第二类载能体(各种燃料)第二类载能体(各种燃料)“活活”的能量,即能源。的能量,即能源。包括各种燃料(固、气、流体燃料)包括各种燃料(固、气、流体燃料)如:煤、重油、天然气等。如:煤、重油、天然气等。能能值值等等于于燃燃料料的的发发热热值值和和它它在在开开采采、加加工工过过程程中中消消耗耗的的各各种种能耗之和。能耗之和。规规定定:地地下下未未开开采采的的天天然然矿矿物物的的载载能能量量等等于于零零,散散在在的的“废废料料”如如废废钢钢、废废铁铁、氧氧化化铁铁皮皮、轧轧钢钢铁铁皮皮、瓦瓦斯斯

9、泥泥等等的的载载能能量,一般取为零。量,一般取为零。2.7 2.7 产品能值的计算产品能值的计算计算产品能值有两种方法:计算产品能值有两种方法:累加法累加法根据定义推算,粗略的方法(又称根据定义推算,粗略的方法(又称Kellogy法)法)逆矩阵法逆矩阵法比较细致的方法比较细致的方法累加法(累加法(KellogyKellogy法)法)工序的燃料当量(工序的燃料当量(PFEPFE):某道工序单位产品所消耗原材:某道工序单位产品所消耗原材料、燃料和动力的总载能量。料、燃料和动力的总载能量。2.7 2.7 产品能值的计算产品能值的计算向外向外提供提供能量能量辅辅助助原原料料能能源源R 生产工序生产工序

10、 主要原料主要原料动动力力产产 品品 F E S BPFE=F+E+S BF工序所耗燃料的载能量,工序所耗燃料的载能量,KJ/单位产品;单位产品;E工序所耗动力的载能量,工序所耗动力的载能量,KJ/单位产品;单位产品;S工序所耗辅助原材料的载能量,工序所耗辅助原材料的载能量,KJ/单位产品;单位产品;B工序回收外供的各种能量,工序回收外供的各种能量,KJ/单位产品;单位产品;R工序生产过程所耗原料的载能量,工序生产过程所耗原料的载能量,KJ/单位产品。单位产品。产产品品的的燃燃料料当当量量(MFE):该该工工序序单单位位产产品品所所耗耗辅辅助助原原材材料料、燃燃料、动力的载能量加上主要原料的载

11、能量。料、动力的载能量加上主要原料的载能量。(产品的能值)(产品的能值)MFE=PFE+R KJ/单位产品单位产品2.7 2.7 产品能值的计算产品能值的计算累加法的计算步骤:累加法的计算步骤:以以天天然然资资源源为为起起点点,首首先先计计算算第第1 1道道工工序序的的产产品品的的燃燃料料当量,其中天然资源的载能量为当量,其中天然资源的载能量为0 0。计计算算第第2 2道道工工序序的的燃燃料料当当量量,然然后后加加上上上上一一道道工工序序的的产产品的载能量;品的载能量;计算第计算第3 3、4 4道道工序,一直到最终产品。工序,一直到最终产品。2.7 2.7 产品能值的计算产品能值的计算计算例题

12、计算例题采采 矿矿地下铁矿石地下铁矿石PFE13:180MJ/t铁矿石铁矿石30%选选 矿矿PFE2 80%1700MJ/t铁精矿铁精矿67%烧烧 结结PFE397%2635MJ/t烧结矿烧结矿57%炼炼 铁铁PFE497%16600MJ/t铁铁 水水95%(1 1)采矿工序)采矿工序 生产生产1t 铁矿石的采剥量(包括脉石和铁矿石),铁矿石的采剥量(包括脉石和铁矿石),4t 开采每吨铁矿石的工序燃料当量开采每吨铁矿石的工序燃料当量 PFE1=480MJ/t=320MJ/t铁矿石铁矿石 MFE1=PFE1+R1=320+0=320 MJ/t铁矿石铁矿石2.7 2.7 产品能值的计算产品能值的计

13、算(2 2)选矿工序)选矿工序 磁选磁选1t1t铁精矿需铁矿石量(铁素平衡)铁精矿需铁矿石量(铁素平衡)67%/(0.380%)=2.79t 铁矿石铁矿石/t/t铁精矿铁精矿 磁选磁选1t1t铁精矿,消耗铁矿石的燃料当量铁精矿,消耗铁矿石的燃料当量 R2=2.79320=892.8 MJ/t铁精矿铁精矿生产生产1t1t铁精矿的燃料当量铁精矿的燃料当量 MFE2=PFE2+R2=1700+892.8=2592.8 MJ/t铁精矿铁精矿2.7 2.7 产品能值的计算产品能值的计算(3 3)烧结工序烧结工序 生产生产1t1t烧结矿需用铁精矿的量烧结矿需用铁精矿的量 57%/(67%97%)=0.87

14、7t 生产生产1t1t烧结矿所需铁精矿的载能量烧结矿所需铁精矿的载能量 R3 0.8772592.8=2273.9MJ/t烧结矿烧结矿 生产生产1t1t烧结矿的燃料当量烧结矿的燃料当量 MFE3=PFE3+R3=2635+2273.9=4908.9 MJ/t烧结矿烧结矿2.7 2.7 产品能值的计算产品能值的计算(4 4)炼铁工序炼铁工序 冶炼冶炼1t铁水需用烧结矿量铁水需用烧结矿量 95%/(57%97%)=1.718t 冶炼冶炼1t铁水所用烧结矿的燃料当量铁水所用烧结矿的燃料当量 R4=1.7184908.9=8433.5 MJ/t铁水铁水 冶炼冶炼1t铁水的燃料当量,即铁水的能值铁水的燃

15、料当量,即铁水的能值MFE4=PFE4+R4=16600+8433.5=25033.5 MJ/t铁水铁水2.8 2.8 系统和系统工程系统和系统工程(1 1)系统的定义)系统的定义 系系统统是是由由相相互互作作用用和和相相互互依依赖赖的的若若干干组组成成部部分分结结合合而而成成的的具有特定功能的整体。具有特定功能的整体。钱钱学学森森:“系系统统是是指指依依一一定定秩秩序序相相互互联联系系着着的的一一组组事事物物。”(中国(中国“系统论系统论”和和“控制论控制论”的奠基人之一)的奠基人之一)这这里里的的每每一一组组“事事物物”或或每每一一个个“组组成成部部分分”称称为为系系统统的的“要要素素”。

16、系系统统是是由由许许多多“要要素素”组组成成的的。系系统统具具有有不不同同于于组组成成它它的的诸诸要要素素的的新新的的属属性性,即即“系系统统性性”。任任何何系系统统又又是是它它所所从属的一个更大系统的组成部分。从属的一个更大系统的组成部分。系系统统内内部部,还还可可以以按按其其组组成成部部分分划划分分为为若若干干“子子系系统统”。这说明,子系统和系统的关系是相对的,可以相互转化。这说明,子系统和系统的关系是相对的,可以相互转化。2.8 2.8 系统和系统工程系统和系统工程 例例如如:一一所所学学校校是是由由许许多多学学院院、系系和和专专业业组组成成的的系系统统。一一座工厂、一个车间、一台设备

17、都可以分别看做一个系统。座工厂、一个车间、一台设备都可以分别看做一个系统。钢钢铁铁企企业业是是一一个个系系统统,在在这这个个系系统统内内部部可可以以分分成成烧烧结结、焦焦化化、炼炼铁铁、炼炼钢钢、轧轧钢钢等等子子系系统统。同同时时,它它也也是是整整个个冶冶金金工工业业这个更大系统的子系统。这个更大系统的子系统。即即:子子系系统统(要要素素)与与系系统统的的关关系系时时相相对对的的,可可以以相相互互转转化。化。2.8 2.8 系统和系统工程系统和系统工程(2 2)系统的特性)系统的特性 整体性整体性 “系系统统的的功功能能一一定定大大于于组组成成该该系系统统的的各各部部分分的的功功能能之之和和”

18、即:即:“整体大于部分之和整体大于部分之和”著名哲学家亚里斯多德著名哲学家亚里斯多德 “三个臭皮匠顶一个诸葛亮三个臭皮匠顶一个诸葛亮”从正面说明从正面说明 “一一个个和和尚尚挑挑水水喝喝,两两个个和和尚尚抬抬水水喝喝,三三个个和和尚尚没没水水喝喝”从反面说明从反面说明 单个分子没有温度,压力,大量分子便有温度,压力。单个分子没有温度,压力,大量分子便有温度,压力。整体一旦分割成若干组成部分,它的整体属性便不复存在。整体一旦分割成若干组成部分,它的整体属性便不复存在。2.8 2.8 系统和系统工程系统和系统工程 相关性相关性 系统内各要素之间是相互联系的,相互作用的;系统内各要素之间是相互联系的

19、,相互作用的;系统和环境之间也是相互联系的,相互影响的。系统和环境之间也是相互联系的,相互影响的。内部要素和环境发生变化,对系统的功能产生影响。内部要素和环境发生变化,对系统的功能产生影响。目的性,多目标性目的性,多目标性 系系统统是是有有“目目的的”的的,系系统统追追求求的的“目目标标”不不只只一一个个,往往往是多目标的。往是多目标的。如如:钢钢铁铁企企业业目目的的生生产产合合格格产产品品;节节约约能能源源和和原原材材料料,减减少少污污染染,提提高高经经济济效效益益。企企业业内内部部各各子子系系统统都都要要服服从从于于企企业业的的总目标,不能另立目标。总目标,不能另立目标。多目标优化多目标优

20、化折中法(折中法(CompromiseCompromise)2.8 2.8 系统和系统工程系统和系统工程 环境适应性环境适应性 所所谓谓“适适应应性性”,指指系系统统的的功功能能一一定定能能在在某某种种外外界界条件下得以实现。条件下得以实现。系系统统必必须须适适应应外外部部环环境境的的变变化化,不不适适应应环环境境变变化化的的系系统统是是没没有有生生命命力力的的。如如:一一个个企企业业必必须须了了解解原原料料、动动力供应、市场需求等对企业生产的影响。力供应、市场需求等对企业生产的影响。反反之之,当当系系统统不不适适应应环环境境时时,它它的的系系统统行行为为就就要要发发生改变。生改变。系统响应环

21、境变化的快慢系统响应环境变化的快慢灵敏度灵敏度 研究方法研究方法灵敏度分析。灵敏度分析。2.8 2.8 系统和系统工程系统和系统工程(3 3)系统工程)系统工程 用系统的原理解决工程问题的各种方法的总称。用系统的原理解决工程问题的各种方法的总称。根据研究对象的不同,系统工程可以分为:根据研究对象的不同,系统工程可以分为:农农业业系系统统工工程程,军军事事系系统统工工程程、能能源源系系统统工工程程、交交通通系系统工程等等。统工程等等。系统工程是一门综合性的科学,涉及的理论基础主要有:系统工程是一门综合性的科学,涉及的理论基础主要有:运运筹筹学学:在在给给定定的的条条件件下下对对系系统统进进行行合

22、合理理筹筹划划,以以达达到到预预期期的的最最优优效效果果。求求解解需需要要通通过过复复杂杂计计算算,一一般般要要用用计计算算机机完成。完成。主主要要分分支支:线线性性规规划划、非非线线性性规规划划、动动态态规规划划、排排队队论论、决策论、图论、库存论等。决策论、图论、库存论等。2.8 2.8 系统和系统工程系统和系统工程 概率论与数理统计学。研究偶然现象的规律性。概率论与数理统计学。研究偶然现象的规律性。控制论。控制系统的共同的控制规律。控制论。控制系统的共同的控制规律。信信息息论论。应应用用数数学学方方法法研研究究信信息息的的传传递递、变变换换和和存存贮贮规律。规律。大大系系统统理理论论。研研究究处处理理结结构构复复杂杂的的大大系系统统的的模模型型化化和和最优化问题,如大系统分解协调及多级递阶控制理论等。最优化问题,如大系统分解协调及多级递阶控制理论等。计计量量经经济济学学。以以数数学学、统统计计学学及及经经济济学学为为理理论论基基础础来来研究经济问题。研究经济问题。系系统统工工程程涉涉及及的的基基础础理理论论知知识识十十分分广广泛泛,是是一一门门综综合合性性的的边边缘缘学学科科。能能源源系系统统工工程程在在我我国国起起步步较较晚晚,理理论论尚尚称称不不上上成成熟熟,方法也未尽完善,都有待于进一步探讨和研究。方法也未尽完善,都有待于进一步探讨和研究。

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