Эффективность нагрева дутья доменных печей.

Является эффективным методом интенсификации плавки. Увеличивается производительность печи, снижается температура колошникового газа, так как с увеличением нагрева дутья и сокращением расхода кокса в шихте отношение для верхней зоны доменной печи растет. При неизменной рудной нагрузке температура колошника не изменяется, а тепло дутья используется на перегрев продуктов плавки, восстановление трудновосстановимых окислов и т.д. Снижается величина тепловых потерь, т.к. при скоращени расхода горючего производительность доменной печи увеличивается. Использование нагрева позволяет покрыть затраты тепла на восстановление трудновосстановимых углеводородов. При повышении температуры дутья увеличивается требования к фракционному составу шихты, поскольку в этих условиях снижается газопроницаемость слоя, так как при повышении нагрева дутья возрастают объем и давление в горне, т.е. увеличивается давление газов снизу, затрудняющее плавный сход шихты. Это вызывает дальнейшее повышение давления и затруднения в сходе шихты. Из-за уменьшения расхода кокса уменьшается газопроницаемость слоя шихты (т.к. у кокса выше газопроницаемость, чем у рудных материалов). Следовательно увеличение температуры дутья заставляет проводить определенные мероприятия, главным образом связанные с улучшением качества шихтовых материалов и особенно с их восстановимостью и сохранением прочности при восстановлении. Температура дутья в современной ДП примерно 900—1000С.

Эффективность использования кислорода в аглодоменном производстве.

Эффективность использования кислорода в печи определяется суммарным воздействием ряда факторов:

1. Основным результатом обогащения дутья кислородом является интенсификация горения углерода у фурм, вызванная тем, что в единицу времени в печь вводят больше массовых единиц кислорода. Это в свою очередь означает увеличение количества углерода, сгорающего в единицу времени у фурм, т. е. рост производительности доменной печи. Но поскольку перепад давлений между горном и колошником печи снижается, то, не повышая давления газа, количество сжигаемого в единицу времени углерода можно увеличить.

2. Уменьшение выхода газа в горне приводит к существенному перераспределению тепла в печи. Увеличение вызывает снижение величины нижней зоны теплообмена и значительное увеличение размера верхней ступени теплообмена. Таким образом, в горне и нижней части заплечиков сосредоточивается большое количество тепла, а в вышележащих горизонтах приток тепла становится меньше и температура ниже. Понижение температур в шахте печи вызывает запаздывание непрямого восстановления, после чего степень использования восстановительной способности газа-восстановителя и общая степень непрямого восстановления могут снизиться с отрицательными последствиями для расхода горючего. Перераспределение температур в печи может нарушить сход материалов; так, при понижении горизонта шлакообразования в верхнюю часть заплечиков приходят твердые и слаборазмягченные массы. При этом возможны заклинивание материалов и неровный ход печи, подвисания, тугой ход, ход с осадками.

3. Снижение количества дутья на единицу углерода, а следовательно и чугуна, вызывает уменьшение прихода тепла с дутьем. Это связа-но с выводом из дутья нагретого азота, который основную часть своего тепла оставляет в печи. При определенных условиях снижение прихода тепла с азотом более не перекрывается относительным снижением потерь тепла через колошник и стенки печи. Таким образом, доменная печь получит меньше тепла, что потребует дальнейшего роста температуры дутья или перерасхода кокса.

4. Рост содержания кислорода в дутье и вывод из него азота означает значительный рост доли газа-восстановителя в печном газе. Увеличение доли восстановителя должно привести к улучшению условий и величин непрямого восстановления.

5. Увеличение производительности печи приводит к снижению удельных тепловых потерь.

6. Уменьшение количества газа в горне при неизменном приходе тепла должно вызывать повышение температуры в горне печи.

Десульфурация чугуна в доменных печах.

Сера попадает в чугун в основном с коксом, примерно 10% переходит в газовую фазу. Главный десульфуратор – шлак. Сера в шлаке находится в виде сульфидов CaS, MnS, FeS.

При чем большая часть S связана с Ca в виде CaS Чем выше приход S, тем выше [S]чугуна; чем больше шлака тем лучше десульфурация. Баланс серы в доменной печи можно выразить Десульфурации способствует увеличение до определенного уровня основности шлака, блее высокие температуры в горне, введение в шлак 5-10% MgO(он не является десульфуратором, но уменьшает вязкость), увеличение кол-ва шлака. Механизм десульфурации чугуна можно подразделить на три стадии:

1. Переход серы в виде сульфидов железа и марганца из чугуна в шлак;

2. Перераспределение серы между сульфидами железа, марганца, кальция (возможно и магния) с образованием оксидов железа и марганца

3. Восстановление оксидов железа и марганца углеродом, кремнием и другими раскислителями до наступления равновесия между ними и газовой средой.

Реакцию десульфурации можно представить в следующем виде: [FeS] + (CaO) + C = (CaS) + [Fe] + CO. Основная масса Серы переходит в шлак, когда через него фильтруются капли жидкого чугуна, стекающего в горн. Между выпусками десульфурация протекает в 3 фазы: 1) слабо – когда в горне мало шлака 2) сильно когда шлака много 3) опять слабо, когда в горне остается малый слой шлака, насыщенный серой.

 

Кризисы ресурсов

Кризис - переломный момент, острое состояние, обострение противоречий, ранее не проявлявшихся. Кризис отнюдь не является катастрофой.

Экологический кризис - это состояние нарушения устойчивости биосферы, в результате которого происходят быстрые (за время жизни одного поколения людей) изменения характеристик окружающей среды.

Кризис №1 (около 50 тыс. лет до н.э.). Нехватка естественных продуктов питания живой природы. Первое подтверждение “Мальтусовской проблемы” в реальности.

“Революция” №1. Биотехническая революция, выжигание растительности (например, для увеличения территорий для животных), организация массовой охоты.

Кризис №2 (10-50 тыс. лет до н.э.). Перепромысел крупных животных (истребление мамонтов). Истощение ресурсов собирательства.

“Революция” №2. Аграрная революция, переход к производящему хозяйству примитивное орошаемое земледелие и скотоводство.

Кризис №3 (2 тыс. лет до н.э.). Орошаемое земледелие не справляется с производством пищи.

“Революция” №3. Вторая аграрная революция. Широкое освоение неполивных земель.

Кризис №4 (Первое тысячелетие до н.э.). Истощение растительности как энергоисточника. Нехватка трудовых ресурсов.

“Революция” №4. Начало использование минерального горючего. Широкое распространение примитивных машин, в том числе с участием мускульной силы животных.

Кризис №5 (XVIII-XIX вв.). Примитивные машины и способы получения энергии не справляются с удовлетворением потребностей общества

“Революция” №5. Промышленная революция. Изобретение паровой машины. Начало машинного производства.

Кризис №6 (начало XХ-го века). Нехватка продукции и энергии для удовлетворения резко выросших потребностей общества.

“Революция” №6. Научно-техническая революция.

Кризис №7 (вторая половина ХХ-го века). Затруднения в функционировании экосистем. Демографический кризис. Социальный кризис. Энергетический кризис.

“Революция” №7. Разработка и начало использования концепции устойчивого развития “Третья революция”. Ресурсо-экологическое регулирование общественного прогресса. Первые шаги в решении демографических проблем.

Во-первых, кризисы в развитии человеческого общества базируются на основной проблеме - нехватке ресурсов. При всем разнообразии ресурсов на начальной стадии развития человеческого общества лимитирующим (ограничивающим) ресурсом был ресурс продовольствия. По мере движения человеческого общества к зрелости к продовольствию прибавляется энергетика, а затем наличие или нехватка трудовых ресурсов.

Во-вторых, кризис ресурсов - это закономерный этап развития цивилизации.

В-третьих, до ХХ-го века устойчивость окружающей среды полностью обеспечивала условия развития цивилизации. Экологические кризисы на всем предыдущем отрезке развития общества не возникали. Эти общие соображения взяты авторами за основу последующего анализа.

Основные понятия экологии

Экология (по Б. Небелу) - наука о взаимоотношении всего живого между собой и окружающей средой.

По мере становления экологии как самостоятельной науки стала проявляться необходимость поиска базовой единицы, «размерности». У других, оформившихся наук такая единица существовала. В физике это был атом, в физиологии – орган, в цитологии – клетка. Такая единица была найдена, когда в 1935 г. английский зоолог Артур Тенсли ввел одно из центральных понятий современной экологической науки - «экосистема», под которым понимают совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом в ограниченном пространстве.

В 1877 г. немецкий зоолог Карл Мёбиус вводит понятие «биоценоз», понимая под ней эволюционно сложившуюся форму организации живого населения биосферы, многовидовую биологическую систему. Термин «биоценоз» получил распространение в научной литературе на немецком и на русском языках. В англоязычных странах ему соответствует понятие «сообщество» («community»).

В1907 г. Э. Раковицэ предлагает понятие “биота”, как исторически сложившуюся совокупность живых организмов (растений, животных, микроорганизмов), населяющих какую-либо определенную территорию. В отличие от биоценоза, эти организмы могут быть экологически не связаны.

Понятие “экосистема” применяется к единицам разной протяженности - от пня с его живым населением (“микроэкоситема”) до мирового океана (“макроэкоситема”). Эта размытость в определении порождает многие неясности в количственной трактовке экологических проблем. Искусственная экосистема - это совокупность живых организмов, живущих в условиях, которые создал человек и которые ранее природной среде известны не были

Абиотические факторы - компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы (климатические - световой режим, солнечная радиация, температура, влажность, атмосферные осадки и т. д., почвенные факторы водной среды и т. д., структура и состав, кислотность (рН), содержание гумуса и т. д.

Антропогенные факторы - факторы, обязанные своим происхождением деятельности человека.

. Биогенное вещество - осадочные породы, состоящие из продуктов жизнедеятельности живых организмов или представляющие их разложившиеся остатки (известняки, горючие сланцы, ископаемые угли, нефть и т.д.).

Биогеохимический круговорот веществ - повторяющийся обмен химических элементов и их природных соединений между живым веществом и неорганической средой. Термин введен В.И. Вернадским.

Биокосное вещество - вещество, возникающее в результате совместной деятельности живых организмов и косных процессов (кора выветривания, почвы, природные воды и т. д.).

Биомасса - выраженное в единицах массы количество живого вещества, приходящееся на единицу площади или объема. На суше преобладает фитомасса (масса зеленых растений) - 99%, а в океане - животные и микроорганизмы (93, 7%).

Биом – крупная региональная или субконтинентальная биосистема (крупное сочетание экосистем), характеризующаяся каким-либо основным типом ландшафта, например, биом лиственных лесов умеренного пояса.

Биотоп – участок с однородными экологическими условиями, совокупность неживых компонентов, однородное по абиотическим факторам среды пространство. Иногда биотоп отождествляют с местообитанием. Однако последнее – это территория, биотоп же – это абиотическая среда.

Гелиоэнергетика - использование солнечной энергии с применением различных способов.

Голоцен - современная экологическая эпоха, последняя фаза четвертичного периода (плейстоцена). На протяжении голоцена отличалось чередование теплых и холодных эпох с различной степенью увлажнения климата. Продолжительность голоцена составляет 10-12 тысяч лет назад.

Гомеостаз - способность организма или системы организмов поддерживать динамически устойчивое равновесие в изменяющихся условиях среды.

Гумус, перегной - темноокрашенное вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков в верхнем почвенном горизонте. От его количества зависит плодородие почвы.

Живое вещество - совокупность и биомасса живых организмов в атмосфере.

Консументы - организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые фотосинтезирующими или хемосинтезирующими видами (продуцентами). К ним относятся все животные, включая человека, часть микроорганизмов, паразитирующие насекомоядные растения. Отличают консументы первичные, питающиеся растительной пищей (травоядные) и вторичные (второго, третьего и последующих порядков), питающиеся животной пищей, т. е. и первичными консументами.

Мониторинг - отслеживание, комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений окружающей среды.

Сукцессия - последовательная необратимая смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных или антропогенных факторов.

Тропосфера - нижняя часть атмосферы, в которой сосредоточено более 80% массы всей атмосферы.

Трофические цепи (пищевые цепи) - это перенос энергии и питательных веществ от основного источника - зеленых растений - через ряд организмов. На каждом уровне потребленная пища ассимилируется не полностью, т. к. значительная часть ее теряется, тратится на обмен веществ, поэтому продукция каждого последующего вида организмов всегда меньше, чем предыдущего.

Экосфера – область, доступная для человека (биосфера, околоземное пространство – освоенный космос, глубины Земли т.д.)

Окружающая среда

Окружающая среда - это находящаяся рядом с человеком, доступная ему, находящаяся в компактных местах проживания, сфера. Согласно документам ЮНЕП (специализированная структура ООН по окружающей среде) окружающая среда представляет собой «все внешние факторы, условия и воздействия, оказывающие влияние на организмы и общество, т.е. все что окружает организмы, включая созданное природой и человеком».

Окружающая среда состоит из четырех неразрывно связанных компонентов: собственно природной среды; порожденной агротехникой «второй природы»; искусственной среды - «третьей природы» и социальной среды. Характеристика этих элементов окружающей среды приводится далее по Н.Ф. Реймерсу:

1. Природная среда, окружающая человека, - факторы чисто естественного или природно-антропогенного происхождения (т.е. имеющие свойства самоподдержания и саморегуляции без постоянного корректирующего воздействия со стороны человека), прямо или косвенно, осознанно или неосознанно (регистрируемые или нерегистрируемые органами чувств, измеряемые или неизмеряемые), воздействующие на человека. К числу этих факторов относятся энергетическое состояние среды (тепловое и волновое, включая магнитные и гравитационные поля); химический и динамический характер биосферы; водный компонент (влажность воздуха, химический состав воды и др.); физический, химический и механический характер поверхности Земли; облик и состав биологической части природных систем (растительности, животного и микробного населения) и их ландшафтных сочетаний (в том числе сочетаний некоторых сельскохозяйственных и лесохозяйственных земель с естественными экосистемами), степень сбалансированности и стационарности компонентов, создающих климатические и пейзажные условия и обеспечивающих определенный ритм природных явлений, в том числе стихийно-разрушительного характера (землетрясения, наводнения, ураганы).

2. «Вторая природа» или квазиприродная среда - все модификации природной среды, искусственно преобразованные людьми и характеризующиеся свойством отсутствия системного самоподдержания (т.е. постепенно разрушающиеся без постоянного регулирующего воздействия человека): пахотные и иные преобразованные человеком угодья («культурные ландшафты»), грунтовые дороги, внешнее пространство населенных мест с его природными физико-химическими характеристиками и внутренней структурой (разграничение заборами, различные постройки, изменяющие тепловой и ветровой режимы, зеленые полосы, пруды и т.д.), зеленые насаждения (газоны, бульвары, сады, ландшафтные парки и лесопарки). Все эти образования имеют природное происхождение, представляют собой видоизмененную среду и не являются чисто искусственными, не существующими в природе (здания рассматриваются как целое, подобное скалам, и вообще пересеченной местности, энергетика лишь как преобразованный естественный поток солнечного тепла и т.п.). К «второй природе» относятся также домашние животные и культурные растения, включая домашнее растениеводство. Расширение территории «второй природы» требует все больше усилий на ее поддержание. Это - одна из причин роста абсолютных и относительных энергетических затрат в развитии общества.

3. «Третья природа» или артеприродная среда - весь искусственный мир, созданный человеком, не имеющий аналогов в естественной природе и без непрерывного ухода немедленно начинающий разрушаться. Это уже не «очеловеченная» природа, а в корне преобразованное человеком вещество. К «третьей природе» можно отнести асфальт и бетон современных городов, внутреннее пространство мест жизни и работы, транспорт и предприяти сферы обслуживания (физико-химические характеристики, размерность, эстетика помещений и т.д.), технологическое оборудование, транспортные объекты, мебель и другие вещи («среда вещей»).

Современного человека главным образом окружает именно среда «второй» и «третьей» природы. В одних случаях она смягчает воздействие природной среды (улучшает, например, микроклимат), в других заменяет своими элементами природную среду (архитектура, кондиционеры и т.д.). Артеприродная среда оказывается ухудшенным вариантом природной среды (загрязнения всех видов, однообразие архитектуры и т.д.).

4. Социальная среда - культурно-психологический (информационный, в том числе политический) климат, намеренно или непреднамеренно, сознательно или бессознательно создаваемый для личности, социальных групп и слагающийся из влияния людей, как социально-биологических существ друг на друга и пр. Воздействие включает экономическую обеспеченность в соответствии с выработанным обществом эталоном, гражданские свободы, моральные нормы общества, свободу самовыражения, возможности свободного общения, пользования культурными ценностями, сферой услуг.

Социальная среда интегрируется с природной, квазиприродной и артеприродной средами в общую совокупность окружающей человека среды. Все факторы каждой из рассматриваемых сред тесно взаимосвязаны между собой. Нельзя при этом думать, что какая-то из этих сред может заменить другую или быть безболезненно выброшенной. Эти среды способны лишь усиливать или ослаблять действие друг друга, но не снимать эти воздействия. Так природный климатический дискомфорт может быть ослаблен лучшей организацией “третьей природы” и социальным комфортом, но это не означает, что среда жизни человека станет идеальной.

Развитие естественной экосистемы подчиняется законам эволюции. Поэтому естественные экосистемы - это как отношения между живыми организмами, так и условия окружающей среды. При этом те и другие находятся в состоянии динамического равновесия двух основных факторов: биотический потенциал (масса популяции, скорость роста и др.) и сопротивление окружающей среды (климат, болезни, катастрофы, опасность со стороны хищников и др.). Любая естественная экосистема является замкнутой и равновесной.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: