Энергопотребление в черной металлургии Украины и пути его оптимизации
Вадим Большаков, член-корр. НАН Украины, директор ИЧМ НАН Украины, Леонид Тубольцев, к.т.н., зав.отделом ИЧМ НАН Украины
Энергопотребление в черной металлургии Украины и пути его оптимизации
В металлургическом производстве Украины используются практически все известные виды энергоносителей. При этом металлургия является как потребителем внешних источников энергии (уголь, природный газ, электроэнергия), так и производит собственные ресурсы, которые используются в производственном цикле. К последним можно отнести: тепловую энергию, доменный, коксовый и конвертерный газ, электроэнергию, сжатый воздух, кислород, азот и пар.
Энергоемкость продукции, выпускаемой в настоящее время на металлургических предприятиях Украины, по ряду переделов выше энергоемкости металлургической продукции стран Европы и мира. Но до последних лет этот факт особо не беспокоил владельцев предприятий черной металлургии нашей страны. Как известно, актуальность активному обсуждению вопросов энергосбережения в металлургии придало резкое увеличение стоимости природного газа.
Так, сегодня в среднем по отрасли в агломерационном производстве используется 5,1 м3 природного газа на 1т агломерата, доменном – 98,3 м3/т чугуна, мартеновском – 72,3 м3/т стали, прокатном -36,6 м3/т. С учетом действующих цен на природный газ, эти показатели уже существенно влияют на себестоимость металлургической продукции.
ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ В ДОМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Если рассматривать ситуацию с потреблением энергоносителей по металлургическим переделам, то можно констатировать – больше всего их используется в доменном производстве чугуна (до 60%). Поэтому именно данный передел наиболее привлекателен в плане внедрения мероприятий по снижению энергопотребления.
В последние годы в металлургической практике расширяется сфера использования непосредственно угля в доменной плавке, в том числе путем вдувания в доменную печь пылеугольного топлива (ПУТ), загрузки антрацита вместе с шихтой, использования процесса газификации угля. С одной стороны, это обуславливает снижение удельного расхода кокса на тонну чугуна. С другой же – общий уровень расхода энергоносителей изменяется незначительно, что свидетельствует о необходимости усиления научных исследований в этом направлении. Мировой опыт показывает, что наиболее эффективно пылеугольное топливо применяется при комплексной модернизации доменных печей (ДП), в т.ч при использовании бесконусных засыпных устройств (БЗУ), которые позволяют усовершенствовать управление загрузкой шихты. Для черной металлургии нашей страны, где планируется широкое использование ПУТ как средства экономии природного газа, важнейшим условием эффективной работы доменных печей является оборудование их БЗУ.
На международном рынке этой продукции для крупных ДП лидирует известная иностранная фирма “Пауль Вюрт”. Однако, в Украине работает немало печей небольшого объема, в которых могут быть использованы другие конструкции засыпных аппаратов (в том числе отечественного производства) в частности, с роторным распределителем. Такие аппараты намного дешевле БЗУ зарубежного производства, а основным их достоинством является возможность изготовления на украинских машиностроительных предприятиях.
Следующий пример – перспективные газовые турбины (ГУБТ), использующие вторичную энергию колошникового газа ДП. В свое время такими установками были оборудованы доменные печи меткомбината “Криворожсталь” (ДП №7, 8, 9). Но по ряду технических и организационных причин использование ГУБТ на этом предприятии было приостановлено. Сейчас ГУБТ не применяются на заводах Украины, в то же время они является одним из рентабельных путей энергосбережения в черной металлургии.
Основные трудности обеспечения эффективной работы ГУБТ на отечественных предприятиях вызваны нестабильным режимом работы доменной печи, пониженным давлением газа на колошнике (менее 0,15 МПа), несовершенством конструкции засыпных аппаратов конусного типа, недостаточным качеством шихтовых материалов и кокса, отсутствием газоочисток доменного газа требуемого уровня. Без надлежащей модернизации газоочистки и приспособления ее к взаимоувязанной работе с ГУБТ нельзя получить максимальную отдачу от этой технологии. Подчеркнем -для создания такой газоочистки в Украине имеются научные разработки отраслевых НИИ и соответствующий технический потенциал машиностроительных предприятий.
Экономическая целесообразность применения ГУБТ определяется на основании количества электроэнергии, выработанной турбиной, и затратами на ее строительство и обслуживание. Для печи объемом 2700 м3 мощность ГУБТ может составить около 9 МВт. Это позволяет выработать 80 млн.кВт-ч электроэнергии при себестоимости около 6 коп/кВт-ч, что значительно ниже стоимости покупной электроэнергии. В настоящее время в Украине имеется свыше 30 ДП, имеющих объем 1386 м3 и более, которые могут быть оборудованы газовыми турбинами для выработки электроэнергии. Для ГУБТ можно использованы турбины производства Украины или России. Стоимость непосредственно турбины составляет от $3,7 до $6,5 млн.
ПЕРСПЕКТИВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ПЕРЕДЕЛЕ
Обосновывая современные решения в сталеплавильном переделе, обычно говорят о ценовых преимуществах, “гибком” производстве и экологической безопасности, которые реализуются при выплавке стали в электропечах. Следует учитывать, что металлический лом, являющийся сырьем для электростали, является уже хорошо подготовленным сырьем. Он содержит в себе энергетические запасы прошлых производств, в результате чего техногенная нагрузка снижается в 1,5-2 раза. Безусловно, доля выплавки такой стали в Украине будет увеличиваться, о чем свидетельствуют перспективные планы создания электросталеплавильных мощностей на ряде металлургических предприятий страны.
При производстве стали в конвертерах с применением кислорода приоритет отдается технологическим решениям и построениям, которые направлены на уменьшение потерь энергии, железа, огнеупоров и др. Одновременно с этим стремятся к существенному снижению вредного влияния на окружающую среду, эффективной переработке технологических отходов, утилизации энергии технической воды и т.п. Так, в странах ЕС в период с 1960г. по 2005г. удельный расход энергии на тонну стали уменьшился с 30 ГДж/т до 17,2 ГДж/т. Наконец, во всех технологических процессах в максимальной степени сокращается использование природного газа.
Анализируя последние достижения в части развития технологий кислородно-конвертерного производства, можно предположить, что основной прогресс будет достигаться путем совершенствования процесса выплавки. Это предусматривает повышение производительности плавильного агрегата при условии комплексной автоматизации всех элементов технологической цепочки. В результате возможно достижение дополнительных энерго- и ресурсосберегающих эффектов, что автоматически влечет за сбой большую экологическую безопасность и оптимальные экономические показатели сталеплавильных производств.
В целом же, в условиях Украины перспективы энергосбережения в черной металлургии связаны с решением следующих задач:
• обновление основных производственных фондов, внедрение новых энергосберегающих и безотходных технологий;
• замена природного газа альтернативными видами топлива (уголь, ПУТ, продукты газификации угля и мазута), где это возможно и экономически целесообразно;
• расширение области использования вторичных энергетических ресурсов (прежде всего – тепловых);
• снижение потерь материальных/топливно-энергетических ресурсов на всех стадиях технологического цикла и воды – в системах охлаждения металлургических агрегатов.
ЧТО МОЖЕТ ГОСУДАРСТВО
Металлургические предприятия в Украине приватизированы и осуществляют независимую хозяйственную деятельность. Интересы владельцев заводов и государства различны, однако, в силу большой значимости ГМК для экономики страны в вопросах энергосбережения должно быть найдено взаимопонимание. Ведь степень энергоэффективности отечественной экономики существенно влияет на уровень конкурентоспособности продукции украинских производителей на мировых рынках. Но сейчас эта конкурентоспособность достигается, в основном, за счет ограничения расходов на заработную плату, а также – дотированием (прямым или скрытым) экспортно-ориентированных отраслей.
Украина как государство сегодня просто обязана решать вопросы энергетической безопасности посредством внедрения комплексных инноваций, испытанных мировым опытом. И среди первоочередных задач здесь -мероприятия государственного регулирования, которые способны переформатировать экономику в статус, менее чувствительный к энергетическим потрясениям. Для этого необходимо на базе прогрессивных технологий разработать комплексную и системную политику обеспечения энергоэффективности не только в черной металлургии, но и в остальных отраслях экономики Украины.
Первоочередными заданиями такой политики, по нашему мнению, целесообразно определить следующие:
• разработка энергосберегающих мероприятий и путей их реализации;
• решение малозатратных организационных вопросов, таких как проведение энергетического аудита с целью наиболее полного определения потенциала энергосбережения (некоторые предприятия уже провели подобные мероприятия и убедились в их полезности);
• составление энергетического паспорта предприятий;
• внедрение на заводах и комбинатах энергетического менеджмента;
• разработка в государственном масштабе нормативной базы по удельному расходу энергоресурсов, механизма контроля, штрафов и поощрений.