CC BY
17
УДК 669(091).013:504.604.36
Л.М. СИМОНЯН, А.Н. ПОТАПОЧКИН
Московский государственный институт стали и сплавов
(технологический университет)
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ БАЗА ДАННЫХ «ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА СО2-МОНИТОРИНГА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА»
В последние десятилетия в сферу мировой политики вошла проблема так называемого глобального потепления климата. Рост средней температуры на планете многие ученые связывают с увеличением концентрации СО2, вызванной увеличением промышленного производства, в первую очередь количества сжигаемого топлива. Для оценки и сравнения влияния металлургических технологий на выбросы СО2 предлагается автоматизированная база данных (АБД) «Информационная система СО2-мониторинга металлургического производства». АБД позволяет на основе данных о потреблении углеродсодержащих материалов анализировать потребление углерода и выбросы СО2 на различных предприятиях и делать выводы о степени прогрессивности применяемых металлургических технологий.
The problem of a global warming of a climate has come in an orb of world politics in second half of past century. Many scientists bind increase of concentration СО2 called by increase of a commercial production and first of all by increase of quantity of incinerated coal and fuel. In the given activity for an evaluation and comparison of influence of metallurgical technologies on blowouts СО2 automized database (АDB) «Intelligence system of ^^monitoring of metallurgical manufacture » is offered. ADB allows to parse on the basis of a consumption data of carbon materials consumption of carbon and blowouts СО2 at the different enterprises and to do breedings about a degree of progressiveness of used metallurgical technologies.
По данным многолетних наблюдений, темпы ежегодного прироста концентрации диоксида углерода в атмосфере составляют 0,5 %. Вместе с тем отмечается рост средней температуры на планете. Поэтому в последние десятилетия в мире большое распространение получила концепция глобального потепления Земли вследствие так называемого парникового эффекта, вызванного ростом концентрации оксидов углерода, метана и других газов в атмосфере.
В России в связи со снижением объема производства выбросы диоксида углерода с 1990 по 2000 г. снизились на 43,6 %; в результате разница между выбросами и обязательствами России по Киотскому протоколу составила 200 млн т углерода (733,3 млн т СО2). Однако по некоторым прогнозам Российская Федерация может превысить лимит эмиссии уже к 2015 г. [3].
Выбросы диоксида углерода напрямую связаны с затратами энергоносителей. За последние 20 лет энергоемкость национального дохода в среднем в мире уменьшилась на 18 %, в развитых странах на 21-27 %, причем 60-65 % экономического роста обеспечивалось повышением энергоэффективности [1]. В России, напротив, энергоемкость ВВП увеличилась в 1990-1998 гг. на 22 %, и только в последние годы наметилась тенденция ее снижения (с 123 до 121,8 кг у.т. на 1 тыс.руб. ВВП в 1998-2001 гг.).
Национальные программы не стимулируют российскую экономику на сокращение количества потребляемых ресурсов, в частности энергоносителей [1]. В России и в настоящее время большинство отраслей промышленности использует неэффективные технологии 80-х гг. ХХ в., более энерго- и материалоемкие по сравнению с современными мировыми показателями.
При общей антропогенной эмиссии на территории РФ в 1999 г. около 1510 млн т выбросы металлургии составили 166,1 млн т (11 %) [1]. Источниками выбросов СО2 в черной металлургии являются доменное, коксохимическое, агломерационное, сталеплавильное и прокатное, а также вспомогательные (получение извести, ферросплавов и т.п.) производства. В ряде случаев учитываются и выбросы транспорта, перевозящего сырье и готовую продукцию, а также смежных производств (производство электроэнергии, огнеупоров и т.д.).
В настоящее время общепринятой методики оценки выбросов диоксида углерода в черной металлургии не существует. Получившие распространение методики отчетности о расходе энергии имеют ряд недостатков, которые не позволяют использовать их ни для анализа структуры потребления энергетических ресурсов, ни для оценки выбросов СО2 в металлургическом производстве.
Для анализа эффективности энергопотребления в черной металлургии, с целью снижения выбросов оксидов углерода, в работе предлагается информационная система С02-мониторинга с автоматизированной базой данных (АБД), которая позволяет одновременно обрабатывать большие массивы данных по предприятиям, прослеживать динамику изменения исследуемых показателей во времени, выявлять существующие тенденции. В качестве среды разработки системы мониторинга использована система управления базами данных (СУБД) «Microsoft Access 2000». Применение широко доступной и известной СУБД значительно облегчает и адаптацию системы к новым данным о деятельности предприятий, и дальнейшее ее совершенствование и развитие (например, возможность анализа выбросов других вредных веществ).
С помощью АБД проводится сбор, хранение и обработка информации об источниках эмиссии CO2 на предприятиях черной металлургии, исследование и анализ текущего состояния металлургического производства как потребителя энергетических ресурсов. Основной базовой единицей является потребитель углеродсодержащего мате-
риала и источника выброса С02 - технологический агрегат (коксовая батарея, агломерационная машина, доменная печь, конвертер, мартеновская печь, электропечь и др.). В основу оценки потребления углеродсо-держащих материалов и выбросов диоксида углерода положен упрощенный расчет.
Во избежание двойного учета потребления углерода в расчетах используется коэффициент потребления кпот, который показывает, какая доля поступившего в передел углерода расходуется в собственном производстве. Например, для доменного производства
С - С - С
1 _ прих чуг. ст дом. газ
пот _ '
прих
где Сприх - количество углерода, поступившего в доменное производство с шихтовыми материалами и газообразным топливом, кг/т чугуна; Счугст - количество углерода чугуна, переданного в сталеплавильное производство, кг/т чугуна; Сдом.газ - количество углерода, переданного в качестве топлива другим производствам (агломерационное, ТЭЦ и т.д.), кг/т чугуна.
Кроме того, в расчеты вводится коэффициент перехода углерода в СО2, например, для доменного производства
к =д(1 -Р) Сгаз
С
прих
где д - степень дожигания СО до СО2; в -доля доменного газа, передаваемого в другие производства; Сгаз - количество углерода, перешедшего в газ, кг/т чугуна.
Коэффициенты рассчитываются по данным заводских технологических отчетов, а в случае их отсутствия недостающие параметры принимаются по информации, имеющейся в литературе. Наиболее достоверной считается информация о содержании углерода в твердых металлургических материалах.
Удельный расход углерода на производство продукции в конкретном агрегате
Сагр =У к Р С
уд, ] ¿.и пот, уд, / / '
где Су7 - удельное потребление углерода
при производстве продукта на 7-м агрегате, кг/т; Руд, / - удельный расход /-го материала,
- 127
Санкт-Петербург. 2005
о о
о ю и
л
3 S
600 500 400 300 200 100 0
4
(Ч 700
О
О 600
s
о о g 500
ft ю & 400
0
и 300
и G
3 S jH 1-е и 200 100
«
0
1
2
3
1 2 3
Удельные выбросы СО2 на ОАО ЗСМК (а) и ОАО «НОСТА» (б) в 2002 г.
1 - агломерационное производство; 2 - доменное; 3 - коксохимическое; 4 - конвертерное; 5 - мартеновское; 6 - электросталеплавильное
б
а
494
кг/т; С, - массовое содержание углерода в /-м материале.
Удельные выбросы диоксида углерода
(ГО Чагр _ МСО2 ^ к СЗГр ^^^уд, М ^ р,1 уд, ]'
где ( ГО2 )уд\ - удельные выбросы диоксида
углерода при производстве продукции в 7-м агрегате, кг/т; МСО2 - молекулярная масса
диоксида углерода, кг; МС - молекулярная масса углерода, кг.
Суммарные годовые выбросы СО2 по переделам определяются, исходя из удельных выбросов с учетом годового объема производства продукции, а затем суммируются по всему предприятию. В зависимости от запроса, программа формирует отчеты по искомым показателям в виде таблиц и диаграмм. Основное меню программы, дающее представление о внешнем виде и основных ее возможностях следующее:
• характеристики агрегата;
• используемые материалы;
• показатели производства продукции;
• отчеты;
• потребление С;
• выбросы СО2.
Наибольшие выбросы диоксида углерода наблюдаются в доменном производстве (см. рисунок). Однако оптимизация доменного процесса близка к своему пределу, расход кокса на лучших агрегатах близок к теоретически минимальному расходу топлива [2]. Основные резервы снижения расхода энерго-
носителя связаны с оптимизацией газодинамического режима процесса. Однако в ОАО «НОСТА», по сравнению с ОАО ЗСМК имеются значительные резервы для снижения эмиссии диоксида углерода в доменном и коксохимическом производстве. Среди сталеплавильных процессов наибольшие удельные выбросы СО2 дает мартеновское производство. Поэтому замена мартеновских печей на конвертеры или электродуговые печи является одним из наиболее перспективных способов снижения затрат энергоносителей и эмиссии диоксида углерода в атмосферу.
Выводы
1. Разработана автоматизированная база данных «Информационная система СО2-мониторинга металлургического производства», предназначенная для обобщения и анализа больших массивов информации о потреблении углерода и выбросах СО2 на предприятиях черной металлургии.
2. Информационная система СО2-мони-торинга опробована на ряде предприятий (ОАО ЗСМК, ОАО «НОСТА», ОАО «Северсталь», ОАО «Мечел» и др.), полученные результаты требуют дальнейшего анализа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Национальный доклад по проблемам изменения климата / Минэкономразвития. М., 2002.
2. Сталь на рубеже столетий / Под ред. Ю.С.Кара-басова / МИСиС. М., 2001.
3. Стратегический анализ Киото-Марракешской системы / М.Граб, Т.Бреэр, Б.Мюллер и др.; Королевский институт международных дел. Лондон, 2003.
