CC BY
55
УДК 662.749.2 М.В. Шумейко
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДНЕТЕМПЕРА ТУРНОГО КОКСА ИЗ КАНСКО-А ЧИНСКИХ УГЛЕЙ НА АГЛОМЕРАЦИОННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ МЕТАЛЛУРГИИ
Проведено технико-экономическое исследование, включающее основные технические решения, обосновывающие выбор основного оборудования, влияющие на размер смежной стоимости строительства и основные технико-экономические показатели.
ТЪ основу технологии положена
-Ш-М концепция создания энерготехнологического комплекса на основе использования типового проекта промышленной котельной, который имеет длительную историю положительной эксплуатации, а также комплектуется типовым оборудованием с высокой степенью технологической надежности. Модернизации подвергается только топочная часть котлов путем размещения топок кипящего слоя. При этом последние также имеют широкое распространение и многолетний опыт успешной эксплуатации.
Модернизированный котел производит тепловую энергию в объеме ми-нальной мощности, а также второй продукт - буроугольный кокс. Такая схема радикально изменяет экономическую эффективность предприятия за счет ко-генерации двух видов продукции при неизменных эксплуатационных затратах. При этом реализуется новая схема использования угля: в котле сжигаются преимущественно летучие компоненты угля, а коксовый остаток является товарной продукцией с высокими потребительскими свойствами (в том числе он может использоваться как угольный сорбент). У котельной в благоприятную
сторону изменяются показатели выбросов в окружающую среду, а также практически отсутствуют золошлаковые отходы.
Технология защищена патентами РФ и ЕАПО (Патент РФ № 2285715, Евразийский патент №007801) и отработана на типовом котле КВТСВ-20 (мощность 20 Гкал/час) котельной разреза «Березовский-1».
Технико-экономические исследования создания энерготехнологического комплекса мощностью 330 тыс. т БПК в год разработаны для оценки экономической целесообразности замены кокса марки КМ (коксовая мелочь), потребляемого аглопроизводствами на буроугольной полукокс (БПК), получаемый из угля марки 2Б разреза «Березовский-1» по технологии «Сибтермо-КС».
Технико-экономическое исследование включает основные технические решения, обосновывающие выбор основного оборудования, влияю-щие на размер смежной стоимости строительства и основные технико-экономические показатели.
В процессе агломерации мелких руд в качестве топлива используется коксовая мелочь крупностью 0-10 мм, яв-
ляющаяся отсевом от валового кокса коксохимического производства. Ввиду малого выхода коксовой мелочь от валового кокса (5-7%) постоянно ощущается ее нехватка для аглопроизводств. В связи с этим для восполнения ее дефицита на фабри-ки поставляется кокс класса 10-25, 20-40 мм и даже крупнее 40 мм или отсевы кокса доменных цехов крупностью 40 (30)-0 мм. Для производства агломерата кокс подготавливается (дробится до технологической крупности 3-0 мм). Отсюда явно следует нецелесообразность крупных классов кокса и необходимость поиска его заменителей.
Наиболее перспективным направлением в повышении технико-эконо-мических показателей аглопроизводства является разработка технологии агломерационного топлива. Одной из таких технологий является получение, создание новых видов получения полукокса из бурых углей способом компании «Сибтермо» - в стационарном и кипящем слое. В 2006-2007 Кузнецким Центром ВУХИНа совместно с СибГНИУ для условий Абагурской фабрики ОАО «Евразруда» выполнены исследования по частичной замене коксовой мелочи буроугольным полукоксом (ВПК), полученным по технологии «Сибтермо».
Основные выводы выполненной работы:
1. Введение БПК в аглошихту интенсифицирует процесс агломерации - с повышением доли БПК линейно повышается вертикальная скорость спекания, сужается зона горения по высоте слоя.
2. Производительность процесса с введением в шихту БПК изменяется по кривой с максимумом при замене БПК им коксовой мелочи на 40-50%. При этом производительность повышается на 15-20%. При увеличении замены более 50% производительность снижается и при полной замене (100%) уменьшается до
исходного уровня при работе на коксовой мелочи.
3. С введением БПК в шихту выход возврата повышается, а механическая прочность агломерата снижается.
4. Крупность использованного в опытах БПК (5-1, 3-0-3,05 мм) существенного влияния на показатели процесса не оказывает. Однако, учитывая отдельно положительные моменты процесса, а также высокую реакционную способность БПК, для агломерации целесообразно использовать класс 5-1 мм.
5. Для улучшения количественных показателей аглопроцесса и сохранения качества агломерата рекомендуется замена коксовой мелочи в топливе на БПК в количестве 40-50%.
Результаты проведенных опытов для условий Абагурской аглофабрики ОАО «Евразруда» позволяет рассматривать БПК как перспективное топливо агломерации железных руд.
Уникальной и благоприятной особенностью БПК как аглотоплива явялет-ся химический состав, золой которых характеризуется большим содержанием основных окислов СаО и М§0 - соответственно 46,6 и 5,4%. Его естественная основность (СаО/БЮг) составляет 2,45 против 0]/у коксовой мелочи и 1,6 у агломерата. Поэтому использование БПК в аглопроцессе позволит уменьшить количество флюсующих добавок (известь, плавиковый шпат).
По данным института «Гипрони-кель» положительные результаты по использованию БПК в качестве аглотоплива получены также в цветной металлургии. Однако ввиду незначительного потенциального объема потребления и жесткого требования о поставках БПК по цене энергетического угля дальнейшие работы по этому направлению были прекращены.
В Российской Федерации действуют 12 агломерационных производств по спеканию железных руд. Расположение аглофабрик по регионам неравномерное.
Наиболее крупные производства агломерата сосредоточены на Урале с объемом потребления топлива 1290 тыс. т в год. Из них наибольшая потребность в топливе у следующих предприятий:
- ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»;
- ОАО «Мегел»;
- ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат»;
- ОАО «Уральская сталь».
В Центре потребление топлива для агломерации составялет около 1070 тыс.т в год (ОАО «Новомпец», ОАО «Тулапермет»), На аглофабриках Кузбасса расходуется топлива около 440 тыс.т в год.
Таким образом, общая потребность в топливе для агломерации железных руд составляет 2800 тыс.т/год и рекомендуемой доле участия БПК в аглошихте до 40-50%, потребность БПК составит 1100/1400 тыс.т/год.
Однако, ситуацию с обеспечением топлива на аглофабриках необходимо рассматривать с учетом того, что аглофабрики, территориально входящие в состав металлургических комбинатов, обеспечиваются коксовой мелочью и крупным коксом от коксо-химических производств и доменных цехов по внут-рикомбинатовской схеме по транспортерам. Количество отсевов кокса в доменных цехах класса 40 (30)-0 мм достаточно велико и составляет около 1500 тыс. т в год. При этом в отчетных документах аглопроизводств фиксируется общий расход топлива без расшифровки использования сортов кокса. Создается впечатление, что дефицит коксовой мелочи как топлива отсутствует. Однако вынужденное использование крупного
кокса на аглофабриках создает определенные трудности при его подготовке (дробление) к процессу. Качество такого кокса ниже, чем коксовой мелочи, а стоимость в разы выше.
Одним из основных требований к заменителям кокса в агломерационном производстве является сохранение, а в оптимальном варианте - повышение производительности агломашин и качества агломерата. Эти показатели обеспечиваются при доле БПК в шихте до 40-50%.
По влажности и зольности БПК имеет большой запас качества по сравнению с коксовой мелочью. Допустимый выход летучих веществ топлива ограничен их составом - содержание смолистых продуктов должно быть в них минимальным, а в идеальном случае смолистые вещества должны отсутствовать.
Температура воспламенения топлива в токе газов с содержанием до 10-12% кислорода должна быть 500-700 °С. Крупность топлива должна быть 3-0 мм при его реакционной способности по СОг при 1000 °С на уровне 2,5-5,0 см3/ч*с или 5-0 мм при реакционной способности более 5 см3/г*см. Средняя величина реакционной способности БПК по данным Кузнецкого центра ВУ-ХИН составляет 3,7 см3/г*см у коксовой мелочи.
Теплота сгорания БПК достаточно высоки и составляет в среднем ((Э,г) 6690 ккал/кг. По этому показателю БПК не уступает коксовой мелочи.
Бурый уголь будет использоваться для получения агломерационного пылеугольного топлива (ПУТ) при недостатке коксовой мелочи в металлургической промышленности. Энерготехнологический комплекс кроме буроугольного кокса будет производить электроэнергию и тепло в виде горячей воды или пара. После реконструкции энергетиче-
скии котел сохраняет свою номинальную мощность по производству горячей воды или пара.
В составе энерготехнологического комплекса предусматривается строительство корпуса ТЭЦ общей тепловой мощностью 237,5 Гкал/час с установкой -пяти котлов БКЗ-160-3,9ГД (один котел рездовный)
- четырех турбоустановок ПТ-27/353,9/1,7
В системе очистки уходящих дымовых газов предусмотрено использование электрофильтров.
Численность промышленно-производственного персонала энерготехнологического комплекса составляет 450 человек.
Потребление угля 2Б
1330 тыс.т в год Производство буроугольного Полукокса 330 тыс.т в год
Отпуск электроэнергии
824 млн. кВт-ч
Полезный отпуск тепла
930 Гкал/год Расчеты выполнены в руб. в ценах и тарифах на 01.07.2007.
- уголь 2Б 0^ = 3700 ккал/кг
220 руб.
- 1 кал 700 руб.
- 1 кВт-ч 1 руб.
Стоимость товарной продукции
- буроугольного полукокса -330000 т * 1700 р/т = 561 000 000 руб.
- отпускаемой электроэнергии -
824 000 000 кВт-час/год * 1 р/кВт-ч = 824 000 000 руб.
- отпускаемой тепловой энергии -930 000 Гкал/год * 700 р/Гкал = 651 000
000
Стоимость товарной продукции -итого
561 000 000 + 824 000 000 + 651 000 000 = 2 036 000 000 руб.
Инвестируемый капитал - 2 828 873 800
Уровень технологии 2036000000 *2036000000 450*2828873800 2036000000
450
1465920000
450
= 325760
Технико-экономическое исследование обеспечения ОАО «Агинский глиноземный комбинат среднетемпературным коксом из канско-ачинских углей
В основу технологии положена концепция создания энерготехнологического комплекса на основе использования типовой котельной, который имеет длительную историю положительной эксплуатации, а также комплектуется типовым оборудованием с высокой степенью технологической надежности. Модернизации подвергается только топочная часть котлов путем замены типовой заводской топки на топку кипящего слоя. Последние также имеют широкое распространение и многолетний опыт успешной эксплуатации.
Модернизированный котел производит тепловую энергию в объеме номинальной мощности, а также второй продукт - буроугольный кокс. Такая схема радикально изменяет экономическую эффективность предприятия за счет ко-генерации двух видов продукции при неизменных эксплуатационных затратах. Реализуется новая схема использования угля: в котле сжигаются преимущественно летучие компоненты угля, а коксовый остаток товарной продукции с высокими потребительскими свойствами (в том числе он может использоваться как угольный сорбент). У котельной благоприятно изменяются показатели выбросов в окружающую среду, а также
практически отсутствуют золошлаковые отходы.
Технология защищена патентами РФ и ЕАПО (Патент РФ №2285715, Евразийский патент № 007801) и отработана на типовом котле КВТСВ-20 (мощностью 20 Гкал/час) котельной разреза «Березовский-1».
Технико-экономические исследования создания энерготехнологического комплекса мощностью 4 млн. т угля в год разрабатываются для оценки экономической целесообразности замены кузнецкого каменного угля марки Т, потребляемого Ачинским глиноземным комбинатом в печах спекания глинозема, на буроугольный полукокс, получаемый из углей марки 2Б разреза «Березовский-1» по технологии Сибтермо-КС» с целью последующего получения на основе буроугольного полукокса технологического топлива для нужд Ачинского глиноземного комбината.
В технико-экономическом исследовании рассматривается строительство энерготехнологического комплекса для обеспечения Ачинского глиноземного комбината буроугольным полукоксом, а также покрытия тепловых и энергетических нагрузок Ачинского глиноземного комбината, объектов жилья и социальной сферы в городе Ачинске. Технико-экономи-ческое исследование включает основные технологические решения, обосновывающие выбор основного оборудования и влияющие на определение сметной стоимости строительства, основные технико-экономические показатели.
В настоящее время Ачинский глиноземный комбинат для отопления 12-ти вращающихся печей обжига глинозема использует —1,5 млн т каменных углей марки Т, получаемых от более десятка поставщиков из Кузбасса. Угли неста-
бильны по качеству и достаточно дороги (более 1000 руб/т).
В компании РУСАЛ с 2002 осуществляется программа «Бурый уголь», в которой поставлена задача перевода Ачинского глиноземного комбината на бурый уголь ближайшего разреза «Березов-ский-1». Положительные факторы использования угля Березовского разреза:
- короткое транспортное плечо;
- стабильное качество угля, в т.ч. в минеральной части;
- высокое содержание СаО в минеральной части угля, что сокращает закупки извести.
Однако бурый уголь не отвечает двум основным требованиям Ачинского глиноземного комбината - выход летучих должен быть не более 20-25%, калорийность - не менее 6000 ккал/кг.
Вариантность использования зарубежных технологий для строительства завода по облагораживанию бурого угля был отклонен из-за дороговизны. В настоящее время разрабатываются два варианта: технология сушки бурого угля и вариант переработки по схеме «Сибтер-мо», реализованный на площадке разреза «Березовский». Последний обладает рядом преимуществ по сравнению с сушкой угля. Для сушки необходимо производство значительного количества сушильного агента, сопоставимого по массе с количеством перерабатываемого угля. Приготовление агента для сушки угля требует значительных инвестиций, сопряжено с большим расходом дополнительного топлива и вызывает необходимость обезвреживание отработанного сушильного агента перед выбросом в атмосферу.
Вариант «Сибтермо» располагает уже описанными преимуществами. Кроме того, Ачинский глиноземный комбинат готов закупать в полном объеме производимую энерготехнологиче-
ским комплексом, электроэнергетическим комплексом электроэнергию и пар для технологический целей. Одновременно решается еще одна проблема: Ачинский глиноземный комбинат не располагает свободными площадями для размещения склада буроугольного полукокса (силосный вариант); склад можно расположить на территории нового энерготехнологического комплекса и доставлять буроугольный полукокс по пневмопроводу (предложение специалистов Ачинского глиноземного комбината).
Помимо этого компания «Сибтермо» разработала новый способ приготовления технологического твердого топлива путем смешения полукокса, получаемого из бурого угля, с рядо-вым бурым углем (заявка на патент РФ № 2007102470 от 22.01.2007).
Требуемые показатели для технологического топлива (калорийность, восход летучих, влажность и т.п.) обеспечивается регулированием соотношения кокса к углю. Высокая адсорбционная активность сухого буроугольного полукокса (\¥1 = 0,1%) обеспечивает извлечение влаги из угля и тем самым достигается физическое выравнивание влажности между ингредиентами смеси (60% БПК и 40% угля).
Концепция создания комплекса предусматривает также приготовление на основе полукокса технологического пылеугольного топлива. Численность про-мышленно-производст-венного персонала - 850 человек.
Инвестируемый капитал -
10 037 130 000 руб. Отпуск электроэнергии -
2 520 000 млн. кВт-ч Уголь 2Б на нужды Березовской ГРЭС и Ачинского ГК - 1 700 000 т Кокс - 1100 руб./т
Расчеты выполнены в ценах и тарифах на 01.08.2007:
- уголь 2Б, 0^ = 3700 ккал/кг
220 руб./т 1 Гкал 700 руб.
1 кВт-ч 1 руб.
Кокс 110 руб/т
Товарная продукция Ачинского глиноземного завода, получаемая за счет переработки угля.
Отпуск электроэнергии
2 520 000 000 * 1 р. = 2 520 000 000 руб.
Отпуск тепла
3 100 000 * 700 р./Гкал = 2 170 000 000 руб.
Отпуск угля 2Б на нужды Березовской ГРЭС и Ачинского ГК
1 700 000 т * 290 р/т = 374 000 000 руб.
Итого товарной продукции 600 000 т бурого угля * 220 руб./т = 132
000 000 руб.
2 520 000 000 + 2 140 000 000 + 374 000
000 = 5 064 000 000 руб.
Уровень технологии 5064000000 *5064000000 850 *10037130000р 0,504*5064000000
850
2552256000
850
= 3002654
Технико-экономическое исследование использования среднетемпературного кокса из канско-ачинских углей на предприятиях по производству цемента
В основу технологии положена та же концепция создания энерготехнологического комплекса, которая описана в предыдущих разделах исследования. Технология защищена патентами РФ и ЕА-ПО и отработана на типовом котле КВТСВ-20 (мощность 20 Гкал/час).
Технико-экономическое исследование создания энерготехнологического комплекса мощностью 333 тыс. т буро-
угольного полукокса разработано для оценки экономической целесообразности замены природного газа, мазута или каменного угля, потребляемых цементной промышленностью на буроугольный полукокс, получаемый из угля марки 2Б разреза «Березовский-1» по технологии «Сибтермо-КС» с целью последующего получения на основе буроугольного полукокса технологического топлива.
Принятый в исследовании объем производства способен обеспечить технологическим топливом цементный завод мощностью 1,5 млн т/год цемента.
Технико-экономическое исследование включает основный технические решения, обосновывающие выбор оборудования, влияющие на определение сметной стоимости строительства и основные технико-эконо-мические показатели.
Главную долю затрат в производстве цемента занимают энергоносители.
В настоящее время в качестве топлива для вращающихся печей используется преимущественно природный газ. В связи с тенденцией к подорожанию газа (продекларировано повышение в течение 5 лет цен на газ для промышленных предприятий до уровня европейских) и к уменьшению рентабельности производства, все более актуальной становится возможность использования других источников энергии, в частности, различных видов твердого топлива. Угли марки Т нестабильны по качеству и достаточно дороги (минимум 900 руб/т) и этот фактор отчасти также сдерживает переход на твердое топливо.
Компанией «Сибтермо» предложено решить эту задачу путем создания альтернативного вида топлива на основе переработки бурых углей Канско-
Ачинского бассейна и малозольных углей других бассейнов.
По желанию цементников буро-угольный полукокс может заранее шихтоваться с каменным углем в требуемой пропорции, устраняя необходимость шихтовки угля в цементном производстве. При этом, учитывая, что основой буроугольного полукокса является дешевый бурый уголь, цена продукта остается весьма привлекательной.
Экономическая целесообразность перевода предприятий на использование буроугольного полукокса располагается по нисходящей для следующих предприятий:
1) работающих на мазуте - значительная экономия из-за разницы в ценах энергоносителей может быть получена непосредственно после перехода предприятия на использование буроугольного полукокса;
2) работающих на газе - практическая экономия будет получена в следующих периодах после продекларированного резкого подъема цен на газ для производственных предприятий;
3) работающих на угле - экономический эффект зависит от степени необходимой реконструкции топливо подготовительного отделения.
Численность промышленно-производственного персонала энерготехнологического комплекса составляет 450 человек.
Отпуск электроэнергии на сторону
- 656 ООО ООО кВт-ч/год
Отпуск тепла на сторону -
630 ООО Гкал/год
Цена на продукцию
Тепло-1Гкал- 700 руб.;
Электроэнергия - 1 кВт-ч - 1 руб.;
Производство буроугольного полукокса- 330 000 т
Цена полукокса 1100 р./т
Стоимостные показатели исчислены в ценах 3 квартала 2007 г.
Инвестируемый капитал -
2 828 870 ООО руб.
Цены на продукцию, получаемую за счет угля.
1 Гкал 700 руб.
1 кВт-ч 1 руб.
Товарная продукция из угля
Электроэнергия на сторону 656 000 000 кВт-ч * 1 р./кВт-ч =656 000 000 руб.
Тепло на сторону 630 000 Гкал/год * 700 руб./1Гкал = 441 000 000 руб.
Полукокс буроугольный - 1100
руб./т
Стоимость полукоксовой продукции бурого угля
330 000 * 1100 руб./т = 363 000 000 руб. Итого: 1 460 000 000 руб.
Уровень технологии потребления ^г-
ля
1460000000*1460000000 _ 450*2828870000 1460000000
450
759800000
450
*0,52 =
150111
ШИЗ
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------
Шумейко М.В. - кандидат экономических наук, директор представительства в странах СНГ компании «Continental contitech.
Рецензент д-р техн. наук, проф. Ю.А. Чернегое.
М.В. Шумейко, 2008
УДК 662.749.2 М.В. Шумейко
