Новости Донбасса
novosti.dn.ua
БЕСПЛАТНО – В App Store
скачать

Назад в будущее

Назад в будущее

Для повышения конкурентоспособности нашей тяжелой промышленности нужно внедрить технологии, которые используются уже полвека. Энергосбережение в понимании развитых государств заключается в трех основных составляющих: сокращении потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), максимальном использовании возобновляемых источников энергии, а также повышении экологичности процесса использования топлива. Причем сосредоточены они в основном на выполнении именно последних двух задач, поскольку их предприятия и так оснащены современным оборудованием и совершенствоваться в этом направлении уже слишком дорого. А вот украинцам велосипед изобретать ни к чему: у нас все настолько запущено, что за счастье почитается внедрение технологий вчерашнего дня.

Металлургам, ежегодно потребляющим 7–8 млрд куб. м газа, достаточно внедрить современные технологии производства продукции, чтобы сократить более половины своих топливных расходов. Есть в доменном производстве такая базовая технология — выплавка чугуна с вдуванием пылеугольного топлива (ПУТ). Она позволяет либо вообще исключить из процесса плавки природный газ, либо сократить его использование в доменном цехе на 80% (со 100–110  до 10–20 куб. м на 1 т чугуна), а также на 20–25% снизить расход кокса. Учитывая, что до кризиса в доменном производстве страны для получения 35 млн т чугуна потреблялось около 3 млрд кубометров газа, за счет установок ПУТ можно экономить свыше трети всего потребляемого металлургией голубого топлива.

Однако Украине в этом плане исторически не повезло: когда в 50-х годах прошлого века в мире начали применять дополнительное топливо для спекания в домнах кокса, СССР остановился на природном газе: его было вдоволь и стоил он дешево. А подавляющее большинство стран выбрали пылеугольное топливо как наиболее экономически выгодный и экологически чистый вариант. На сегодня установками ПУТ в мире оснащены более 130 домен совокупной ежегодной мощностью порядка 300 млн т чугуна (треть годового производства). На протяжении последних 20 лет практически все новые или реконструируемые доменные печи за рубежом строили в комплексе с современными установками ПУТ. Так происходило в Бразилии, Южной Корее, Турции, Японии, Китае, европейских странах. Даже США, имеющие большие запасы газа, с 90-х годов интенсивно строят эти установки, осваивая технологию совместного вдувания и газа, и ПУТ.

Из всех украинских меткомбинатов изначально посчастливилось лишь Донецкому метзаводу (ныне ЗАО «Донецксталь-метзавод»): в 1968–1978 гг. здесь ввели в строй одну опытную установку ПУТ, она даже стала первой в Европе. Несколько лет назад там построили еще одну, и на сегодня это единственное полноценно функционирующее в Украине оборудование. В 2009 г. две установки запустили на Алчевском метзаводе, однако о результатах их работы говорить пока рано, поскольку они еще не вышли на проектную мощность. Подавляющее большинство остальных украинских меткомбинатов длительное время крепко сидели на «газовой игле» и благополучно проспали момент, когда нужно было браться за энергосбережение. Внедрять технологию, которой свыше полувека, все ринулись лишь в последние несколько лет.

Но медлительность собственников отечественных меткомбинатов поясняется не только их недальновидностью или отсутствием денег (затраты на эту технологию не так велики — 7–10 млн евро на 1 млн т чугуна, а окупаемость составляет всего два года). Для того чтобы ПУТ работала эффективно, требуется ряд условий. Во-первых, нужен качественный кокс. ДМЗ, чьи собственники располагают качественной сырьевой базой (шахта «Красноармейская Западная №1»), эту проблему успешно решил. Здесь расходуется 120–140 кг ПУТ на 1 т чугуна, а также достигнуто снижение потребления кокса с 550–600 кг до 380 кг на 1 т  чугуна (практически мировой стандарт). Однако у остальных меткомбинатов подобных преимуществ нет. Во-вторых, для получения существенной экономии кокса необходимо осуществить ряд дополнительных мероприятий (увеличение температуры дутья, повышение прочности железорудной шихты и снижение прихода с ней мелочи, обогащение железорудной шихты, ограничение прихода с ней серы и щелочей, повышение горячей прочности кокса), требующих, естественно, дополнительных расходов, понести которые наши металлурги решились лишь после многократного удорожания газа.

Капля в лаве

Позади планеты всей Украина и по уровню технологий в сталеплавильном производстве. Доля стали, выплавляемой давно изжившим себя мартеновским способом, до кризиса превышала 40– 45%, а затем сократилась до 25% (из-за того, что при падении производства в первую очередь останавливали самые неэффективные печи). В России этот показатель вдвое меньший, в Китае — впятеро, а США, Япония, Германия уже давно не используют низкоэффективные мартеновские печи. До кризиса экономия от полного вывода мартенов в Украине оценивалась экспертами более чем в 1,5 млрд кубометров газа в год. Правда, в отличие от усовершенствования доменного производства модернизация этого производственного участка влетит в копеечку.

Сегодня главной альтернативой мартенам является кислородно-конвертерный способ производства стали, за счет которого в мире производится около 70% этого металла. Принцип его таков: жидкий чугун с небольшим добавлением металлолома преобразуется в сталь путем продувки кислородом в специальном агрегате — конвертере — без дополнительного источника тепла (газа). Экономичность и производительность этой технологии во много раз превосходит устаревшие схемы: газ не нужен, средняя продолжительность плавки  составляет лишь 40 мин. (в мартеновском цехе — около 6 ч).

Впервые кислородно-конвертерное производство в промышленном масштабе было построено в Австрии в 1952 г., а через четыре года в СССР первый такой цех ввели в эксплуатацию в Днепропетровске, на металлургическом заводе им. Петровского. Несмотря на это, сегодня в Украине лишь половина стали выплавляется этим способом (6 цехов с 16 конвертерами).

Переход на конвертерный способ выплавки стали — процесс дорогостоящий и окупается долго. До кризиса «Запорожсталь» планировала осуществить его к 2014 г., затратив около $3 млрд, но сейчас проект заморожен. Владельцам Алчевского метзавода только первая очередь конвертерного цеха обошлась в 2007 г. в 5 млрд грн. Столько стоила установка непосредственно конвертера емкостью 300 т и производительностью 2,8–3 млн т стали в год, а также создание требуемой инфраструктуры.
Еще один вариант замены мартенов — электродуговые печи (сейчас в них выплавляется около 4% украинской стали). Они в основном подходит для мини-заводов, которые в качестве сырья используют, как правило, лом. Электродуговая печь работает по принципу электросварки: на графитовые электроды подается большое напряжение, между ними возникает дуговой разряд высокой температуры, который и плавит металл. Сама же плавка длится около часа. Дуговая печь может работать на одной электроэнергии, но зачастую для улучшения ее показателей добавляют газ (но в гораздо меньших количествах, чем при мартеновском производстве).
Стоимость установки комплекса электродуговой печи индивидуальна. Во многом она зависит от того, что из необходимой инфраструктуры (кислородные станции, водоподготовка, линии высокого напряжения, сетевые подстанции)  имеется на предприятии. То есть, положим, оборудование для 100-тонной печи может стоить несколько десятков миллионов евро, а остальные затраты добавляются в зависимости от наличия того или иного вспомогательного цеха.

Разлить и закатать

Если в доменном и сталеплавильном производстве даже в период кризиса собственники тратятся на модернизацию, то в прокатном — непаханое поле. В основном украинский прокат выпускается на устаревших мощностях, некоторые станы были запущены еще в первой половине XX в. А ведь конкурентоспособный продукт можно получить лишь по итогам системной модернизации. Раз уж строится конвертерный цех, то нужны установка «печь-ковш» (в ней расплавленная сталь доводится до нужных параметров по химическому составу и температуре для дальнейшей разливки), вакууматор (в ковше под вакуумом происходит донная продувка аргоном всего объема жидкой стали, благодаря чему снижается содержание газов и серы, а также оптимизируется доля неметаллических включений) и машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Только так можно соответствовать жестким мировым стандартам. В развитых странах при разливке стали используют только МНЛЗ, в Украине же таким образом разливают лишь 30% производимой стали. Остальные 70% проходят стадию форменных отливок, которые затем транспортируются от литейного участка до прокатного. Из-за технологических остановок металл начинает затвердевать, и для получения конечной продукции его приходится вновь нагревать.

При непрерывном литье дополнительные расходы топлива исключены, поскольку в процессе производства стали отсутствует стадия получения слитков и, соответственно, нет нужды в повторном нагреве. Выход продукции также возрастает примерно на 10% по сравнению с технологическим маршрутом получения слитков. По оценкам специалистов, за счет использования процесса непрерывного литья можно достичь до 5,5% сбережения всех видов потребляемого предприятием топлива. МНЛЗ мощностью 1,2 млн т сортовой заготовки в год стоит около $100 млн и окупается за год-полтора.

Замедленная реакция химиков

Лоббисты химпредприятий, в частности, наиболее газоемких заводов «основной» химии (производители аммиака, азотных минудобрений, азотной кислоты, карбамида), зачастую сетуют: снижать потребление газа уже практически некуда, ибо он расходуется не в качестве топлива, а как сырье. Но это далеко не так.
Больше всего топлива в химпроме тянет производство аммиака. На процессе парового риформинга природного газа основано около 80% его мирового производства. И как ни крути, газ для украинских азотчиков — самое оптимальное сырье, поскольку при использовании нефти расходуется в 1,3 раза, а угля — в 1,7 раза больше энергии (доля этих видов сырья в мировом производстве аммиака составляет около 20%). Так что Украине вряд ли удастся кардинально изменить саму технологию получения главного компонента минудобрений. Поэтому нужно обновлять либо полностью менять аммиачные агрегаты, большинство из которых построены еще в 70-х годах прошлого века. Некоторые из них, конечно, за прошедшее время подремонтировали, но большинство все еще потребляет много энергии — 10–11 Гкал на тонну аммиака (в частности, свыше 1200 кубометров газа). В Минпромполитики подсчитали, что тотальная модернизация агрегатов сократит энергоемкость выпуска тонны аммиака на 2,5 Гкал (примерно до 8 Гкал). Что уже близко к современному уровню: сейчас в мире эксплуатируются преимущественно аммиачные агрегаты с энергоемкостью 7–8,5 Гкал на тонну аммиака.

Одним из направлений снижения энергоемкости, позволяющим повысить конкурентоспособность продукции химпрома, является создание интегрированных производств. На аммиачных агрегатах можно дополнительно освоить выпуск метанола (причем затраты энергии на производство обоих продуктов снижаются), капролактама, азотной кислоты. Ряд украинских химиков (в частности, горловский «Стирол») планируют или уже осуществляют перевод аммиачных агрегатов на совместный выпуск аммиака и метанола.

Для предприятий, использующих для получения аммиака, метанола, водорода синтез-газ, важным направлением модернизации является внедрение технологии автотермического риформинга. До настоящего времени для получения синтез-газа применяли в основном  процесс конверсии метана с водяным паром в присутствии кислорода. Со временем энергозатратную паровую конверсию (ее называют паровым риформингом) стали комбинировать в одном аппарате с энергопроизводящей реакцией частичного окисления метана кислородом. Этот комбинированный процесс и получил название «автотермический риформинг». Такое оборудование может работать при более высоком давлении, чем в обычной печи, что позволяет экономить на компрессии на следующих этапах процесса. Внедрить автотермический риформинг запланировал «Стирол», за счет чего он рассчитывает сократить расход газа с 900 до 780 кубометров на тонну аммиака.

Сухо и комфортно

Третьими по уровню энергопотребления, после металлургов и химиков, являются предприятия цементной отрасли. Стоимость топлива составляет до 26% в себестоимости их готовой продукции, и до кризиса они ежегодно использовали 1,4 млрд кубометров газа. Кардинально поправить ситуацию может замена мокрого способа производства цемента сухим. Первый требует расхода 200 кг условного топлива (у. т.) на тонну продукции, а второй — вдвое меньше. Если в мире сухим способом производится 90% цемента (в соседней Польше — 98%), то в Украине — всего 15%.
При сухом способе производства цемента глина с известняком смешиваются не в сыром, а уже в высушенном виде. Наиболее энергоемкий процесс — декарбонизация сырья (извлечения двуокиси углерода) — вынесен из вращающейся печи в специальное устройство — декарбонизатор, в котором он протекает быстрее, причем с использованием теплоты отходящих газов. Подготовленная таким образом сырьевая мука подается в печь, где сжигается остальная часть топлива и происходит образование клинкера. Это позволяет повысить производительность технологических линий и снизить потребление топливно-энергетических ресурсов.
По оценкам специалистов, полная реконструкция украинских цементных заводов дала бы двукратную экономию топлива, высвободив 500 тыс. т условного топлива в год (700 млн кубометров газа). Стоимость перехода на более энергоэффективную технологию, по данным ассоциации «Укрцемент», оценивается в $160–165 млн на
1 млн т продукции, то есть общие затраты при нынешних объемах производства составят свыше $1,5 млрд.
Еще один путь экономии энергии — переориентация с газа на уголь. Перевод одного среднего завода на угольное топливо требует инвестиций порядка EUR30 млн. Для этого существующие технологические линии нужно оснастить угольными мельницами и модернизировать декарбонизатор. В конце 2009 г. уголь использовали только три предприятия отрасли из пятнадцати, но в текущем году переход на новую технологию уже завершают еще пять заводов.

Нет предела совершенству

Наличие современных технологий в индустрии развитых стран отнюдь не сдерживает их в поиске усовершенствований. Какой бы эффективной ни была технология, они все равно пытаются ее «углубить и расширить». Одно из основных направлений — максимальная утилизация отработанного тепла. Так, например, в черной металлургии для этого внедрили сухое тушение кокса (СТК) и турбины высокого давления. Традиционно на производство 1 т кокса тратится около 0,8 Гкал тепла, при этом половина его выносится из печи с коксом и безвозвратно теряется при мокром тушении. Чтобы не допустить этих потерь, была изобретена установка сухого тушения кокса. Принцип ее работы заключается в охлаждении горячего кокса инертными газами, циркулирующими в замкнутом контуре между камерой, наполненной горячим коксом, и котлом-утилизатором (теплообменником). Котел вырабатывает пар, который передается в тепловую сеть. Причем пар, полученный на такой установке, в среднем в два раза дешевле, чем пар, полученный за счет сжигания сравнительно дешевого коксового газа.

Ряд технических новаций способствует росту объемов производства стали в электропечах. Новые решения обеспечили снижение расхода электроэнергии и электродов, а также длительности плавки. Главное условие экономичности — строительство сверхкрупных печей производительностью 2–3 млн т стали в год, дополнительные подготовительные мероприятия и масштабная автоматизация.

Создатели же МНЛЗ в последние годы стремятся максимально приблизить конфигурацию непрерывнолитой заготовки к конечной продукции. Выросло количество машин, позволяющих получать круглую и фасонную заготовки. По мнению экспертов, в ближайшие 10–15 лет прогресс будет достигаться за счет небольших, но глубоких конструкционных и технологических трансформаций. Ведущие мировые производители оборудования для непрерывной разливки, достигнув высоких характеристик работы классических МНЛЗ, сконцентрировались на альтернативных концепциях. В частности, ведется работа по созданию литейно-прокатных комплексов, которые выпускают плоскую металлопродукцию, обеспечивая энергосберегающий эффект.

В целом же металлургия — наиболее благодарная с точки зрения эффективных технологий отрасль. Поэтому здесь наибольшее количество инновационных наработок. Но пока они либо реализуются в малой степени, либо являются перспективой отдаленного будущего. Так, в качестве альтернативы традиционной агломерации железной руды было предложено прямое восстановление железа. Разработано два новых процесса — Circored® and Circofer®. В ходе Circored® в качестве восстанавливающего агента используется водород, а в Circofer® — уголь. В некоторых процессах прямого восстановления (например, Fast-met®) в качестве восстановителя могут использоваться различные источники углерода — уголь, коксовая мелочь и углеродсодержащие отходы сталелитейного производства. В этих процессах происходит преобразование окатышей оксида железа, мелкозернистых оксидов или сталелитейных отходов в металлическое железо, в результате чего получается железо прямого восстановления, пригодное для использования в доменной печи.

Также недавно была разработана инновационная технология прямой выплавки стали из руды под давлением с применением воздуха, именуемая HI-процессом. Ее преимущество в том, что горячий металл производится без коксовых печей и агломерационных установок, благодаря чему снижаются энергопотребление и вредные выбросы.

Еще одна революционная технология — биометаллургия, или использование микроорганизмов для извлечения металлов. Сейчас этот метод применяется для выщелачивания меди, урана и других металлов из бедных руд, переработка которых традиционными методами крайне нерентабельна. Но вполне возможно, что в будущем его приспособят и к железной руде.

Аналогичные технологические наработки имеются и в химической промышленности. Но для украинских металлургов и химиков они еще долгие годы будут неактуальными.//dsnews.ua
НОВОСТИ ДОНЕЦК / ЛУГАНСК ВСЕ
21:33
Незаконные задержания и приговоры в «Л-ДНР» и 25 тысяч паспортов РФ на Донбассе. Главное за неделю
14:39
Беспилотники ОБСЕ глушили во время пролетов над Донетчиной
12:57
В Донецке установят памятник российскому императору Николаю II
11:27
Жители Луганска оценили подвоз на электрокаре у КПВВ «Станица Луганская»
10:20
В Донецке подтвердили высокий уровень загрязнения Кальмиуса
09:50
В Станице Луганской завершилось разминирование
23:29
Главные события неподконтрольного Донбасса за день
15:14
«Полный беспредел». Прилепин утверждает, что его батальон при «ДНР» убил много людей
14:32
Гиркин считает, что к убийству Захарченко причастны «серьезные силы» из России
11:03
«ЛНР» посадила на 12 лет в тюрьму жителя Свердловска за «госизмену»
09:20
ОБСЕ зафиксировала четыре системы «Град» на неподконтрольном Донбассе
21:27
Главные события неподконтрольного Донбасса за день
15:54
В Донецке отменили концерт памяти Кузьмы Скрябина после угроз организаторам
14:55
В МВД РФ заявили, что российские паспорта получили 25 тысяч жителей Донбасса
13:10
ОБСЕ увидела танк в жилом районе подконтрольного боевикам поселка
09:08
Исследователи нашли новые доказательства участия России в боях за Иловайск
08:40
Украинская сторона обвинила боевиков в затягивании начала ремонта моста в Станице Луганской
08:04
Штаб ООС заявил о 13 нарушениях «режима тишины» на Донбассе
21:33
Незаконные задержания и приговоры в «Л-ДНР» и 25 тысяч паспортов РФ на Донбассе. Главное за неделю
20:20
Почти 23 тысячи детей на Донбассе значатся жертвами конфликта. Этот статус не дает никаких льгот и компенсаций
16:01
Прокурор заявил о законности удержания Грымчака в СИЗО, несмотря на ошибки в решении суда
15:13
Помощника Грымчака арестовали под 4 млн гривен залога
14:39
Беспилотники ОБСЕ глушили во время пролетов над Донетчиной
12:57
В Донецке установят памятник российскому императору Николаю II
12:05
Разумков: Завершить войну на Донбассе быстро не получится
11:27
Жители Луганска оценили подвоз на электрокаре у КПВВ «Станица Луганская»
10:20
В Донецке подтвердили высокий уровень загрязнения Кальмиуса
09:50
В Станице Луганской завершилось разминирование
09:11
Вчера боевики стреляли из гранатометов, без потерь
17:19
В штабе ООС призвали обращаться в случае вымогательства взяток военными на КПВВ