ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Отраслевое энергосбережение

Общие данные

Схемы энергоснабжения в большинстве своем одинаковы для пред­приятий самого различного назначения. На любом промышленном пред­приятии имеются насосы, вентиляторы, компрессоры и другое оборудова­ние. Здесь рекомендации по энергосбережению можно считать достаточно универсальными. Но у каждой промышленной отрасли имеется свой, при­сущий только ей, набор технологического оборудования. Поэтому техно­логия энергоиспользования в зависимости от вида выпускаемой продукции может значительно изменятся.

Приведем основные рекомендации по отраслевому энергосбереже­нию.

Характеристики основных конструкционных материалов

Один из основных видов производственной деятельности в России - производство конструкционных материалов. В подавляющем большинстве случаев здесь определяется величина энергетической составляющей в се­бестоимости производства продукции. В табл. 14.1 представлены сравни­тельные данные по мировым объемам производства основных конструкци­онных материалов, удельной прочности этих материалов, затратам энергии на производство материалов с учетом их удельной прочности, стоимости единицы удельной прочности материалов.

Анализ представленных данных показывает, что основные конструк­ционные материалы в настоящее время - это сталь (черные металлы), же­лезобетон, пиломатериалы. Полимеры могут составить им конкуренцию, если будут найдены пути снижения затрат энергии на их производство. Относительно низкие объемы производства полимеров объясняются еще и тем, что 1 т этого материала при определенных условиях заменяет не ме­нее 3 т рядового металла. Производство цветных металлов из первичного

сырья по энергоемкости в большинстве своем выше стали в 4 - 6 раз. За­траты энергии значительно ниже в случае использования для производства металлов вторичного сырья. Стоимость единицы удельной прочности ма­териалов практически пропорциональна затратам энергии на их производ­ство.

* Все показатели приведены относительно стали (данные для стали приняты за единицу).

** Превышение расходов ТЭР на единицу продукции в России по сравнению со среднемировыми показателями: стальной прокат - 1,5...2 раза; полимеры - 1,5...3 раза; алюминиевый прокат - 1,3 раза; медный прокат - до 2 раз; огнеупоры - 2 раза.

*** В скобках указаны данные для металлов, полученных из вторичного сырья

(лома)

Превышение энергоемкости отечественной продукции над средне­мировыми показателями в 1,5 - 3 раза напрямую определяет существен­ный рост стоимости изделий российской промышленности по сравнению мировыми ценами. Это положение определяет тот факт, что на производ­ство и обработку металлов в нашей промышленности приходится более половины энергозатрат из общего их промышленного потребления. Соот­
ветственно доля продукции общего машиностроения и металлообработки в валовом внутреннем продукте (ВВП) страны является наиболее весомой, а потому влияние ее энергоемкости на ВВП является определяющим. Вы­звано это во многом тем, что энергоемкость изделий машиностроения не менее чем на 70 % определяется энергозатратами на предыдущих этапах производства.

Несмотря на все усилия в области энергосбережения, ситуацию в России изменить коренным образом не удается. Так, за 1998 - 2000 гг. в стране произошел фактический рост энергоемкости ВВП на 3,7 % вместо планируемого снижения на 5,3 %.

В этой ситуации возможности продукции машиностроения во мно­гом определяются энергетическими проблемами металлургической и хи­мической промышленности, которые, на наш взгляд, следует решать за счет реализации следующих задач:

- дальнейшее развитие производства марочной и качественной продук­ции с пониженными удельными энергозатратами на их производство;

- снижение объемов и затрат на производство рядового металла за счет энергосбережения и повышения доли вторичного сырья при его изго­товлении;

- поиск путей снижения затрат энергии на производство полимеров.

Следовательно, от решений, которые будут приниматься и реализо­вываться руководством соответствующих холдингов и предприятий, про­изводящих исходные материалы, во многом будет зависеть динамика тех­нического и экономического уровня развития машиностроительного ком­плекса и промышленного производства в целом.

Такое состояние с энергоемкостью металлургической продукции диктует необходимость целенаправленной энергосберегающей политики.

Некоторые общемировые тенденции по экономии энергии в металлургии

Одна из особенностей настоящего времени во всем мире - ресурсы высококачественных руд быстро сокращаются. Возможно, что этот вид минерального сырья использован практически полностью. В этой ситуации заметно растет расход энергии на добычу бедной руды, ее очистку, обога­щение с целью получения концентратов с достаточно богатым содержани­ем необходимого металла. В настоящее время это особенно характерно для трех основных конструкционных металлов - железа, алюминия и меди. Для подготовки исходной руды к плавке (железная руда, глинозем, медные руды) необходимо наличие ресурсов дешевой электрической энергии. По­жалуй, наиболее характерно это для медной руды, которая подлежит пере­работке, если в ней содержится около 0,2 % меди. Обогащение выполняет­ся до получения концентрата, содержащего около 25 % меди.

Любой процесс обогащения связан с дроблением, измельчением ру­ды с последующей флотацией. Для ряда железных руд возможно исполь­зование магнитных средств. Поэтому последние 20 - 30 лет в мировой практике шел интенсивный поиск методов обогащения руд с целью сни­жения расхода энергии.

В черной металлургии можно выделить следующие методы обога­щения:

- катионная (ионная) флотация кремнезема из руды;

- флокуляция (агломерация) железа перед флотацией (выводом твердых частиц на поверхность воды);

- обжиг немагнитных руд с целью превращения в магнитные;

- замена железорудного агломерата на окатыши и др.

В алюминиевой промышленности кроме традиционных методов пы­таются использовать выщелачивание глинозема соляной или азотной ки­слотами, хлорирование, использование электротермических процессов и т. д. Для металлургической промышленности индустриально развитых стран характерно неуклонное снижение удельных расходов энергии на 1 т произведенной продукции, примерно по 1 - 1,5 % в год.

К настоящему времени полная энергоемкость металлургической промышленности в среднемировом измерении примерно составляет, кг у. т./т продукции:

• медь - 5000;

• сталь - 750...850;

• алюминий - 7000;

• огнеупоры - 220.

Другая очень характерная особенность в развитии металлургической промышленности западных стран - массовое использование передовых энергосберегающих технологий. Покажем это на примере технологий, соз­данных в СССР и получивших широкое развитие в западных странах (зна­чительно большее, чем в России):

- непрерывная разливка стали. Дает снижение удельного расхода энергии на производство стали на 20 %;

- сухое тушение кокса. В зарубежной практике мокрое тушение кокса практически отсутствует;

- испарительное охлаждение металлургических агрегатов. Снижает расход энергии в 2 - 3 раза по сравнению с оборотной (открытой) схемой охлаждения;

- газовые бескомпрессорные турбины - ГУБТ, использующие избы­точное давление доменного газа для производства электроэнергии. В настоящее время данные установки в России практически отсутст­вуют.

Направления энергосбережения в отечественной металлургии

Технологические процессы в большинстве своем отличаются повы­шенным удельным расходом энергии, поэтому на пути энергосбережения можно выделить тактические и стратегические шаги.

Стратегические подходы связаны, как правило, с реконструкцией производства, внедрением новых энергосберегающих технологических процессов. В этом плане в нашем регионе следует отметить ряд положи­тельных результатов. Введен современный цех катанки на «Уралэлектро­меди». Реализуются целевые комплексные программы энергосбережения, проводится стимулирование экономии электроэнергии (Каменск-

Уральский металлургический завод (КУМЗ), завод «Уралэлектромедь» и др.). Большое внимание уделяется на всех заводах черной металлургии по­вышению качества металла за счет установки вакууматоров, использова­ния четвертого передела. Реализуется целевая образовательная программа по энергосбережению, которая корректируется с учетом особенностей конкретного предприятия.

К тактическим шагам можно отнести организацию учета расходова­ния энергоресурсов на разных уровнях, в том числе и на отраслевом. Сей­час такой учет на отраслевом уровне не ведется, несмотря на требование последних ГОСТов по энергосбережению и введение нового интегрально­го показателя - «полная энергоемкость производства продукции». К дру­гим шагам данного уровня следует отнести организационные и режимные мероприятия.

Основные резервы экономии энергоресурсов в металлургии заклю­чены в реализации или дальнейшем развитии следующих направлений:

- комплексное использование сырья, что особенно актуально для Ура­ла. Это реальный путь снижения энергозатрат в горнодобывающем переделе;

- более широкое использование техногенных ресурсов, в первую оче­редь отходов. Необходимо развитие сложившейся технологической цепочки руда - металл - отходы еще одним переделом - перера­ботка;

- дальнейшее увеличение производства проката с улучшенными проч­ностными и защитными свойствами и расширение его ассортимента;

- более полное использование ресурсов лома и вторичного сырья;

- перевод существующих производственных заводских котельных на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии;

- развитие рекуперативного теплообмена в топливопотребляющих технологических установках;

- снижение тепловых потерь при производстве преобразованных ви­дов энергии, в том числе за счет использования вторичных энергоре­сурсов.

Современное состояние металлургии в мире характеризуется острой конкурентной борьбой за рынки сбыта, за выгодные тарифы на услуги и продукцию естественных монополистов. Большое влияние на развитие ме­таллургии оказывает динамика цен на первичное топливо, энергетическое и технологическое (коксующийся уголь, природный газ). Поэтому можно прогнозировать, что в обозримом будущем российская металлургия будет решать две задачи:

- производство марочной и качественной продукции;

- снижение затрат на производство продукции, и в первую очередь за счет освоения энергосберегающих технологий.

От того, как будут решаться эти взаимосвязанные задачи, будет за­висеть будущее российской металлургии.

Энергоемкость металлургической продукции

Практически на каждый вид сырьевого ресурса, полуфабриката, ко­нечной продукции разработаны нормы расхода топлива, тепловой и элек­трической энергии. Особенность всех этих видов норм в том, что они оп­ределяют уровень удельного показателя расхода энергии на данном кон­кретном переделе, в конкретном технологическом процессе, которых в ме­таллургии десятки и даже сотни. Разработка этих многочисленных норм производственной энергоемкости осуществляется одним из трех методов: опытным (определение удельных затрат энергии по данным испытаний), расчетно-аналитическим (определение норм расчетным путем по статьям расхода с учетом лучших показателей использования этих ресурсов в про­изводстве) и расчетно-статистическим (выявление норм расхода на основе анализа статистических данных).

Последний метод разработки норм расхода энергии получил на прак­тике самое широкое распространение. В результате длительное время в большинстве отраслей нашей промышленности сохраняется схема, при ко­торой устанавливаются, корректируются нормы расхода энергоресурсов без анализа всех возможностей по снижению удельных расходов энергии.

Другой недостаток системы контроля за уровнем удельных расходов по переделам - невозможность системного подхода при оценке сквозного расхода энергии на тот или иной технологический процесс по всем звеньям технологической цепи данного производства и во взаимосвязанных произ­водствах.

Действительно, общий расход энергии на производство металлурги­ческой продукции зависит от многих факторов. Так, повышение единич­ной мощности и экономичности работы энерготехнологических агрегатов, внедрение ряда новых технологических схем, интенсификация металлур­гических процессов приводят к уменьшению затрат энергии, а постоянный рост валового производства, структурные изменения на предприятии и не­достатки в использовании топлива обычно вызывают увеличение этих за­трат.

Суммарные энергетические затраты на производство одной тонны металлургической продукции снижаются, например, при увеличении по­лезного объема доменных печей, выплавке стали в дуговых электропечах, при непрерывной разливке стали, более широком использовании кислоро­да. И наоборот, эти затраты растут при однобоком развитии конвертерного производства, увеличении числа переделов, усложнении и улучшении ка­чества проката.

Как показывают расчеты, суммарные энергетические затраты суще­ственно повышаются при увеличении доли жидкого чугуна и снижении доли лома в сталеплавильном переделе. Наименьшие суммарные энергети­ческие затраты на выплавку стали - в дуговых электропечах, далее в по­рядке возрастания этих затрат следуют: доменная печь - мартеновская печь (скрап-процесс); доменная печь - кислородный конвертер.

Таким образом, вопросы улучшения энергоиспользования и сниже­ния удельных расходов энергии на единицу готовой продукции представ­ляют собой комплексную проблему, для решения которой, как уже отме­чалось, требуется системный подход, а также анализ влияния разнообраз­ных определяющих факторов.

В основу одного из вариантов такого подхода положен метод энерге­тического анализа, который предусматривает сквозной расчет затрат энер­гии по всей технологической цепи, вплоть до реализации готовой продук­ции. Сквозной расчет затрат энергии дает возможность выявления значе­ний отраслевых суммарных затрат топлива и других видов энергии во всех предшествующих переделах внутри данной отрасли. Эти суммарные за­траты энергии и будут составлять энергоемкость конкретного готового ко­нечного или одного из промежуточных видов продукции [5, 48].

Под полной энергоемкостью изготовления продукции понимаются затраты топлива и других видов энергии (пересчитанных на топливо, не­обходимое для их получения) в данном и во всех предшествующих пере­делах технологического процесса (с соответствующими расходными ко­эффициентами) в килограммах условного топлива на единицу продукции за вычетом тепловых, топливных, материальных и других вторичных ре­сурсов. Энергия вторичных ресурсов рассчитывается по количеству пер­вичной энергии, которая фактически экономится при их использовании, на единицу произведенной продукции.

Для сравнения в табл. 14.2 приведены данные по энергоемкости и по усредненным удельным расходам энергии (топлива, электроэнергии) на отдельные виды продукции в черной металлургии. Из таблицы видно, что

чем больше переделов (ступеней производства) предшествовало получе­нию готового проката, тем больше разница между энергоемкостью (ТТЧ) и удельным расходом энергии на производство этого продукта на заключи­тельной (или основной) стадии.