Никифоров Г.В., к.т.н., Копцев Л. А., к.т.н, ОАО ММК

Эффективность использования энергоресурсов является одним из важнейших показателей эфф. предприятия в целом, а для металлургических предприятий, с характерной для них большой энергоемкостью, -еще и одним из оснований для выживания.
Конечным итогом деятельности в области энергосбережения является уменьшение энергозатрат, т.е. затрат на приобретение энергоресурсов, а при изменяющихся объемах производства - уменьшение доли энергозатрат в суммарных затратах на производство продукции. Этот результат может быть достигнут различными методами, и существуют известные классификации методов энергосбережения по их затратности, технической оснащенности и сложности, срокам окупаемости, наукоемкости и другие.
К наиболее важным направлениям энергосберегающей деятельности, по нашему мнению, относятся выбор тарифов и поставщиков энергоресурсов, использование собственных вторичных энергоресурсов и вытеснение за счет этого покупных, применение более современных (менее энергоемких) технологий и оборудования, снижение потребления энергоресурсов за счет совершенствования существующих технологических циклов и режимов работы оборудования, оптимизация энергобаланса предприятия и его подразделений, снижение расходов на выработку производимых на предприятии энергоресурсов, совместная выработка электрической и тепловой энергии, снижение потребления энергоресурсов подразделениями предприятия за счет повышения эфф. использования энергоносителей, нормирование и прогнозирование потребления энергоресурсов на основе математических моделей и другие.
ОАО Магнитогорский металлургический комбинат является предприятием с законченным металлургическим ц. и включает в себя горно-обогатительное производство (ГОП) с тремя агломерационными фабриками (часть рудного сырья - привозная), известково-доломитовое производство (ИДИ), коксохимическое производство (ЮТ), огнеупорное производство (ОУП), доменный цех, конвертерный цех с непрерывной разливкой стали в блоке со станом 2000 горячей прокатки (ЛПЦ-1 , мартеновский, обжимный и сортопрокатный цехи, цехи холодной прокатки и другие цехи более глубокой переработки металла, и комплекс энергетических цехов; три собственные электростанции (ТЭЦ, ЦЭС и ПВЭС), кислородно-компрессорное производство, цех электросетей и подстанций, паросиловой цех, цех водоснабжения и энергоцех. Все перечисленные производства весьма энергоемки и взаимно связаны технологическими потоками и энергетическими коммуникациями и сетями.
На Магнитогорском металлургическом комбинате уделялось значительное внимание эфф. использования энергоресурсов, в том числе вовлечению в оборот вторичных энергоресурсов: пара от систем испарительного охлаждения металлургических агрегатов, тепла отходящих дымовых газов за мартеновскими и нагревательными печами, горючих коксового и доменного газов. Маловодность региона определила необходимость использования оборотных циклов для снабжения цехов предприятия технической водой (через оборотные циклы обеспечивается 95 % потребностей комбината в технической воде). После 1992 года всеобъемлющая рационализация энергоиспользования и снижение энергозатрат стали жизненной необходимостью.
К этому времени в ОАО ММК был построен и введен в эксплуатацию конвертерный цех с машинами непрерывной разливки стали, а через два года, в продолжение технологической линии, - стан 2000 горячей прокатки (ЛПЦ-1 . По мере их освоения были остановлены и демонтированы образующие более энергозатратную технологическую цепочку два мартеновских цеха и два обжимных (слябинг и блюминг). К примеру, на слябинге уходило в виде обрези в повторную переплавку до 20 % прокатанного металла.
Одновременно в ОАО ММК была развернута работа по снижению потерь и нерациональных расходов энергоресурсов, повышению эфф. использования оборудования. Была разработана и приведена в действие система контроля коммуникаций и обнаружения утечек, предписаний по устранению потерь и контроля за исполнением предписаний. Спад производства привел к снижению степени загрузки технологических агрегатов и заставил искать наиболее эффективные пути использования оборудования. Часть основного оборудования, имеющего как бы параллельно работающие агрегаты в технологической цепи, была выведена из эксплуатации в консервацию: несколько доменных печей и коксовых батарей, аглофабрика № 4 (наиболее энергоемкая), стан 2500 горячей прокатки (ЛПЦ- . Для находящегося в эксплуатации оборудования была проведена паспортизация, на основе которой систематизированы основные характеристики энергопотребления и сформированы различные варианты возможных графиков работы цехов и агрегатов в зависимости от предполагаемых объемов производства на месяц. Для прокатных цехов с учетом различных факторов была принята в основном система режимных смен, в пределах которых технологическое оборудование цеха в плановом порядке простаивает с соответствующей глубокой разборкой схем питания электрооборудования и прекращением подачи других энергоресурсов. Также на основе паспортизации в цехах выделены несколько групп механизмов с электроприводом, которые должныбыть отключены персоналом цеха при остановке технологической линии, если предполагаемая длительность простоя превышает заданную для данной группы величину. Определены также вспомогательные, обеспечивающие основную технологию механизмы, относящиеся в основном к энергохозяйству цехов, которые можно и необходимо отключить при снижении интенсивности работы цеха (основного агрегата) ниже определенной величины. Эти мероприятия и рекомендации применялись и действуют в основном по отношению к прокатным цехам.
Для агломерационного производства, с учетом его особенностей (несколько агломерационных машин, наличие бункеров агломерата в доменном цехе, тяжелые условия пуска электродвигателей эксгаустеров), предложены другие мероприятия. Здесь было проведено обследование и на основе статистических материалов с использованием математического аппарата пошагового регрессионного анализа получены зависимости электропотребления (удельных расходов электроэнергии) от производственных и технологических факторов, определены наиболее значимые из них. Анализ материалов указал на необходимость повышать часовую производительность агломашин и за счет этого останавливать оказывающуюся лишней агломашину, останавливать не менее чем на двое суток.
Оживление производства определило необходимость расконсервации и ввода в эксплуатацию аглофабрики № 4 и стана 2500 горячей прокатки (ЛПЦ- . На начальном этапе после запуска указанных объектов произошло значительное нарастание потребления энергоресурсов при относительно небольшом приросте производства. Возникла задача наиболее эффективного распределения объемов производства м. агло-фабрикой № 4, с одной стороны, и аглофабриками № 2 и 3, с другой, и м. ЛПЦ-10 и ЛПЦ- Для более новых АФ-4 и ЛПЦ-10 характерна большая электровооруженность, большая мощность агрегатов. Анализ зависимостей электропотребления от объемов производства для сравниваемых цехов показал, что увеличение производства в новых цехах определяет значительно менее интенсивное нарастание потребления электроэнергии (характеристики W = f (П) более пологие) и позволил рекомендовать загружать ЛПЦ-10 и АФ-4 на максимум, а ЛПЦ-4 и АФ-2,3 - по остаточному принципу. При этом суммарный расход электроэнергии при производстве горячего проката и агломерата оказывается наименьшим.
Вполне очевидный энергосберегающий эффект создает вовлечение в энергобаланс предприятия вторичных горючих газов - коксового и доменного. Сравнительно низкая теплотворная способность определяет и более узкую область применимости вторичных газов. Наиболее целесообразно использование низкокалорийных газов в виде топлива на объектах энергетики, поэтому часть котлов ЦЭС и ПВЭС давно приспособлены для сжигания доменного газа. Традиционно доменный газ используется в самом доменном цехе для обогрева воздухонагревателей и для нагрева слитков в обжимном цехе. С увеличением объемов производства, вводом в действие ранее остановленных доменных печей и соответствующим увеличением выхода вторичного газа в ОАО ММК на обогрев доменным газом переоборудуются дополнительные потребители - коксовые батареи, для которых этот газ является более технологичным топливом. Для полного вовлечения в энергобаланс вторичных топливных газов необходимо обеспечить достаточное количество тепловых и энергетических агрегатов, способных их использовать. В настоящее время на ЦЭС и ПВЭС все котлы дооборудованы для использования доменного газа и на ЦЭС строится так же один (станционный № с подобной возможностью. Коксовый газ вчетверо калорийней доменного и его область применения значительно шире. Коксовый газ традиционно используется для обогрева коксовых батарей, для сжигания его дооборудованы котлы на ПВЭС, переоборудованы нагревательные печи сортопрокатного цеха, реконструированы две методические печи ЛПЦ-4, это топливо подается и на ряд других объектов. В результате последние полтора года потери коксового и доменного газов (т.е. сжигание их на свече) практически равны нулю.
Стабильный рост тарифов на электроэнергию от региональной энергосистемы все последние годы, повышение их после каждого существенного снижения объемов электропотребления вынуждают ОАО ММК всемерно развивать и совершенствовать собственную энергетическую базу. К этому подталкивает более чем двукратное превышение тарифов на покупную электроэнергию по отношению к себестоимости электроэнергии, производимой на предприятии, и принцип. возможность (и необходимость по экологическим причинам) использовать в качестве топлива вторичные газы. Последовательно решая эти задачи, ОАО ММК провел реконструкцию ПВЭС, позволившую без увеличения объемов потребления природного газа увеличить мощности по выработке электроэнергии с 40 до 100 МВт, проводит реконструкцию ЦЭС, которая позволит повысить мощность станции на 15 МВт.
Вовлечение вторичных топливных газов в энергобаланс предприятия снижает объем потребления внешних, покупных энергоресурсов. Аналогичный результат может быть достигнут за счет повышения эфф. использования имеющихся энергоресуров, совершенствования структуры энергобаланса. Часть мероприятий, направленных на повышение эфф. использования электроэнергии в ОАО ММК, упомянута выше. На комбинате реализуется программа внедрения тиристорных регуляторов скорости электродвигателей вместо дроссельного регулирования на механизмах, в том числе с использованием демонтированных из закрытых цехов полупроводниковых регуляторов и преобразователей после их реконструкции. Проводится совершенствование схем сетей передачи вырабатываемых энергоносителей (технической воды, сжатого воздуха, теплофикационной воды) для снижения расхода электроэнергии на выработку энергоресурсов и обеспечение ими потребителей. Реализуется программа по повышению эфф. использования сжатого воздуха и пара у потребителей, за счет чего достигается снижение потребности на эти энергоресурсы и уменьшаются затраты на их производство. В частности, в настоящее время в ОАО ММК реализуется программа перевода части потребителей, для которых это экономически оправданно, на снабжение сжатым воздухом от локальных компрессорных. В ОАО ММК постоянно и целенаправленно проводится разносторонняя работа по повышению эфф. использования топлива на электростанциях и в нагревательных печах прокатных цехов.
Большой экономический и энергосберегающий эффект дает и собственно совершенствование энергобаланса цехов и, в конечном итоге, предприятия в целом. В кислородном производстве (кислородная станция № имеются три компрессора для подачи воздуха в блоки разделения с паровым приводом. До недавнего времени использование их было далеко не полным. Последние два года все три компрессора целенаправленно загружаются полностью. В результате достигается снижение суммарной потребляемой мощности комбинатом (около 2 МВт) и существенное повышение полного КПД ТЭЦ. В настоящее время в ОАО ММК прорабатываются варианты использования низкопотенциального пара, получаемого от нескольких источников, для выработки электроэнергии и получения сжатого воздуха (с высвобождением компрессоров с электроприводом).
Пути совершенствования энергобаланса для различных цехов и энергоресурсов разнообразны. Один из вариантов реализуется на стане 2000 горячей прокатки (ЛГТЦ-1 . На основе проведенного обследования с применением упоминавшегося выше математического аппарата пошаговой регрессии были получены зависимости энергопотребления цеха от нескольких производственных и технологических факторов. Анализ зависимостей с учетом действующих тарифов на природный газ и электроэнергию привел к заключению о целесообразности экономить природный газ (недогреватъ металл в пределах технологических допусков) и расходовать больше электроэнергии на обжатие металла в клетях - суммарные затраты на покупку энергоресурсов для цеха при этом снижаются.
Другой вариант совершенствования энергобаланса может быть реализован для топлива. Идея состоит в том, что одно и то же топливо при сжигании на разных объектах дает различный эффект. При анализе результатов обследования электростанций ОАО ММК было установлено, что сжигание доменного газа на ЦЭС более эффективно, нежели на ПВЭС. Вместе с тем, на ПВЭС наиболее значительный энергосберегающий эффект может быть достигнут за счет повышения доли коксового газа до определенных пределов. За счет такого перераспределения вторичных топливных газов может быть высвобождено до 12 тыс. м3час природного газа. Сжигание же природного газа наиболее эффективно на ТЭЦ. Этот проект в настоящее время находится в стадии реализации в ОАО ММК.
Следует обратить внимание на то, что некоторое время назад в ОАО ММК положено начало работе по изучению зависимости энергопотребления (и в частности, электропотребления) цехов от производственных и технологических факторов [1]. Конечной целью этой работы является создание математической модели энергопотребления ОАО ММК, что облегчит решение множественных задач энергосбережения. Основу для этой работы создает совершенствование системы учета всех видов энергоресурсов: развитие ее структуры, повышение точности, надежности и оперативности. Как высшая ступень этого цикла, в ОАО ММК реализуются автоматизированные системы учета всех видов энергоресурсов [2].
В настоящее время в ОАО ММК создана модель электропотребления предприятия в целом в зависимости от объемов производства [3]. Основанная на математической обработке ежемесячно добавляющихся отчетных данных по фактическим объемам производства и удельным расходам электроэнергии для каждого подразделения, модель позволяет (на основе единой информационной базы) проводить нормирование, анализ эфф. использования и прогнозирование объемов потребления электроэнергии для каждого из цехов и предприятия в целом. Модель эксплуатируется с начала 1996 года и демонстрирует стабильно повышающуюся точность прогноза. За 4 года (с 1996 по 1999 гг.) среднее отклонение фактического объема электропотребления ОАО ММК от прогнозируемого значения составило 4,60, 2,56, 1,75 и 1,5 % без учета отклонений фактических объемов производства от плановых [4].
Одним из важнейших назначений математической модели энергопотребления предприятия является предоставление возможности сравнения и анализа результатов энергосберегающей деятельности. При отсутствии модели практически чрезвычайно важным этапом развития энергетического анализа является сквозной энергетический анализ [5]. Другим важнейшим назначением метода является предоставление механизма сравнения энергоемкости продукции различных предприятий, использующих разнообразные энергоресурсы. Для реализации этих целей метод предлагает выражать все энергоресурсы в одних единицах измерения эквивалента энергии, например, в Гкал или МДж, и относить на единицу продукции, например, на тонну стали. Кроме того, следует различать и учитывать с противоположными знаками потребляемые и вырабатываемые (реализуемые) энергоресурсы.
В ОАО ММК сквозной энергетический анализ введен в практику текущей работы в 1996 году [6]. Динамика энергоемкости продукции ОАО ММК приведена на 1.

Необходимо отметить для сравнения, что в 1989 году при выплавке стали 16 млн. т в год (самый высокий уровень за всю историю предприятия) показатель энергоемкости продукции составлял 6,0 Гкал/тс. В 1996 году в январе при уровне производства около 6,6 млн. т в год мы начали с показателя 9,0 Гкал/тс, июль 2000 года при уровне производства около 10 млн. т в год характеризуется показателем 6,35 Гкал/тс, или 907 кг у.т./тс. При этом доля энергетики в себестоимости продукции ОАО ММК по годам составляла 53 (1996 г.), 35 (1997 г.), 29 (1998 г.) и 21 % (1999 г.).
Надеемся, что нам удалось показать не только общие подходы к энергосбережению и некоторые примеры реализации энергосберегающих мероприятий, но и привести убедительнее свидетельство того, что существенный эффект достижим только при целенаправленной и систематической работе по энергосбережению. А успешная энергосберегающая деятельность является одним из оснований для устойчивого развития любого производства, а тем более такого энергоемкого, как металлургия.

Список литературы
Олейников В.К., Никифоров Г.В. Анализ и управление электропотреблением на металлургических предприятиях: Учеб. пособие. - Магнитогорск, 199 - 219 с.
Славгородский В.Б., Прудаев В.П., Коваленко Ю.П. и др. // Сб. Энергосбережение на промышленных предприятиях. - Магнитогорск, 199 - С. 30-37.
Копцев Л. А. Нормирование и прогнозирование потребления электроэнергии в зависимости от объемов производства. - Промышленная энергетика, 1996, № - С. 5-7.
Гунин В.М., Копцев Л.А., Никифоров Г.В. Опыт нормирования и прогнозирования электропотребления предприятия на основе математической обработки статистической отчетности. - Промышленная энергетика, 2000, № - С. 2-5.
Лисненко В.Г., Щелоков Я.М. Энергетический анализ -методология энергосбережения в металлургии. -Энергетика региона, 2000, № - С. 21-23.
Никифоров Г.В., Заславец Б.И. Энергосбережение на металлургических предприятиях. - Магнитогорск, МГТУ, 200 - 283 с.

Источник: http://energosber.74.ru