Структура топливно-энергетического баланса предприятия

Изучение структуры энергетических балансов металлургических предприятий позволяет определить наиболее рациональные пути сокращения энергозатрат, сформировать гибкие энерготехнологические линии, выбрать оптимальные параметры их функционирования, а также наметить первоочередные задачи по уменьшению энергоемкости металлопродукции.

Структуру и анализ энергобаланса, оценку энергопотребления выполним на примере ОАО «ММК», являющимся одним из крупнейших интегрированных металлургических предприятий в мире и производящим широкий ассортимент металлопродукции. Укрупненный анализ выполнен для годового энергобаланса за 2007 г. Этот год характеризуется устойчивым режимом производства и переработки металлопродукции, сбалансированным производством и сбытом продукции, внедрением и освоением современных энергоемких процессов и технологий (электросталеплавильные агрегаты, стан «5000» горячей прокатки).

Суммарное потребление электроэнергии по основным структурным подразделения приведено в табл.4.5.

Таблица 4.5. Структура энергопотребления по основным технологическим и энергетическим производствам ОАО «ММК» за 2007 г.

Данные табл.4.5 показывают, что на долю технологических производств приходится 78,7% энергоресурсов, из них наиболее энергоемкими являются коксохимическое и доменное производство: 63.2%. На нужды энергетического хозяйства израсходовано 21,3%, в т.ч. электростанции – 16,5%.

На рис.4.2 приведена укрупненная и на рис. 4.3 развернутая приведены диаграммы энергопотребления как для технологических, так и энергетических объектов. Диаграммы позволяют сравнить энергоемкость по прокатным цехам, электростанциям и другим подразделениям.

Рис. 4.2. Укрупненные показатели энергопотребления по основным переделам

Рис.4.3. Структура энергопотребления по основным цехам предприятия

В табл. 4.6 приведены объемы, а на рис. 4.4 и 4.5 диаграммы потребления электрической энергии. Потребление электрической энергии распределяется между технологическими и энергетическими производствами 54,5% и 45,5% соответственно. Наиболее электроемким является прокатное производство – 24.6%, горно-обогатительное – 10.7% , сталеплавильное – 6,7% (освоение дуговых сталеплавильных печей). В то же время наиболее энергоемкие производства – коксохимическое и доменное потребляют всего 6,2% электроэнергии. Основным потребителем электроэнергии на ОАО «ММК» является кислородно-компрессорное производство – 26,6%, на собственные нужды электростанций израсходовано 9,3%.

Таблица 4.6

Структура электропотребления по основным технологическим и энергетическим производствам ОАО «ММК» за 2007 г.

Рис. 4.4. Укрупненная диаграмма потребления электроэнергии

Рис.4.5. Структура электропотребления основными подразделениями

В табл. 4.7 и на рис. 4.6 более подробно рассмотрен удельный вес каждого цеха в структуре электропотребления прокатного производства. Крупнейший в Европе цех горячей прокатки ЛПЦ-10, реконструкция цеха горячей прокатки ЛПЦ-4, ввод в работу крупнейшего стана «5000», ряд цехов по производству холодного проката постоянно требуют увеличения объемов электроэнергии, что в свою очередь ставит задачи повышения эффективности ее использования.

Таблица 4.7

Структура электропотребления по прокатному производству ОАО «ММК» за 2007 г.

Рис.4.6. Распределение расхода электроэнергии цехами прокатного производства в 2007 г.

Таблица 4.8

Структура потребления природного газа по основным технологическим и энергетическим производствам ОАО «ММК» за 2007 г.

Рис 4.7. Структура потребления природного газа по основным производствам

Таблица 4.9

Структура энергопотребления по всем видам энергоресурсов для ОАО «ММК» за 2007г.

Рис 4.8. Структура энергопотребления по видам энергоресурсов

Оценить энергопотребление можно по нескольким показателям, но для корректности сравнения с другими предприятиями отрасли как отечественными, так и зарубежными, целесообразно использовать единый обобщенный удельный показатель энергопотребления Гкал/тс (ГДж/тс), как это показано выше.

Закупаемые энергетические ресурсы состоят из коксующихся углей (56,7% от объема закупок) для получения кокса; природного газа (38,9 %) в дополнение к производимым внутри предприятия видам газообразного топлива; электроэнергии (4,4 %) в дополнение к производимой на комбинате электроэнергии;. Ряд сырьевых ресурсов, закупаемых для производства, уже несут в себе энергетические затраты, например окатыши, поэтому для оценки общего энергопотребления сырьевые ресурсы идентифицируются с их энергоэквивалентами в той же системе единиц (2,4 % от объема закупок энергоресурсов).

4.4. Анализ и динамика энергопотребления в ОАО «ММК»

Расчет энергобаланса позволяет перейти от обобщенного абсолютного показателя энергопотребления к частным показателям по переделам производства и удельным затратам как по видам энергии, так и номенклатуре продукции. При расчетах объемы утилизации ВЭР и выработки собственных энергоресурсов выделяются отдельными статьями, что позволяет контролировать соотношение между объемами потребляемых и утилизируемых ЭР и оценивать эффективность использования ВЭР.

Концентрация усилий первого этапа предусматривала абсолютное сокращение покупных ЭР – электроэнергии и природного газа – и развитие систем управления энергетическими потоками. Организация учета энергопотребления, в т.ч. внедрение системы КТС «Энергия», проведение энергоаудита, составление энергетических паспортов предприятия и его структурных подразделений, разработка норм, лимитов и прогнозов энергопотребления, проводимые на базе текущих энергобалансов в ОАО «ММК», позволили существенно повысить энергоэффективность. Если в 1996 г. энергетические затраты в себестоимости товарной продукции составляли 35,4%, то в 2000 г. они снизились до 21,7%. На рис.4.9 показана динамика энергопотребления в ОАО «ММК» за 5 лет (1996 –2000 гг). Обобщенный показатель энергопотребления снизился с 8,23 Гкал/тс (34,48 ГДж/тс) в 1996 г. до 6,42 Гкал/тс (26,90 ГДж/тс в 2001 г. Только за 5 лет благодаря внедрению комплекса энергосберегающих мероприятий и проектов удалось значительно приблизиться к ведущим металлургическим компаниям зарубежных стран (США – 6,7 Гкал/тс, страны ЕС – 6,1, - Япония – 5,6) [ ].

Рис 4.9. Динамика энергопотребления ОАО «ММК» за 1996 – 2000 гг.

Металлургические предприятия – это крупные потребители электрической и тепловой энергии. Наличие собственной энергетической базы определяется прежде всего производственной необходимостью надежного и стабильного обеспечения энергоресурсами, повышением энергетической безопасности предприятия и обеспечением планового формирования себестоимости металлопродукции.

На начало 1996 г. электрические станции ОАО «ММК» располагали установленной мощностью 497 МВт. Они закрывали потребность предприятия в электроэнергии на 65-70%, полностью закрывалась потребность в тепловой энергии. Однако, к этому времени оборудование на центральной электростанции (ЦЭС) и паровоздуходувным (ПВЭС) уже исчерпало свой ресурс. Поэтому главное внимание было сосредоточено на реконструкции ЦЭС и ПВЭС. При реконструкции станций учитывалось то обстоятельство, что в качестве альтернативы природному газу возможно максимально использовать коксовый и доменный газ. К концу 2003 г. ОАО «ММК» полностью обеспечил свое основное производство собственной электроэнергией. К 2007 г. суммарная установленная мощность собственных электростанций составила 650 МВт со среднегодовой выработкой 620 МВт. Реконструкция электростанций потребовала одновременно развития и модернизации систем электроснабжения.

Очевидный энергосберегающий эффект создает вовлечение в энергобаланс предприятия вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Современные технологии позволяют широко использовать вторичные ресурсы для замещения покупных энергоресурсов - природного газа, электрической энергии и др., что может значительно улучшить экономику предприятия, стабилизировать себестоимость металлопродукции. Так например, себестоимость электроэнергии, вырабатываемой собственными электростанциями, в 2 - 3 раза дешевле, чем стоимость покупной из региональной энергосистемы. Несмотря на то, что стоимость электроэнергии для реализации формируется из налоговой и других составляющих, ряд затратных статей значительно ниже, т.к. в ее производстве до 50 % занимает вторичное топливо - доменный, коксовый, конвертерный газы, продукты коксохимического производства. При этом, как правило, вырабатываются дополнительно пар и (или) теплофикационная вода.

Сравнительно низкая теплотворная способность определяет и более узкую область применимости вторичных газов – в виде топлива на объектах энергетики и в нагревательных печах (коксовый газ). На комбинате вводятся новые генерирующие мощности, модернизируются котлы и печи для обеспечения возможности утилизации всё большего количества вторичных газов.

В результате, с 1997 года установленная мощность генераторов на комбинате увеличилась на 137 МВт. В том числе построена (октябрь 2005 года) малая электростанция с двумя генераторами по 7,5 МВт, источниками пара для которых являются котлы ОКГ конвертерного цеха и котлы-утилизаторы за цехом горячей прокатки ЛПЦ-10. Потребление электростанциями коксового газа возросло в 2 раза (с 351,3 до 702,2 млн. м³) и доменного – в 1,5 раза (с 4387 до 6658 млн. м³). Доля вторичных газов в топливном балансе станций возросла с 23,4 до 36,0 %.

И всё-таки наиболее значительный энергосберегающий эффект обеспечивают мероприятия, связанные с основной технологией предприятия. Изменение структуры сталеплавильного производства с пуском дуговых сталеплавильных печей в 2006 г. привело к заметному изменению структуры внешнего энергобаланса предприятия: начала снижаться доля коксующихся углей и природного газа и увеличиваться расход электроэнергии. Результатом нарастания выплавки электростали явилось снижение самообеспеченности электроэнергией (с 88,7 % в 2005 г. до 75,0 % в 2007 г.) и уменьшение энергоёмкости продукции комбината с 6,52 до 5,63 Гкал/т стали (рис.4.10).

Рис. 4.10. Диаграмма изменения показателя энергоэффективности за 1996-2009 гг.

Положительные результаты работы по реализации программ энергосбережения в ОАО «ММК» подтверждаются постоянным снижением показателя энергоэффективности за длительный период времени (с 8,24 Гкал/тс в 1996 г. до 5,63 в 2007 г.). За этот период энергозатраты на 1т стали снизились на 31,7%. Некоторые отклонения от тенденции снижения в 2003-2005 гг объясняются прежде всего реконструкцией сталеплавильного производства (ликвидация мартеновского и строительство электросталеплавильного производства). Снижение спроса на металлопродукцию, а следовательно, и производства стали привели к повышению показателя в 2008-2009 гг.

Электросталеплавильное производство оказывает существенное влияние на динамику электропотребления всего металлургического предприятия. На рис. 4.11 приведена диаграмма, характеризующая изменение электроемкости производства стали за период 1996 – 2009 гг. Увеличение удельного показателя электроиспользования за 2004-2009 гг объясняется , с одной стороны, введением в эксплуатацию дуговых электрических печей большой единичной мощности, с другой – существенным снижением спроса на производство стали в 2008 – 2009 гг.

Рис.4.11. Диаграмма изменения электроемкости производства стали в ОАО «ММК»

Наблюдаемое за последние годы повышение эффективности энергопотребления на целом ряде предприятий металлургической отрасли, и прежде всего на таких крупнейших комбинатах как ММК, НЛМК, «Северсталь» и др., весьма показательно и свидетельствует об изменении отношения менеджмента к вопросам энергосбережения, вызванное необходимостью улучшения экономической стабильности предприятий, повышения конкурентоспособности продукции и уменьшением зависимости от поставщиков энергоресурсов.

Снижение энергозатрат достигнуто, главным образом, за счет реализации двух основных направлений в энергосберегающей политике, проводимой на предприятиях: развития собственных энергетических мощностей и максимально возможной утилизации вторичных энергоресурсов.

Анализ, как правило, начинают с оценки энергозатрат относительно предыдущего аналогичного периода прошлого года по всем энергоресурсам и структурным подразделениям, учитываемых в энергобалансе.

Каждый цех, производство составляют на год комплекс мероприятий, направленный на снижение издержек по всем видам ресурсов. Насколько правильны и эффективны эти мероприятия, позволяет судить анализ энергопотребления через обобщенный показатель.

Первичный анализ предполагает определение наиболее энергоемких производств, переделов, цехов, которые существенным образом влияют на энергобаланс предприятия. Анализ составляющих энергобаланса для отдельных технологических подразделений позволяет оценить их место в объемах использования топлива и энергии, в объемах выработки собственных ВЭР и возможности их утилизации на технологические нужды. Для крупных потребителей энергоресурсов составляется частный, индивидуальный энергобаланс.

Изучение годовых и месячных балансов показывает, что наиболее энергоемким на металлургическом предприятии является доменное производство. Доля доменного цеха составляет более 40 % в потреблении топливно-энергетических ресурсов. Естественно, что определение резервов энергосбережения должно осуществляться, прежде всего, для таких энергоемких производств. Рассмотрим более подробно месячный энергетический баланс доменного цеха, представленный на рис. 4.12.

Рис. 4.12. Энергетический баланс доменного цеха

Энергетический баланс доменного цеха состоит из следующих энергетических потоков:

1. Приход тепла на ведение технологического процесса.

2. Энергоресурсы на обеспечение производства.

3. Расход тепла.

4. Потери, в т.ч. безвозвратные.

Основной энергетический поток, составляющий 92 % затраченной энергии - приход тепла - технологический процесс - расход тепла.

Рассмотрим структурный состав основных и второстепенных потоков энергии.

1. Приход тепла составляет 98 % или 5,011 Гкал и состоит:

- кокс - 3, 189 Гкал (62, 3 % ТЭР),

- природный газ - 0,883 Гкал (17,2 %),

- дутье - 0,290 Гкал (5,7 %),

- кислород - 0, 158 Гкал (3,1 %),

- доменный газ - 0,421 Гкал (8,2 %),

- коксовый газ - 0,072 Гкал (1,4 %).

2. Энергоресурсы на обеспечение производства составляют всего 2 % или около 0,100 Гкал

- пар - 0,054 Гкал (1,1 %),

- электроэнергия - 0, 025 Гкал (0,5 %),

- техническая вода - 0,011 Гкал (0,2 %),

- сжатый воздух - 0,009 Гкал (0,2 %),

- горячая вода - 0, 001 Гкал (0,1 %).

0,100 Гкал (2,0 %)

3. Расход тепла составляет 92, 5 % или 4,730 Гкал

- колошниковый газ - 2,167 Гкал (42,4 %)

в т.ч. доменный - 1,235 Гкал (24,1%),

- температура и давление - 0,833 Гкал (17,3 %),

- колошниковая пыль - 0,049 Гкал (1,0 %),

- жидкий чугун - 0,292 Гкал (5,7 %),

- жидкий шлак - 0,154 Гкал (3,0 %),

- охлаждение печи - 0,231 Гкал (4,5 %),

- с кожуха печи - 0,112 Гкал (2,2 %),

- потери на свечах - 0,025 Гкал (0,5 %).

4,730 Гкал (92,5 %)

4. Потери составляют 7,1 % или 0,356 Гкал и подразделяются на потери, которые можно утилизировать - 5,1 % или 0,256 Гкал и безвозвратные потери 2,0 % или 0,100 Гкал, которые состоят из

- пар - 0,054 Гкал (1,1 %),

- эл. энергия - 0,025 Гкал (0,5 %),

- техн. вода - 0,011 Гкал (0,2 %),

- сжатый воздух - 0,009 Гкал (0,2 %),

- горячая вода - 0,001 Гкал (0.1 %)

0,100 Гкал (2,0 %)

ИТОГО: 5,083 Гкал (99,5 %)

В настоящее время уровень утилизации расходуемых теплоносителей составляет для доменного цеха 30,8 %, следовательно, фактический расход ТЭР на производство 1 т чугуна составляет 3, 535 Гкал.

Необходимо отметить, что мы отстаем от ведущих металлургических предприятий не столько по уровню потребления энергоресурсов, сколько в утилизации вторичных ресурсов. Исследование баланса доменного газа позволяет оценить возможность дополнительной утилизации более чем 12 % ТЭР, что позволит снизить удельный показатель ориентировочно до 2, 89 Гкал/т чугуна.

В рамках «горизонтали» можно использовать взаимовлияние потребляемых ресурсов (прямое или косвенное) и влияние каждого показателя на конечное удельное потребление, по которому оценивается общий эффект энергопотребления, что позволяет избежать перекосов или ошибок в изменении структуры потребляемых энергоресурсов. Например, важной оптимизационной задачей является эффективное использование в цехе горячей прокатки (стан «2000») природного газа и электроэнергии, объемы потребления которых определяют уровень энергопотребления цеха в целом. Есть техническая возможность за счет увеличения объемов потребления природного газа на методических печах вести нагрев металла по верхней допустимой границе, что позволяет обеспечить экономию электроэнергии при его прокатке. При постановке задачи по экономии природного газа и нагреве металла по нижней границе имеет место рост потребления электроэнергии за счет увеличения усилий обжатия. Возможен и третий вариант - оптимизация режима электропотребления с выбором наиболее выгодного режима потребления природного газа и электроэнергии. Оптимизационные задачи решаются только в рамках энергобаланса, критерием оценки может служить обобщенный показатель энергопотребления как цеха, так и предприятия в целом.

Необходимо отметить, что полного соответствия между темпами изменения энергопотребления и производства для большинства технологических переделов быть не может, поскольку снижение производства, как правило, приводит к увеличению доли постоянных затрат энергии, вызванных работой вспомогательного оборудования и потребителей, не связанных непосредственно с объемом выпуска продукции. Как показал анализ, произведенный в отдельных цехах, повышенные энергозатраты вызваны не только увеличением доли постоянных расходов, но и в значительной степени неритмичной работой основного оборудования с длительными простоями (без отключения агрегатов), а также с изменениями технологии по переделам металлургического предприятия.

Современное металлургическое предприятие - это сложный многоуровневый энерготехнологический комплекс, в котором энергобаланс разделяется на две составные части:

- затраты энергии на производство металлопродукции и сопутствующие технологии;

- затраты на производство собственных энергоресурсов, необходимых для технологических процессов и утилизации вторичных ресурсов.

Поэтому при анализе энергобаланса необходимо отдельно рассматривать его технологическую и энергетическую составляющие, поскольку природа экономии энергоресурсов у каждой из составных частей может быть различной.

При совершенствовании технологических процессов, реструктуризации и модернизации производства для достижения конкурентной продукции требуется улучшение качества, расширение сортамента с одновременным ограничением объемов в рамках заказа, что непременно ведет к росту энергозатрат. И это необходимо учитывать как неизбежный процесс. Например, внедрение технологии «печь-ковш» в сталеплавильном производстве сразу приводит к росту общего электропотребления на 10 %, а пиковые режимы достигают до 30 МВт. В то же время данная технология оказывает заметное влияние на сокращение расходных коэффициентов металла в сталеплавильном переделе, т.к. обеспечивает практически полное попадание по заказам.

Энергетическая составляющая энергозатрат также развивается достаточно динамично в течение всего периода реформ. Рост цен на основные энергоносители, относительно высокие потери при производстве, передаче и использовании энергоресурсов, морально и физически устаревший парк основного энергооборудования требуют переоценки сложившейся ситуации, принятия организационных, технических, экономических решений. Определить эффективность, динамичность реализуемых решений позволяет энергетическая составляющая удельного энергопотребления.

На диаграмме изменения удельного энергопотребления за 1996-2001 гг., заимствованной в [ ] отдельно по составляющим и энергозатратам предприятия в целом приведена на рис. 5.18 . За последние пять лет технологическая составляющая энергозатрат снизилась с 5,36 до 4,42 Гкал/тс, т.е. на 30,7 %, а энергетическая - с 2,87 до 1,99 Гкал/тс (17,5 %).

	Рис. 5.18. Динамика удельного энергопотребления на 1 т. стали по ОАО «ММК»

По уровню энергопотребления на единицу продукции ОАО «ММК» занимает сегодня лидирующее положение среди металлургических предприятий России. Обобщенный показатель энергоэффективности снизился с 8,23 Гкал/тс в 1996 г. до 5,63 Гкал/тс в 2007 г., что стало возможным благодаря внедрению комплекса энергосберегающих мероприятий и проектов.

Энергетический баланс предприятия является базой для создания системы энергетического и экологического менеджмента. Знание необходимых объемов энергоресурсов для производства продукции как в абсолютных, так и удельных показателях позволяет решать частные задачи оптимизации энергопотребления для различных технологических потребителей, вести расчет и управление энергопотоками.