Сравнительная характеристика плавления базальта (по стоимости энергозатрат на 1 т расплава) Электродуговые Индукционные Печи ванного типа Вагранки Агрегат ООО "НПК "УралТермоКомплекс" на основе скоростного плавления продуктами сгорания природного газа

В развитых странах уже длительное время и с успехом применяют теплоизоляционные материалы из расплавов горных пород - базальтов. В России наблюдается все возрастающий интерес к изделиям на основе базальтового волокна, обусловленный бурным развитием строительства и энергетических мощностей.

В состав большинства линий по производству изделий из базальтового волокна для получения расплава входят шахтные печи - вагранки, специфика работы которых требует применения дефицитного кокса крупных фракций.

Цена на кокс стремительно возрастает и приближается к отметке 300 долларов за 1 т, что приводит к росту себестоимости изделий.

Данное обстоятельство, а также появление новых технологий, оборудования, огнеупорных материалов, стимулировало разработку нового агрегата на основе скоростного плавления кусков базальта высокотемпературными и высокоскоростными продуктами сгорания природного газа (без кокса).

Специалистами научно производственной компании "УралТермоКомплекс" разработан агрегат для плавления базальтовых пород, не имеющий аналогов в мировой практике, со следующими характеристиками:

Агрегат оснащен современной системой автоматического управления, построенной на элементной базе немецких и американских фирм.

В состав агрегата входит (см. рис.): вращающаяся печь 1, обеспечивающая предварительный подогрев загружаемого в печь базальта до температуры порядка 700 oС, загрузочная камера 2, соединяющая вращающуюся печь с зоной плавления. Распределительный конус 3, служащий для равномерного распределения подогретого базальта по поду плавильной зоны 4, выполненной в виде полукольца, расположенного у основания конуса. Равномерное распределение базальта по поду плавильной зоны позволяет значительно увеличить теплообменную поверхность и быстро расплавить его при температуре примерно 1300 oС. Быстрому расплавлению базальта способствуют и примененные в агрегате современные скоростные горелки 7, значительно увеличивающие конвективную составляющую теплообмена. При температуре 1300 oС базальт приобретает достаточную текучесть, позволяющую ему перетекать по поду плавильной зоны в отапливаемый скоростными горелками фидер 5. В фидере базальт перегревается до температуры 1450-1500 oС, гомогенизируется и вытекает через летку 6, оборудованную оригинальным направляющим устройством, позволяющим точно направить расплав на валки центрифуги.

Ориентировочная стоимость строительства агрегата 25-30 млн. руб.

При разработке конструкции плавильного агрегата использованы новейшие достижения металлургической теплотехники, использованы методы физического и математического моделирования. В конструкции применены современные огнеупорные и теплоизоляционные материалы.

Принципиальное отличие нового агрегата заключается в том, что тепловая энергия, образующаяся при сгорании природного газа, посредством созданных благоприятных условий теплообмена эффективно используется начиная от зоны плавления ( ~1500 oС) до дымовой трубы ( ~150 oС). Объединение в одном агрегате нескольких оригинальных технических решений: скоростного плавления, равномерного распределения шихты по поду плавильной зоны с помощью конуса, предварительный подогрев шихты во вращающемся барабане и других, позволило спроектировать оборудование с отличными расчетными экономическими показателями.

По сравнению с широко распространенными в линиях производства базальтового волокна коксовыми или коксо-газовыми вагранками, данный агрегат имеет следующие преимущества:

1. Один вид топлива с незначительными выбросами вредных веществ в атмосферу (в 2,5 раза ниже допустимых норм).
2. Значительно более низкие эксплуатационные затраты, чем при использовании кокса, в вагранках, что подтверждается расчетом:
   Расход природного газа в новом агрегате на 1 т расплава - 130 м3.
   Расход энергоносителей в коксо-газовой вагранке: 20 м3 газа и 250 кг кокса на 1 т расплава.
   Цена природного газа: примерно 1500 руб. за 1000 м3. Пересчитать на цену газа Розничная цена на природный газ, реализуемый населению Республики Татарстан, с 01.07.2021 года установлена в размере 6,07 руб./куб. м. (с учетом НДС) согласно постановлению Государственного комитета РТ по тарифам от 16.06.2021 № 101-2/г-2021.Для предприятий 7,4 руб./куб. м. (с учетом НДС) на март 2022
   Цена кокса: 8 - 9 тыс. руб. за 1 т.
   Стоимость топлива, расходуемого на плавление 1 тонны базальта, в предлагаемом агрегате в 8,5 раз ниже, чем в коксо-газовой вагранке (расчет экономической эффективности прилагается).
3. Возможность повторной переработки образующихся на центрифугах отходов. Вагранки не позволяют перерабатывать отходы, составляющие до 30% от использованного сырья.
4. Возможность оперативной перенастройки плавильного агрегата в связи с условиями производства.
5. Полная автоматизация технологического процесса плавления базальта.
   Использованные в проекте материалы, конструктивные решения, принятые на основе опыта эксплуатации стекло- и сталеплавильных печей, позволяют рассчитывать на длительный срок эксплуатации агрегата ( 2-3 года) без капитального ремонта. В целом материало и трудозатраты на строительство и эксплуатацию агрегата ожидаются не более чем на вагранках, тогда как расходы на покупку топлива уменьшаются во много раз.

Надеемся на долгосрочное и взаимовыгодное сотрудничество,

С уважением,
Казяев Д.М.
Коммерческий директор
ООО "НПК "УралТермоКомплекс"

Сравнительная характеристика агрегатов для плавления базальта (по стоимости энергозатрат на 1 т расплава)

Сравниваемые агрегаты для плавления базальта:

• Электродуговые печи
• Индукционные печи
• Печи ванного типа
• Вагранки
• Агрегат ООО "НПК "УралТермоКомплекс"

Для чистоты расчета принимаем во внимание следующие моменты:

1. Состав шихты и ее тех. характеристики для всех типов печей одинаковы. Следовательно, ее доля (в стоимостном выражении) в структуре себестоимости 1 т расплава также одинакова, и ее при расчетах можно не учитывать. Ниже приведены расчеты для шихты следующего состава: 90% - базальт, 10% - доломит.
2. При плавлении металлургических шлаков затраты на плавление снижаются приблизительно на 10%.
3. Расходы электроэнергии, необходимые для подачи топлива, работы вентиляторов, автоматики и т.д. также принимаем равными для всех типов печей.
4. Таким образом, ниже приведены только лишь энергозатраты, необходимые для процесса плавления, с учетом КПД конкретного агрегата.
5. При расчетах были приняты следующие стоимости энергоресурсов:
   • Природный газ 1500 руб./тыс. м3
   • Электроэнергия 1,97 руб./кВт*ч
   • Кокс 8500 руб./т.

Электродуговые печи (не применяются для плавления металлургических шлаков)

Среднее энергопотребление: 7,08 кВт*ч/кг расплава

7,08 кВт*ч/кг * 1000 кг = 7080 кВт*ч/т расплава

Затраты на производство 1 т расплава: 7080 кВт*ч/т * 1,97 руб./кВт*ч = 13948 руб./т расплава.

Индукционные печи

Среднее энергопотребление: 2,2 кВт*ч/кг расплава

2,2 кВт*ч/кг * 1000 кг = 2200 кВт*ч/т расплава

Затраты на производство 1 т расплава: 2200 кВт*ч/т * 1,97 руб./кВт*ч = 4334 руб./т расплава.

Печи ванного типа
Среднее потребление газа: 500 м3/т расплава.
Затраты на производство 1 т расплава: 1500 руб./тыс. м3 * 0,5 тыс. м3/т расплава = 750 руб./ т расплава.

Вагранки

• Вагранка ОАО "Тизол"
  Среднее потребление кокса: 180кг/т расплава.
  Затраты на производство 1 т расплава: 8500 руб./т * 0,18 т/т расплава = 1530 руб./т расплава.
• Вагранка ЗАО "Минплита"
  Среднее потребление кокса: 280кг/т расплава.
  Затраты на производство 1 т расплава: 8500 руб./т * 0,28 т/т расплава = 2380 руб./т расплава.
• "Лучшая" вагранка (теоретически возможный уровень потребления кокса):
  Потребление кокса: 120кг/т расплава.
  Затраты на производство 1 т расплава: 8500 руб./т * 0,12 т/т расплава = 1020 руб./т расплава.

Агрегат ООО "НПК "УралТермоКомплекс"
Среднее потребление газа: 130 м3/т расплава.
Затраты на производство 1 т расплава: 1500 руб./тыс. м3 * 0,13 тыс. м3/т расплава = 195 руб./ т расплава.

Таким образом, плавильный агрегат ООО "НПК "УралТермоКомплекс" обеспечивает стоимость энергозатрат на производство 1 т расплава в 3,85 раз меньшую, чем самый экономичный агрегат из вышеперечисленных - печь ванного типа.

Учитывая такое снижение энергозатрат и то, что доля энергозатрат в структуре себестоимости готовой продукции составляет 20 - 25%, мы можем снизить себестоимость конечной продукции приблизительно на 15 – 20 % по сравнению с продукцией, изготовленной на печи другой конструкции.

Сравнительная характеристика плавильных агрегатов ведущих мировых производителей с агрегатом "УТК"