Экономические науки/9.Экономика промышленности

К.э.н. Кузьмина Т.И.

Московский Государственный открытый университет, Россия

Экономическая оценка технологий переработки углей и эффективность производства и использования получаемой на их основе продукции

Уголь, поставляемый основным потребителям (тепловым электростанциям, энергетическим установкам коммунально-бытового хозяйства и населения) не всегда соответствует их требованиям по таким параметрам как влажность и крупность (размер кусков). Это приводит к негативным последствиям в сфере использования. Повышение качества угольного топлива может быть достигнуто на основе использования технологий, разработанных Институте горючих ископаемых (ИГИ), Гипрошахт и Сибгипрошахт. Обогащение угля по влаге возможно на основе метода термического обогащения в системе вихревых камер, а достижение необходимой крупности - на основе термобрикетирования на штемпельных прессах без применения связующих материалов, в результате чего получается малодымный продукт (термобрикет) [3,4].

Влияние методов переработки энергетических углей на качественные параметры топлива подтверждается данными табл. 1.

Рассматриваемые методы через получаемую на их основе продукцию окажут положительное влияние и на других стадиях нахождения облагороженных видов топлива.

Термическое обогащение углей по влаге приведет к снижению смерзаемости на складах и в железнодорожных вагонах, увеличению радиуса перевозки и сокращению теплотехнических показателей работы оборудования и результатов хозяйственной деятельности электростанций.

Окускование углей рассматриваемым методом позволит увеличить ресурсы бездымного топлива и снизить потери в сфере использования и тем самым сократить расходы потребителя на приобретение топлива. Это

Таблица 1

Качество рядовых углей и топлива, получаемого методами переработки

Вид топлива	Показатели качества
	Зольность, %	Влажность, %	Сера общая, %	Теплота сгорания, ккал/кг
Термическое обогащение по влаге Потребитель - электростанции
Рядовой уголь Термоуголь из него	7,7 8,7	35,0 10,0	0,2 0,22	3660 6100
Термобрикетирование Потребитель – КБХ, население
Рядовой уголь Термобрикеты из него	7,5 9,4	31,0 2,0	0,5 0,6	3750 6200

подтверждается тем, что кпд энергетических установок со слоевой системой сжигания при использовании рядовых углей равняется 46%, а термобрикетов -75%. Кроме того сокращаются выбросы дымовых газов как источника загрязнения окружающей среды.

Не менее важным аспектом оценки рассматриваемых технологий являются результаты хозяйственной деятельности будущих предприятий. Она (оценка) выполнена на основе технической информации разработчиков процессов, современных цен и показателей рыночной экономики (таблица 2).

Таблица 2

Эффективность производства угольного топлива повышенного качества

Вид топлива	Оценочные показатели
	прибыль, руб.	срок окупаемости капиталовложений, лет	Уровень рентабельности, %
Термоуголь Термобрикеты	12,0 463,0	6,0 9,0	17,0 11,0

На основании данных таблицы можно сформулировать вывод о целесообразности производства термоугля и термобрикетов: оценочные показатели эффективности являются приемлемыми для условий рыночной экономики.

Практический интерес также представляет экономический аспект использования альтернативных видов угольного топлива.

При сжигании термоугля и рядового угля влажностью соответственно 12 и 35 % на электростанциях оценочным показателем вариантов являются затраты на единицу продукции, отпускаемой в энергосистему. При этом принято, что электростанции от места добычи (производства) топлива находятся на различном расстоянии (таблица 3).

Таблица 3

Эффективность использования термоугля на электростанциях

Вид топлива	Затраты (руб./1000кВтч) на производство электроэнергии при удалении электростанции от топливных баз, км
	0	500	1000	1500
Рядовой уголь Термоуголь	128,0 114,0	155,0 130,0	172,0 140,0	188,0 149,0

Затраты на производство электроэнергии значительно ниже при сжигании термоугля по сравнению с использованием для этой цели рядового угля.

При сжигании в энергетических установках термобрикетов и рядовых углей оценочным показателем эффективности принята не стоимость единицы условного тепла, содержащихся в них, а затраты потребителя на получение единицы полезного тепла (700·10³ ккал; 1 тут).

Результаты расчета эффективности с этих позиций приведены в таблице 4.

Из таблицы следует, что потребитель, начиная с удаления от топливной базы на 500 км и выше будет расходовать меньше средств при использовании термобрикетов.

Вторая группа технологий – технологии производства из угля продукции с новыми потребительскими свойствами.

Одним из направлений рационального использования углей является комплексная их переработка, в результате которой наиболее полно извлекаются входящие в них органические и минеральные компоненты, и на этой основе производится несколько видов продукции различного качества и назначения.

Таблица 4

Затраты потребителя на получение единицы полезного тепла при сжигании различных видов угольного топлива, руб./тут

Вид топлива	Затраты потребителя на получение единицы полезного тепла при удалении электростанции от топливных баз, км
	0	500	750	1000
Рядовой уголь Термоуголь	639 836	1247 1069	1444 1145	1635 1218

Это равнозначно расширению сырьевой базы промышленности и увеличению ассортимента и во многих случаях обеспечивается улучшение показателей работы предприятий по переработке. В перечень таких технологий нового поколения, разработанных ИГИ и другими организациями, необходимо включить методы газификации и гидрогенизации.

Названные технологии, как и предыдущие, оценены с экономических позиций на основе имеющихся фактических и проектных материалов, нормативных положений и технологической информации разработчиков процессов.

Газификация углей. Этот метод переработки углей имеет относительно долгую историю развития: совершенствовалась техника и технология, разрабатывались и реализовались новые принципиальные решения в области конструктивного оформления процесса.

К настоящему времени в мире освоено несколько технологий, получивших одноименное название с фирмами изготовителями основного оборудования;

- Лурги – газификация кускового угля в стационарном слое под давлением 20-25 атм. на парокислородном или паровоздушном дутье;

- Копперс-Тотцека – газификация угольной пыли при атмосферном давлении в основном на кислородном дутье;

- Винклера – газификация мелкозернистого угля в кипящем слое при атмосферном давлении в основном на кислородном дутье;

- Тексако – газификация водоугольной суспензии (Т:Ж = 70:30) на кислородном и воздушном дутье.

В эксплуатации в различных странах сейчас находится около 250 газагенераторов, в том числе тип Лурги – 196, Копперс-Тотцека – 26, Винклера – 21 и Тексако-5.

В техническом плане и постановке решаемых задач производство синтетических газов в мире рассматривается на данном этапе в двух аспектах:

во-первых, как метод производства технологических и высококалорийных газов, соответственно предназначенных для использования их в качестве сырья при производстве водорода и бытового топлива и, во-вторых, как метод подготовки (облагораживания) высокозольных и высокосернистых углей путем превращения их в газ, очищенный от пыли и сернистых соединений.

В России разработана новая технология газификации углей в кипящем слое под давлением 20 атм., техническая возможность реализации которой, подтверждена работой опытной установки, построенной при Московском коксогазовом заводе [5].

Ниже рассмотрен экономический аспект производства и использования газа, получаемого из многобалластных углей (подмосковных, печорских, донецких). Расчет затрат выполнен для следующего условия: цех (отделение) по газификации углей является структурным подразделением электростанции, что обусловливается нецелесообразностью транспортирования газа на дальние расстояния из-за низкой теплоты его сгорания. Этим также исключается необходимость определения эффективности производства газа.

Результаты расчета затрат представлены в табл. 5.

Комбинирование (сочетание) газогенераторных отделений с электростанциями окажет разнонаправленное влияние на экономику производства электроэнергии: возникнут дополнительные затраты на производство газа, снизятся капитальные вложения в расчете на кВт мощности,

Таблица 5

Затраты на производство газа из углей, руб./10003м³

Показатели	Величина показателя при производстве газа из углей
	подмосковных	печорских	донецких
Капитальные вложения Эксплуатационные затраты	110,0 118,5	99,0 116,6	92,0 115,5

повысится кпд работы оборудования, увеличится число часов использования установленной мощности, уменьшится штатный коэффициент и удельные нормы расхода топлива на единицу вырабатываемой электроэнергии.

С учетом этих изменений в работе выполнена экономическая оценка следующих альтернативных вариантов производства электроэнергии:

- электроэнергия вырабатывается на электростанциях, топливом для которых является подмосковный, печорский и донецкий уголь;

-электроэнергия производится на электростанциях, в качестве топлива на которых используется газ, полученный из перечисленных выше углей.

Результаты оценки этих вариантов приведены в табл. 6.

Данные таблицы подтверждают экономическую целесообразность использования синтетического газа вместо углей, из которых он вырабатывался. Наряду с этим сжигание энергетического газа, полученного из многобалластных углей, приведет к снижению загрязнения окружающей среды сернистыми соединениями и угольной пылью.

Ожижение углей. Постоянный рост потребности в жидком и моторном топливе обусловливается, главным образом, развитием различных видов транспорта, для которых оно является технологически необходимым, и у него долгое время не будет альтернативы.

Вместе с тем, дальнейшее увеличение объемов производства бензина, керосина и других видов моторного топлива в значительной мере будет сдерживаться из-за относительной ограниченности запасов традиционного сырья-нефти. В этой связи практическое значение приобретает проблема

Таблица 6

Влияние использования синтетического газа на экономические показатели производства электроэнергии

Вид затрат	Величина затрат при сжигании
	подмосков-ного угля	газа из него	печор- ского угля	газа из него	донец- кого угля	газа из него
Капитальные вложения, руб./кВт Себестоимость, руб./1000 кВтч Соотношение, %	3000 313,3 100,0	3499 241,6 77,0	3000 475,3 100,0	3562 350,0 74,0	3000 378,6 100,0	3231 294,9 78,0

увеличения ресурсов жидкого топлива. Они (ресурсы) наряду с углублением переработки нефти могут быть также увеличены на основе вовлечения в переработку нетрадиционных источников сырья и в первую очередь бурых и каменных углей.

Производство синтетического жидкого топлива в промышленных условиях получило относительно широкое развитие перед и вовремя мировой войны (Германия – 16 заводов, Россия – 3 завода в г.г. Черемхово, Ленинск-Кузнецк, Ангарск). В настоящее время производство жидкого топлива из углей в промышленных условиях осуществляется в ЮАР. На трех заводах этой страны производится 5 млн.т годовой продукции, на что расходуется 30 млн.т. угля. Во многих странах ведутся работы по совершенствованию существующих и созданию новых технологий рассматриваемого назначения.

При этом политика большинства стран с развитой угольной промышленностью направлена на то, чтобы планомерно обеспечивать состояние технической готовности к тому временному периоду, когда замена нефти углем станет либо объективно необходимой с экономических позиций, либо силу создания стратегической ситуации.

Научно-исследовательскими и проектными организациями России (ИГИ, Сибгипрошахт, Тульский филиал Гипрошахт, Грозгипронефтехим, ВНИИнефтемаш ) разработана технология производства жидкого топлива и химических продуктов из углей, базирующаяся на методе гидрогенизации [6].

Технология реализована на Опытном заводе СТ-5, построенном при шахте «Бельковская» Подмосковного бассейна. В результате ее эксплуатации установлено, что при переработке углей получаются следующие виды продукции: бензин (23%), топливный керосин (7%) и другие (7%). На 1 т жидких (обезличенных) продуктов расход углей с теплотой сгорания 3500 ккал/кг составляет примерно 5т, включая выработку пара и электроэнергии на самом заводе.

В Канско-Ачинском бассейне в конце восьмидесятых годов было начато строительство более крупной опытно-промышленной установки (СТ-75). Строительство было приостановлено из-за отсутствия средств.

На основе имеющихся опытно-экспериментальных данных с привлечением фактических материалов, касающихся производства жидкого топлива из традиционного сырья, выполнена экономическая оценка новой технологической схемы с использованием ее на заводе с условно принятой организацией и мощностью 4,3; 2; 1; 0,5 млн.т.

При этих условиях единовременные затраты на строительство завода и текущие расходы по переработке углей в жидкое топливо определены в следующих размерах (табл. 7).

Таблица 7

Затраты на производство жидкого топлива из бурых углей, руб./т

Вид затрат	Величина затрат при мощности предприятия, млн.т
	4,3	2,0	1,0	0,5
Капитальные вложения Соотношение, % Эксплуатационные затраты Соотношение, %	13122 100 2885 100	15422 118 3137 109	18613 142 3483 120	21432 163 3812 132

На основе рассчитанных показателей капитальных вложений и эксплуатационных затрат, а также фактических цен выявлена эффективность производства жидкого топлива из углей на основе метода гидрогенизации (таблица 8).

Таблица 8

Эффективность производства жидкого топлива из бурых углей

Показатели	Величина показателей при производстве продукции, млн.т
	4,3	2,0	1,0	0,5
Прибыль предприятия, руб./т Срок окупаемости капитальных вложений, лет Уровень рентабельности производства продукции, %	3406 3,9 26,0	3155 4,9 21,0	2808 6,6 15,0	2472 8,6 12,0

Третья группа технологий – технологии производства из угля и угольных отходов продукции нетопливного назначения.

Возможность реализации этого направления переработки углей и утилизации твердых отходов подтверждается наличием разнообразных технологий и потребностью в продукции, вырабатываемой на их основе.

При переработке углей производится горный воск, используемый во многих отраслях промышленности, гуминовые удобрения, внесение которых в почву увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур, и адсорбенты, применение которых обеспечивает очистку дымовых газов и сточных вод от вредных примесей.

При переработке твердых угольных отходов (хвостов обогащения, угольной золы) представляется возможным производить строительные материалы (кирпич, алгопорит – составная часть легкого бетона).

Краткие сведения об этих технологиях, их экономическая оценка и эффективность производства названных видов продукции представлена ниже.

Производство продукции нетопливного назначения из углей

Горный воск, вырабатываемый из некоторых марок углей, широко применяется в химической, автомобильной, оборонной, авиационной и др. отраслях промышленности.

Основным производителем, так называемого сырого воска (весьма низкого качества), в Советском Союзе был Семеновский завод (Украина). Потребность в этом виде продукции в настоящее время удовлетворяется импортом. Вместе с тем, эта задача вполне разрешима на основе реализации новой технологической схемы, разработанной ИГИ. В результате работы опытных установок был получен воск высокого качества [7].

Гуминовые удобрения, производимые сейчас из углей в промышленном масштабе, являются многобалластными, поскольку в них содержится только 30% полезного вещества (гумата) и 70% остатков угля. Применение удобрений такого качества малоэффективно и сопровождается засорением почвы твердыми веществами. Более качественные (безбаластные) гуминовые удобрения могут быть получены на основе использования новой технологии, разработчиком которой является ИГИ. В качестве сырьевой базы могут быть использованы бурые угли практически всех бассейнов (месторождений). Применение безбалластных гуминовых удобрений приводит к повышению урожайности в среднем на 20% [8].

Адсорбенты, вырабатываемые из сырья растительного и минерального происхождения, применяются в различных отраслях национального хозяйства страны для очистки жидкостей, газов, удаления примесей из растворов и в медицине. Одним из основных видов сырья являются угли.

В России разработана технология получения высококачественных гранулированных адсорбентов без применения связующих веществ нефтяного происхождения [9]. В качестве связующего материала на стадии гранулирования используется вода. Это приводит к снижению расходов на приобретение связующих и что не менее важно параметры не снижаются.

Используя численные значения капитальных вложений и эксплуатационных расходов, определена эффективность производства рассматриваемых видов продукции на предприятиях условно принятой мощности: горный воск – 2000т, гуминовые удобрения – 500т и адсорбенты – 2500т (таблица 9).

Таблица 9

Эффективность производства продукции нетопливного назначения из углей

Показатели	Величина показателя при производстве
	горного воска	гуминовых удобрений	адсорбентов
Прибыль, руб./т Срок окупаемости капитальных вложений, лет Уровень рентабельности производства, %	4542 12,0 8,3	2314 4,7 21,0	1690 9,0 15,0

Производство продукции нетопливного назначения из угольных отходов

Вещественный состав твердых угольных отходов, масштабность выхода и наличие технических решений по переработке позволяют рассматривать их как сырьевую базу некоторых отраслей промышленности, а в некоторых случаях и как дополнительный источник энергетического топлива. Правомерность такого утверждения обуславливается тем, что к настоящему времени на практике доказана техническая возможность производства строительных материалов (кирпича, аглопорита) из твердых отходов обогащения углей [10].

Предприятия по переработке названных отходов функционируют во многих странах (Польша, Венгрия, Германия, Франция и др.). В России в Кузнецком бассейне при обогатительной фабрике «Абашевская» находится в эксплуатации цех по производству 10 млн. штук кирпича из шахты (сырья), состоящей на 100% отходов обогащения названного предприятия.

На основе расчетов, выполненных в работе, выявлена эффективность производства строительных материалов из отходов обогащения. Оценочные показатели являются приемлемыми для условий рыночной экономики (таблица 10).

Таблица 10

Эффективность производства продукции нетопливного назначения из твердых угольных отходов

Показатели	Величина показателя при использовании отходов углей
	донецких		печорских	кузнецких
Производство кирпича
Прибыль, руб./т Срок окупаемости капитальных вложений, лет Уровень рентабельности производства, %	758 3,0 35	1391 2,6 38,0		966 2,3 43,0
Производство аглопорита
Прибыль, руб./т Срок окупаемости капитальных вложений, лет Уровень рентабельности производства, %	208 1,5 68,0	78 4,2 24,0		269 1,2 82,0

Предприятия по производству строительных материалов будут работать с прибылью, и иметь другие положительные показатели.

Литература

1. Яновский А.Б., Мастепанов А.М. и др. Основные положения «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» // Теплоэнергетика. - 2002. - № 1. - с. 2-8.

2. Концепция развития угольной промышленности М.: Минэнерго. 2000. - 125с.

3. Скрипченко Г.Б., Рубан В.А. Скоростной нагрев углей: способы реализации, влияние на структуру, свойства продукции, направления применения. //ХТТ.- 1995. - № 2. - с. 34-377.

4. Фомин А.П. Развитие производства получения кускового бездымного топлива для бытовых целей. Сб. докладов сессии Научного совета РАН. Звенигород.- 1998. - с. 90.

5. Кричко А.А., Черненков И.И., Агеева Т.В. Газификация углей – активный метод защиты окружающей среды // Уголь.- 1999. - № 2.- с. 7-9.

6. Заманов В.В., Кричко А.А., Малолетнев А.С. //Сб. докл. сессии Научного совета РАН. Звенигород. - 1998. - с 34.

7. Родэ В.В., Новаковский Е.М. //ХТТ. 1995. - № 3. – с. 43-45.

8. Кричко А.А., Родэ В.В.,Рыжков О.Г. //ХТТ. 1994, с. 43-49.

9. Передений М.А. Ископаемые угли как сырье для получения углеродных адсорбентов и носителей катализаторов различного назначения. М.: А/реф. 36 с.

10. Володарский И.Х., Горюнова Н.П., Зекель Л.А. и др. Свойства и основные направления использования отходов добычи и обогащения углей европейской части РФ // ХТТ. - 2005. - № 3. - С. 71-82.