Приложение В (обязательное). Энергоэффективность и ресурсная эффективность

Приложение В
(обязательное)

Энергоэффективность и ресурсная эффективность

В.1 Краткая характеристика отрасли с точки зрения ресурсо- и энергопотребления

Вопросы использования энергии при оценке НДТ в цветной металлургии в целом и при производстве свинца и цинка в частности имеют существенное значение. Так, существенная доля в общем производстве свинца обеспечивается за счет вторичных ресурсов. Поскольку удельные прямые выбросы плавильных заводов, перерабатывающих лом, в 3 раза ниже, чем выбросы плавильных заводов, работающих на первичном сырье, изготовление свинца из вторичных материалов исключает выбросы десятков тысяч тонн загрязняющих веществ и CO ₂.

Основным методом повышения энергоэффективности является использование систем энергоменеджмента, описанных в международном стандарте ISO 50001 или национальном стандарте ГОСТ Р ИСО 50001.

В.2 Основные технологические процессы, связанные с использованием энергии

Утилизация энергии и тепла широко применяется при производстве свинца. Пирометаллургические процессы обжига, агломерации плавки обычно сопровождаются интенсивным выделением тепла, содержащегося, в частности, в отходящих газах. Поэтому для утилизации тепла используются регенеративные и рекуперативные горелки, теплообменники и котлы. Пар или электроэнергия могут вырабатываться на заводе как для собственного использования, так и для внешних потребителей, например, для муниципальных систем отопления и для подогрева материалов или газообразного топлива. Технологии, применяемые для рекуперации тепла на различных объектах, могут существенно различаться. Их характеристики зависят от целого ряда факторов, таких как эксергетический КПД, возможные направления использования тепла и электроэнергии на промплощадке или рядом с ней, масштаба производства и способности газов или содержащихся в них компонентов откладываться или осаждаться в теплообменниках.

Ниже приведены примеры методов, которые могут быть использованы для применяемых технологических процессов производства свинца, цинка и кадмия.

Горячие газы, образующиеся при плавке или обжиге сульфидных руд, почти всегда проходят через паровые котлы. Получаемый пар может использоваться для производства электроэнергии или для отопления. Помимо генерации электроэнергии, пар используется в процессе сушки концентрата, а остаточное тепло используется для предварительного подогрева воздуха, поступающего для поддержания горения.

Другие пирометаллургические процессы также имеют ярко выраженный экзотермический характер, особенно при использовании дутья, обогащенного кислородом. Многие процессы используют избыток тепла, который на этапах обжига или плавки используется для плавки вторичного сырья (лома). В этом случае лом используется для снижения температуры процесса, причем состав лома тщательно контролируется.

Использование в горелках обогащенного кислородом воздуха или кислорода сокращает потребление энергии за счет возможности автогенной плавки или полного сгорания углеродных материалов. Объемы отходящих газов существенно сокращаются, что позволяет применять вентиляторы меньших размеров и т.п. Материал футеровки печи может также влиять на энергетический баланс плавки. Имеются данные о положительном эффекте применения легких огнеупорных материалов, снижающих теплопроводность и нагрев производственного помещения. При этом необходимо сбалансировать получаемые от этого выгоды со сроком службы футеровки, инфильтрацией металлов в футеровку.

Раздельная сушка концентратов и вторичного сырья при низких температурах сокращает потребность в энергии. Это связано с объемом энергии, необходимой для перегрева пара в плавильной печи, и значительным увеличением общего объема газа при производстве пара. Больший объем газа увеличивает количество тепла, отводимого из печи, и, следовательно, размер вентилятора, необходимого для работы с увеличенным объемом газа. В некоторых случаях сушка может быть обусловлена необходимостью поддержания минимального уровня влажности для предотвращения выбросов пыли и (или) самовозгорания.

Производство серной кислоты из диоксида серы, образующегося на стадиях обжига цинковых концентратов, - экзотермический процесс, включающий несколько стадий охлаждения газа. Тепло, накапливаемое в газе при обжиге, может быть использовано для производства пара и (или) горячей воды.

Тепло утилизируется путем использования горячих газов со стадий плавки для сушки и предварительного подогрева шихты. Аналогичным образом топливный газ и подаваемый для поддержания горения воздух могут быть предварительно подогреты, или в печи может быть использована рекуперационная горелка. Термоэффективность в этих случаях повышается.

Важным методом является охлаждение отходящих газов перед подачей в рукавный фильтр, поскольку оно обеспечивает температурную защиту фильтра и допускает более широкий выбор материалов для его изготовления. В некоторых случаях на этой стадии возможна утилизация тепла.

Образующаяся при восстановительной плавке в шахтной печи окись углерода улавливается и сжигается в качестве топлива в нескольких различных процессах или используется для производства пара, например, для местного отопления, а также на другие энергетические нужды. CO может образовываться в существенных объемах, и можно привести целый ряд примеров, когда большая часть энергии, используемой установкой, производится на основе СО, улавливаемого в электродуговой печи.

Значительную экономию энергии также обеспечивает вторичное использование загрязненных отходящих газов в кислородно-топливной горелке. Горелка использует остаточное тепло газа, энергию содержащихся в нем примесей и разрушает последние. С помощью этого процесса можно также сократить выбросы оксидов азота.

Часто практикуется использование тепла газов или пара для увеличения температуры выщелачивающих растворов. В некоторых случаях часть газового потока может отводиться на скруббер для отдачи тепла в воду, которая затем используется для целей выщелачивания. Охлажденный газ затем возвращается в основной поток для дальнейшей очистки.

В отдельных случаях во время переплавки батарейного лома горючий пластик вносит свой вклад в энергию, которая используется в процессе плавки и сокращает объем необходимого ископаемого топлива.

Преимущества предварительного нагрева воздуха, подаваемого для поддержания горения, подтверждены многими документами. Если воздух подогревается на 400 °С, рост температуры пламени составляет 200 °С, а если предварительный подогрев составляет 500 °С, температура пламени растет на 300 °С. Такое увеличение температуры пламени обеспечивает более высокую эффективность плавки и сокращение потребления энергии. Имеются сведения о регенеративных горелках, подогревающих подаваемый воздух до 900 °С, что сокращает потребление энергии на 70 %. Этот метод хорошо освоен, и достигнутый срок окупаемости составляет менее одного года.

Во многих обстоятельствах предварительная сушка сырья обеспечивает энергосбережение, потому что скрытое тепло, аккумулируемое в образующемся паре, не теряется, кроме того, уменьшается объем газов, следовательно, вентиляторы и газоочистки тоже могут быть меньшими по размеру и потреблять меньше энергии. Горячие газы, улавливаемые над литейными желобами, могут использоваться для поддержания горения.

Вторичное использование тепла и энергии - несомненно, важный фактор для предприятий цветной металлургии, отражающий высокую долю энергозатрат в себестоимости. Многие методы вторичного использования энергии относительно легки для применения при модернизации существующих производств, однако иногда могут возникать проблемы, связанные с отложением металлов в теплообменниках. Поэтому в основе качественного проектирования должны лежать достоверные знания о выбрасываемых компонентах и их поведении при различных температурах. Для поддержания высокой термоэффективности также используются системы очистки теплообменников.

Поскольку эти методы являются примерами экономии на отдельных компонентах установок, их применение и экономическая эффективность зависят от специфических условий конкретной промышленной площадки и технологического процесса.

В.3 Уровни потребления

Ниже приведены показатели входных потоков (материальные и энергетические ресурсы) и выходных потоков (товарная продукция, полупродукт, вторичные ресурсы, отходы и т.д.) для различных технологий производства.

В.3.1 Производство цинка

Производство металлического цинка и сплавов на его основе, кадмия и серной кислоты

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
Концентраты цинковые	370 349	т/год	Цинк чушковый	215594	т/год
Вторичное цинксодержащее сырье	50 409	т/год	Цинк товарный	207 013,7	т/год
Электроэнергия	890 222,1	кВт*ч/год	Кадмий металлический	982,87	т/год
Природный газ	16 774,6	тыс. м 3/год	Серная кислота	354 650,0	т/год
Кислород	70 647,351	тыс. м 3/год
Сжатый воздух	186 759,4	тыс. м 3/год
Пар	308 969,8	Гкал
Промвода	2 325,355	тыс. м 3/год

В.3.2 Производство свинца

3.2.1 Сушка свинцового кека

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
Кек свинцовый	33 300	т/год	Кек подготовленный, в т.ч. пыль рукавного фильтра	25 960	т/год
Газ природный	520	тыс. м 3/год
Электроэнергия	1 290 000	кВт*ч/год

3.2.2 Восстановительная плавка свинецсодержащей шихты в коротко-барабанных печах

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
Кек свинцовый подготовленный	25 960	т/год	Свинец черновой	15 290	т/год
Пыли и кеки медных производств	8 740	т/год	Промпродукт шлакоштейновый (шлак)	13 200	т/год
Обороты рафинирования	5 800	т/год	Пыль оборотная	3 890	т/год
Флюсы	8 970	т/год
Кислород жидкий	11 000	т/год
Газ природный	4 100	тыс.м 3/год
Электроэнергия	3 330 000	кВт*ч/год

3.2.3 Восстановительная плавка свинецсодержащей шихты в руднотермических печах

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
Пыли медных производств	5 500	т/год	Свинец черновой	10 200	т/год
Обороты рафинирования	9390	т/год	Промпродукт шлакоштейновый (шлак)	6 500	т/год
Пыль оборотная	3 890	т/год	Окись цинка техническая	2 500	т/год
Флюсы	4 560	т/год
Электроэнергия	10 140 000	кВт*ч/год

3.2.4 Рафинирование расплава чернового свинца, получение товарного свинца

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
Свинец черновой	25 490	т/год	Свинец товарный	20 500	т/год
Лом кабельный	7 500	т/год	Обороты рафинирования	15 190	т/год
Реагенты	2 700	т/год	Пенка серебристая	220	т/год
Газ природный	1 200	тыс. м 3/год
Электроэнергия	4 650 000	кВт*ч/год

3.2.5 Приемка и выгрузка отработанных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (далее ОСКАБ)

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
ОСКАБ	35 000	т/год	ОСКАБ	32550	т/год
			Электролит	2450	т/год

3.2.6 Дробление ОСКАБ и классификация компонентов передробленых ОСКАБ

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
ОСКАБ	32550	т/год	Полипропилен вторичный (продукт)	1350	т/год
			Поливинилхлорид в виде пленки и изделий из нее незагрязненный (отход)	900	т/год
			Электролит	2450	т/год
			Свинцовая оксисульфатная паста	14000	т/год

3.2.7 Десульфатация свинцовой пасты, фильтрация компонентов

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
Электролит	5000	т/год	Раствор сульфата натрия	18500	т/год
Вода (оборот)	10000	т/год	Свинцовая оксикарбонатная паста	14000	т/год
Сода кальцинированная	3500	т/год
Свинцовая оксисульфатная паста	14000	т/год

3.2.8 Кристаллизация раствора сульфата натрия

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
Раствор сульфата натрия	18500	т/год	Сульфат натрия (продукт)	2440	т/год
			Вода (оборот)	10000	т/год
			Пар	6060	т/год

3.2.9 Шихтоподготовка и плавка чернового свинца

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
Свинцовая оксикарбонатная паста	14000	т/год	Свинец черновой	17800	т/год
Свинцовая металлофракция	13650	т/год	Шлак	700	т/год

3.2.10 Рафинирование чернового свинца и розлив готовой продукции

Входной поток	Значение	Ед. изм.	Выходной поток	Значение	Ед. изм.
Свинец черновой	17800	т/год	Свинец и сплавы на его основе (продукт)	17500	т/год
Свинцовая металлофракция	13650	т/год	Шлак	300	т/год

3.2.11 Переработка аккумуляторных батарей (АКБ) и лома свинца с получением марочного свинца и свинцовых сплавов

Входной поток	Ед. изм.	Выходной поток	Ед. изм.
АКБ	45 680 т/год	Марочный свинец и сплавы на его основе	38034 т/год
Лом свинца	13 464 т/год	Товарная продукция Сульфат натрия	5 263 т/год
Реагенты	8 995 т/год	Оборотные материалы рафинирования	630 т/год
Кислород	2 450 т/год	Товарная продукция Полипропилен	2327 т/год
Природный газ	7 834 265 м 3/год	Отходы разнородных пластмасс в смеси	1687 т/год
Вода	32 934 м 3/год	Отходы шлака плавки свинецсодержащих отходов	4657 т/год
Электроэнергия	8 307 128 кВт/год

Также информация об уровнях потребления сырья, материалов и энергоресурсов при производстве цинка приведена в разделе 3.1.1 справочника НДТ (см. таблицы 3.1-3.9).

Информация об уровнях потребления сырья, материалов и энергоресурсов при производстве свинца приведена в разделах 3.2 и 3.2.1 справочника НДТ (см. таблицы 3.21-3.25).

В.4 Наилучшие доступные технологии, направленные на повышение энергоэффективности и оптимизацию и сокращение ресурсопотребления

Наилучшие доступные технологии для производства свинца, олова, цинка и кадмия, направленные на повышение энергоэффективности и оптимизацию и сокращение ресурсопотребления, приведены в разделе 5: НДТ 2, НДТ 27, НДТ 28, НДТ 29, НДТ 30, НДТ 31, НДТ 44, НДТ 53.

В.5 Целевые показатели ресурсной и энергетической эффективности

Ниже приведены целевые показатели для различных технологий производства.

В.5.1 Производство цинка

5.1.1 Производство металлического цинка и сплавов на его основе, кадмия и серной кислоты

Наименование ресурса	Ед. измерения *	Значение
Цинковые концентраты, вторичное цинкосодержащее сырье	т/т	0,9599
Электроэнергия	кВт*ч/т	2101,61
Природный газ	м 3/т	39,87
Кислород	м 3/т	166,78
Сжатый воздух	м 3/т	440,90
Пар	Гкал/т	0,73
Промвода	м 3/т	5,49
* При расчете удельного показателя в качестве значения количества произведенной продукции принималась сумма товарного цинка и металлического кадмия.

В.5.2 Производство свинца

5.2.1 Целевые показатели потребления сырья и энергоресурсов при рафинировании расплава чернового свинца, получении товарного свинца

Наименование ресурса	Ед. измерения	Значение
Свинец черновой	т/т	1,24
Вторичное сырье (цветных металлов)	т/т	0,78
Реагенты	т/т	0,059
Газ природный	тыс. м 3/т	0,064
Электроэнергия	кВт*ч/т	80
В процессе также образуются обороты рафинирования, 100 % которых используется на других стадиях технологического процесса (восстановительная плавка свинецсодержащей шихты в короткобарабанных и руднотермических печах).

5.2.2 Переработка аккумуляторных батарей (АКБ) и лома свинца с получением марочного свинца и свинцовых сплавов

Наименование ресурса	Ед. измерения *	Значение
АКБ	т/т	1,20
Лом свинца	т/т	0,35
Электроэнергия	кВт*ч/т *	218,41
* Включены затраты электроэнергии на производство сульфата натрия и полипропилена.

В.6 Экономические аспекты реализации НДТ, направленные на повышение энергоэффективности и оптимизацию и сокращение ресурсопотребления

Собственный экономический потенциал природоохранных мероприятий, таких как, например, внедрение малоотходных технологий, производство побочной продукции и (или) полезное использование образующихся в основном производственном процессе отходов в российских условиях, следует признать скорее незначительным. С одной стороны, природоохранные технологии во многих случаях характеризуются высокой энергоемкостью, а поддержание оборудования в функциональном состоянии требует регулярных затрат на расходные материалы и комплектующие и иных эксплуатационных затрат; в некоторых случаях при производстве побочной продукции, например, такой как серная кислота, значительные издержки могут возникать и в связи с необходимостью хранения и транспортировки агрессивного вещества. С другой стороны, низкая емкость российских рынков не обеспечивает достаточного спроса для вывода "побочных" производств на экономически эффективный уровень и не сможет гарантировать устойчивое потребление продукции вновь вводимых производственных мощностей, а потенциал выхода на внешние рынки ограничен и малоперспективен с экономической точки зрения.

Таким образом, наибольшим потенциалом с точки зрения возмещения затрат, понесенных в связи с внедрением на предприятии новых природоохранных методов и технологий, обладают комплексные меры, увязывающие экологическую модернизацию производства с перенастройкой производственного процесса в целом, оптимизацией отдельных его звеньев и расширением объемов производства. В этом случае высокие начальные затраты на внедрение интегрированных в производственный процесс природоохранных мер и технологий могут быть в конечном счете возмещены за счет увеличения объемов производимой продукции, повышения эффективности и снижения удельных эксплуатационных расходов. Однако на практике обособление "экологической составляющей" в рамках таких "встроенных" в технологический процесс мероприятий на фоне других капитальных и эксплуатационных расходов представляет собой достаточно сложную задачу.