employee
Moscow, Russian Federation
Belgorod, Russian Federation
Bryansk, Russian Federation
Belgorod, Russian Federation
employee
Russian Federation
GRNTI 55.01 Общие вопросы машиностроения
BBK 35 Химическая технология. Химические производства
The article describes the method of assessing the competitiveness of cement plants, taking into account the quality of products and their energy efficiency. For the first time the criteria of cement production competitiveness and of cement quality have been offered and scientifically grounded, which allowed defining the degree of energy efficiency of each plant. This evaluation of the performance of cement plants is of great scientific and practical importance, as it determines their market attractiveness, reflects the quality of their operation, makes it possible to objectively choose the direction of the existing plants modernization, or of the construction of a new plant. The advantages of wet-method cement production plants not only in ecological, but also on fuel and energy indicators have been demonstrated. The obtained results give grounds to recommend for each plant its energy cost index. The market competitiveness of the produced cement increases with the minimization of this cost index.
cement plant, cement, production method, competitiveness, energy consumption, production costs
Разработка новых научно обоснованных критериев конкурентоспособности (КС) цементных производств и качества цемента (КЦ), описанных нами в работах [1–6], позволяет определить для каждого завода степень его энергетической эффективности. Сравнительная оценка эффективности работы различных цементных заводов имеет важное научно-практическое значение, поскольку такая оценка, во-первых, определяет рыночную привлекательность каждого завода, формирует его стоимость, отражая качество его работы, и, во-вторых, дает возможность объективно выбирать пути дальнейшей модернизации действующих производств и конкретный способ нового производства цемента.
В настоящей работе приводятся результаты расчетов критерия КС ряда цементных заводов мокрого (№ 1–7, 9, 11, 14) и сухого (№ 8, 10, 12, 13) способов производства, являющихся весьма показательными для сравнения, о чем свидетельствуют основные технико-экономические показатели их работы (см. таблицу 1).
Предлагаемый критерий КС определяется отношением себестоимости цемента к его качеству. При этом себестоимость цемента С выражается в кВт·ч/т, а качество цемента – в значениях его эксергии Ецем (МДж/т), также выраженной в кВт·ч/т через известное соотношение универсальной единицы измерения работы, энергии: 1 кВт·ч = 3,6 МДж. Выражение для КС имеет вид
; (1)
, кВт·ч/т, (2)
где С(Э) – себестоимость цемента, выраженная через общий удельный расход электроэнергии Э на получение 1 т цемента и его долю a в общей структуре себестоимости; dср – средний размер частиц цемента, мкм.
Пример: Э = 90 кВт·ч/т, a = 15%. Тогда кВт·ч/т.
Чем меньше безразмерный критерий КС, тем лучше сравниваемый цемент и технология его получения, поскольку данный критерий отражает энергетическую эффективность отдельного цементного производства и учитывает общие энергозатраты на получение 1 т цемента, которые необходимо уменьшать, и качество цемента, которое следует повышать. Поэтому необходимо стремиться к минимальному значению критерия, т. е. к КСmin.
Методика и примеры определения критериев КС и КЦ подробно представлены в работах [1–6] и здесь не рассматриваются. Отметим лишь, что исходными данными при этом являются: параметры работы завода: Э, а; количество и качество каждой отгруженной партии цемента (Ецем/dср), выраженное через химико-минералогический состав; распределение частиц по размерам (РЧР), определяемое на лазерном гранулометре; активность цемента А в различные сроки твердения (1, 2, 3, 7 и 28 сут) [13].
Таблица 1
Критерии конкурентоспособности (КС ) различных цементных заводов
(базовый КСбаз=1,405)
|
№ п/п |
Завод |
Средняя марка цемента, кгс/см2 |
Сзавод (себестоимость, руб/т, без НДС) |
Место по Сзавод |
Электроэнергия на производство цемента |
С(Э)расч , кВт·ч/т |
Срасч , руб/т |
Место по Срасч |
Сзавод – Срасч , руб/т |
КСденеж= Срасч/Аср.28 |
Место по КСденеж |
КСнатур= С(Э)/Аср.28 |
Место по КСнатур |
||
|
Удельный расход, кВт·ч/т |
Средний тариф, руб/кВт·ч, без НДС |
Доля в себесто-имости, % |
|||||||||||||
|
1 |
ОАО «Мальцовский портландцемент» |
492,3 |
669,0 |
6 |
108,0 |
1,18 |
18,3 |
590,16 |
696,39 |
8 |
-27,39 |
1,414 |
3 |
1,198 |
4 |
|
2 |
ЗАО «Осколцемент» |
483,0 |
696,8 |
8 |
94,8 |
1,31 |
18,3 |
518,03 |
678,62 |
6 |
+18,18 |
1,405 |
2 |
1,072 |
1 |
|
3 |
ОАО «Кавказцемент» |
451,6 |
620,5 |
2 |
100,1 |
1,36 |
20,3 |
493,10 |
670,62 |
5 |
-50,12 |
1,484 |
4 |
1,091 |
2 |
|
4 |
ОАО «Белгородский цемент» |
485,0 |
759,0 |
11 |
85,5 |
1,37 |
15,4 |
555,19 |
760,61 |
11 |
-1,61 |
1,568 |
7 |
1,144 |
3 |
|
5 |
ЗАО «Пикалевский цемент» |
406,0 |
681,7 |
7 |
121,7 |
1,00 |
17,7 |
687,57 |
687,52 |
7 |
-5,87 |
1,693 |
9 |
1,693 |
10 |
|
6 |
ОАО «Ульяновскцемент» |
400,0 |
731,3 |
10 |
105,0 |
0,92 |
13,7 |
766,42 |
705,10 |
9 |
+26,3 |
1,762 |
12 |
1,916 |
12 |
|
7 |
ОАО «Михайловцемент» |
400,0 |
631,3 |
4 |
127,8 |
1,14 |
22,6 |
565,48 |
644,65 |
4 |
-13,35 |
1,611 |
8 |
1,413 |
5 |
|
8 |
ОАО «Липецкцемент» |
421,0 |
635,3 |
5 |
129,2 |
1,06 |
21,5 |
600,93 |
636,98 |
2 |
-1,68 |
1,513 |
5 |
1,427 |
7 |
|
9 |
ОАО «Жигулевские стройматериалы» |
419,8 |
979,1 |
13 |
129,1 |
1,03 |
13,8 |
935,50 |
963,57 |
13 |
+15,53 |
2,295 |
13 |
2,228 |
14 |
|
10 |
ОАО «Катавский цемент» |
418,0 |
708,8 |
9 |
192,4 |
1,20 |
32,4 |
593,82 |
712,59 |
10 |
-3,79 |
1,704 |
10 |
1,420 |
6 |
|
11 |
ОАО «Савинский цементный завод» |
400,0 |
1058,1 |
14 |
143,1 |
1,39 |
19,1 |
749,21 |
1041,4 |
14 |
+16,7 |
2,603 |
14 |
1,873 |
11 |
|
12 |
ОАО «Невьянский цементник» |
412,5 |
627,4 |
3 |
161,8 |
1,00 |
25,1 |
644,62 |
644,62 |
3 |
-17,22 |
1,562 |
6 |
1,562 |
9 |
|
13 |
ОАО «Подгоренский цементник» |
442,3 |
778,0 |
12 |
132,6 |
1,14 |
19,5 |
680,00 |
775,20 |
12 |
+2,8 |
1,752 |
11 |
1,537 |
8 |
|
14 |
ОАО «Ахангаранцемент» |
417,0 |
602,2 |
1 |
129,5 |
0,62 |
14,7 |
880,95 |
546,10 |
1 |
+56,1 |
1,31 |
1 |
2,112 |
13 |
Расчет для базового завода: 
=518,03квт-ч/т; 518,03×1,36=678,62 руб./т; 
=1,405.
По формуле (2) были определены значения С(Э)расч [кВт·ч/т] и Срасч [руб/т], которые приведены соответственно в графах 9 и 10 таблицы.
Заводское значение себестоимости Сзавод использовать для расчетов критерия КС не рекомендуется, поскольку обычно при определении Сзавод учитывается структура полной себестоимости цемента, включающая все экономические элементы затрат (сырье и основные материалы, покупные изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера, вспомогательные материалы, топливо со стороны, энергия всех видов со стороны, заработная плата промышленно-производственного персонала и отчисления на социальное страхование, амортизация основных средств, прочие расходы) [7]. Это приводит к большой погрешности, так как дисперсия Сзавод равна сумме дисперсий отдельных ее элементов:
Д(Сзавод) = Д(1) + Д(2) + … + Д(5) + … + Д(8), (3)
где 1–8 – элементы затрат.
С точки зрения непрерывного учета, достоверного контроля и приборного измерения затрат электроэнергия является наиболее объективным и независимым параметром. Ее погрешность определяется только классом точности используемого счетчика, поэтому всегда
Д(Срасч) < Д(Сзавод), так как Д(Срасч) = Д (5),
где Д(5) – энергия всех видов со стороны.
Это обеспечивает заметно меньшую погрешность, чем при определении Сзавод. Ведь ошибка даже в 1 руб/т при выпуске 1 млн. т цемента приводит к значительным финансовым потерям. В этом можно убедиться при сравнении Сзавод и Срасч (см. таблицу, графа 12). Расхождение при этом составляет от 1,61 до 50 руб/т. Это означает, что практически все цементные заводы должны существенно повысить требовательность к методической части своих расчетов по всем показателям без исключения. Ошибок при определении Сзавод не должно быть в принципе; значение Сзавод проверяется формулой (2), и такие расчеты легко выполняются заводскими специалистами. Только на двух заводах (№ 4 и 8) наблюдается минимальное расхождение между Сзавод и Срасч.
В рамках настоящих исследований нам не удалось пока организовать определение прочностных (активности А) и эксергетических характеристик для каждой видо-марки выпускаемых заводами цементов, чтобы затем рассчитать эти величины для условной средней марки цемента (см. таблицу, графа 3) по формуле
Аср = b1A1 + b2A2 + …;
[Е/dср]ср = b1[Е/dср]1 + b2[Е/dср]2 + …, (5)
где b1, b2, … – доли выпускаемых видо-марок цемента с их концентрацией эксергии Е/dср и активностью А для каждой отгружаемой партии.
Однако ранее нами [6] была установлена прямая зависимость активности цемента А28 от его концентрации эксергии, из которой следует, что чем больше Е/dср, тем больше А28. Поэтому есть все основания использовать модифицированный критерий КС и рассчитывать его, пока отсутствуют данные об эксергии, через отношение себестоимости к средней марке цемента. Значения КСденеж = Срасч/Аср.28 приведены в графе 13 таблицы. По этой величине заводы располагаются в определенной последовательности (см. графу 14), которая объективно отражает энергетическую эффективность и качество выпускаемой ими продукции. Такие данные получены впервые, поэтому представляют интерес выводы, сделанные на основе анализа результатов расчета. Главные из них заключаются в следующем:
1. Эффективность работы цементного производства следует оценивать по комплексному показателю, одновременно учитывающему энергетические затраты и качество выпускаемого клинкера, цемента. Таким показателем является критерий конкурентоспособности производства.
2. Оценка работы цементных заводов только по отдельным показателям, в том числе по себестоимости цемента, приводит к искаженным результатам и, соответственно, к принятию неверных решений по интенсификации производства. Это касается главного вопроса – выбора сухого или мокрого способа производства цемента [13].
3. Первые пять «призовых» мест занимают заводы мокрого способа производства цемента. Это еще раз доказывает преимущества мокрого способа перед сухим. Аналогичные результаты представлены в работах С. И. Хвостенкова [8, 9]; расчетно-теоретическое обоснование этого факта с использованием эксергетического анализа в технологии цемента дано нами в работах [1–6].
Бесспорных преимуществ у заводов сухого способа производства цемента нет. Эти заводы (№ 8, 10, 12, 13) занимают соответственно 7, 6, 9 и 8-е места, сохраняя при этом свое главное преимущество – пониженное (примерно в 1,5 раза) абсолютное потребление топлива на обжиг клинкера.
4. Значения критерия КС рассматриваемых заводов свидетельствуют о том, что эффективность работы заводов сухого способа производства следует приближать к лучшим показателям эффективности работы заводов мокрого способа производства (№ 1–4), а не наоборот, как ошибочно считалось ранее.
5. Разработанный критерий КС позволяет объективно выбирать пути дальнейшей модернизации действующих заводов. И здесь предоставляется возможность впервые доказать, что в отдельных случаях можно обеспечить равенство энергетической эффективности некоторых заводов мокрого и сухого способов производства. Расчеты показывают, каким образом этого можно достичь.
Пример: ЗАО «Осколцемент» с КС2 = 1,405 (1-е место) и ОАО «Липецкцемент» с КС8 = 1,513 (7-е место ) и Срасч = 636,98 руб/т. Требуется найти решение для достижения КС8£ 1,405 в ОАО «Липецкцемент».
Вариант 1 связан с повышением средней марки цемента Аср при постоянстве Срасч. Определяем величину этой новой Аср:
Аср = = 453,36 кгс/см2;
КС8 = 1,405.
В данном случае необходимо увеличить среднюю марку цемента с 421 до 453,36 кгс/см2, т. е. на 32,36 кгс/см2. Этого можно достичь путем повышения активности клинкера с оптимизацией на основе автоматизированной системы расчета (АСР) [5] вида используемых сырьевых компонентов и параметров сырьевой шихты, т. е. КН, n, р; минералогического состава клинкера – C3S, C2S, C3A и С4AF. Важно отметить, что такой этап исследований успешно отработан нами в ЗАО «Осколцемент» [1–6].
Вариант 2 связан с уменьшением себестоимости Срасч. Определяем величину необходимого снижения Срасч:
КС8 = = 1,405,
которая равна 636,98 – 591,50 = 45,48 руб/т или = 42,9 кВт·ч/т, что составляет 7,13 % от общей себестоимости.
Таким образом, для достижения КС8» КС2 необходимо либо повысить среднюю марку цемента на 32,36 кгс/см2, либо снизить Срасч на 42,9 кВт·ч/т.
Вариант 3 связан с внедрением на заводе одновременно АСР и мельниц дискретно-непрерывного действия [5, 6], что и было сделано в ЗАО «Осколцемент».
6. На каждом заводе имеются резервы повышения энергетической эффективности производства. Для их выявления следует вначале рассчитать предельное значение КСmin, т. е. определить минимально возможные энергозатраты и максимально возможное качество цемента, которые могут быть достигнуты. Это можно обеспечить только на основе новых принципов организации выпуска цемента с максимальной эксергией в мельницах дискретно-непрерывного действия, что автоматически гарантирует снижение энергозатрат и повышение активности клинкера и цемента [5, 6, 11].
Представляется возможным по-новому организовать работу каждого завода путем установки конкретных заданий на значение критерия КС. Достижение этих количественных значений и является главным условием эффективности работы завода.
7. Полученные результаты убедительно свидетельствуют о том, что в технологических системах стройиндустрии целесообразно ввести новую рыночную характеристику объекта – его энергетический рейтинг.
Для цементной отрасли рейтинг – это показатель достижений конкретного завода в классификационном списке всех рассматриваемых цементных заводов, количественно определяемый по критерию КС [10].
Полученные результаты расчета критерия КС различных цементных заводов за 2006 год позволяют сделать главные выводы методологического характера:
8. Каждый цементный завод имеет свой и только свой персональный критерий. Цементные заводы нельзя противопоставлять друг другу по их критерию. Главные причины этого заключаются в следующем:
- каждый завод располагает собственной сырьевой базой, используя при этом различные по своим физико-химическим и физико-механическим свойствам сырьевые карбонатные и алюмосиликатные компоненты со своими эксергетическими характеристиками;
- на каждом заводе используется своя технология и традиционное оборудование;
- средства автоматизации, контроля и управления процессами;
- уровень подготовленности специалистов завода.
9. Методологический вывод таков: цементные заводы обеспечивают выпуск необходимого количества цемента, но при этом, к большому сожалению, отсутствует перспектива развития технологии цемента. В частности, не решены для заводов вопросы оптимизации выбора оптимального состава сырьевых шихт, оптимальная схема превращения этих компонентов в шлам и муку, оптимизация работы шаровых трубных мельниц.
Главный вывод из сказанного:
- индустриальный период выпуска портландцемента общестроительного пользования закончился; нужно переходить к выпуску только адресных цементов с потребительскими свойствами.
Адресный портландцемент (ПЦ) – это стандартизированный ПЦ, впервые полученный (сформированный) на основе новой дисперсной системы, впервые комплексно учитывающий одновременно распределение частиц цемента по времени пребывания (РВП), размерам (РЧР), их эксергии, а также учитывающей условия работоспособности строительного материала, где ПЦ используется по его концентрации (С), температуре (Т) и давлению (Р) среды, где он используется.
1. Verdiyan M.A., Tynnikov I.M., Marchenkov S.V. Criteria of technological competitiveness of cement production. Part 1 // Building materials, equipment, technologies of the XXI century, 2007, no. 7, pp. 62-65.
2. Verdiyan M.A., Tynnikov I.M., Marchenkov S.V. Criteria of technological competitiveness of cement production. Part 2 // Building materials, equipment, technologies of the XXI century, 2007, no. 8, pp. 32-34.
3. Verdian M.A., Tynnikov I.M., Marchenkov S.V. Method of calculating new criteria for the effectiveness of cement production // Building materials, equipment, technologies of the XXI century, 2007, no. 9, pp. 72-76.
4. Verdian M.A. Exergetic analysis of the processes of chemical technology (using the example of cement technology). Moscow: RChTU, 2004. 91 p.
5. Verdian M.A., Adamenko O.E., Voronin A.V. Efficiency of new technological schemes of cement production // Cement and its application, 1995, no. 4, pp. 21-24.
6. Verdiyan M.A., Platonov V.S. Technological renewal of cement plants. Path selection // Cement and its application, 1996, no. 4, pp. 29-34.
7. Verdian M.A., Verdiyan A.M., Tekucheva E.V. Automated system for optimization of raw materials based on exergic analysis in cement technology // Cement and its application, 2003, no. 3, pp. 21-25.
8. Verdian M.A., Nesmeyanov N.P., Tynnikov I.M. Exergetic analysis in the tasks of simultaneous increase in the efficiency of mills and the quality of cement. Moscow: MASI, 2005. 101 p.
9. Bogdanov V.S., Bogdanov D.V., Semikopenko I.A. Processes in the production of building materials. Stary Oskol: TNT, 2017, 436 p.
10. Khvostenkov S.I. Comparative technical and economic indicators of dry and wet methods of Portland cement production // Stroitel’nye Materialy, 2005, no. 5, pp. 16-19.
11. Khvostenkov S.I. On the advantages of a wet method of Portland cement production // Stroitel’nye Materialy, 2006, no. 11, pp. 24-29.
12. Bogdanov V.S. Mechanical equipment of the building materials industry. -Belgorod, 1998, 180 p.
13. Il'in A.S, Verdiyan M.A, Nesmeyanov N.P. Complex technological safety of cement plants // Bulletin of Belgorod State Technological University named after. V.G. Shukhov, 2013, no. 5, pp. 83-86.
