Разработка предложений по повышению эффективности производства алюминия на примере ОАО "САЗ"

4.1.1 Пути повышения эффективности производства алюминия

На Саяногорском алюминиевом заводе применяется передовая технология производства алюминия, основанная на использовании электролизеров большой мощности с предварительно обожженными анодами, оснащенными современными системами газоочистки и автоматическими системами управления технологическими процессами. Несмотря на это на заводе постоянно ведется работа по совершенствованию технологии, техническому перевооружению и успешно реализуются программы перспективного развития и промышленно-экономической стратегии до 2008 года.

Таблица 43 - Расход сырья (кг/кг Аl) и выход по току (%) для различных типов электролизеров

Рассмотрим основные факторы, влияющие на расход основных видов сырья и электроэнергии 9:

1) Расход глинозема (Al₂O₃) практически не зависит от типа электролизеров и определяется потерями на его транспортировку и перевозку от склада до электролизеров, а также содержанием мелких фракций, значительная часть которых распыляется. Потери глинозема составляют 18-35 кг/т или около 1%. Для САЗа характерны максимальные потери, т.к. используется импортный глинозем от далеко расположенных поставщиков. Расход глинозема зависит и от содержания мелких фракций в нем, значительная часть которых теряется при транспортировке, обработке электролизеров и отсосе газов. Обычно в договорах на поставку глинозема ограничивают содержание мелких фракций (менее 40 мкм), так как с увеличением их содержания растут потери глинозема и резко снижается его текучесть. Фактическое содержание мелких фракций в глиноземе составляет от 5-8 до 30-35%.

2) Расход фторидов (криолит (3NaF·AlF₃), фторид алюминия (AlF₃), фторид кальция (CaF₂)) зависит от многих факторов - типа электролизеров, состояния технологии, состава и температуры электролита, наличия, вида, КПД и КПИ газосборного и газоочистного оборудования, состояния технологической дисциплины, содержания оксида натрия в глиноземе, количества снимаемой угольной пены и ряда других факторов. Расход фторидов составляет сравнительно небольшую долю в себестоимости алюминия, однако с его увеличением возрастет и плата за их выброс в окружающую среду. Поэтому снижение расхода фторидов - важный экономический и экологический фактор.

3) Расход анодов зависит от типа электролизеров, что хорошо видно из данных, приведенных в табл.4. Расход анодов на электролизерах с обожженными анодами следует считать двояко. Фактически в электролизере на производство 1 тонны алюминия расходуется 410-480 кг. обожженных анодов, но при этом остается огарок. Таким образом, полная потребность в обожженных анодах зависит от величины огарка и качества анода и, как правило, составляет 540-585 кг.

4) Расход электроэнергии зависит главным образом от типа электролизера и выхода по току. Основные потери энергии в электролизере происходят в электролите, аноде, подине и ошиновке, а также из-за возникающих анодных эффектов. Поэтому при разработке и реализации мер по снижению потерь энергии следует рассматривать каждую из этих составляющих. При прочих равных условиях наибольший расход электроэнергии у электролизеров с верхним токоподводом, наименьший - у электролизеров с обожженными анодами, а разница в потреблении энергии достигает 2500-3000 кВт•ч/т или около 20% от потребляемой мощности. В зарубежной практике именно этот тип электролизеров преобладает. Однако и на ваннах с самообжигающимся анодом не исчерпаны возможности снижения их расхода.

Себестоимость алюминия зависит как от расходных коэффициентов, так и от уровня цен в основном на глинозем и электроэнергию, составляющих основные затраты на производство.

Рассмотрим основные пути снижения расходов сырья и электроэнергии на производство алюминия на Саяногорском алюминиевом заводе.

Расход глинозема 9, доля которого в себестоимости алюминия достигает 19,5%, колеблется в небольших пределах. На заводах, имеющих собственное производство глинозема, его расход ниже, но и там он не постоянен. Объясняется это неточностью учета и несовершенством методов определения глинозема в незавершенном производстве.

Основные пути снижения расходов глинозема - совершенствование способов транспортировки, доставки и загрузки его в электролизеры, а также повышение его качества. Снизить расходы при транспортировке можно путем применения специальных цистерн, поскольку используемые цементовозы типа «хоппер» имеют недостаточно надежное уплотнение люков, а при опорожнении в них остается значительное количество глинозема. Поэтому осмотр цистерн после выгрузки обязателен.

От качества глинозема зависит и его расход, так как он может содержать разное количество мелких фракций, которые теряются при транспортировке и обработке ванн. Кроме того, при повышенном содержании мелких фракций ухудшается его текучесть, что приводит к затруднениям при выгрузке и дополнительным потерям.

Снижению расхода глинозема способствует применение пылеуборочных машин в корпусах электролиза, а также переработка пыли, собранной с кровли корпусов и из газоходов. Отсутствие учета глинозема по корпусам электролиза не стимулирует снижение его расхода. Применение централизованной раздачи глинозема (ЦРГ) в сочетании с автоматизированным его вводом в электролизер (автоматическая подача глинозема - АПГ) позволяет заметно снизить расход.

На долю фторидов в общей сумме удельных затрат на производство алюминия приходится 2,75% и, следовательно, резервы снижения себестоимости по этой статье невелики. Однако высокая плата за выброс фторидов в окружающую среду требует поиска путей их экономии. По существующим нормативам за выброс 4 кг HF и 30 кг твердых фторидов необходимо заплатить около 4,5 $/т или около 2% от прибыли. Поэтому снижение расхода фторидов - важная экологическая и экономическая задача. Рассмотрим основные пути снижения потребления фторидов.

Освоение технологии производства алюминия на кислых электролитах в сочетании с использованием «полусухой» и «сухой» анодной массы позволит резко уменьшить съем угольной пены и более чем вдвое снизить расход фторидов. Капитальные вложения в это мероприятие сравнительно невелики и могут быть реализованы в короткие сроки, так как связаны в основном с модернизацией цехов анодной массы.

Снижение расхода фтора может быть получено за счет замены старого газопровода на импульсный. Это позволит повысить эффективность створчатых укрытий за счет создания большего разряжения. По данным журнала «Light Metals» эффективность створчатых укрытий составит 99,5 %, тогда как при «старом» газопроводе она была 96,9%, то есть мы достигнем повышения эффективности на 2,6%. Таким образом, уменьшение выбросов фтористых веществ с фонарными газами составит:

- 2,251 т/год твердых фторидов или 1,1255 т/год F;

- 14,063 т/год газообразного HF или 13,354 т/год F.

Суммарное сокращение потерь фтора равно 14,48 т/год, причем надо отметить, что это тот фтор, который терялся бы через фонарные газы перед первичным непосредственным нахождением в самом электролизном корпусе, что благоприятно скажется не только с технологической и экономической точки зрения, но и с точки зрения благоприятных условий труда (выделение фторидов в корпус снизится на 80%).

На долю технологической энергии приходится до 28,86% себестоимости алюминия. Основными путями снижения потребления электроэнергии являются:

- повышение выхода по току, оно оказывает решающее влияние на расход электроэнергии, так как его увеличение только на 1% снижает расход электроэнергии приблизительно на 150 кВт*ч/т;

- основным средством повышения выхода по току является внедрение автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП) в сочетании с автоматической подачей глинозема (АПГ), обеспечивающих поддержание оптимального значения межполюсного расстояния (МПР), и стабилизацию концентрации глинозема в электролите, что резко уменьшает потребление энергии. Стоимости внедрения и эксплуатации АСУТП достаточно высоки и приблизительно одинаковы для электролизеров на любую силу тока. С этой точки зрения внедрение АСУТП наиболее экономично на ваннах большой мощности.

Снижение рабочего напряжения допустимо только до определенного предела и должно выполняться за счет уменьшения потерь напряжения в токоведущих частях, включая и электролит, а также снижения частоты и продолжительности анодных эффектов. Частота анодных эффектов уменьшается благодаря применению современной АСУТП.

В связи с непропорциональным ростом в последние годы стоимости электроэнергии следует откорректировать плотность тока в ошиновке и добиться такого положения, чтобы амортизация ошиновки и потери энергии в ней были минимальны. Фактическая плотность в ошиновке электролизеров с верхним токоподводом на 155 кА составляет более 0,43 А/мм², что значительно больше, чем на электролизерах других типов, и выше экономически целесообразной. Необходимо охлаждать ошиновку особенно в одноэтажных корпусах, так как увеличение температуры шин на 10 ⁰С приводит к увеличению потерь энергии в них на 4%. Резервы для снижения температуры шин еще далеко не исчерпаны.

Снижению затрат на производство алюминия во многом способствует квалификация обслуживающего персонала и его материальная заинтересованность.

Наиболее существенным направлением снижения себестоимости алюминия-сырца для Саяногорского алюминиевого завода является снижение затрат глинозема и электроэнергии.

Благодаря тому, что на Саяногорском алюминиевом заводе используются электролизеры с предварительно обожженными анодами, расход анодов снижается на 3-4%.

Исходя из анализа ОАО «САЗ» видно, что на предприятии происходит снижение прибыли в динамике с 2001 по 2005 года на 37% и рентабельности выпуска продукции на 31%. Прибыль является конечной целью товарного производства, а рентабельность является обобщающим показателем эффективности производства. Прибыль и рентабельность предприятия зависят от размера себестоимости продукции.

Как видно из проведенного ранее анализа себестоимости, цеховая себестоимость алюминия-сырца в 2005 году увеличилась по сравнению с 2004 годом на 25,02%, а по сравнению с планом - на 1,3%. Это увеличение произошло главным образом в результате роста объема производства алюминия-сырца: в динамике за 2 года рост продукции составил 10,3%, а в сравнению с планом 2005 года рост равен 4,7%.

По себестоимости единицы продукции также наблюдается увеличение: в динамике за 2 года - на 13,4%, а в сравнении с планом 2005 года - на 12,8%.

Таким образом, можно сделать вывод, что данному предприятию необходимо снижать затраты на единицу алюминия-сырца, чтобы увеличить прибыль, повысить эффективность производства и укрепить свою конкурентоспособность.

На Саяногорском алюминиевом заводе в настоящее время используются электролизеры типа С-255 и С-175, с силой тока до 285 кА и 205 кА, соответственно, что в свою очередь превышает проектируемые значения. В данной работе предлагается внедрить систему импульсного газохода и неферромагнитные плиты перекрытия, совместно с контуром компенсации, которые позволяют снизить негативные влияния, от повышенной силы тока, и более того снижают: расход технологической электроэнергии, увеличивая выход по току; расход фторсолей, улучшая условия труда рабочих, и снижая вредные выбросы в атмосферу.

4.1.2 Повышение эффективности за счет импульсной системы газоходов

Конструкция газопровода от электролизёров до скруббера имеет решающее значение с точки зрения уменьшения потери давления (расхода электроэнергии), позволяя отсасывать одинаковое количество газа из каждого электролизёра. Все электролизёры серии подсоединяются к главному коллектору с помощью соединительных патрубков. Газовый поток каждого электролизёра контролируется с помощью измерительной диафрагмы или контрольных заслонок.

Падение давления, создаваемое в большинстве ванн, расположенных на входе газового потока, влияет на величину общего перепада давления в системе, поэтому конструкция соединительного патрубка должна иметь как можно меньшее сопротивление. Кроме того, конструкция должна учитывать возможное осаждение пыли и влияние охлаждения как снаружи, так и в результате очень низкой скорости потока.

Обычно соединительные патрубки проектируются так, чтобы скорость движения в них была меньше, чем в главном коллекторе с тем, чтобы избежать значительного сопротивления трением и турбулентного сопротивления в месте присоединения к главному газоходу.

Сопротивление, возникающее вдоль основного газохода, зависит от сопротивления трением о соединительный патрубок и турбулентного сопротивления в месте присоединения. Следовательно, шибера в системе регулирования, контролирующие определённый электролизёр, должны реагировать на нарастание сопротивления в коллекторе с помощью изменения положения шибера.

Рисунок 31 -- Обычное устройство газохода

На рис. 31 показано обычное соединение газоходов в электролизном корпусе. Очевидно, что при обычном соединении с коллектором в соединительных патрубках создаётся значительное сопротивление газовому потоку. Угол, под которым газ поступает в главный коллектор, (х) оказывает очень большое влияние на величину сопротивления (как и скорость газа в соединительном патрубке). Если скорость газа (v_b) в соединительном патрубке выше, чем в главном коллекторе, то газовый поток коллектора получает импульс, при плавном протекании газа через соединительный патрубок, в действительности этот эффект способствует уменьшению сопротивления в главном газовом коллекторе. Он наиболее сильно проявляется в соединительных патрубках электролизёров, расположенных в начале газового потока и постепенно снижается при движении вдоль коллектора.

Описанный выше эффект применяется в импульсной системе для газоходов, конструкция которого схематически представлена на рис. 32. С тем, чтобы минимизировать сопротивление, устройство имеет особую аэродинамическую конструкцию для электролизёров, подключаемых в начале газового потока. Для этих электролизёров соединительные патрубки располагаются вдоль газового потока и имеют вставку внутри коллектора. Скорость потока внутри такой вставки на 50% выше скорости потока в главном коллекторе. [21]

Рисунок 32 -- Устройство импульсной системы газоходов

Исследования и разработки показали потенциальное снижение падения давления в трубе более чем на 50% за счет нового дизайна и расположения труб.

Замена старого газохода импульсной конструкцией является эффективным и экономичным способом уменьшения потерь давления в системе трубопроводов от электролизёров до газоочистной системы.

Установка импульсного газопровода позволит предприятию на 20 % [21] увеличить скорость отсасываемого газового потока и в тоже время даст возможность эксплуатировать газоочистную систему в предусмотренном проектом режиме. Таким образом, применение импульсного газопровода позволит избежать изменений газоочистной системы и установки дополнительных компрессоров. Увеличение скорости отсасывания газа способствует повышению эффективности улавливания, что приводит к уменьшению количества выбросов через вытяжной фонарь.

Замена старого газопровода на импульсный позволит повысить эффективность створчатых укрытий за счет создания большего разряжения. По данным журнала «Light Metals» эффективность створчатых укрытий составит 99,5 %, тогда как при «старом» газопроводе она была 96,9%, то есть мы достигнем повышения эффективности на 2,6%. Таким образом, уменьшение выбросов фтористых веществ с фонарными газами составит:

- 2,251 т/год твердых фторидов или 1,1255 т/год F;

- 14,063 т/год газообразного HF или 13,354 т/год F.

Суммарное сокращение потерь фтора равно 14,48 т/год, причем надо отметить, что это тот фтор, который терялся бы через фонарные газы перед первичным непосредственным нахождением в самом электролизном корпусе, что благоприятно скажется не только с технологической и экономической точки зрения, но и с точки зрения благоприятных условий труда (выделение фторидов в корпус снизится на 80%).

Благодаря улучшению эффективности створчатых укрытий, 14,48 т F/год будет поступать в систему сухой газоочистки, а при ее КПД 99,5% 14,41 т F/год будет улавливаться глиноземом, а 0,07 т F/год будет уходить через трубу газоочистки. Значит, во второй электролизный корпус фтора с вторичным глиноземом будет поступать на 14,41 т/год больше, что, несомненно, приведет к уменьшению поступления фтора на данную величину с другими компонентами, такими как, криолит, фторид алюминия и фторид кальция. При условии, что отношения добавляемых компонентов не изменятся, то с криолитом приход фтора уменьшится на 1,23 т/год, с фторидом алюминия - на 12,99 т/год, а с фторидом кальция - на 0,18 т/год.

В пересчете на тонну металла экономия, с учетом производительности корпуса, составит: 0,1кг/т Al криолита, 1 кг/т Al фторида алюминия и 0,02 кг/т Al фторида кальция. Это также благоприятно отразится на сокращении заводских материальных потоков.

Также в условиях мирового рынка заводу приходится считаться с заводами других конкурирующих фирм, что приводит к постоянной необходимости в техническом и технологическом развитии завода, увеличивая производительность, в целом по заводу, и снижая себестоимость продукции. Можно предполагать, что на заводе будут и дальше повышать силу тока на электролизерах. Вследствии этого, основываясь на выше изложенном материале я могу утверждать, что увеличаться и потери фтора. Это в свою очередь, показывает актуальность данного предложения, так как установка импульсного газопровода дает запас для газоотчиски.

4.1.3 Повышение эффективности за счет неферромагнитных плит перекрытия и контура компенсации