С.К. Дороганич, д.т.н., Ю.В. Никифоров, к.т.н.

Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский и проектный институт

цементной промышленности Гипроцемент»

РАЗВИТИЕ СУХОГО СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА

В РОССИИ. РАБОТЫ ОАО «ГИПРОЦЕМЕНТ»

ПРОИЗВОДСТВО ЦЕМЕНТА И ПРОГНОЗ ЕГО ПОТРЕБЛЕНИЯ В МИРЕ

Начало ХХI века характеризовалось значительным ростом производства цемента и его потребления.

С 2001 г по 2009 г объем производства цемента возрос с 1740 млн. тонн до 2960 млн.

тонн. Лидером производства цемента является Китай – 1 637,1 млн. тонн (2009 г.), далее идут Индия – 193,1 млн. тонн, США – 71,9 млн. тонн, Япония – 59,6 млн. тонн, Турция – 57,6 млн. тонн. Экспортные поставки цемента достигли 175 млн. тонн (2006 г.), в 2009 г.

Они составили 144 млн. тонн [1].

Среднегодовой прирост производства цемента в Китае с 2001 г. превышал 12%. По прогнозам годовое производство цемента в 2010 г. составит 1850 млн. тонн – 2 млрд. тонн [2].

По прогнозу аналитиков компании «Davy Research» (Ирландия) в 2011-2012 г.г. будет наблюдаться постепенное восстановление объемов производства цемента в развитых странах и продолжение его прироста в большинстве развивающихся рынков. Сочетание этой комбинации позволяет ожидать рост производства цемента в мире в 2011 г. – 2,8% и в 2012 г. – 3,0% [3].

Мировой экономический кризис внес серьезные изменения в стратегию производства цемента и рынок его продаж.

Резкого снижения потребления цемента опасались многие, но имеющиеся данные [4] свидетельствуют о том, что оно в 2008 г. составило 2 815 млн. т, в 2009 г – 2 960 млн. т, т.е. выросло на 5,1%.

Однако, в разных регионах мира величина и характер изменения потребления цемента различны. В странах с устойчивой экономикой потребление цемента упало на 13,7% или на 59 млн. т в год, на других развивающихся рынках потери составили 0,9% или 9 млн. т в год. В табл. 1 приведен прогноз потребления цемента до 2020 года в рассматриваемых регионах [4].

Таблица 1. Потребление цемента в различных регионах мира Регионы с устойчивой Рынки развивающихся экономикой Китай стран Год млн. т млн. т млн. т % % % 2008 431 100 1376 100 1008 2009 372 -13,7 1587 +15,4 999 -0, 2010 п 394 +5,8 1718 +8,3 1075 +7, 2013 п 440 +3,7 1748 +0,6 1242 +4, 2020 п 487 +1,5 1457 -2,6 1534 +3, В 2010 г. потребление цемента в странах с устойчивой экономикой несколько возрастет. К 2013 г. предсказывается положительный рост потребления цемента на всех рынках, но отмечается замедленный рост рынка Китая.

К 2020 г. прогнозируемое потребление цемента в Китае будет снижаться вследствие насыщенности его рынка.

Развитие мощностей по производству цемента.

В последние годы новые мощности по производству цемента росли быстрее, чем его продажи: эта тенденция продолжится и в последующие несколько лет.

Мощности по производству цемента превысят объемы его продаж. Компании потерпят убытки от недозагруженности мощностей, и встанет вопрос о закрытии нерентабельных заводов или отдельных технологических линий.

В Китае предусмотрено закрыть около 600 млн. т мощностей старых предприятий.

По прогнозу считается, что к 2013 г к работе будут готовы около 1200 млн. т в год новых мощностей. Из них на Китай приходится около 425 млн. т, на устойчивые рынки около 40 млн. т и на другие развивающиеся рынки – 740 млн. т.

Поставщики оборудования.

С 2006 по 2009 г.г. были размещены контракты на 425 млн. т в год новых мощностей по производству клинкера. Это без учета Китая и отмененных проектов.

Отмечается, что к 2009 г. количество заказов на оборудование значительно снизилось с более 120 до примерно 40 млн. т в 2009 г.

Таблица 2. Объем заказов на проектирование и поставку оборудования, млн. т клинкера Год Всего Другие FL Smidth Sinoma Polysius KHD CNBM 2006 141,0 42,1 30,9 13,9 28,3 10,3 15, 2007 123,9 37,6 25,3 22,0 15,2 10,8 13, 2008 121,7 46,2 34,9 15,5 14,5 3,6 6, 11/2009 37,3 9,8 15,8 2,9 0,8 6,3 1, Появление таких китайских производителей оборудования как Sinoma и CNBM изменили рынок и они стали серьезными конкурентами хорошо известных фирм как FL Smidth, Polysius, KHD.

В таблице 2 приведены данные по распределению заказов на проектирование заводов и поставку оборудования между основными компаниями.

Согласно перечню проектов во всем мире (исключая Китай) к 2013 г. будет построено 600 объектов суммарной мощностью 800 млн. т в год.

Подсчитано, что с 2010 по 2012 г.г. будут предоставлены подряды примерно на млн. т в год по производству клинкера. Это обстоятельство усилит конкуренцию среди производителей оборудования.

Однако снижения цен на оборудование ожидать не следует. В лучшем случае заказчики получат прибыль от более коротких сроков поставок.

Следует отметить введение в строй самой большой линии.

Компания Holcim Inc. (США), являющаяся дочерней фирмой Holcim (Швейцария), выбрала FL Smidth в качестве своего партнера для нового завода в Санкт-Женевьева в штате Миссури (США). Штаб квартира FL Smidth находится в г. Вифлееме в штате Пенсильвания.

Предварительная оценка проекта была начата в конце 1990 г. и продолжалась 6 лет с участием 8 федеральных и регулирующих органов. Закладка фундамента – в марте 2006 г.

Первый клинкер был получен в июле 2009 г., т.е. спустя 27 месяцев.

Завод расположен на реке Миссисипи и включает причалы для приемки и отправки грузов.

Мощность завода – 4 млн. т в год. Проектная мощность печи 12 тыс. т кл./сут. 21 ноября 2009 г. производительность печи достигла 13 160 т. кл./сут.

Вращающаяся печь размерами 5,8х85 м, снабжена 2хветвевым 5тиступенчатым теплообменником.

Аналогичные проекты выполняют для Индии (6тиступенчатый теплообменник), Китая и Вьетнама.

В настоящее время, как правило, строятся печи большой мощности и исключительно сухого способа производства. Этому способствуют разработанные эффективные технологические схемы подготовки сырья, автоматизированные склады и силосы для перемешивания сырьевой муки, автоматизация технологических переделов, постоянный химический контроль состава материалов.

Характерным примером является перевооружение цементной промышленности Японии, которая в короткий срок полностью перевела промышленность на сухой способ производства (табл. 3). Следует учитывать, что практически все печные агрегаты оборудованы системами, позволяющими использовать альтернативное топливо [5].

Таблица 3. Печной парк цементной промышленности Японии, в % Печи с запечной Печи с запечной систе- Другие печи су- Печи мокрого системой тепло- мой теплообменников и хого способа способа произГод обменников декарбонизаторами производства водства Цементная промышленность России является высокозатратной топливноэнергетической отраслью.

Мокрый способ производства доминирует в цементной промышленности России.

Так, в 2010 г. по мокрому способу было произведено 83,2% цемента, по сухому и полусухому способам – 16,8%. Средний удельный расход условного топлива на обжиг клинкера в 2010 г. в России составил 202,4 кг у.т/т клинкера. На заводах сухого способа – 146 кг у. т/т клинкера, а на предприятиях мокрого способа производства – 213,0 кг у. т/т клинкера [1].

В 70-90х годах прошлого века большинство зарубежных стран осуществили перевод производства цемента на сухой способ производства, что позволило сократить удельный расход топлива на обжиг клинкера до 40%.

Следует сказать, что в большинстве европейских стран (Германия, Испания, Италия) и в Японии производство цемента осуществляется исключительно по сухому способу с большой долей использования альтернативного топлива.

Медленные темпы развития сухого способа производства цемента в России объяснялись сравнительно низкими ценами на топливо и отсутствием эффективного цементного машиностроения.

Появление на мировом рынке высокоэффективного основного технологического оборудования, систем автоматизированного управления технологическими процессами, автоматизированных сырьевых складов и другого оборудования позволило начать перевооружение цементной отрасли.

В начале XXI века было анонсировано около 40 заявок на строительство современных цементных заводов. Однако экономические условия первого десятилетия XXI века не позволили реализовать большинство из них.

Тем не менее, в период 2008-2010 годов были построены пять технологических линий сухого способа производства и одна линия полусухого способа (ОАО «Мордовцемент»), технологические линии, построенные в 2010 году, проходят стадию освоения технологического процесса (табл. 4).

Таблица 4. Новые технологические линии по производству цемента, построенные в 2008-2010 г.г.

2. «Строительные материалы» (Башкирия) Heidelberg cement 1,3 В 2011-2012 годах предполагается ввести в эксплуатацию еще несколько технологических линий, находящихся в завершающей стадии строительства или в режиме пусконаладочных работ (табл. 5).

При выполнении намеченной программы при условии вывода из эксплуатации части мощностей мокрого способа производства доля мощностей сухого способа производства приблизится к 40%.

На различных стадиях строительства и согласования находятся еще несколько объектов, такие как Красноярский цемент (Сибирский цемент), Калужский цементный завод («Мастер»), «Горный завод» (Краснодарский край), «Борщевский цемент» (ОАО «Лафаржцемент», Калужская область) и ряд других проектов.

Ввод в эксплуатацию этих и других объектов предполагается после 2012 года.

В целом необходимо отметить, что цементная промышленность России успешно преодолевает последствия экономического кризиса. За 4 месяца 2011 года в России произведено 12,8 млн. т цемента, что на 16,1% больше, чем за тот же период прошлого года.

При этом производство цемента и его потребление тесно связаны с инвестициями в строительный комплекс.

Таблица 5. Предполагаемый ввод мощностей в 2011 – 2012 г.г.

* – Вторая технологическая линия Работы института «Гипроцемент» во второй половине ХХ века Комплексный проектный и научно-исследовательский институт «Гипроцемент», который в 2012 отметит свое 90-летие со дня основания, является ведущим институтом России в своей области. В его производственной деятельности отразились все этапы развития цементной промышленности России и стран СНГ. По проектам института построены цементные заводы в Белоруссии, Казахстане, Германии, Венгрии, Вьетнаме и в других странах.

В конце 80х годов прошлого столетия институтом «Гипроцемент» была разработана комплексная программа технического перевооружения цементной промышленности СССР. По этой программе уже в те годы были запроектированы и пущены в эксплуатацию такие заводы сухого способа производства как Ново-Карагандинский (Казахстан), НовоСпасский (Приморский край).

Ранее были запроектированы Сланцевский цементный завод с вращающимися печами (Ленинградская область), Катав-Ивановский цементный завод (Челябинская область).

Следует отметить, что первый завод, на котором печи сухого способа производства были реконструированы по проекту «Гипроцемента» с установкой запечных теплообменников циклонного типа, был Спасский цементный завод. Первая реконструированная печь была введена в эксплуатацию в 1958 г.

Разработка технологии производства цемента с вращающимися печами, оборудованными декарбонизаторами, появление автоматизированных усреднительных сырьевых складов, современных систем автоматизации и контроля производства принципиально изменили подход к проектированию цементных заводов, представляющих собой сложное химико-технологическое предприятие с высокопроизводительным оборудованием и системой автоматизированного управления.

Институтом «Гипроцемент» была разработана комплексная научно-техническая программа перевооружения цементной промышленности страны с использованием печей, оборудованных запечными теплообменными устройствами и декарбонизаторами, содержащая не только строительство технологических линий, но и перевод заводов с мокрого способа производства на сухой.

Были разработаны проектные предложения по строительству Ново-Ухтинского завода (Республика Коми), Андреапольского завода (Новгородская область), разработан проект и начато строительство Усть-Борзинского завода (Читинская область).

Одним из наиболее важных проектов института «Гипроцемент» этого периода стал проект строительства Белорусского цементного завода с использованием высоковлажного сырья. Это был первый цементный завод сухого способа производства, построенный на территории бывшего СССР, успешно работающий по уникальной для своего времени технологии, позволяющей использовать сырьевые материалы с влажностью более 30%. Сушка и помол сырья осуществлялись в двух мельницах сухого измельчения (8,6х2,6 м) с домолом крупки в молотковых мельницах типа ММТ, обжиг сырьевой смеси проходит в печи 4,5х80 м с четырехступенчатым двухветвевым теплообменником с декарбонизатором (рис. 1).

Для повышения эффективности работы сушильно-помольного процесса предложено установить две модернизированные молотковые мельницы ОАО «Тяжмаш», для теплоснабжения которых будут использованы отходящие газы от двухступенчатой двухветвевой запечной системы циклонов (6900С) и аспирационный воздух холодильника.

Следует также отметить выполнение «Гипроцементом» таких работ как «Компоновочные схемы цементных заводов с сухим способом производства с декарбонизаторами», «Силосы для приготовления сырьевой смеси с непрерывной гомогенизацией для цементных заводов» и другие проработки производства цемента сухим способом, где были предусмотрены последние инженерные достижения.

Проектирование современных заводов сухого способа производства В настоящее время ОАО «Гипроцемент» разработал ряд проектов реконструкции и строительства новых современных цементных производств с использованием основного технологического оборудования западных компаний (табл. 6).

Так, на ОАО «Себряковцемент» выполняются работы по модернизации технологической линии полусухого способа производства с вращающейся печью 5,0х125 м с циклонными теплообменниками. Эта технологическая линия проектной производительностью 2300 т/сут. и расходом топлива 1150 ккал/кг клинкера в составе печи полусухого способа производства, молотковой мельницы размерами 3,6х3,1 м, производительностью 200 т/ч по кеку и шахтной сушилки 2,2х75 м устойчиво работает с 1989 г. С целью повышения производительности печи и снижения расхода топлива разработан проект установки новой сушилки-дробилки компании FL Smidth.

Таблица 6. Проектирование и строительство технологических линий по проектам «Гипроцемента»

объект строительства строительства стика печи тельность оборудования 1 ОАО Себряковцемент 1.3. Строительство цементной Новое ОАО «Новоросцемент»

3.1. Завод «Первомайский»

В настоящее время разрабатываются предложения по переводу этой линии на сухой способ производства.

Для этого же завода запроектирована, пущена в эксплуатацию и устойчиво работает цементная мельница 4,6х14 м замкнутого цикла помола проектной производительностью 120 т/ч.

Успешным примером комплексного решения сложных проблем, возникающих при модернизации и развитии действующих заводов мокрого способа производства, работающих на высоковлажном сырье и меловом карбонатном компоненте, является проект строительства новой высокоэффективной и высокопроизводительной технологической линии сухого способа производства на ОАО «Мордовцемент» (рис.2).

В качестве поставщиков основного технологического оборудования были выбраны ведущие немецкие производители, такие как KHD Humboldt Wedag, Christian Pfeiffer, CLAUDIUS PETERS, Aumund. Генеральным поставщиком выступила компания ZAB-Industrietechnik & Service.

Сырьем для производства цемента служат мел и глина c естественной влажностью около 24%, огарки, опока с естественной влажностью 33% и гипс. Мел и опока из карьера доставляются с помощью крытого ленточного конвейера длиной 6,4 км с производительностью 1700 т/час, что позволит снизить затраты на транспортировку сырья на 40% в сравнении с традиционным способом.

Предварительно измельченные мел и глина поступают в раздельные крытые усреднительные склады, каждый из которых оснащен штабелеукладчиком и штабелеразборщиком итальянской фирмы Bedeschi. Емкость склада мела составляет 70800 тонн, емкость склада глины – 10800 тонн. В складе мела также размещается расходный штабель огарков.

После весового дозирования сырьевые компоненты поступают на сушку и помол в вертикальную роликовую мельницу типа MPS 5300 B производительностью 410 т/час при тонкости помола 25% R0,09. Соотношение между сырьевыми компонентами оперативно регулируется по результатам непрерывного контроля химического состава смеси в потоке.

Сушка сырьевой муки осуществляется отработанными газами от специально построенной парогазовой электростанции и отходящими газами печного агрегата от исходной влажности около 24% до 1%.

Впервые на российском цементном заводе проектом предусмотрено строительство собственной мини электростанции суммарной мощностью 102,8 МВт, позволяющее решить несколько очень важных вопросов: обеспечение завода существенно более дешевыми электро и тепловой энергией и, что особенно важно, использовать максимально эффективно отработанные газы турбин в качестве сушильного агента в вертикальной сырьевой мельнице. Аппаратурное оснащение парогазовой электростанции соответствует лучшим достижениям в этой области. Для выработки электроэнергии использованы две газовые турбины фирмы General Electric (США) и паровая турбина фирмы Siemens (Германия) с котлом утилизатором (Словакия).

Готовая сырьевая смесь поступает на хранение и гомогенизацию в два усредительных силоса диаметром 16 м и емкостью 9360 тонн каждый.

Обжиг сырьевой смеси осуществляется в печном агрегате, оснащенном печью 5,2 х 65 м производительностью 250 т/час или 6000 т/сутки, пятиступепнчатым двухветвевым циклонным теплообменником, реактором-декарбонизатором PYROCLON-R, встроенной камерой PYROTOP компакт, а также трубопроводом третичного воздуха с пылеосадительной камерой. Важной особенностью печного агрегата является возможность использования альтернативных видов топлива. Впервые в практике российских заводов предусмотрено существенное снижение затрат на обжиг – до 20% за счет сжигания резанных отработанных шин в декарбонизаторе. Для охлаждения клинкера используется 8-ми камерный холодильник PYROFLOOR COOLER (PFC 747 A), который обеспечивает температуру материала на выходе на уровне 700С относительно температуры окружающего воздуха.

Удельный расход тепла на обжиг клинкера (без сушки сырья) составит 725 ккал/кг, что является одним из лучших показателей среди технологических линий сухого способа производства в России, в том числе строящихся.

С целью максимально возможного сглаживания сезонных колебаний в спросе на цемент и обеспечения равномерности работы линии проектом предусмотрено строительство силосного склада клинкера диаметром 65 м и высотой около 50 м емкостью 138800 т, а также резервный открытый склад емкостью 50000 т. Силос таких размеров, представляющий собой железобетонное цилиндрическое сооружение с кровлей из металлоконструкций, спроектирован и построен впервые в отечественной цементной промышленности.

Предусмотрено эффективное использование опоки в качестве активной минеральной добавки, содержащейся в большом объеме в карьере в виде вскрыши. Дробление и сушка опоки с влажности 33% до влажности 8% производятся в двухвалковой дробилке и скоростной сушилке, оснащенной генератором горячего газа. Производительность отделения составляет 70 т/час по сухому материалу при расходе тепла на сушку – 82 ГДж/час.

Помол клинкера с добавками (гипс и опока) осуществляется в трех двухкамерных шаровых мельницах 5,0 х 15,75 м, работающих в замкнутом цикле с сепаратором QDK 38–N c двумя циклонами. Производительность каждого помольного агрегата составляет 200 т/час при тонкости помола 3000 см2/г по Блейну и удельном расходе электроэнергии 38 кВт · час/т цемента.

Ещё одной важной особенностью проекта является строительство современного склада цемента большой ёмкости с использованием самых передовых технических и строительных решений в этой области. Склад состоит из четырех силосов типа Duocell компании CLAUDIUS PETERS ёмкостью 23750т каждый и имеет общую ёмкость 95000т.

Силосы расположены двумя группами по два силоса, при этом одна группа предназначена для отгрузки цемента в железнодорожный транспорт, а вторая – в автотранспорт. Конструктивно силосы, имеющие высоту 65 м, состоят из двух железобетонных секций – внешней диаметром 22 м и ёмкостью 14500т и внутренней диаметром 14 м с центральным конусом и эффективной ёмкостью 9250т. С целью снижения веса конструкций и значительной экономии железобетона при строительстве стены силосов выполнены из монолитного железобетона с применением технологии постнапряжения. Склад с подобными характеристиками является уникальным для российских заводов.

Предполагается отгрузка значительной части цемента потребителям в современной упаковке. Для этих целей проектом предусмотрена установка двух 8-ми штуцерных карусельных упаковочных машин производительностью 2200 мешков в час.

Годовая производительность новой технологической линии составит более двух миллионов тонн цемента. По своим технико-экономическим показателям она будет соответствовать лучшим мировым образцам и станет лидером в цементной промышленности России.

В настоящее время строительство линии практически завершено и активно проводятся пуско-наладочные работы.

В 2010 году институт Гипроцемент завершил разработку проекта строительства, близкого по составу оборудования и технико-экономическим показателям к рассмотренному проекту на ОАО «Мордовцемент», нового производства цемента по сухому способу на территории завода «Первомайский» ОАО «Новоросцемент» (рис.3). Производительность новой технологической линии также составит более двух миллионов тонн цемента в год.