Оптимизация энергобаланса меткомбината на основе
Программно-информационной системы "ОптиМет"

НТЦ "ЛАГ Инжиниринг" представляет программно-информационную систему "ОптиМет".

"ОптиМет" - это новый подход к решению задач оптимального управления ресурсами и стратегического планирования производства металлургического комбината (МК) на основе методологии системного анализа.

"ОптиМет" - это глобальная математическая модель металлургического комбината, позволяющая провести сквозной расчёт всех цехов и производств комбината от формирования сырьевой базы до получения готового товарного проката. Она состоит из тесно взаимосвязанных между собой локальных нелинейных математических моделей отдельных технологических процессов: коксохимического, доменного, агломерационного, конвертерного и т.д., что позволяет наиболее адекватно описать реальные процессы и взаимосвязи между ними.

"ОптиМет" - это система, которая просчитывает и прогнозирует технологические, энергетические, экономические и экологические показатели работы всех цехов и производств меткомбината. На этой основе рассчитываются и сводятся взаимозависимые балансы материальных, энергетических и стоимостных потоков металлургического завода. Таким образом, объединяются воедино вопросы экономики, технологии, энергетики и экологии.

"ОптиМет" - это система, которая оптимизирует структуру металлургического производства и его сырьевую базу по 240 независимым оптимизируемым параметрам.

Критерии оптимизации (по выбору):

• минимум потребления энергетических ресурсов;

• минимум вредного воздействия на окружающую среду;

• минимум себестоимости товарной продукции;

• максимум прибыли и минимум дефицита бюджета.

"ОптиМет" - это система, которая для металлургического комбината производительностью 2 - 8 млн. тонн стали в год в среднем даст годовой экономический эффект от 20 до 100 млн. долларов США. При этом значительная часть мероприятий не требует капитальных затрат, или эти затраты минимальны.

Возможности программно-информационной системы "ОптиМет":

1. Оптимизация структуры производства, включая:

• Определение оптимальной загрузки доменного, агломерационного и коксохимического производств с учетом доли жидкого чугуна в металлошихте сталеплавильных агрегатов, доли агломерата в доменной металлошихте и других факторов.

• Перераспределение производства чугуна внутри доменного цеха между отдельными доменными печами, выбор режимов их работы.

• Перераспределение производства стали между цехами и сталеплавильными агрегатами.

• Перераспределение производства проката между прокатными цехами в зависимости от конъюнктуры рынка и оптимального соотношения продажной цены и себестоимости проката.

• Определение эффективности применения новых металлургических технологий: Ромелт, Корекс, металлизации окатышей и других.

2. Оптимизация сырьевой базы, включая:

• Разработку стратегии по закупке сырья за счет установления корреляции рыночной стоимости с технологической ценностью различных видов сырья у различных поставщиков.

• Снижение себестоимости чугуна и проката за счет увеличения закупок тех видов сырья, рыночная цена которых ниже их технологической ценности и за счет уменьшения закупок тех видов сырья, рыночная цена которых выше их технологической ценности.

• Снижение расхода кокса в доменном производстве за счет оптимизации угольной и железорудной шихты без увеличения общих затрат на закупку сырья.

3. Снижение энергоёмкости металлургического производства:

• Повышение эффективности работы энергетического и технологического оборудования.

• Рациональное использование вторичных энергоресурсов.

• Изменение структуры производства и варьирование загрузки технологического оборудования.

• Применение новых энергосберегающих технологий.

• Оптимизация режимов работы и перспективы развития ТЭЦ-ПВС и кислородного производства.

• Снижение энергопотребления в печном хозяйстве прокатных станов.

• Выявление и устранение необоснованных потерь доменного газа, кислорода и других видов энергоресурсов.

Результаты расчётов, полученные с помощью программы "ОптиМет", показывают, что практически для любого металлургического завода реально снижение энергопотребления на 10 - 25 %. Это дает экономию до 2 миллионов тонн условного топлива в год!

4. Уменьшение вредного воздействия на окружающую среду.

В программе "ОптиМет" реализован расчёт экономической оценки ущерба от выбросов вредных веществ комбината в соответствии с методологией Impact Pathway:

• Характеристика технологий и соответствующие им вредные выбросы.

• Вычисление возросшей концентрации вредного вещества в прилегающих и отдаленных регионах.

• Определение физического воздействия (например, число случаев заболевания астмой, вызванных этими частицами пыли в соответствии с функцией дозы-действия.

• Экономическая оценка этих воздействий (например, произведение случаев заболевания астмой на стоимость лечения одного заболевания).

Визуализация результатов и оценка воздействия на окружающую среду осуществляется с помощью Геоинформационной Системы (ГИС), реализованной на базе BAIKONUR GIS ToolKit.

Экономический эффект применения "ОптиМет"

В качестве примера проведена оптимизация структуры металлургического комбината по критерию минимума себестоимости товарной продукции по 36 из 240 оптимизируемых переменных. В оптимальном варианте снижение себестоимости товарного проката составило 12% по сравнению с исходным состоянием (с 1809.4 до 1593.4 руб./т). Снижение суммарных затрат по комбинату на годовое производство 7520 тыс.т проката составило 1.625 млрд. руб. или 71.37 млн. долларов США (при курсе 22.77 руб./$)!
Благодаря чему была достигнута такая существенная экономия затрат? В основной эффект был получен за счёт:

• Применения новых технологий (металлизации окатышей, установки Ромелт по производству жидкого металла).

• Рационализации существующих технологий по производству конвертерной и электростали.

• Снижения потерь металла в прокатных цехах благодаря усовершенствованию способов прокатки (на толстолистовом стане).

• Рационализации загрузки сталеплавильных цехов с фактическим закрытием мартеновского цеха и полным переходом на непрерывную разливку стали.

• Оптимизации закупок железорудного и угольного сырья.

• Применения энергосберегающих технологий и реконструкции энергетического хозяйства меткомбината.

Около 20 - 30 млн. долларов это прямой экономический эффект от использования "ОптиМет", получаемый без крупных капвложений за счёт малозатратных организационно-технических мероприятий (например, оптимизации закупок сырья). В сравнении с таким эффектом затраты на внедрение системы "ОптиМет" будут более чем на порядок меньше.
Из сопоставления исходного и оптимального энергетических балансов комбината на стр.5 видно, что снижение энергопотребления составило 20% (с 8002.7 до 6375.2 тыс. т условного топлива в год). Это позволило снизить расходы на покупку всех энергоресурсов по комбинату на 30 млн. долларов в год.

Экономия топлива достигнута за счёт:

• Снижения потребления угольной шихты на производство кокса для доменных печей.

• Улучшения использования вторичных энергоресурсов (использования конвертерных газов, пара установок сухого тушения кокса (УСТК) в паровых турбинах теплоутилизационной электростанции (ТУЭС).

• Снижения энергопотребления в нагревательных печах прокатных станов.

• Реконструкции ТЭЦ-ПВС с заменой устаревших котлов и паровых турбин на современную газотурбинную установку (ГТУ) мощностью 110 МВт с котлом-утилизатором.

Ситас В.И., Султангузин И.А., Чинакаева С.А., Шомов П.А., Ярунин С.Н., Яшин А.П.