«…К 2030 году рассчитываем уменьшить выбросы парниковых газов до 70 процентов от базового уровня 1990 года».
В.В. Путин

Среди глобальных вызовов, с которыми столкнулось человечество в конце ХХ – в начале ХХI века, существенное влияние на изменение климата и эффективности производства оказали выбросы парниковых газов. За последние 20 лет во всепланетном масштабе данные выбросы практически удвоились. В целях их уменьшения и обеспечения устойчивого развития и повышения эффективности производств, как известно, принят ряд международных документов: Рамочная конвенция ООН об изменении климата (1992г.); Киотский протокол к рамочной конвенции ООН об изменении климата, включающий количественные обязательства развитых стран по снижению выбросов парниковых газов за период 2008-2012 г.г. (1997 г.) и Парижское соглашение по обеспечению сохранения климата на период до 2030 г., под решениями которого 22 апреля 2016 года в числе 175 стран мира подписалась и Россия.

Достижение данных целей при нынешнем векторе страны на индустриализацию – задача непростая, но вполне решаемая. Сегодня мы познакомим читателей с одним из способов уменьшения выбросов парниковых газов, ныне – отчасти забытом, но по-прежнему перспективном и высокоэффективном. Речь идет о технологии ГВГ (горячих восстановительных газах) в чёрной металлургии.

Рассказывает известный специалист в области экономики и металлургии, Главный научный сотрудник ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина», доктор экономических наук, профессор, действительный член РАЕН Леонид Николаевич ШЕВЕЛЁВ.

– Леонид Николаевич, расскажите, пожалуйста, что представляет собой технология ГВГ (горячих восстановительных газов)? И какие экологические, экономические выгоды обещает её применение?

– Перспективную оценку всех выгод от использования ГВГ я представлю на примере рециклинга доменного газа в черной металлургии России. При этом напомню, что приоритетное значение в Парижском соглашении уделяется механизмам увеличения использования возобновляемых источников энергии вместо ископаемого топлива и повышению энергоэффективности использования вторичных энергоресурсов.

Технология ГВГ существует уже 25 лет, но, практически, нигде не применялась. И тем не менее, сегодня её можно с полной ответственностью отнести к технологиям прорывным, истинно инновационным. Вот в чём её суть.

Доменный газ как вторичный энергоресурс давно получил широкое применение в черной металлургии в качестве топлива. Будучи низкокалорийным топливом (менее 1000 ккал/м³), он обычно используется в смеси с коксовым или природным газом и применяется для сжигания в различных металлургических агрегатах (в кауперах доменных печей, в коксовых батареях, в печах прокатных цехов, в котлах ТЭЦ-ПВЭС и др.).

Для получения ГВГ используется собственный доменный газ в процессе его рециркуляции. После очистки доменного газа от СО₂ он превращается в восстановительный газ с содержанием 50% (СО + Н₂) и 50% N₂. Азот (N₂) при этом выступает в качестве теплоносителя, что позволяет существенно снизить расход воздушного дутья (в составе которого около 70% N₂), вплоть до его полного исключения. Вместо воздушного дутья, обогащенного кислородом до 30% (около 90 м³/т чугуна), используется самостоятельно чистый кислород в количестве 100 – 110 м³/т чугуна. В результате вдувания газообразного восстановителя (СО + Н₂) и чистого кислорода резко сокращается расход кокса, воздушного дутья, исключается из доменной плавки расход природного газа, и, соответственно, повышается производительность доменной печи.

Еще одно существенное преимущество технологии ГВГ – возможность ее совмещения с технологией ПУТ (пылеугольное топливо). Применение ПУТ без ГВГ не оказывает существенного влияния на снижение выбросов СО₂, а энергоэффективность ПУТ получается ниже технологии ГВГ в пять раз. Внедрение технологии отмывки СО₂ в ПУТ обеспечивает дополнительное снижение выбросов СО₂ на 30%. Кроме того, вместо доменного газа в качестве топлива будет использоваться восстановительный газ, теплотворное содержание которого выше в 2 раза по сравнению с доменным газом. Поэтому целесообразно использование обоих технологий: ГВГ (самостоятельно) и ПУТ в комплексе с отмывкой СО₂ из доменного газа.

– Где, конкретно, были доказаны на практике улучшения показателей производительности доменных печей, в результате применения технологии ГВГ?

– Теоретически еще в 1970-1980г.г. Российскими учеными-доменщиками (Н.А. Рамм, В.Г. Воскобойников, Ю.И. Гохман, Б.Л. Жураковский, Ю.С. Юсфин) были определены основные направления отмывки СО₂ из доменного газа и вдувания горячих восстановительных газов (СО и Н₂) в горн и шахту доменной печи. Это было в 1989-1990 гг. Тогда же Министерство черной металлургии провело промышленное опробование этой технологии на НПО «Тулачермет» с участием ЦНИИчермет, Гипромез, Гипрогазоочистка и др. институтов и организаций. 

Выполненные тогда технико-экономические расчеты на конкретной доменной печи №2 ОАО «Тулачермет» показали, что при реализации технологии ГВГ на новой технической основе удельный расход кокса на выплавку чугуна снижается на 36-40%, расход природного газа в доменной плавке полностью исключается, расход воздушного дутья снижается на 65%, производительность доменной печи возрастает на 35-50%.

И даже несмотря на недостатки оборудования того времени, данные результаты были весьма хорошими: расход кокса сократился на 58%, производительность доменной печи возросла на 46%, выбросы вредных веществ в атмосферу снизились в два раза.

Важно добавить, что в период проведения опытно-промышленных работ по ГВГ на ОАО «Тулачермет» было выплавлено 200 тыс. т. чугуна, при этом расход сухого скипового кокса удалось снизить с 606 кг/т до 360 кг/т чугуна. Но далее без госфинансирования это направление было заброшено, а оборудование демонтировано. Западные металлургические концерны, такие как ARCELOR, CORUS, TISSEN, по сей день ведут разработки в этом направлении.

В настоящее время проработаны и устранены все технические и технологические недостатки, выявленные ранее при проведении промышленных испытаний. Изменена схема отмывки СО₂ из доменного газа, улучшена схема загрузки шихтовых материалов, создан творческий коллектив специалистов по реализации технологии ГВГ (ЦНИИчермет, НИТУ-МИСИС, Метпром, Гипрогазоочистка и др.), способный внедрить технологию ГВГ на любой доменной печи в России и за рубежом.

Резюмирую основные «плюсы» применения технологии ГВГ: обеспечивается снижение себестоимости чугуна на 15 – 20%, сокращение выбросов СО₂ на 40 – 50%. Удельная энергоемкость чугуна снижается на 40%, а конвертерной стали – на 35%, т.е. данный показатель в России достигает уровня развитых стран.

Общая экономия энергоресурсов в условиях ОАО «Тулачермет» составит 1,6 млрд. руб./год, в том числе бюджет России получит прирост налоговых платежей в сумме 320,0 млн. руб./год.

– Вы сказали, что данная технология, несмотря на ее «зрелый» возраст, всё еще нова для большинства металлургических предприятий? ...

– Да, в силу ряда политических, технических и финансовых факторов технология ГВГ как в России, так и в мировой черной металлургии за последние 25 лет, практически, нигде не применялась. Такую энергосберегающую технологию, безусловно, надо развивать на российских металлургических заводах. И поскольку при ее внедрении решаются важные народнохозяйственные задачи, то российские металлурги вправе рассчитывать на государственную поддержку при реализации такого рода программ.

– Есть ли сегодня интерес у металлургов к технологии ГВГ?

– Да, интерес есть. И в настоящее время, в связи с переходом промышленности России на принципы наилучших доступных технологий, а также в связи с обязательствами страны по снижению выбросов парниковых газов на 30% к 2030г., по сравнению с 1990г. (в рамках Парижских соглашений по сохранению климата), вновь возрос интерес к технологии ГВГ как в России, так и за рубежом.

Анализ энергоэффективности производства черной металлургии России показал, что наибольший энергетический потенциал снижения выбросов парниковых газов имеется именно в доменном производстве. Применение энергетических добавок при производстве чугуна (природный газ, пылеугольное топливо, кислород и др.), хотя и обеспечивают повышение энергоэффективности, но все же они недостаточны для обеспечения конкурентных условий производства чугуна.

Сегодня картина в черной металлургии России такова: расход кокса в среднем составляет 410-420 кг/т чугуна, в то время как за рубежом: 340-360 кг/т чугуна. И поэтому сегодня особенно нужны новые, прорывные энергосберегающие технологии, особенно для производства чугуна и конвертерной стали.

Наилучшие результаты по экономии энергоресурсов и снижению выбросов СО₂ достигаются именно при реализации энергосберегающей технологии ГВГ.

Добавлю, что в период действия Киотского протокола (2008 – 2012г.г.) Россия выполнила большой комплекс мер по снижению выбросов парниковых газов, сократив их объем по сравнению с 1990г. на 35%, в т.ч. в черной металлургии – на 32%. Общий объем капиталовложений предприятий черной металлургии России за последние 10 лет составил свыше 900,0 млрд. руб., что позволило провести глобальную реструктуризацию неэффективных мощностей и повысить энергоэффективность производства.

Так, за период 2008 – 2012г.г. в черной металлургии России доля МНЛЗ возросла с 70% до 80% (рост 14%), расход стали на прокат снизился с 1,215 т/т до 1,141 т/т (снижение 6%), доля неэффективной мартеновской стали снизилась с 16% до 5% (снижение в 3 раза), выбросы парниковых газов по сравнению с 2007г. снизились на 6%. Основные резервы энергосбережения в черной металлургии России были реализованы к 2012г. И эти результаты радуют. Но показатели удельной энергоемкости продукции все еще значительно (на 20-30%) уступают передовым развитым странам: Японии, ЕС, США и др.

– О каких, конкретно, цифрах идёт речь, если говорить о реальном внедрении технологии ГВГ на доменных печах?

– Капитальные вложения в реализацию технологии ГВГ составляют 3,5 млрд. руб. Срок окупаемости капитальных вложений ориентировочно оценивается в 2-3 года. При этом вся сумма капитальных вложений идет на финансирование изготовления отечественного оборудования для отмывки СО₂ из доменного газа и для модернизации доменной печи. На изготовление этого оборудования (на машиностроительных заводах России) затрачивается почти 1,5 года, а с учетом доставки, монтажа, пуско-наладки 2 года.

При финансировании проекта через энергосервисный контракт (окупаемость капзатрат осуществляется за счет экономии энергоресурсов) потребуется дополнительно около трех лет. В целом, срок окупаемости может составить 5 лет.

В этих условиях оказание господдержки технологии ГВГ (гарантия оплаты части капитальных вложений через бюджет, реализация ее как приоритетного пилотного проекта критической технологии и др.) создает условия масштабирования проекта в рамках мировой черной металлургии как в России, так и за рубежом.

Россия станет реальным донором Мирового Зеленого Климатического фонда через реализацию технологий высокого энергоэффективного уровня.

– Таким образом, какие, конкретно, меры, на Ваш взгляд, решения могли бы помочь нашей стране снизить выбросы парниковых газов при одновременном повышении эффективности металлургических производств?

– Для решения данных задач с использованием энергосберегающих технологий (ПУТ, ГВГ и др.), по моему мнению, следует предусмотреть финансирование их внедрения с привлечением фонда промышленных технологий Минпромторга России, фонда «Сколково» и средств государственных корпораций («Ростехнология», ВЭБ, ВТБ, ГПБ, Сбербанк), а также частных инвестиций, включая средства металлургических предприятий.

Важно устанавливать металлургическим комбинатом целевые показатели снижения выбросов СО₂ на уровне наилучших достигнутых технологий. Это создаст условия для стимулирования реализации энергосберегающих технологий, а при использовании энергозатратных технологий – применять штрафные санкции за перерасход энергоресурсов и повышенные выбросы парниковых газов.

Реализация данных технологий поможет существенно продвинуться России как на мировом металлургическом рынке, так и в качестве добросовестного исполнителя взятых на себя международных обязательств в рамках мировых климатических соглашений.

Напомню, что металлургическая отрасль является второй после топливно-энергетического комплекса по наполнению федерального бюджета и одной из ведущих по внесению вклада в валютные поступления страны.