Древесный уголь для металлургов

Проверено временем

Древесный уголь издревле был основным сырьем для металлургического производства, пока в середине XVIII века англичане, у которых леса было мало, не придумали технологию использования каменного угля для выплавки. С тех пор доля биопродукта в металлургии резко упала. Однако он сохранил свой приоритет в ряде регионов и металлургических технологий, особенно восстанавливающих. Многие предприятия продолжают применять черное биотопливо в производстве чугуна, ферросплавов, свинца, алюминия, меди, олова, никеля, лантанидов, редких и ценных металлов. Его используют также как покровный флюс при выплавке некоторых видов бронзы и латуни, никелевых сплавов (мельхиор и нейзильбер). Возможно применение древесного угля в качестве карбюризатора для цементации при производстве брони. Кроме того, технологически биопродукт вполне способен заменить своего «каменного брата» и коксовую мелочь в любой доменной печи.

Оценки объема мирового производства древесного угля очень разнятся – от 9 до 23 млн тонн в год, так как основная его часть изготавливается на малых мощностях кустарным способом в развивающихся странах, где со статистикой дела обстоят плохо. При этом считается, что в металлургию поступает около 20% этого продукта.

Спад потребления древесного угля в мировой металлургии активизировался в 80-х годах прошлого века из-за его замещения коксом, давления органов экологического контроля и истощения запасов лесов. Решающим фактором стала ценовая конкуренция – чугун, приготовленный с использованием кокса, на глобальном рынке стал гораздо дешевле.

Однако до нынешних дней в мировом углежжении и применении его продукции в металлургии сохранился серьезный лидер – Бразилия, чугун которой пользуется огромным спросом, особенно в США. Средняя мощность доменной печи на черном биотопливе составляет в Бразилии 122,85 тонн металла в год.

Общий выпуск бразильского древесного угля для нужд металлургии оценивается в 7,5 млн тонн в год. Интересно, что в стране имеются крупные лесопромышленные компании, специализирующиеся на углежжении. Например, фирмы Mannesmann и Plantar Group высаживают быстрорастущие эвкалипты (E. Camaldulensis, Cloesiana, Urophylla и Pellita), а потом самостоятельно перерабатывают их. На приготовление биотоплива этими компаниями расходуется 5% от объема древесины, помещенной в печь. Имеют место и серьезные потери сырья и продукта: из 1 тонны сырьевой древесины до домны (с учетом выхода побочных продуктов, сортировки и транспортных потерь) доходит около 0,17 тонны древесного угля.

Кроме того, в Южной Америке существуют объединенные древесноугольные металлургические холдинги, которые выращивают для себя лес, выжигают из него черный биопродукт, а затем выплавляют на нем чугун. Средние показатели производства примерно такие: на эвкалиптовой плантации в 525 тыс га при затратах $199,5 млн в год производится 175 млн куб м древесного угля себестоимостью $10,25 за куб м, что позволяет выплавлять 67 млн тонн металла ежегодно. Например, ГК Queiroz Galvão с трудом покрывает свои потребности в древесном угле для выпуска на семи доменных печах 860 тыс тонн чугуна в год за счет собственных лесных площадок. При этом ее мощности углежжения загружены на 81-82% в связи с недостаточными ресурсами леса.

Действительно, растительный характер сырья определяет высокую степень зависимости чугунного производства от наличия лесных площадей, а также от продолжительности дождей. Так, бразильская металлургическая компания Maranhão Gusa SA (Margusa) в 2007 году имела значительные проблемы с поставками древесного угля из-за долговременного отсутствия разрешения на использование новой лесной площадки для одного из чугунных заводов. Есть аналогичные трудности и у других предприятий, поэтому в стране сформировался дефицит черного биопродукта. Соответственно выросли цены на чугун, производимый, например, холдингом Asica. В таких условиях многие бразильские компании начали переход на использование каменного угля и продуктов его переработки или рассматривают данный вариант.

По-нашему, по-бразильски

Россия долгое время конкурирует с Бразилией на мировом рынке чугуна. У нас считается, что только на древесном угле можно получить высококачественный ковкий металл. Его до 2006 г варили на Урале в г. Куса и сейчас продолжают выпускать в г. Касли, в том числе для художественного литья, требующего высокого качества поверхности и стойкости к атмосферному воздействию. Металл, выплавленный на биотопливе, более ковок и менее хрупок. Кроме того, молотый древесный уголь (с кусковой известью, плавиковым шпатом и коксом) применяется для выплавки высококачественной углеродистой или легированной стали в электродуговых печах для эффективного удаления серы из металла.

Всего в СССР до 1990 г древесный уголь выжигали 8 крупных заводов. Сейчас к этой категории можно отнести только Амзинский лесокомбинат и Моломский лесохимический завод, которые обеспечивают черным биопродуктом отечественную металлургию и поставляют свою продукцию на экспорт. Но и они заметно сократили выработку угля в последние годы, потому что металлургия перешла на более дешевые энергоносители. В Свердловской области Каменск-Уральский металлургический завод (КУМЗ) потребляет ежемесячно до 1 тыс тонн древесного угля, поставляемого Верхнесинячихинским лесохимзаводом, Нижнесергинским леспромхозом и Серовской лесопромышленной базой. Общая проектная мощность этих предприятий ЛПК в советское время достигала 53 тыс тонн биотоплива в год, однако сейчас они снизили выпуск до 20 тыс тонн, так как оборудование устарело. А количество печей за это время, например, в Нижних Сергах, уменьшилось в шесть раз.

В оборонной промышленности, которая раньше потребляла огромное количество биопродукта для производства фильтров из активированного угля и адсорбентов, объемы спроса тоже резко упали. Кроме того, отход металлургии от биотоплива был вызван рядом технологических проблем в углежжении, связанных с устареванием оборудования и технологий.

Однако есть в отрасли и прогрессивные моменты: в Свердловской области в 2005 году ООО «Тура-лес» освоило выпуск 2 тыс тонн в год продукции на четырех печах для древесного угля, разработанных ООО «Биоэнергия». Продукт соответствует ГОСТу 7657-84 и поэтому полностью пригоден для металлургического производства. Двумя такими же печами пользуется сейчас ЗАО «Торгово-промышленная компания ЮТ Коуровский лес» (ТПФ «ЮТ») в Коуровском леспромхозе. Здесь перерабатывают бросовые дрова. Суточные показатели такие: 56 куб м дров = 7 тонн угля = 50 тыс руб. Всего на новых печах в Свердловской области выжигается и поставляется на метпредприятия Урала примерно 5 тыс тонн продукции в год (около четверти объема древесного угля области). Себестоимость 1 тонны угля составляет 7-11 тыс руб., отпускная цена дорогих сортов – до 65 тыс руб. Отметим, что бразильский уголь почти на порядок дешевле из-за более коротких сроков выращивания леса, масштабных объемов производства для металлургии, дешевой энергии гидроэлектростанций и низкой стоимости рабочей силы.

Что касается новых технологий выжигания древесного угля, то наибольшую популярность в последнее время получили пиролизные печи с автоматическим управлением. Правда, это ноу-хау разработано еще в советские времена, чтобы самостоятельно насытить рынок черного биотоплива в РФ, а не импортировать его из Китая и других стран ЮВА. Однако анализ потребностей металлургии и ВЭД страны в новом тысячелетии позволяет сделать вывод о превращении России в нетто-экспортера продукции углежжения. Естественно, уголь продается в основном бытового и химико-фармацевтического назначения. Нужно честно отметить, что в этих секторах нам непросто конкурировать с Восточной Европой и КНР, которые значительно раньше освоили данный рынок.

В целом получается, что и в мире, и в России пока наблюдаются тенденции снижения производства и потребления древесного угля, в том числе и в металлургии, где мировые и российские цены на этот биопродукт на порядок превышают бразильские. Это не позволяет многим регионам замещать древесным углем дешевые традиционные энергоносители. Несмотря на все достоинства черного биотоплива для металлургии, спрос на него в этой отрасли падает.

Высокотехнологичный потенциал углежжения – в плавки!

Ответить однозначно на вопрос о перспективности крупных поставок металлургам древесного угля сейчас непросто.

В России британско-российская Aricom Plc., готовящаяся к активной фазе разработки Гаринского и Кимкано-Сутарского месторождений, совместно с консалтинговой компанией Hatch и российским НИИ «ФГУП Гиредмет» (Москва) рассматривают в качестве варианта использование древесного угля или его смеси с каменным для прямого восстановления железа на планируемом металлургическом комбинате. При этом установлено, что использование лесных ресурсов Приамурья и ЕАО полностью обеспечит все потребности такого производства в биопродукте при гарантированном сохранении природного баланса региона.

Ожидается, что в России развитию углежжения для выплавки может способствовать усиление к 2015 году дефицита коксующихся углей до 10 млн тонн, а к 2020 году - до 15 млн тонн, а также вероятный скачок роста цен на газ и кокс. Кроме того, в случае ужесточения требований международных организаций к экологичности металлургической продукции, активного включения России в деятельность по реализации Киотского протокола, усиления охраны окружающей среды, стимулирования государством переработки отходов и производства биотоплива вполне возможно увеличение спроса на продукцию углежжения со стороны металлургического сектора. Технологическая база для этого варианта в стране имеется, причем успешно испытанная на практике и потому перспективная. Так, ученые и инженеры Лесотехнической академии (ЛТА), ЦНИИМЭ, ФГУП «ЭкоМашГео», ООО «Перун», ООО «Сыктывкармаш» («ПАРМА»), ЗАО «СКК», ООО «Биоэнергия» (холдинг «Лонас Технология») предлагают самые различные варианты печей. И мобильные, и стационарные, мощностью по выходу продукции от 3 до 300 тонн в год! Так в Индии, бурно развивающей свою металлургию, с 90-х годов работают около 400 ультраоксипиролизных установок – технология ЛТА! Большие надежды возлагаются на новую версию «ЭКОЛОН-М», имеющую модификации с производительностью 800-1000 и 1800-2000 тонн угля в год, а также возможности регулирования показателей содержания продукта. Проект «ЭКОЛОН-М» уже приобретен для реализации в Калужской области.

Кроме того, «Биоэнергия» готова предложить свои новые разработки для лесозаготовительных автопоездов: «КОРВЕТ» в формате транспортного контейнера (до 250 тонн угля в год) и «ПОЛЕВКА» с горизонтальным перемещением реторт (до 350 тонн). Анонсирован и проект стационарного аналога «ПОЛЕВКИ» производительностью до 600 тонн в год. Новые разработки – «ПОЛИКОР-2» и «ПОЛИКОР-3» (800-1000 тонн угля в год), не требующие дополнительного нагрева и выделяющие избыточную тепловую энергию, которую можно выгодно использовать. Печи находятся в эксплуатации с 2002 года в Архангельске и Боровичах. Также «Биоэнергия» завершает разработку высокоэкологичной установки для многолесных районов (2000 тонн угля в год).

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» в 2002 году разработал даже «Систему управления установкой пиролиза древесины с элементами искусственного интеллекта»! Ее эксплуатация не требует специальной подготовки персонала. В районе нижних складов в качестве сырья для нее могут быть использованы неделовая древесина, отходы деловой древесины и даже горельники.

Интерес к этим инновациям у лесопромышленников тоже есть. Так, в Свердловской области ЗАО «Торгово-промышленная фирма ЮТ» намерена в окрестностях г. Первоуральск создать ДОК, отходы которого будут перерабатываться в высокосортный древесный уголь (1000 тонн год), соответствующий металлургическим стандартам. А «Тура-лес» за счет расширения производственной базы и новых технологий планирует довести содержание углерода в своей продукции из дров до уровня более 80%.

Российские металлурги увеличение спроса на углежжение пока не конкретизировали. Поэтому уже к 2014 году не исключается резкий спад поставок древесного угля сталеварам до нулевого уровня, особенно при усилении ряда факторов: – задержки государством стимулирования развития альтернативных топливных технологий; – устаревания имеющихся чугуноплавильных и других мощностей, а также отказа от использования черного биотоплива при проектировании новых предприятий; – повышения конкурентоспособности иностранных производителей аналогичной металлопродукции и скачок увеличения объемов углежжения в развивающихся странах; – появления более дешевых технологий добычи традиционных и производства новых энергоносителей.

Может быть, интерес у металлургии сформирует «Ассоциация производителей древесного угля России»? Ее создание началось с марта 2007 года при содействии «Лесопромышленной конфедерации Северо-Запада России». Ожидается, что в Ассоциацию вступят более 50 производителей черного биотоплива, выступающих за возрождение отрасли углежжения за счет расширения использования мобильных пиролизных установок небольшой мощности, которые легко перевезти к новым источникам сырья. Акцент делается и на развитии бытового использования биопродукта (топливо для котельных, каминов, мангалов и т.д.), а также на целевом производстве из отходов деревообработки древесноугольных брикетов, как предлагает ООО «Перун», в том числе для металлургии.

Брикеты – это реальный вариант решения растущей проблемы дефицита кусковой руды, если в них добавлять порошковую руду или пыль руды, получаемые при ее добыче. Кроме того, в брикеты можно включить металлосодержащие отходы, что частично решит проблему их утилизации и переработки. Кроме того, технология брикетирования позволит серьезно претендовать на экспорт древесноугольной продукции широкого спектра назначения, в том числе бытового.

Поэтому лесопромышленники имеют серьезные основания предложить металлургам объединиться в крупном углевыжигательном бизнесе на новом технологическом уровне. Во-первых, в лесных регионах Приполярного Урала, Восточной Сибири и Дальнего Востока, где сейчас активно планируется или уже началась реализация ряда проектов ДОК, а также добычи руд, их обогащения и производства металлов. Во-вторых, в южных районах страны, где по бразильской технологии возможно выращивание плантацией быстрорастущей древесины (ива, тополь и др.).

Получается, что идея реанимации российского углежжения в специфическом металлургическом секторе и в регионах высокой степени лесистости или с благоприятным климатом технологически, экономически и, с точки зрения защиты окружающей среды, обоснована. И самое главное, есть в ней серьезный потенциал для сохранения природы для будущих поколений.