Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния строительной отрасли и развития цементной промышленности в Республике Йемен и в некоторых странах мира . 9
1.1. Состояние и технологический уровень развития строительной отрасли в Йемене 9
1.2. Анализ состояния и технологический уровень развития цементной промышленности Республики Йемен 34
1.3. Мировые тенденции развития цементной промышленности. 41
1.4. Современные технологии производства цемента 62
1.5. Цель исследования и постановка задач 68
Глава 2. Прогнозирование развития строительной отрасли и обеспечение цементом объектов строительства в Йемене 74
2.1. Перспективы развития строительства объектов в городах и муха-фазах Йемена 74
2.2. Анализ потребности в цементе на строительных объектах, бетонных и железобетонных заводах 105
2.3. Размещение новых и развитие существующих цементных заводов в Республике Йемен
Выводы по главе 2 123
Глава 3. Методика оптимальной доставки произведенного отечественно го и импортного цемента по объектам строительства 125
3.1. Разработка баланса производства и потребления цемента. 125
3.2. Исследование и выбор транспортных схем доставки цемента до потребителей 130
3.3. Математическая постановка транспортной задачи оптимальной доставки цемента до объектов строительства 138
3.4. Методы решения транспортной задачи 141
3.5. Решение транспортной задачи методом потенциалов 144
3.6. Решение транспортной задачи на ПЭВМ 146
Выводы по главе 3 152
Заключение 153
Список литературы 155
- Анализ состояния и технологический уровень развития цементной промышленности Республики Йемен
- Современные технологии производства цемента
- Анализ потребности в цементе на строительных объектах, бетонных и железобетонных заводах
- Исследование и выбор транспортных схем доставки цемента до потребителей
Анализ состояния и технологический уровень развития цементной промышленности Республики Йемен
Цементный завод «Баджил» расположен в городе Баджил, на расстоянии 120 км на восток от Саны, вдоль дороги Сана-Ходейда [188]. Завод был построен в 1973 году первым в своей отрасли с финансовой и технической помощью Советского Союза. Он оснащен двумя печами для обжига производительностью: 1) 670 т в день и 2) 330 т в день. Годовая мощность завода - 300 000 т цемента в год Используемое в производстве цемента сырьё состоит на 69,6% из известняка и на 17,4% из глины. Оба материала добывают на карьерах, расположенных на расстоянии 4 км от завода. Кроме того, в качестве добавок в производственном цикле используется гипс в количестве 5% и пуццолан в количестве 8% от основной сырьевой массы. В составе основного оборудования завода: помольная установка для дробления известняка, производительностью 120 т/ч; две сырьевые мельницы производительностью 40 т/ч; две ротационные печи для обжига клинкера мокрым способом 0 4 м X 150 м производительностью 670 т/день и 0 2,5 м X 75 м производительностью 330 т/день; две цементные мельницы производительностью 25 т/ч; цементая мельница производительностью 9 т/ч; две ротационные упаковочные линии производительностью 800 мешков/ч; линейная упаковочная линия производительностью 600 мешков/ч. Водой завод снабжается из 6 источников, расположенных рядом. Среднее потребление воды - 1 400 т/день.
Электроэнергией завод обеспечивается от дизельных генераторов и от общей электросети. Подачу энергии обеспечивают 4 установки мощностью 3 000 кВт. Среднее заводское потребление - 7,5 МВт. В качестве топлива на заводе используется тяжелое масло со средним показателем расхода - 150 т/день. На заводе работают около 650 человек персонала, включая 15 инженеров и 20 супервайзеров, а также 12-13 русских советников. Для оценки качества цемента применяется российский стандарт качества сырья и готового цемента [162]. По химическому анализу как сырьё, так и готовый продукт вполне удовлетворителен по мировым стандартам. Что касается оценки физических характеристик, то здесь нет единого сложившегося мнения. Это первый цементный завод в Йемене и его оборудование значительно устарело - в среднем, возраст основных агрегатов составляет около 26 лет. Экологическое состояние окружающей среды в производственной зоне и прилегающих к ней территориях не соответствует природоохранным нормам ззащиты атмосферы и окружающей среды от промышленных загрязнений ввиду высокой концентрации канцерогенных веществ и отсутствия современного оборудования по экологически чистым пределам цементного произ-зводства [14, 54, 59, 150, 169]. Поэтому рационально производство на существующем заводе закрыть, демонтировать его оборудование. А на его месте или рядом (в зависимости от экспертной оценки эффективности возможных вариантов) построить новое, отвечающее современным технологиям, производство, которое позволило бы в течении 15-20 лет без дополнительных модернизаций удовлетворить внутренний спрос как по количеству, так и по ас 36 сортименту цементной продукции. Расположение завода вблизи от побережья Красного моря, к тому же, наталкивает на необходимость перспективного анализа экспортных возможностей производства в дальнейшем. Цементный завод "Амран".
В июле 1979 г. подписан договор между Йеменским государством и фирмой I.H.I. (Япония) на построение этого завода. Проект осуществлялся под руководством и при консультации французской фирмы (BCEON). Подписан договор был на подготовку 12 инженеров и специалистов в Японии в сфере цементного производства на заводах Осака в течение шести месяцев. Вернулись они 31 февраля 1981 года. Под руководством японских инженеров и инженеров из Йемена производилась подготовка рабочих для того, чтобы работа выполнялась квалифицированными специалистами [189].
Сдали завод пятого октября 1982 года, после проведения ряда испытаний с 12 июля по 4 сентября, Министерству экономики Йемена. Общая стоимость проекта составила 540 793 495 йеменских риалов ($160 млн.). По завершении строительства завода было принято на работу ряд инженеров, специалистов, рабочих и руководителей по плану, ранее принятому заводом. Завод Амран находится на западе от города Амран, который расположен в 48 километрах от столицы Сана на высоте 2 200 метров над уровнем моря (степная равнина Аль-Бун).
Современные технологии производства цемента
В 70-х годах значительно изменился уровень промышленно развитых стран в области цементной промышленности. Энергетический кризис, поразивший в те годы западную экономику, стимулировал создание энергоэкономичной технологии производства с разделением традиционного процесса обжига клинкера на отдельные стадии, выполняемые в различных технологических агрегатах. Современные системы «сухого» способа за рубежом, оснащенные реакторами-декарбонизаторами последних поколений и четырех- или пятиступенчатыми циклонными теплообменниками, обеспечивают снижение расхода топлива на обжиг клинкера до величины менее 2,6 МДж/кг, высокую степень газоочистки и возможность сжигания в декарбонизаторах практически любых видов топлива, включая крупнокусковой бурый уголь и горючие отходы без их предварительной подготовки. Идет процесс перевода печей с газового на пылеугольное топливо, широко используются различные топли-восодержащие отходы, в частности, изношенные шины без предварительного измельчения [138].
Обеспечение конкурентоспособной себестоимости продукции требует снижения энергетических затрат, прежде всего, на обжиг клинкера. К числу более эффективных способов энергосбережения можно отнести: интенсификацию процессов формирования клинкера, оснащение вращающихся печей встроенными декар-бонизаторами, применение понизителей влажности, применение стимуляторов измельчения, применение механической активации сырьевых шихт, применение техногенных сырьевых компонентов, содержащих остаточные количества топлива, применение минерализаторов обжига, изменение химико-минералогического состава клинкера, значительное повышение гидравлической активности клинкера для снижения его доли в объеме продукции, увеличения выпуска многокомпонентных цементов. Модернизация цементных установок. Кроме сооружения новых и модернизации неэффективных транспортных систем, специалисты "KOCH Transporttechnik GmbH" концентрируют свою работу на вопросах совершенствования цементного помольного оборудования. Именно на этом переделе производства цемента мы видим возможность решения таких остро стоящих проблем, как реконструкция оборудования с целью достижения и обеспечения стабильного качества цемента [89].
В зависимости от вида и состояния помольного оборудования имеется возможность или заменить в помольных установках замкнутого цикла устаревшие сепараторы высокопроизводительными сепараторами 3-го поколения, или переоборудовать работающие по открытому циклу установки на замкнутый цикл, что влечет за собой необходимость частичной или комплектной модернизации всей помольной установки, включая систему управления. Специалисты, располагающие большим опытом в реализации этих комплексных работ, считают главными задачами: обеспечение «гибкого» помола клинкеров с получе нием цементов заданной тонкости, значительное повышение производительности всей помольной установки, снижение энергозатрат. Самые важные параметры реконструируемой помольной установки: проектная производительность, тонкость помола, затраты электроэнергии После реализации всего комплекса вышеназванных мероприятий по модернизации можно говорить о высокомодернизированной системе помола, отличающейся энергосберегающей технологией и «гибкостью» при изготовлении различных цементов, отвечающих заданным требованиям, касающимся тонкости помола, а также прочности. При расчете оборудования учитываются также такие факторы, как технологические особенности и «местные» условия, например, возможность использования имеющихся конструкций, что позволяет значительно снизить инвестиционные расходы [9, 25].
Мощность современных печных агрегатов за рубежом достигает 7-8 тыс. тонн/сутки и более, а в России - не более 3 тыс. тонн. Это, в свою очередь, обуславливает высокие удельные расходы топливно-энергетических и материальных ресурсов на обжиг клинкера и выпуск цемента. В 1995 г. в отечественной цементной промышленности средний удельный расход топлива на обжиг клинкера составлял 6,4 МДж/кг. удельный расход электроэнергии - 128,9 кВт-ч на тонну цемента, в странах - членах "Цембюро" (Германии, Франции, Испании, Италии, Великобритании, Турции , Греции, Швеции, Бельгии, Дании и др.) удельный расход топлива на обжиг клинкера в среднем составлял 3,8 МДж/кг., электроэнергии - 115 кВт-ч на тонну цемента [152]. Интенсификация процесса измельчения клинкера. Пути интенсификации процесса измельчения клинкера и добавок -сверхтонкий помол и очистка запыленных газов. Установка наклонных межкамерных перегородок в цементных мельницах обеспечивает изменение длины камер за один оборот барабана, что способствует продвижению мелющих тел не только в поперечном направлении, но и в продольном. Опыт эксплуатации шаровых барабанных мельниц с наклонными перегородками показал, что масса загружаемых в мельницу шаров снижается на 30%, потребляемая мощность привода — на 25%, удельный расход энергии — на 5-7 кВт.ч/т. Производительность мельницы не изменяется.
В качестве интенсификатора помола рекомендуется использовать материал, получаемый электрохимическим способом из воды. Разработана также технология получения электрохимического интенсификатора помола. Использование этого материала обеспечивает повышение производительности мельницы на 5-7%, улучшение технологических свойств цемента.
Для получения сверхтонких порошков с размером частиц менее 20 микрон предлагаются струйные противоточные мельницы, снабженные центробежным сепаратором, что позволяет регулировать дисперсность измельчаемого материала в пределах от 80 до 1 микрона без остановки мельницы. Возможно получение порошков с удельной поверхностью до 7 000 см /г. Производительность струйных противоточных мельниц составляет от 50 до 2 000 кг в час. Результаты работы по применению фильтра для тонкой очистки запыленных, токсичных и высокотемпературных газов показали, что запыленный газ проходит через слой фильтрующей зернистой насадки, которая имеет регулируемую фильтрующую способность и минимальное гидравлическое сопротивление. При высокой концентрации токсичных веществ (2 020 г/м ) фильтр может работать как в абсорбционном, так и в адсорбционном режимах. Фильтр отличается надежной системой регенерации, и его конструкция позволяет производить замену фильтрующего материала без демонтажа каких-либо узлов и деталей. В настоящее время потенциально достижимый уровень энергосбережения при обжиге клинкера практически исчерпан и в целом при производстве обычного портландцементного клинкера из обычных сырьевых материалов нельзя ожидать большего снижения расхода топлива [154]. В дальнейшем экономию топлива можно получить уже в меньшем объеме: путем повышения реакционной способности, путем повышения спекаемости сырьевой смеси, путем интенсификации процесса декарбонизации, снижения коэффициента насыщения, изменения состава обжигаемого материала, снижения температуры обжига клинкера, использования вторичных сырьевых материалов и топлива, использования минерализаторов, использования модификаторов, использования активаторов и катализаторов процесса клинкерообразования, повышения температуры воздуха для горения топли ва, уменьшения потерь тепла через корпус печи.
Сжигание экологически вредных отходов в цементных печах может быть одним из методов устранения отходов наряду с другими технологиями, например, захоронением, с одной стороны, и сжиганием в различных типах установок, с другой. Использование технологии сжигания в цементных печах имеет ряд преимуществ не только с чисто технической и природоохранной точек зрения, но и в других отношениях, связанных с конкретной ситуацией в развивающихся странах (неразвитая структура устранения отходов, т.е. малое количество захоронений, слабые рычаги контроля за исполнением законов, отсутствие механизма взимания оплат за вывоз отходов, очень незначительное государственное и частное финансирование и отсутствие стимулов для иностранных инвесторов) [52].
Анализ потребности в цементе на строительных объектах, бетонных и железобетонных заводах
Для обеспечения строительства в нескольких крупных городах имеются бетонные и железобетонные заводы, поставляющие на стройплощадку готовые изделия и товарный бетон. Крупные комбинаты находятся в Адене, Таиз, Сане и Эль-Ходейде. Для остальных провинций характерно наличие растворных узлов средней производительности в точках сосредоточенного строительства - в городах, административных центрах мухафазата, на крупных промышленных объектах, вдали от городской инфраструктуры. В местах рассредоточенного строительства наиболее распространено ввиду климатических и экономических особенностей производства использование установок небольшой производительности, удовлетворяющих потребности в цементе для производства бетона и цементного раствора непосредственно на стройплощадке для возводимого строительного объекта.
Расход цемента при строительстве различных функционально спроектированных объектов в Республике Йемен связан с использованием конкретных видов материала и технологией их применения [133]. Использование различных видов строительных материалов и строительных технологий (с использованием цемента) приведено в таблице 2.13 для различных регионов республики за период 1995-1997 годов. В таблицу 2.13 не включены некоторые используемые в республике строительные технологии - такие, например, как использующие в качестве основного строительного материала глину (0,09%) в 1995 году, 0,74% в 1996 году и 0,61% в 1997 году, соответственно, составлявшие от общего объема выполненных строительных работ); натуральный камень с глиной (0,02% в 1995 году и 0% в 1996, 1997году, соответственно, составлявшие от общего объема выполненных строительных работ); деревянные конструкции (0,04% в 1995 году, 1,46% в 1996 году и 0,11% в 1997 году, соответственно, составлявшие от общего объема выполненных строительных работ).
Как видно, их доля настолько незначительна в структуре технологических схем строительства, что особого влияния на результаты исследования оказать не может. Еще одна немаловажная деталь - при использовании этих технологий строительства расход цемента составляет минимальные количественные показатели.
На основании собранного фактического материала о количественном потреблении цемента при строительстве объектов различной структурной принадлежности к сегментам рынка и нормированном расходе материалов при проведении строительных работ вычисляется количество цемента, используемого для возведения строительных объектов при выборе той или иной технологии строительства.
Технико-экономическое обоснование норм расхода материальных ресурсов связано с анализом структуры затрат конкретных видов материала, в данном случае, цемента. Обычно затраты материальных ресурсов (м , м , м, т) состоят из трех элементов чистого расхода материала на единицу продукции или произведённой работы Ру (полезный расход), технологических отходов и потерь q, q" (технико-организационные потери), возникающих при поставке немерных материалов, естественного убытия материала [92, 159].
В связи с тем, что на территории Йемена для различных провинций существуют различные климатические условия строительства, показатели удельного расхода цемента различаются по территориальным климатическим зонам [3, 75, 85, 168]. Так для зоны высокогорных районов с относительно суровым контрастным температурным режимом, в которую входят мухафазы: Сана, Саада, Эль-Маухвит, Эль-Джауф, Ибб, Дамар и Хаджа, характерен несколько больший удельный расход цемента.
Для климатической зоны плоскогорья и полупустынных земель с более умеренным температурным режимом, в которую входят мухафазы: Эль-Ходейда, Эль-Байда, Хадрамут, Таиз, Атак и Мариб, удельный расход цемента на строительстве объектов несколько ниже.
И, наконец, для влажной субтропической климатической зоны с высокой температурой, в которую, в свою очередь, входят мухафазы: Аден, Абьян, Лахдж и Эльмара, характерен наиболее низкий удельный расход цемента.
По данным, представленным в таблице 2.15, можно судить о характере структурных изменений в технологии строительства Республики Йемен. Отчётливая тенденция замещения традиционных технологий новыми, более современными и практичными, ведёт к росту использования цемента.
Для выявления потребности строительной отрасли в целом необходимо определить виды промышленных строительных технологий для различных сегментов строительства. Используя статистические данные и сведения, предоставленные административными органами мухафаз, был собран фактический материал, характеризующий пропорциональный характер (табл. 2.15) использования различных технологий строительства в каждом сегменте строительного рынка.
Исследование и выбор транспортных схем доставки цемента до потребителей
Автомобильные дороги на территории республики среди других видов транспорта играют основную роль не только при перемещении грузов от предприятий к потребителю, но и: способствуют иммиграции населения в города, что дает го роду постоянный приток трудовых ресурсов со всеми отсюда вытекающими экономическими последствиями; расширяют область, питающую город - чем вовлекают все больше новых территорий в сферу экономического взаимодействия рынка; облегчают подвоз сырья и полуфабрикатов к центрам об рабатывающей промышленности и вывоз конечной продукции на дальние рынки сбыта; увеличивают торговые взаимоотношения между населен ными пунктами, способствуя интенсивному их развитию; обеспечивают ежедневный подвоз в города достаточного количества съестных припасов.
Среди других видов транспортировки строительных материалов возможны грузоперевозки морским каботажным транспортом из тех портов, которые наиболее близко располагаются к местоположению цементных заводов и приспособленные к обработке таких грузов как цемент. Расстояния от цементных заводов до строительных объектов (для упрощения расчетов - до административного центра каждой из мухафаз) приведены в таблице 3.5 и на рис. 3.2.
Для выбора варианта доставки цемента от поставщиков до потребителей составим таблицу зависимости общей стоимости необходимого количества продукции в год для каждой мухафазы от четырех поставщиков (см. табл. 3.6 и 3.7), который используют на практике.
Первые три поставщика - это цементные заводы Йемена: Баджил (Аі), Амран (А2) и Мафрак (А3). Годовой объем производства этих заводов взят для расчетов следующим образом: для Баджила взят минимальный показатель, для Амрана и Мафрака - средний объем производства.
В качестве четвертого поставщика рассмотрены импортные поставки цемента в мухафазы через ближайшие морские порты. За годовой объем импортных поставок взят рассчитанный показатель разницы между годовой потребностью в цементе всех мухафаз и годовым объемом производства всех трех цементных заводов Йемена.
Годовой объем потребности (bi-bis)B цементе взят по данным табл. 2.17 в тыс. т на период 2000 г. (табл. 3.6) и на прогнозируемый период 2005 г. (табл. 3.7). Причем, остров Сокотра (Bj8) из провинции Аден выведен отдельным регионом ввиду его территориальной отдаленности. Различают три вида критерия оптимальности транспортной задачи: по минимуму затрат на перевозки, по минимуму продолжительности перевозок, по минимуму грузооборота. С экономической точки зрения такое решение является наилучшим, поскольку позволяет с наименьшими затратами, наиболее эффективно, решить соответствующую экономическую задачу по транспортной модели. С математической точки зрения транспортная задача представляет собой систему из (т + п) линейных уравнений с количеством неизвестных тп. Однако одно из уравнений этой системы лишнее (причём любое), так как оно линейно зависит от остальных (т + п -1) уравнений. С экономической точки зрения это является следствием баланса суммарных запасов грузов (мощностей) поставщиков и опросов потребителей . Решение транспортной задачи, таким образом, можно свести к решению (т+ п -1) линейно-независимых уравнений.
Если бы число неизвестных было равно числу уравнений, задача имела бы только одно решение - один вариант плана перевозок. То, что уравнений меньше, чем неизвестных, означает, что задача имеет множество вариантов плана. Выбор нужного варианта определяется условием оптимизации функции цели F по одному из критериев минимума затрат, продолжительности перевозок, объёма грузооборота.
В дальнейшем для решения транспортной задачи нам потребуются некоторые определения и теоремы. Определение 1. Всякий набор величин Ху, удовлетворяющих (a.j = bj), называется допустимым планом перевозок, или допустимым решением транспортной задачи. Определение 2. Допустимое решение транспортной задачи, состоящее из (т+п-1) положительных перевозок ху-, назовём базисным решением.
Один из наиболее распространённых и простых методов решения транспортной задачи - метод потенциалов, предложенный Л.В. Канторовичем и М.К. Гавуриным и несколько позже, независимо от них, Д. Данцигом.
Идея метода потенциалов заключается в том, что для проверки допустимого плана на оптимальность особым образом определяются числа, называемые потенциалами, с помощью которых вычисляются показатели свободных клеток.
