Rozprawa D o k t o r s k a

Transkrypt

1 AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA im. Stanisława Staszica w Krakowie WYDZIAŁ ENERGETYKI I PALIW KATEDRA TECHNOLOGII PALIW Rozprawa D o k t o r s k a Imię i nazwisko: Kierunek studiów: mgr inż. Piotr Żarczyński Technologia Chemiczna Technologiczna i ekonomiczna ocena zastosowania operacji podsuszania wsadu w warunkach Technological and economic evaluation of the pre-drying operation of the coal charge in Zdzieszowice Coking Plant Opiekun rozprawy doktorskiej: Dr hab. inż. Andrzej Strugała prof. AGH Kraków, 4 grudnia 2015 r. 1

2 Oświadczam, świadomy odpowiedzialności karnej za poświadczenie nieprawdy, że niniejszą pracę doktorską wykonałem osobiście i samodzielnie i że nie korzystałem ze źródeł innych niż wymienione w pracy. Kraków, dnia 4 grudnia 2015 r. podpis autora pracy 2

3 Szanownym Panom Prof. dr hab. inż. Andrzejowi Strugale i Dr inż. Krzysztofowi Kwaśniewskiemu składam serdeczne podziękowania za życzliwość, cenne wskazówki oraz poświęcony czas. 3

4 Praca wykonana w ramach projektu kluczowego nr POIG /08 "Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki" dofinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego 4

5 Spis treści Spis treści... 5 Spis tabel... 7 Spis rysunków Spis załączników Wykaz głównych oznaczeń i symboli Wprowadzenie Cel i zakres pracy Część literaturowa Baza węglowa do produkcji koksu Wymagania jakościowe dotyczące produkcji koksu Termiczna preparacja mieszanki węglowej do produkcji koksu Badania termicznej preparacji wsadu w skali laboratoryjnej i półtechnicznej przegląd dotychczasowych rezultatów Półtechniczna instalacja doświadczalna w CPM Przegląd dotychczasowych doświadczeń przemysłowych w zakresie stosowania termicznej preparacji wsadu oraz suchego chłodzenia koksu Doświadczenia przemysłowe w zakresie termicznej preparacji wsadu Doświadczenia przemysłowe w zakresie suchego chłodzenia koksu Przegląd rozwiązań urządzeń do podsuszania wsadu Przeponowe urządzenia do podsuszania wsadu Bezprzeponowe urządzenia do podsuszania mieszanek węglowych Niekonwencjonalne urządzenia do podsuszania mieszanek węglowych Techniczno-technologiczne aspekty wdrożenia operacji podsuszania wsadu w koksowni Metodyka oceny efektywności projektu inwestycyjnego w zakresie podsuszania wsadu Tradycyjne metody oceny efektywności procesu inwestycyjnego Metoda opcji rzeczowych Geneza i podstawowe rodzaje opcji rzeczowych Etapy procesu oceny efektywności finansowej przedsięwzięć inwestycyjnych metodą opcji rzeczowych Podstawowe modele wyceny opcji rzeczowych Przykłady możliwości wykorzystania opcji rzeczowych w koksownictwie Podsumowanie wytyczne dla wyboru metodyki oceny ekonomicznej zastosowania operacji podsuszania wsadu w Część doświadczalno-analityczna Ocena technologiczna wpływu podsuszania na przebieg i jakość produktów procesu koksowania Cel i program badań Metodyka badań i analiz Analiza węgla i koksu Metodyka badań w instalacji doświadczalnej Karbotest Metodyka komorowych prób koksowania w bat. typu PWR Metodyka badań w piecu testowym (400 kg) z ruchomą ścianą CPM Charakterystyka obecnej i przewidywanej bazy węglowej dla produkcji koksu w Wybór komponentów i ustalenie receptur mieszanek węglowych do badań nad procesem ich wstępnego podsuszania Weryfikacja wybranych receptur mieszanek oraz wstępna ocena wpływu ich podsuszania w instalacji doświadczalnej Karbotest Testy koksowania w piecu CPM z ruchomą ścianą Cel i program badań w piecu testowym w CPM

6 8.6.2 Zastawienie wyników testów koksowania w piecu z ruchomą ścianą Analiza wyników testów w piecu CPM Podsumowanie wyników badań w instalacji testowej CPM Wyniki komorowych prób koksowania w baterii koksowniczej PWR Podsumowanie propozycja koncepcji technologii podsuszania wsadu w warunkach Podstawowe założenia procesowo-technologiczne dla zastosowania operacji podsuszania wsadu w warunkach Analiza efektywności ekonomicznej zastosowania podsuszania wsadu w warunkach Ocena efektywności realizacji projektu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z wykorzystaniem suszarki II generacji CMC Metodyka analizy metodami tradycyjnymi Założenia i dane wejściowe do analizy Wyniki analizy i ich interpretacja Wnioski z oceny efektywności ekonomicznej inwestycji IWPW z wykorzystaniem suszarki II generacji CMC Ocena zasadności ekonomicznej prowadzenia dalszych badań przemysłowych nad procesem podsuszania wsadu w Koksowni Zdzieszowice Metodyka analizy z wykorzystaniem drzewa decyzyjnego Założenia i dane wejściowe do analizy Wyniki analizy i ich interpretacja Wnioski dotyczące efektywności ekonomicznej prowadzenia badań przemysłowych nad wielostrumieniową suszarką wirową Ocena ekonomiczna opcji związanych z realizacją inwestycji wstępnego podsuszania wsadu metodą opcji rzeczowych Metodyka analizy metodą opcji rzeczowych Ocena zmienności wartości projektu oraz stopa wolna od ryzyka r Opcja na skojarzenie technologiczne Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu Założenia i dane wejściowe do analizy skojarzenia technologicznego IWPW i ISChK Wyniki analizy opcji skojarzenia technologicznego IWPW i ISChK oraz ich interpretacja Opcja na skojarzenie technologiczne Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu z Instalacją Wstępnego Podsuszania Wsadu Założenia i dane wejściowe do analizy skojarzenia technologicznego ISChK i IWPW Wyniki analizy opcji skojarzenia technologicznego ISChK i IWPW oraz ich interpretacja Opcja rozszerzenia Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z jednego zespołu baterii koksowniczych na dwa zespoły Opcja rozszerzenia skojarzonych technologicznie IWPW i ISChK z jednego zespołu baterii koksowniczych na dwa zespoły Wnioski z analizy opcji związanych z projektem podsuszania wsadu Wnioski wypływające z oceny efektywności ekonomicznej zastosowania wstępnego podsuszania wsadu w warunkach Wnioski dotyczące przyszłych badań Podsumowanie Literatura Załączniki

7 Spis tabel Tabela 3.1 Krajowe zasoby węgli według typów Tabela 3.2 Krajowa baza surowcowa węgli koksowych Tabela 4.1 Podstawowe parametry oceny właściwości mechanicznych koksu metoda Micum i Irsid Tabela 4.2 Porównanie średniej jakości koksu produkowanego w Polsce i oczekiwań odbiorców koksu Tabela 5.1 Wymagania dla mieszanki węglowej przeznaczonej do testów koksowania w piecu z ruchomą ścianą w CPM Tabela 5.2 Parametry procesu oraz wyniki prób koksowania mieszanki polskich węgli w instalacji BCRA w Brookhouse Tabela 5.3 Porównanie różnych generacji instalacji CMC Tabela 5.4 Tabela 5.5 Tabela 5.6 Tabela 5.7 Tabela 8.1 Tabela 8.2 Tabela 8.3 Porównanie wyników jakościowych dla koksu chłodzonego mokro i sucho dla krajowych koksowni stosujących tę technologię na podstawie Skład mieszanek węglowych wykorzystanych do badań jakości koksów produkowanych w Hucie im. T. Sendzimira w zależności od technologii ich chłodzenia Parametry obrotowych przeponowych suszarek bębnowych I i II generacji CMC Porównanie wymagań lokalizacyjnych dla obrotowych przeponowych suszarek bębnowych I i II generacji CMC Zestawienie norm stosowanych do oznaczania parametrów jakościowych węgla i koksu Charakterystyka baterii koksowniczych typu PWR-63 oraz parametry technologiczne procesu koksowania Parametry procesu koksowania mieszanek węglowych w bateriach PWR-63 oraz piecu testowym CPM Tabela 8.4 Składy mieszanek pierwszej grupy (wyłącznie z węgli krajowych) Tabela 8.5 Składy mieszanek drugiej grupy (węgle krajowe i zagraniczne) Tabela 8.6 Porównanie wskaźników charakteryzujących wydajność i jakość produkowanego koksu oraz ciśnienia generowanego w trakcie koksowania dla wybranych mieszanek Tabela 8.7 Statystyczna ocena istotności zmian parametrów jakościowych koksu z mieszanek podsuszonych w porównaniu z mieszanką bazową Tabela 8.8 Zestawienie współczynników przeliczeniowych do obliczania prognozowanej wartości CRI i CSR na podstawie wyników uzyskanych dla koksu produkowanego w Karboteście Tabela 8.9 Porównanie wskaźników CRI i CSR dla koksów z I i II grupy mieszanek wilgotnych uzyskanych w Karboteście, prognozowane wartości tych wskaźników oraz oznaczone podczas prób komorowych Tabela 8.10 Charakterystyka podstawowego potencjału produkcyjnego Koksowni Tabela 9.1 Tabela 10.1 Tabela 10.2 Tabela 10.3 Zdzieszowice Wskaźniki zużycia i uzysku wykorzystane do opracowania bilansów materiałów, surowców i produktów dla projektu inwestycyjnego podsuszania wsadu w warunkach Charakterystyka podstawowych parametrów dla wariantu bazowego (bez podsuszania) oraz inwestycji wstępnego podsuszania wsadu z wykorzystaniem suszarki II generacji CMC w warunkach Koksowni Zdzieszowice Bilans surowców, materiałów oraz produktów dla wariantu bazowego (bez podsuszania wsadu) oraz czterech scenariuszy realizacji projektu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu w Przyrostowa produkcja głównych produktów odniesieniu do stanu bazowego (bez podsuszania wsadu) oraz czterech scenariuszy realizacji projektu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu w

8 Tabela 10.4 Tabela 10.5 Tabela 10.6 Tabela 10.7 Tabela 10.8 Tabela 10.9 Bilans zużycia energii dla wariantu bazowego (bez podsuszania wsadu) oraz czterech scenariuszy projektu instalacji wstępnego podsuszania wsadu w Koszty i ceny jednostkowe dla surowców, materiałów, procesów i produktów wykorzystane do sporządzenia oceny efektywności ekonomicznej projektu budowy instalacji wstępnego podsuszania wsadu w Średni ważony koszt kapitału WACC do dyskontowania wolnych przepływów pieniężnych inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Koksowni Zdzieszowice Wyniki oceny efektywności ekonomicznej projektu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Koksowni Zdzieszowice z wykorzystaniem rachunku dyskontowego metodą FCFF Graniczne wartości parametrów projektu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Koksowni Zdzieszowice, przy których NPV wynosi Charakterystyka podstawowych parametrów dla wariantu bazowego (bez podsuszania wsadu) oraz projektu inwestycyjnego podsuszania wsadu z wykorzystaniem wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w warunkach Tabela Bilans surowców i materiałów oraz produktów dla wariantu bazowego (bez podsuszania wsadu) oraz projektu inwestycyjnego podsuszania wsadu z wykorzystaniem wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w Tabela Przyrostowa produkcja głównych produktów dla wariantu bazowego (bez podsuszania wsadu) oraz projektu inwestycyjnego podsuszania wsadu z wykorzystaniem wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w Tabela Bilans zużycia energii dla wariantu bazowego (bez podsuszania wsadu) oraz projektu inwestycyjnego podsuszania wsadu z wykorzystaniem wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w Koksowni Zdzieszowice Tabela Średni ważony koszt kapitału WACC do dyskontowania wolnych przepływów pieniężnych projektu inwestycyjnego podsuszania wsadu z wykorzystaniem wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w Tabela Wyniki oceny efektywności ekonomicznej projektu budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną wielostrumieniową suszarką wirową konstrukcji IChPW w z wykorzystaniem rachunku dyskontowego metodą FCFF Tabela Kalkulacja NPV dla poszczególnych gałęzi drzewa decyzyjnego projektu wdrożenia wstępnego podsuszania wsadu w Koksowni Tabela Wartość oczekiwana E(NPV) dla projektu prowadzenia badań przemysłowych nad rozwojem wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w porównaniu z NPV dla projektu budowy IWPW z natychmiastową decyzją o wyborze urządzania do podsuszania Tabela Zmienność historyczna średnich cen koksu w latach obliczona metodą logarytmicznych stóp zwrotu z przepływów pieniężnych lub cen akcji LCFR/LSPR Tabela Zmienność historyczna średnich cen węgla koksowego w latach obliczona metodą logarytmicznych stóp zwrotu z przepływów pieniężnych lub cen akcji LCFR/LSPR Tabela Planowane zużycie mediów w ISChK w

9 Tabela Charakterystyka podstawowych parametrów dla wariantu bazowego oraz projektu budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacja CMC) w skojarzeniu z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Tabela Bilans surowców i materiałów oraz produktów dla wariantu bazowego oraz projektu budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacja CMC) w skojarzeniu z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Tabela Przyrostowa produkcja głównych produktów dla wariantu bazowego oraz projektu budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacja CMC) w skojarzeniu z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Tabela Bilans zużycia energii dla wariantu bazowego oraz projektu budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacja CMC) w skojarzeniu z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Koksowni Zdzieszowice Tabela Koszty i ceny jednostkowe dla surowców, materiałów, procesów i produktów wykorzystane do sporządzenia oceny efektywności ekonomicznej projektu budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacja CMC) w skojarzeniu z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Tabela Średni ważony koszt kapitału WACC do dyskontowania wolnych przepływów pieniężnych projektu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacja CMC) w skojarzeniu z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Tabela Wyniki oceny efektywności ekonomicznej projektu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacja CMC) w skojarzeniu z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach z wykorzystaniem rachunku dyskontowego metodą FCFF Tabela Założenia, obliczenia i wyniki wyceny wartości opcyjnej rozważanego projektu budowy ISChK w skojarzeniu z IWPW w koksowni Zdzieszowice Tabela Charakterystyka podstawowych parametrów dla wariantu bazowego oraz projektu budowy Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Tabela Bilans surowców, materiałów oraz produktów dla wariantu bazowego oraz projektu Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Koksowni Zdzieszowice Tabela Przyrostowa produkcja głównych produktów dla wariantu bazowego oraz projektu budowy Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Tabela Średni ważony koszt kapitału WACC do dyskontowania wolnych przepływów pieniężnych projektu inwestycyjnego Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach Tabela Wyniki oceny efektywności ekonomicznej projektu budowy Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w warunkach z wykorzystaniem rachunku dyskontowego metodą FCFF Tabela Założenia, obliczenia i wyniki wyceny wartości opcyjnej rozważanego projektu IWPW w skojarzeniu ISChK w koksowni Zdzieszowice Tabela Wyniki oceny efektywności ekonomicznej projektu IWPW (II generacja CMC) dla zespołu 2 baterii koksowniczych w warunkach Koksowni Zdzieszowice z wykorzystaniem rachunku dyskontowego metodą FCFF Tabela Założenia, obliczenia i wyniki wyceny wartości opcyjnej rozważanego projektu etapowej budowy IWPW w koksowni Zdzieszowice

10 Tabela Wyniki oceny efektywności ekonomicznej projektu budowy IWPW (II generacja CMC) w skojarzeniu z ISChK dla zespołu 2 baterii koksowniczych w warunkach Tabela Założenia, obliczenia i wyniki wyceny wartości opcyjnej rozważanego projektu budowy ISChK w skojarzeniu z IWPW w koksowni Zdzieszowice Spis rysunków Rys. 2.1 Koncepcja i schemat realizacyjny pracy Rys. 3.1 Ceny węgli typu 34 i 35 na rynku krajowym w latach Rys. 4.1 Produkcja oraz eksport koksu w Polsce w latach Rys. 5.1 Schemat pieca z ruchomą ścianą Rys. 5.2 Piec testowy CPM z ruchomą ścianą widok od strony maszynowej Rys. 5.3 Schemat ogólny podstawowych czynności wykonywanych podczas koksowania w piecu testowym CPM z ruchomą ścianą Rys. 5.4 Schemat suszarki wirowo-uderzeniowej Rys. 5.5 Schemat układu technologicznego instalacji doświadczalnej do podsuszania i podgrzewania wsadu w Rys. 5.6 Analiza wpływu technologii chłodzenia koksu na jego wytrzymałość M Rys. 5.7 Wyniki badań jakości koksu produkowanych w Hucie im. T. Sendzimira chłodzonych metodą mokrą (m) i suchą (s) na podstawie Rys. 5.8 Schemat działania suszarki bębnowej z pośrednią wymianą ciepła konstrukcji NSC Rys. 5.9 Przekrój suszarki bębnowej typu: a) para w rurze STD, b) węgiel w rurze CIT Rys Schemat konstrukcji suszarki bębnowej typu: a) STD, b) CIT Rys Schemat instalacji podsuszania mieszanki wsadowej złożony z dwóch obrotowych suszarek bębnowych II generacji CMC z wydmuchem wyparów do atmosfery Rys Schemat działania suszarki fluidalnej Rys Suszarka fluidalna konstrukcji Kawasaki Rys Schemat budowy wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW Rys Schemat instalacji podsuszania wsadu z suszarką wirowo-uderzeniową konstrukcji IChPW Rys Schemat działania suszarki konstrukcji Chińskiego Instytutu Badania Węgla Rys Schemat działania suszarki mikrofalowej DRYCOL Rys. 7.1 Tradycyjne techniki budżetowania kapitałów Rys. 7.2 Przykład drzewa decyzyjnego Rys. 7.3 Zakres wykorzystania opcji rzeczowych Rys. 7.4 Rodzaje opcji finansowych Rys. 7.5 Drzewo dwumianowe multiplikatywne Rys. 8.1 Schemat instalacji doświadczalnego koksowania Karbotest Rys. 8.2 Instalacja doświadczalnego koksowania Karbotest w Laboratorium Rys. 8.3 Struktura dostaw węgli koksowych do w latach Rys. 8.4 Kształtowanie się wytrzymałości poreakcyjnej koksu CSR wraz ze wzrostem udziału węgla typu 34 w mieszance Rys. 8.5 Zmiany reakcyjności koksu CRI wraz ze wzrostem udziału węgla typu 34 Rys. 8.6 Rys. 8.7 Rys. 8.8 w mieszance Kształtowanie się gęstości nasypowej w zależności od stanu mieszanki węglowej Wpływ podsuszania wsadu na wskaźnik uzysku koksu z tony wsadu dla obu grup badanych mieszanek węglowych Wpływy operacji podsuszania wsadu na uzysk koksu z 1 m3 komory koksowniczej dla obu grup badanych mieszanek węglowych

11 Rys. 8.9 Wpływ podsuszania wsadu na gęstość nasypową wsadu dla obu grup badanych mieszanek węglowych Rys Wpływ podsuszania wsadu na wskaźnik uzysku koksu z tony wsadu dla obu grup badanych mieszanek węglowych Rys Wpływy operacji podsuszania wsadu na wskaźnik uzysku koksu z 1 m 3 komory koksowniczej dla obu grup badanych mieszanek węglowych Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik M40 otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik I40 otrzymanego koksu wyniki dla obu grup badanych mieszanek Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik M10 otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik I10 otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik CRI otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik CSR otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wartość maksymalnego ciśnienia wywieranego na ściany komory dla obu grup badanych mieszanek Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wartość jednostkowego zużycia energii elektrycznej w procesie koksowania dla obu grup badanych mieszanek Rys Porównanie wskaźników CRI i CSR dla koksu uzyskiwanego w Karboteście oraz w bateriach koksowniczych typu PWR-63 w próby wykonane dla różnych mieszanek w latach Rys Przykłady wyników średnich parametrów jakościowych koksu uzyskiwanego w piecu badawczym z ruchomą ścianą oraz w warunkach przemysłowych dla wybranych koksowni Rys Schemat rozmieszczenia podstawowych obiektów technologicznych Rys Schemat zabudowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu w Koksowni Zdzieszowice Rys Plan z zaznaczonym miejscem zabudowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu Spis załączników Tabela Z. 1 Charakterystyka krajowych węgli gazowo-koksowych (typ 34) Tabela Z. 2 Charakterystyka krajowych węgli orto-koksowych (typ 35) Tabela Z. 3 Charakterystyka węgli orto-koksowych z Czech (typ 35) Tabela Z. 4 Charakterystyka węgli zamorskich stosowanych do produkcji koksu Tabela Z. 5 Charakterystyka komponentów węglowych mieszanek pierwszej grupy (węgle krajowe) oraz mieszanek z nich skomponowanych Tabela Z. 6 Charakterystyka komponentów węglowych mieszanek drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) oraz mieszanek z nich skomponowanych Tabela Z. 7 Skład ziarnowy komponentów węglowych mieszanek pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) oraz mieszanek z nich skomponowanych Tabela Z. 8 Skład ziarnowy komponentów węglowych mieszanek drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) oraz mieszanek z nich skomponowanych Tabela Z. 9 Podstawowe własności mieszanek węglowych pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) oraz parametry jakościowe otrzymanych koksów w instalacji Karbotest Tabela Z. 10 Podstawowe własności mieszanek węglowych drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) oraz parametry jakościowe otrzymanych koksów w instalacji Karbotest

12 Tabela Z. 11 Podstawowe parametry jakościowe koksów otrzymanych podczas prób komorowych z mieszanek węglowych pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) Tabela Z. 12 Podstawowe parametry jakościowe koksów otrzymanych podczas prób komorowych z mieszanek węglowych drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) Tabela Z. 13 Składy ziarnowe koksu otrzymanego podczas prób komorowych z mieszanek węglowych pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) Tabela Z. 14 Składy ziarnowe koksów otrzymanych podczas prób komorowych z mieszanek węglowych drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) Tabela Z. 15 Charakterystyka komponentów mieszanek pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) stosowanych w testach koksowania w CPM Tabela Z. 16 Charakterystyka komponentów mieszanek drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) stosowanych w testach koksowania w CPM Tabela Z. 17 Charakterystyka mieszanek węglowych pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) stosowanych w testach koksowania w CPM Tabela Z. 18 Charakterystyka mieszanek węglowych drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) stosowanych w testach koksowania w CPM Tabela Z. 19 Skład ziarnowy mieszanek węglowych pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) stosowanych w testach koksowania w CPM Tabela Z. 20 Skład ziarnowy mieszanek węglowych drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) stosowanych w testach koksowania w CPM Tabela Z. 21 Parametry procesu koksowania mieszanek węglowych pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) oraz charakterystyka otrzymanego koksu w instalacji CPM Tabela Z. 22 Parametry procesu koksowania mieszanek węglowych drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) i charakterystyka koksu otrzymanego w instalacji CPM Tabela Z. 23 Zużycie energii elektrycznej w piecu testowym CPM w procesie koksowania mieszanek węglowych pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) Tabela Z. 24 Zużycie energii elektrycznej w piecu testowym CPM w procesie koksowania mieszanek węglowych drugiej grupy (węgle krajowe i zagraniczne) Tabela Z. 25 Planowane nakłady inwestycyjne na budowę Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Koksowni Zdzieszowice Tabela Z. 26 Plan amortyzacji Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Tabela Z. 27 Obsługa zadłużenia dla kredytu na budowę Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Koksowni Zdzieszowice Tabela Z. 28 Plan remontów Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Tabela Z. 29 Rachunek zysków i strat dla scenariusza skrajnie pesymistycznego realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Tabela Z. 30 Rachunek zysków i strat dla scenariusza pesymistycznego realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Tabela Z. 31 Rachunek zysków i strat dla scenariusza realistycznego realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Tabela Z. 32 Rachunek zysków i strat dla scenariusza optymistycznego realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w

13 Tabela Z. 33 Kalkulacja NPV dla scenariusza skrajnie pesymistycznego realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Tabela Z. 34 Kalkulacja NPV dla scenariusza pesymistycznego realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Tabela Z. 35 Kalkulacja NPV dla scenariusza realistycznego realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Tabela Z. 36 Kalkulacja NPV dla scenariusza optymistycznego realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC w Tabela Z. 37 Planowane nakłady inwestycyjne na budowę Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w Tabela Z. 38 Plan amortyzacji Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w Koksowni Zdzieszowice Tabela Z. 39 Obsługa zadłużenia dla kredytu na budowę Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w Tabela Z. 40 Plan remontów Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w Koksowni Zdzieszowice Tabela Z. 41 Rachunek zysków i strat realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW w Tabela Z. 42 Kalkulacja NPV inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną wielostrumieniową suszarką wirową konstrukcji IChPW w Tabela Z. 43 Planowane nakłady inwestycyjne na budowę Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w skojarzeniu technologicznym z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w Tabela Z. 44 Plan amortyzacji Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w Tabela Z. 45 Obsługa zadłużenia dla kredytu na budowę Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w Tabela Z. 46 Plan remontów Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w Tabela Z. 47 Rachunek zysków i strat realizacji inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w Tabela Z. 48 Kalkulacja NPV dla inwestycji Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w Koksowni Zdzieszowice Tabela Z. 49 Drzewo dwumianowe zmian wartości PV aktywa bazowego (IWPW) dla wyceny opcyjnej wartości projektu budowy w skojarzeniu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w Tabela Z. 50 Drzewo dwumianowe zmian wartości PV po wykonaniu opcji dla wyceny opcyjnej wartości projektu budowy w skojarzeniu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w

14 Tabela Z. 51 Drzewo dwumianowe wartości opcyjnej ROV projektu budowy w skojarzeniu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu w Tabela Z. 52 Rachunek zysków i strat dla inwestycji budowy Instalacji Suchego Chłodzenia dla 4 baterii koksowniczych typu PWR-63 w Koksowni Zdzieszowice Tabela Z. 53 Kalkulacja NPV dla inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC dla zespołu 2 baterii koksowniczych typu PWR-63 w Tabela Z. 54 Drzewo dwumianowe zmian wartości PV aktywa bazowego (ISChk) dla wyceny opcyjnej wartości projektu budowy w skojarzeniu Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu i Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w Tabela Z. 55 Drzewo dwumianowe zmian wartości PV po wykonaniu opcji dla wyceny opcyjnej wartości projektu budowy w skojarzeniu Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu i Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w Tabela Z. 56 Drzewo dwumianowe wartości opcyjnej ROV projektu budowy w skojarzeniu Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu i Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w Tabela Z. 57 Rachunek zysków i strat dla inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC dla zespołu 2 baterii koksowniczych typu PWR-63 w Tabela Z. 58 Kalkulacja NPV dla inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu z zabudowaną suszarką II generacji CMC dla zespołu 2 baterii koksowniczych typu PWR-63 w Tabela Z. 59 Drzewo dwumianowe zmian wartości PV aktywa bazowego (IWPW) dla wyceny opcyjnej wartości projektu etapowej budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w Tabela Z. 60 Drzewo dwumianowe zmian wartości PV po wykonaniu opcji dla wyceny opcyjnej wartości projektu etapowej budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w Tabela Z. 61 Drzewo dwumianowe wartości opcyjnej ROV projektu etapowej budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w Koksowni Zdzieszowice Tabela Z. 62 Rachunek zysków i strat dla inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (suszarka II generacji CMC) wraz z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu dla zespołu 2 baterii koksowniczych typu PWR-63 w Tabela Z. 63 Kalkulacja NPV dla inwestycji budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (suszarka II generacji CMC) wraz z Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu dla zespołu 2 baterii koksowniczych typu PWR-63 w Koksowni Zdzieszowice Tabela Z. 64 Drzewo dwumianowe zmian wartości PV aktywa bazowego (IWPW) dla wyceny opcyjnej wartości projektu etapowej budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w skojarzeniu w Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w Tabela Z. 65 Drzewo dwumianowe zmian wartości PV po wykonaniu opcji dla wyceny opcyjnej wartości projektu etapowej budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w skojarzeniu w Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w Tabela Z. 66 Drzewo dwumianowe wartości opcyjnej ROV projektu etapowej budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (II generacji CMC) w skojarzeniu w Instalacją Suchego Chłodzenia Koksu w

15 Wykaz głównych oznaczeń i symboli Oznaczenia parametrów technicznych: a wskaźnik kontrakcji, % A d popiół w stanie suchym, % b wskaźnik dylatacji, % b i, b j, b ijn współczynniki wielomianu, - Cl chlor, % CRI reakcyjność koksu względem ditlenku węgla CSR wytrzymałość poreakcyjna koksu D10 mieszanka z węgli krajowych o zawartość węglu typu 34 10% D20 mieszanka z węgli krajowych o zawartość węglu typu 34 20% D30 mieszanka z węgli krajowych o zawartość węglu typu 34 30% I 10 ścieralność koksu oznaczona próbą Irsid I 40 wytrzymałość mechaniczna koksu oznaczona próbą Irsid M 10 ścieralność koksu oznaczona próbą Micum M10 mieszanka z węgli krajowych i zagranicznych o zawartość węglu typu 34 10% M20 mieszanka z węgli krajowych i zagranicznych o zawartość węglu typu 34 20% M30 mieszanka z węgli krajowych i zagranicznych o zawartość węglu typu 34 30% M 40 wytrzymałość mechaniczna koksu oznaczona próbą Micum P d fosfor, % ex) gęstość nasypowa węgla przeliczona na stan powietrzno-suchy, kg/m 3 RI zdolność spiekania metodą Rogi, - r(cri) r(csr) współczynnik przeliczeniowy do obliczania prognozowanej wartości CRI na podstawie prób w instalacji doświadczalnej Karbotest współczynnik przeliczeniowy do obliczania prognozowanej wartości CSR na podstawie prób w instalacji doświadczalnej Karbotest SI wskaźnik wolnego wydymania, - d S t siarka całkowita w stanie suchym, % t I temperatura mięknienia, o C t III temperatura dylatacji, o C V daf części lotne w stanie suchym i bezpopiołowym, % W a wilgoć w stanie analitycznym, % r W t wilgoć całkowita w stanie roboczym, % x 1 ułamek wagowy frakcji 5 12 mm w mieszance, - x 2 ułamek wagowy frakcji 3 5 mm w mieszance, - x 3 ułamek wagowy frakcji 1 3 mm w mieszance, - x 4 ułamek wagowy frakcji 0,5 1 mm w mieszance, - x 5 ułamek wagowy frakcji poniżej 0,5 mm w mieszance, - Oznaczenia parametrów ekonomicznych: Am amortyzacja, jednostki pieniężne ARR księgowa stopa zwrotu, lata CE równoważnik pewności, jednostki pieniężne CF wartość strumienia pieniężnego w roku t, jednostki pieniężne d wskaźnik spadku wartości aktywa bazowego, z prawdopodobieństwem obiektywnym spadku wartości (1-q), - D 1 węzeł decyzyjny DI zdyskontowane nakłady inwestycyjne, jednostki pieniężne DPB zdyskontowany okres zwrotu, lata EBIT zysk operacyjny, jednostki pieniężne EBITDA zysk przedsiębiorstwa przed potrąceniem odsetek od zaciągniętych kredytów, podatków oraz amortyzacji, jednostki pieniężne FCFE wolne przepływy pieniężne dla właścicieli kapitału własnego, jednostki pieniężne wolne przepływy pieniężne dla właścicieli kapitału własnego i wierzycieli, jednostki FCFF pieniężne g neutralne względem ryzyka prawdopodobieństwo spadku, - 15

16 G 1 węzeł losowy I wartość początkowego nakładu inwestycyjnego, jednostki pieniężne IRR wewnętrzna stopa zwrotu, % k stopa dyskontowa, % k i koszt kapitału z i-tego źródła, % l min minimalny okres, dla którego suma strumieni pieniężnych jest nieujemna, lata N liczba rozpatrywanych okresów, - N r liczba obserwacji zmian cen instrumentów bazowych w roku, - N(d 1 ), wartość dystrybuanty standaryzowanego rozkładu normalnego dla zmiennych N(d 2 ) d 1 i d 2, - NOPAT Średni roczny poziom zysku operacyjnego po opodatkowaniu możliwy do osiągnięcia z danej inwestycji, jednostki pieniężne NPV wartość zaktualizowana netto, jednostki pieniężne NPV CE wartość zaktualizowana netto z uwzględnieniem równoważnika pewności, jednostki pieniężne NPVR wskaźnik wartości zaktualizowanej netto, - NPV RADR wartość zaktualizowana netto ze stopą dyskontową uwzględniającą ryzyko, jednostki pieniężne OP efektywność opcyjna projektu (wartość strategiczna projektu), jednostki pieniężne p neutralne względem ryzyka prawdopodobieństwo wzrostu, - PB okres zwrotu, lata p i prawdopodobieństwo zdarzenia i p s wartość instrumentu bazowego w okresie s, jednostki pieniężne wartość instrumentu bazowego w okresie poprzedzającym s-1, jednostki pieniężne p s-1 PV zaktualizowana wartość przepływów pieniężnych z projektu, jednostki pieniężne r stopa procentowa wolna od ryzyka, % r s logarytmiczna stopa zwrotu z aktywa bazowego w okresie s, - r sr średnia logarytmiczna stopa zwrotu z aktywa bazowego, - s wskaźnik okresu, - RADR stopa dyskonta uwzględniająca ryzyko, % ROI stopa zwrotu z zaangażowanego kapitału, % ROV e wartości opcji (elastyczności) projektu, premia opcyjna, jednostki pieniężne t rok realizacji rozważanej inwestycji T ilość zmian wartości aktywa bazowego w ciągu okresu analizy, - T A stopa podatkowa, % t a okres analizy, jednostka czasu: lata, miesiące, tygodnie t o czas pozostały do wygaśnięcia opcji rzeczowej, jednostka czasu, zazwyczaj lata u wskaźnik wzrostu wartości aktywa bazowego, z prawdopodobieństwem obiektywnym wzrostu wartości q, - V d wartość aktywa bazowego w następnym okresie w przypadku spadku wartości, z prawdopodobieństwem neutralnym względem ryzyka (1 p), jednostki pieniężne V u wartość aktywa bazowego w następnym okresie w przypadku wzrostu wartości, z prawdopodobieństwem neutralnym względem ryzyka p, jednostki pieniężne WACC średni ważony koszt kapitału, % w i udział kapitału z i źródła, - ZN zysk netto, jednostki pieniężne σ zmienność wartości projektu, % D przyrost zadłużenia netto, jednostki pieniężne KO zmiana kapitału obrotowego netto, jednostki pieniężne t przedział czasowy analizy, jednostka czasu, najczęściej rok 16

17 1 Wprowadzenie Polska jest największym producentem koksu w Unii Europejskiej, a w skali świata zajmuje dziewiąte miejsce. W 2014 roku wyprodukowano w kraju 9,1 mln Mg koksu, z czego ca 64% zostało wyeksportowane. Utrzymujący się na stabilnym poziomie udział eksportu (ca 63-66% wolumenu produkcji) w poprzednich latach sprawiał, że do 2013 roku Polska była największym eksporterem tego produktu na świecie. W roku 2014 pierwsze miejsce w obrocie międzynarodowym uzyskały Chiny. Krajowe koksownictwo jest równocześnie konsumentem około 12 mln Mg węgla koksowego wydobywanego w kraju (typu 34 i 35), co stanowi około 17% całości produkowanego węgla kamiennego [Ministerstwo Gospodarki 2015]. Jednocześnie koksownie zapewniają zatrudnienie dla około 8-9 tys. pracowników bezpośrednio w nich zatrudnionych oraz generują podobną ilość miejsc pracy w najbliższym otoczeniu, czyli w przedsiębiorstwach świadczących usługi na rzecz koksowni np. w zakresie utrzymania ruchu, transportu surowców i produktów. Konsumpcja krajowego węgla koksowego zapewnia funkcjonowanie zakładów górniczych, wydobywających ten surowiec, zwłaszcza że charakteryzuje się on wyższą ceną w porównaniu do węgla energetycznego. Brak koksowni oznaczałby istotne ograniczenie wydobycia. Powyższe czynniki sprawiają, że polskie koksownictwo jest liczącą się i ważną gałęzią krajowej gospodarki. Mocną stroną polskiego przemysłu koksowniczego jest relatywnie nowy i nowoczesny potencjał wytwórczy najmłodszy w Unii Europejskiej oraz jeden z najmłodszych na świecie. Średni ważony wiek eksploatowanych w Polsce baterii koksowniczych wynosi 14 lat wobec średniej światowej wynoszącej około 24 lata [Będkowski W., Jarno M. 2014] [Wenecki T. 2015]. Inwestycje poczynione przez krajowe koksownie na początku XXI wieku, poza odtworzeniem lub budową nowych baterii koksowniczych, objęły także instalacje do oczyszczania gazu koksowniczego i odzysku produktów węglopochodnych oraz układy oczyszczania ścieków przemysłowych. Kolejną mocną stroną krajowego koksownictwa jest bliskość złóż dobrej jakości węgla koksowego, co umożliwia korzystanie z renty geograficznej. Niestety w ostatnich latach obserwuje się niewystarczającą podaż droższego węgla o najlepszych własnościach koksotwórczych typu 35 i nadpodaż tańszego węgla typu 34. Brakująca część bazy surowcowej musi być zatem importowana, co poza wyższymi kosztami wiąże się także z niedogodnościami logistycznymi. W głównej mierze import węgla o najlepszych własnościach koksotwórczych dotyczy, pozostającej poza grupą węglowo-koksową istniejącą w ramach Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A. Utrzymująca się różnica w cenach pomiędzy węglem ortokoksowym oraz semikoksowym jest w koksownictwie zasadniczym czynnikiem ekonomicznym uzasadniającym poszukiwanie i wdrażanie technologii pozwalających na zwiększanie udziału tego drugiego, tańszego węgla, co ostatecznie przyczynia się do przyrostu wartości dodanej w procesie konwersji wsadu skomponowanego z tego węgla do koksu. Wysoki udział eksportu krajowego koksu na coraz trudniejsze rynki wymaga od jego producentów spełnienia oczekiwań jakościowych odbiorców. Utrzymująca się w ostatnich latach dekoniunktura w przemyśle stalowniczym, skutkująca spadkiem jego rentowności, w połączeniu z obserwowanym w ostatnich latach wzrostem oczekiwań jakościowych odbiorców koksu stanowi wyzwanie dla jego producentów. W połączeniu z zaostrzającymi się wymaganiami prawnymi, w szczególności w zakresie ochrony środowiska oraz bezpieczeństwa pracy, wymusza na koksowniach dużą aktywność w obszarze techniczno-technologicznym, stanowiącą dla nich szansę na osiągnięcie i utrzymanie trwałej przewagi konkurencyjnej na rynku globalnym. 17

18 Choć polskie koksownictwo posiada solidne podstawy do dalszego funkcjonowania, to jednak aby pozostać liczącym się w świecie producentem, nieustanie musi prowadzić poszukiwania optymalnej ścieżki rozwoju technicznotechnologicznego zorientowane na zapewnienie wymaganej jakości koksu przy konkurencyjnych cenach. Temu działaniu w szczególny sposób może sprzyjać maksymalne wykorzystanie krajowych zasobów, a zwłaszcza większe zastosowanie w mieszankach dostępnych i tańszych węgli typu 34, ale jednocześnie o gorszych własnościach koksotwórczych. Realizacja powyższego celu wymaga prowadzenia prac w zakresie czynników warunkujących jakość koksu, takich jak: jakość surowca węglowego, preparacja mieszanki węglowej, warunki przebiegu procesu pirolizy, obróbka pozapiecowa koksu [Karcz A., Strugała A. 2008]. Znaczącym narzędziem poprawy jakości koksu, w relacji do własności koksotwórczych mieszanki węglowej, są operacje technologiczne w zakresie jej preparacji. Obejmują one: optymalizację składu mieszanki, poprawę homogenizacji mieszanki jak i jej składników, intensyfikację zagęszczenia wsadu w komorze poprzez optymalizację operacji jej przemiału, dodatek oleju, częściowe brykietowanie lub granulowanie a także ubijanie oraz wstępną obróbkę termiczną mieszanki wsadowej przed jej załadunkiem do komory koksowniczej [Czaplicki A. 2007], [Karcz A., Strugała A. 2008], [Czaplicki A. i in. 2012]. W koksowniach krajowych dwa pierwsze działania są dość powszechnie stosowane. Natomiast dwa kolejne, tj. intensyfikacja zagęszczenia wsadu w komorze oraz termiczna preparacja mieszanki węglowej nie są stosowane. Spośród wszystkich operacji technologicznych związanych z preparacją mieszanki węglowej do procesu koksowania na szczególną uwagę zasługuje termiczna preparacja wsadu w jej łagodniejszym wariancie, czyli podsuszanie wsadu. Technologia ta jako jedyna (poza innymi efektami) pozwala na: obniżenie kosztów mieszanki węglowej bez pogorszenia jakości produkowanego koksu (lub poprawę jego jakości przy niezmienionej mieszance), wzrost zdolności produkcyjnej baterii koksowniczej oraz poprawę ogólnej sprawności energetycznej procesu produkcji koksu. Biorąc pod uwagę korzyści związane z technologią wstępnego podsuszania wsadu upatruje się ją jako szczególnie interesującą w obecnych warunkach rynkowych, zwłaszcza w koksownictwie polskim, ponieważ jej zastosowanie może prowadzić do pełniejszego wykorzystania krajowej bazy surowcowej do produkcji koksu, przez zwiększenie wykorzystania dostępnych na rynku i tańszych węgli semikoksowych typu 34. Powiązane jest to także z wyeliminowaniem jednej z zasadniczych słabości krajowego potencjału wytwórczego, jakim jest niska gęstość nasypowa w komorach baterii zasypowego systemu napełniania, także w Koksowni Zdzieszowice. Termiczna preparacja wsadu węglowego polega na jego podsuszeniu lub podsuszeniu i podgrzaniu do temperatury niższej od temperatury początku jego uplastycznienia. Proces wytwarzania koksu wykorzystujący taką operację obejmuje dwa etapy. W etapie pierwszym, przed podaniem wsadu węglowego do komory, następuje jego termiczna obróbka w specjalnie przeznaczonym do tego celu urządzeniu. W drugim etapie, tj. po wprowadzeniu mieszanki wsadowej do komory, przebiega właściwy proces koksowania [Frankl Z., Salcewicz. J., 1961]. W praktyce przemysłowej próby wdrożenia radykalnego wariantu termicznej preparacji wsadu, czyli jego podsuszania i podgrzewania nie przyniosły satysfakcjonujących efektów ze względu na niekorzystne i intensywnie występujące zjawiska, takie jak: nadmierne ciśnienie koksowania, wzmożone unoszenie pyłu węglowego w czasie transportu i napełniania komór oraz odkładanie depozytu grafitowego w komorach. W przypadku wstępnego podsuszania wsadu (wariant łagodny), zjawiska te występują w znacznie 18

19 mniejszym i dopuszczalnym w warunkach przemysłowych stopniu, a równocześnie uzyskiwane są znaczące korzyści. Podsuszanie wsadu jest obecnie stosowane w krajach Dalekiego Wschodu, takich jak Japonia, Korea Południowa czy Chiny. Głównym celem stosowania tej technologii we wspomnianym obszarze geograficznym jest stabilizacja wilgotności wsadu. W Europie wstępne podsuszanie wsadu jest technologią mniej znaną i dotychczas niestosowaną. Operacja wstępnego podsuszania wsadu może być postrzegana jako technologia dobrze odpowiadająca na wyzwania rynkowe oraz pozwalająca na optymalne wykorzystanie szans wynikających ze specyficznych uwarunkowań działania koksowni w Polsce. Podjęcie decyzji inwestycyjnej w zakresie podsuszania wsadu w Koksowni Zdzieszowice wymaga w pierwszym rzędzie szczegółowej analizy technologicznej. Niezbędne jest uzyskanie wiarygodnych danych o możliwości i efektach zastosowania tej technologii dla istniejących rozwiązań techniczno-technologicznych koksowni, tj. głównie baterii koksowniczych zasypowego systemu napełniania komór typu PWR-63. Wartość aplikacyjna takiej analizy może mieć szerokie zastosowanie, ponieważ te baterie są w polskim koksownictwie dominującymi konstrukcjami, zwłaszcza w części majątku produkcyjnego odtworzonego lub zbudowanego w XXI wieku. Konieczne jest zatem uzyskanie obiektywnych danych dotyczących możliwego zwiększenia udziału węgla typu 34 w mieszance bez pogarszania jakości koksu, zidentyfikowanie wpływu podsuszania wsadu na uzysk i jakość produktów, wydajność i sprawność procesu oraz bezpieczeństwo eksploatacji baterii koksowniczych (ciśnienie koksowania). Potrzebne jest również poznanie zakresu niezbędnych adaptacji i rozbudowy istniejących układów technologicznych. Uzyskanie powyższej wiedzy nie jest możliwe wyłącznie na podstawie informacji o dotychczasowych doświadczeniach przemysłowych oraz danych literaturowych i ofertach dostawców technologii. Informacje te nie uwzględniają specyfiki bazy surowcowej oraz infrastruktury produkcyjnej stosowanej w krajowym koksownictwie. Dopiero przeprowadzenie kompleksowej analizy technologicznej uwzględniającej te czynniki może dostarczyć niezbędnych informacji do zdefiniowania projektu inwestycyjnego. Jej wyniki umożliwią także określenie niezbędnych nakładów inwestycyjnych jak też efektów środowiskowych całego przedsięwzięcia. W tym celu przeprowadzono badania dla dwóch grup mieszanek. Pierwsza z nich była komponowana wyłącznie z węgli polskich, natomiast druga z węgli polskich i zagranicznych, które stanowią najbardziej prawdopodobną bazę węglową dla na następne lata. Wyniki przeprowadzonych badań oraz analizy technologicznej stały się podstawą do sprecyzowania ram projektu inwestycyjnego oraz założeń procesowo-technologicznych dla zastosowania operacji podsuszania wsadu w warunkach. Analiza ekonomiczna inwestycji przeprowadzona na ich podstawie jest ostatecznym elementem niezbędnym do podjęcia decyzji o jej realizacji. W zakresie analiz ekonomicznych zastosowano dwie metody oceny projektu inwestycyjnego: klasyczną oraz opcje rzeczowe. W pierwszym etapie przeprowadzono ocenę efektywności ekonomicznej dla podstawowego projektu inwestycyjnego zakładającego wdrożenie technologii podsuszania wsadu z wykorzystaniem suszarki II generacji CMC dla 4 baterii koksowniczych zasypowego systemu napełniania komór typu PWR-63 przy wykorzystaniu tradycyjnych technik oceny projektów inwestycyjnych, opartych o rachunek dyskontowy. W celu uwzględniania ryzyka zastosowano analizę scenariuszową, ze względu na zakres możliwego wzrostu udziału węgla typu 34 w mieszance oraz analizę wrażliwości dla kluczowych parametrów. Zakres możliwego wzrostu udziału węgla typu 34 w mieszance jest krytycznym 19

20 parametrem, decydującym o efektywności ekonomicznej rozważanej inwestycji. Zastosowanie powyższych technik oceny jest powszechnie stosowanym kanonem, zrozumiałym dla interesariuszy projektu. W drugim etapie dokonano oceny zasadności ekonomicznej prowadzenia badań przemysłowych nad procesem podsuszania wsadu z zastosowaniem wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW przy wykorzystaniu modelu drzewa decyzyjnego i w oparciu o rachunek dyskontowy. W trzecim etapie sformułowano opcje rzeczowe związane z wdrożeniem Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu. Ze względu na rozważaną w inwestycję w Instalację Suchego Chłodzenia Koksu zidentyfikowane opcje dotyczyły wdrożenia Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu. Takie właśnie skojarzone dopełnienie systemu produkcyjnego klasycznej koksowni jest oceniane, jako optymalna ścieżka rozwoju technologicznego. Przy wykorzystaniu rachunku opcji rzeczowych przeanalizowano optymalną kolejność wdrażania tych technologii. Ponadto dla projektu Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu oraz dla projektu skojarzonych technologicznie Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu i Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu przeanalizowano opcje związane z możliwością rozszerzenia ich implementacji z 2 do 4 baterii koksowniczych. Pozwoliło to na wyznaczenie wartości strategicznej i premii opcyjnej dla opcji związanych z rozważanym projektem inwestycyjnym. Reasumując, należy podkreślić, ze zasadniczym celem rozprawy było zbadanie i ocena zasadności technologicznej, a w następstwie również i ekonomicznej wdrożenia operacji podsuszania wsadu w warunkach krajowego koksownictwa oraz przy maksymalizacji wykorzystania krajowych zasobów węgli koksowych na przykładzie, której podstawowa infrastruktura produkcyjna (baterie koksownicze typu PWR-63) jest reprezentatywna dla polskiego koksownictwa. 20

21 2 Cel i zakres pracy Niekorzystna struktura krajowej bazy węglowej może stanowić istotny problemem dla dalszego funkcjonowania przemysłu koksowniczego w Polsce. Może zostać on rozwiązany poprzez wdrożenie rozwiązań technologicznych umożliwiających zwiększenie udziału w mieszankach węgla typu 34, w szczególności w zakresie przygotowania wsadu do koksowania a konkretnie jego wstępnego podsuszania. Prezentowane w literaturze wyniki dotychczasowych doświadczeń światowych a także nieliczne próby krajowe wskazują jednoznacznie, że zastosowanie wstępnego podsuszania wsadu korzystnie wpływa na jakość produkowanego koksu. Brak jest natomiast wystarczającej wiedzy, w jakim stopniu w warunkach krajowej koksowni (Zdzieszowice) dla istniejącego już potencjału produkcyjnego (typ baterii koksowniczych) wdrożenie tej operacji może wpłynąć na możliwość zmiany receptur mieszanek wsadowych i jaki będzie efekt ekonomiczny takiego przedsięwzięcia przy aktualnym poziomie cen, kosztów i innych uwarunkowaniach rynkowych. Mając na uwadze powyższe przesłanki autor sformułował następującą tezę: Wdrożenie operacji wstępnego podsuszania wsadu umożliwia zwiększenie udziału w mieszankach węgla typu 34 bez pogorszenia jakości produkowanego koksu i bez stworzenia zagrożenia dla eksploatacji baterii koksowniczych a efekt ekonomiczny takiego przedsięwzięcia inwestycyjnego w warunkach jest pozytywny. Dla tak sformułowanej tezy pracy autor jako cel pracy przyjął technologiczną i ekonomiczną ocenę zastosowania operacji podsuszania wsadu w warunkach Koksowni Zdzieszowice. Dla oceny technologicznej zastosowania operacji podsuszania wsadu zrealizowano następujące zadania szczegółowe: 1. Krytyczna analiza wyników dotychczasowych badań oraz doświadczeń eksploatacyjnych z operacją podsuszania wsadu. 2. Ocena możliwości techniczno-technologicznych wkomponowania Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu w istniejący system produkcji koksu wykorzystujący baterie koksownicze zasypowego systemu napełniania komór typu PWR-63 w warunkach. 3. Wstępne wyselekcjonowanie składników i mieszanek węglowych do badań nad wpływem podsuszania na jakość koksu i przebieg procesu koksowania na podstawie analizy charakterystyki bazy surowcowej dla koksownictwa oraz jej dostępności w średnim horyzoncie czasowym. 4. Przeprowadzenie kompleksowych badań nad wpływem operacji podsuszania wsadu na przebieg i produkty procesu koksowania z wykorzystaniem instalacji doświadczalnej Karbotest, pieca testowego 400 kg z ruchomą ścianą w Centre de Pyrolyse de Marienau (CPM, Francja) oraz prób komorowych w Koksowni Zdzieszowice. 5. Zdefiniowanie koncepcji instalacji technologicznej podsuszania wsadu dla warunków techniczno-technologicznych i rynkowych z wykorzystaniem wiedzy o oferowanych technologiach podsuszania wsadu. Główne zadanie, czyli kompleksowe badania nad wpływem operacji podsuszania wsadu na uzysk i jakość produktów oraz przebieg procesu koksowania zrealizowano przy wykorzystaniu opracowanej metodyki oceny, która obejmowała: 21

22 Etap 1: Charakterystyka obecnej i przewidywanej bazy węglowej dla produkcji koksu w. Etap 2: Wybór komponentów i ustalenie receptur mieszanek węglowych do dalszych badań nad procesem ich wstępnego podsuszania. Etap 3: Weryfikacja wybranych receptur mieszanek oraz ocena wpływu ich podsuszania na przebieg i jakość produktów koksowania z wykorzystaniem instalacji doświadczalnej Karbotest. Etap 4: Przeprowadzenie na bateriach systemu zasypowego w komorowych prób koksowania mieszanek wilgotnych (9%) o składzie i udziale węgli typu 34 zgodnymi z wynikami weryfikacji w Karboteście. Etap 5: Przeprowadzenie prób koksowania mieszanek wilgotnych i podsuszonych w Centrum Pirolizy Marienau we Francji (Centre de Pyrolyse de Marienau, CPM). Badaniami objęto dwie grupy mieszanek węglowych: I grupę złożoną wyłącznie z węgli polskich oraz II grupę złożoną z węgli polskich oraz zagranicznych. Taki zakres badań pozwolił na pozyskanie unikalnej wiedzy o użyteczności krajowej bazy węglowej do wdrażania technologii podsuszania wsadu w koksownictwie w odniesieniu do rynkowej bazy surowcowej. Realizacja kolejnych zadań oceny technologicznej doprowadziła do zdefiniowania koncepcji instalacji technologicznej podsuszania wsadu dla warunków techniczno-technologicznych i rynkowych. Dla tejże koncepcji określono założenia procesowo-technologiczne funkcjonowania węzła podsuszania wsadu z wykorzystaniem suszarki pośredniej wymiany ciepła II generacji CMC [Czaplicki A. 2007]. Decyzja o wyborze powyższego urządzania do podsuszania wynikała z porównania ofert i dostępnych danych o aspektach eksploatacyjnych różnych urządzeń stosowanych na świecie oraz uwarunkowań technologicznych i lokalizacyjnych właściwych dla. Ocena ekonomiczna zastosowania operacji podsuszania wsadu została wykonana poprzez realizację następujących zadań: 1. Opracowanie modelu ekonomiczno-finansowego przedsięwzięcia wdrożenia operacji podsuszania wsadu w. 2. Ocena efektywności ekonomicznej wstępnego podsuszania wsadu w warunkach oraz związanych z nim opcji z wykorzystaniem metod dyskontowych oraz opcji rzeczowych. Na podstawie wyników oceny technologicznej przyjęto, że operacja wstępnego podsuszania wsadu pozwoli na zwiększenie udziału węgli typu 34 z 10 do 20% w mieszance wsadowej (scenariusz realistyczny). Uzyskane wyniki oceny technologicznej wskazywały na występowanie dodatkowego potencjału w tym zakresie, którego pełna weryfikacja jest możliwa podczas badań w skali przemysłowej. Z tego względu dokonano oceny zasadności ekonomicznej prowadzenia takich badań. Analizę efektywności ekonomicznej wstępnego podsuszania wsadu rozszerzono ponadto o ocenę korzyści wynikających z opcji rzeczowych związanych z tym projektem, w szczególności z opcją na technologiczne skojarzenie z suchym chłodzeniem koksu. Zastosowanie rachunku opcji rzeczowych dostarcza pełnego obrazu korzyści związanych z wstępnym podsuszaniem wsadu. W związku z powyższym, ocenę efektywności ekonomicznej przeprowadzono w trzech etapach: Etap 1: Ocena zasadności ekonomicznej realizacji projektu inwestycyjnego budowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu dla 4 baterii koksowniczych zasypowego systemu napełniania komór typu PWR-63, zgrupowanych w 2 zespołach po dwie w każdym. Projekt ten oceniono tradycyjnymi metodami dyskontowymi oraz zastosowano analizę scenariuszową i wrażliwości. 22

23 Etap 2: Ocena zasadności ekonomicznej prowadzenia dalszych badań w skali przemysłowej nad procesem podsuszania wsadu w. W ramach tego etapu wyznaczono wartość oczekiwaną projektu inwestycyjnego budowy wstępnego podsuszania wsadu poprzedzonego prowadzeniem badań przemysłowych nad możliwością zastosowania w pełnej skali wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW. Etap 3: Analiza opcji rzeczowych związanych z realizacją inwestycji wstępnego podsuszania wsadu. W ramach tego etapu zidentyfikowano i rozważono cztery opcje związane z projektem Wstępnego Podsuszania Wsadu w Koksowni Zdzieszowice a następnie metodą opcji rzeczowych określono ich wartość strategiczną i premię opcyjną, przy wykorzystaniu modelu multiplikatywnego drzewa dwumianowego w podejściu Coxa-Rossa-Rubinsteina (CRR). Szeroka, wieloaspektowa oraz etapowa analiza efektywności ekonomicznej projektu wstępnego podsuszania wsadu w warunkach pozwoliła zidentyfikować efekty ekonomiczne wdrożenia tej operacji. Rozpoznanie i kwantyfikacja opcji rzeczowych związanych z rozważanym projektem stanowi nowość w ocenie efektywności projektów w koksownictwie, która rozszerza wiedzę o potencjalnych efektach projektu, niemożliwych dotąd do uwzględnienia przy ocenie technikami klasycznymi. Rozprawa jest pierwszą pracą badawczą nad podsuszaniem wsadu wykonaną dla stosowanych w kraju mieszanek węglowych ukierunkowaną na ocenę wpływu tej operacji na uzysk i jakość produktów koksowania, przebieg i wydajność procesu oraz zużycie energii w oparciu o wyniki badań w skali półtechnicznej. Równocześnie pierwszy raz badania nad wpływem podsuszania wsadu zostały ukierunkowane na kompleksową ocenę możliwości rozszerzenia bazy surowcowej do procesu wytwarzania koksu poprzez substytucję węgli ortokoksowych (typu 35) przez węgle semikoksowe (typu 34) przy zachowaniu niezmienionej jakości koksu. Praca wypełnia lukę w dotychczasowych badaniach dotyczących produkcji koksu z podsuszanego wsadu węglowego. Analiza ekonomiczna została rozszerzona o wykorzystanie metody opcji rzeczowych, w celu wyznaczenia wartości strategicznej i premii opcyjnej dla opcji związanych z rozważanym projektem inwestycyjnym. Ze względu na rozważanie zastosowania wstępnego podsuszania wsadu dla układu technologicznego baterii koksowniczych typu PWR-63, otrzymane wyniki posiadają szeroki aspekt poznawczy i aplikacyjny, w szczególności dla koksownictwa polskiego. Koncepcja pracy, umożliwiająca realizację postawionych zadań jest schematycznie przedstawiona na rysunku

24 OCENA TECHNOLOGICZNA OPERACJI PODSUSZNIA WSADU KONCEPCJA UKŁADU TECHNOLOGICZNEGO PODSUSZANIA WSADU DOBÓR RECEPTUR MIESZANEK: - ANALIZA BAZY SUROWCOWEJ, - PRÓBY W KARBOTEŚCIE, - PRÓBY W CPM, - PRÓBY KOMOROWE BEZPIECZEŃSTWO EKSPLOATACJI BATERII: - ANALIZA BAZY SUROWCOWEJ, - PRÓBY W CPM WYDAJNOŚĆ PROCESU I JAKOŚĆ PRODUKTÓW: - PRÓBY W KARBOTEŚCIE, - PRÓBY W CPM, - PRÓBY KOMOROWE ZUŻYCIE ENERGII: - PRÓBY W CPM KOSZTY EKSPLOATACYJNE NAKŁADY INWESTYCYJNE EFEKTYWNOŚĆ EKONOMICZNA OCENA TECHNIKAMI KLASYCZNYMI DRZEWO DECYZYJNE OPCJE RZECZOWE Rys. 2.1 Koncepcja i schemat realizacyjny pracy. 24

25 Część literaturowa 3 Baza węglowa do produkcji koksu Produkcja koksu wymaga wykorzystania mieszanek węgli o odpowiednich a jednocześnie zróżnicowanych właściwościach koksotwórczych. Jakkolwiek Polska jest największym wytwórcą węgla koksowego w Europie a jego krajowe zasoby są znaczne, to krajowa podaż węgla koksowego nie pokrywa zapotrzebowania rynku krajowego w ujęciu ilościowo-jakościowym [Paszcza H. 2012]. Jest to skutkiem niekorzystnej struktury wydobycia węgla koksowego, a w szczególności niewystarczającego udziału węgla o najlepszych właściwościach koksotwórczych (typu 35) przy nadwyżce węgla gazowo-koksowego typu 34 [Latocha W. i in. 2010], [Latocha W. i in. 2011]. Ten niekorzystny stan na rynku krajowym będzie się nasilać, pomimo wysiłków inwestycyjnych podejmowanych przez dwa wiodące przedsiębiorstwa produkujące węgiel koksowy, czyli Jastrzębską Spółkę Węglową S.A. oraz Kompanię Węglową S.A. Tabela nr 3.1 przedstawia krajowe zasoby węgli kamiennych wszystkich typów [Paszcza H. 2012], natomiast w tabeli nr 3.2 przedstawiono operatywne zasoby węgla koksowego oraz ich strukturę [Czornik G., Jordan H. 2013], [Ganderska-Wojtaczka K i in. 2013]. Typ węgla Tabela 3.1 Krajowe zasoby węgli według typów [Paszcza H. 2012], [Agencja Restrukturyzacji Przemysłu, 2012]. całość złoża Zasoby [mln Mg] bilansowe Pozabilansowe Przemysłowe w granicach całość w granicach całość koncesji złoża koncesji złoża w granicach koncesji zakładów górniczych , , , , , , , , , , , , ,2 2120,23 670,85 646, ,95 589, ,32 218,32 11,05 11,05 53,86 53, ,15 0, razem 17514, , ,6 6707, , ,98 Tabela 3.2 Krajowa baza surowcowa węgli koksowych wg [Czornik G., Jordan H. 2013], [Ganderska-Wojtaczka K i in. 2013]. Producent węgla koksowego Zasoby operatywne [mln Mg] Jastrzębska Spółka Węglowa S.A. 568 Kompania Węglowa S.A. 664 Struktura zasobów wg typów 26,9 % - typ 34 66,6 % - typ 35 6,5% - pozostałe typy 75,6 % - typ 34 23,8 % - typ ,7 % - pozostałe typy Funkcjonujące w Polsce koksownie dysponują obecnie rocznymi zdolnościami produkcyjnymi na poziomie 10,1 mln Mg koksu. Po realizacji planowanych inwestycji powiększą się one do ca 10,7 mln Mg koksu rocznie [Czornik G., Jordan H. 2013], [Ozga-Blaschke U. 2010]. W konsekwencji, roczna produkcja koksu o jakości oczekiwanej przez konsumentów wymagać będzie ok. 14,8 mln Mg węgla, a w tym: 25

26 węgla typu 35 11,1 mln Mg/rok węgla typu 34 3,7 mln Mg/rok. W latach sprzedaż polskiego węgla koksowego na wewnętrznym rynku zmniejszyła się z ponad 15 mln Mg do ok. 11,4 Mg, w tym ok. 3,5 4,0 mln Mg węgli typu 34 [Czornik G., Jordan H. 2013]. Sytuacja taka utrzymała się w kolejnych latach. [Wenecki T. 2015]. Ze względu na ograniczone zdolności wydobywcze polskich kopalń na rynku krajowym występuje niedobór węgla ortokoksowego. Z drugiej strony zdolności produkcyjne kopalń węgla gazowo-koksowego, pomimo jego niższej ceny, nie są w pełni wykorzystane, ponieważ koksownie z uwagi na posiadane rozwiązania układów technologicznych nie mogą produkować koksu o oczekiwanych przez odbiorców parametrach jakościowych z mieszanek o wysokim udziale takiego węgla [Ganderska-Wojtaczka K i in. 2013]. Skutkiem tego jest import brakującej części węgla typu 35. Węgiel importowany jest droższy od węgla krajowego a jego dostawy w dużych ilościach są związane z licznymi niedogodnościami, takimi jak: ograniczone możliwości magazynowe i przeładunkowe portów, komplikacje logistyczne związane z transportem węgla drogą morską (opóźnienia, wymagany duży tonaż jednostek transportowych itp.), trudności logistyczne związane z transportem węgla z portu do koksowni drogą lądową, trudne rozwiązywanie kwestii spornych dot. parametrów jakościowych węgla, konieczność zwiększenia stanu zapasów na składowisku (w wymiarze finansowym zapasy obejmują węgiel w transporcie morskim, lądowym i na składowisku, co oznacza wzrost wskaźnika rotacji zapasów i przez to przyczynia się do przyrostu kapitału pracującego). Spośród koksowni krajowych Koksownia Zdzieszowice, będąca poza grupą węglowo-koksową JSW S.A., jest w największym stopniu zmuszona do dopełniania swojej bazy surowcowej przez import węgla koksowego wysokiej jakości [Latocha W. i in. 2010], [Latocha W. i in. 2011]. Od 2007 roku konsekwentnie uzupełnia ona swą bazę surowcową węglami zamorskimi, co umożliwiło zdobycie doświadczenia w ich wykorzystaniu oraz optymalizację receptur stosowanych mieszanek węglowych. Przedstawione otoczenie rynkowe mobilizuje zarazem do poszukiwania możliwości rozwoju technologicznego potencjału produkcyjnego koksowni, ukierunkowanego na zwiększenie udziału węgla typu 34 w mieszankach przy zapewnieniu oczekiwanej jakości koksu. Długookresowa efektywność ekonomiczna takich działań wynika z utrzymującej się od wielu lat różnicy cen węgla typu 34 (węgiel tańszy) i 35 (węgiel droższy), przy czym jest ona tym większa, im wyższy jest ogólny poziom cen węgli koksowych (wpływ warunków rynkowych). W latach stosunek cen węgla typu 35 do węgla typu 34 wynosił odpowiednio: 1,68; 1,54; 1,46; 1,42; 1,41 - rysunek nr

27 Rys. 3.1 Ceny węgli typu 34 i 35 na rynku krajowym w latach

28 4 Wymagania jakościowe dotyczące produkcji koksu W roku 2014 światowa produkcja koksu wyniosła ok. 705 mln Mg (w tym w Europie 44,1 mln Mg) a do roku 2016 wzrośnie ona do ok. 780 mln Mg (w tym w Europie 45,8 mln Mg). Rysunek nr 4.1 przedstawia wielkość produkcji i eksportu koksu w Polsce w latach [Kaczmarek W., 2013], [Warzecha A., Jarno M. 2013], [Będkowski W., Jarno M., 2014]. [Wenecki T. 2015]. W roku 2014 produkcja koksu w Polsce wyniosła ok. 9,1 mln Mg, z czego ok. 64% stanowił eksport [Będkowski W., Jarno M., 2014]. Tak wysoki udział eksportu utrzymuje się od lat i sprawia, że Polska jest największym eksporterem koksu na świecie. W aspekcie makroekonomicznym jest to bardzo korzystne dla gospodarki narodowej. Rys. 4.1 Produkcja oraz eksport koksu w Polsce w latach Przemysł koksowniczy jest ściśle związany z hutnictwem, które zużywa ok. 80% produkowanego koksu. W rezultacie koksownictwo jest mocno narażone na wahania koniunkturalne występujące w hutnictwie. Światowy kryzys gospodarczy i spowolnienie ekonomiczne w ostatnich latach wykazały, że przemysł stalowniczy jest wyjątkowo wrażliwy na zmiany na rynku [Warzecha A., Jarno M. 2012]. W przypadku koksownictwa wpływ ten jest dodatkowo spotęgowany tym, że odbiorcy koksu w trudnych dla siebie okresach dążąc do poprawy własnego wyniku ekonomicznego wywierają silną presję na dostawców drogiego surowca, jakim jest koks. Równocześnie od lat wzrastają wymagania dotyczące jakości koksu, w szczególności jego właściwości wytrzymałościowych. Jest to rezultatem rozwoju technologii wielkopiecowej (zwłaszcza substytucją koksu innymi paliwami, głównie pyłem węglowym technologia PCI), co prowadzi do spadku wskaźnika jednostkowego zużycia koksu do produkcji surówki. W rezultacie zmniejszona ilość koksu musi w wielkim piecu spełnić wszystkie wymagane funkcje, a zwłaszcza zabezpieczyć odpowiednią przewiewność i strukturę nośną słupa surowców aż do poziomu dysz włącznie [Karcz A. 1995]. 28

29 Wskaźnik jednostkowego zużycia koksu w wielkim piecu z zastosowaniem technologii PCI wyniósł w 2014 roku ca 419 kg/mg surówki i oczekuje się, że będzie on sukcesywnie malał [Warzecha A., Jarno M. 2012], [Będkowski W., Jarno M., 2014]. W dłuższym horyzoncie czasowym jego średnia wartość może osiągnąć nawet ca 400 kg/mg surówki. Jednak jego dalsze ograniczanie wymagać będzie istotnego wzrostu parametrów jakościowych koksu co w konsekwencji pociągnie za sobą wzrost kosztów jego wytwarzania oraz podniesienie jednostkowego kosztu wytwarzanej stali. Wspomniany już kryzys gospodarczy i spowolnienie ekonomiczne zmobilizowały przedsiębiorstwa sektora stalowego do pogłębionej analizy efektywności ekonomicznej procesu produkcji stali. Jej wyniki spowodowały, że dotąd kładziony znaczny nacisk na polepszenie jakości koksu wielkopiecowego jest teraz rozpatrywany nierozerwalnie z analizą kosztów produkcji koksu a w szerszym kontekście także stali oraz wpływu poprawy jakości koksu na proces wielkopiecowy. Efektem tego jest urealnienie oczekiwań jakościowych wobec koksu wielkopiecowego przy jednoczesnym przeniesieniu akcentu na zagwarantowanie stabilności jego jakości [Ozga-Blaschke U. 2010]. Do istotnych dla użytkowników parametrów koksu zaliczyć należy: skład koksu (analiza techniczna i elementarna koksu), właściwości fizyczne (głównie mechaniczne) oraz fizykochemiczne. Do podstawowych parametrów jakościowych koksu zaliczyć należy zawartość wody, popiołu i części lotnych, a w dalszej kolejności zawartość siarki, fosforu, chloru, związków alkaicznych i rtęci [Karcz A. 1995]. Woda w koksie jest składnikiem balastowym, pochodzącym głównie z mokrego gaszenia koksu. Z punktu widzenia stabilności przebiegu procesu wielkopiecowego pożądana jest zarówno możliwie niska zawartość wilgoci jak i jej stabilność. Przyjmuje się, że obniżenie zawartości wody w koksie o 1 % powoduje wzrost produktywności wielkiego pieca o 5% [Hereźniak W. i in. 2010], [Hereźniak W. i in. 2011]. Stabilność zawartości wilgoci w koksie jest z kolei istotna z punktu widzenia stabilizacji temperatury w wielkim piecu, a zwłaszcza w górnej jego części [ArcelorMittal CTO, 2011]. Zawartość i skład chemiczny popiołu (składnik balastowy) są determinowane zawartością i składem substancji mineralnej wsadu węglowego. Popiół niekorzystnie wpływa na wytrzymałość koksu oraz powoduje wzrost zużycia topników w wielkim piecu. Zawartość części lotnych w koksie determinowana jest warunkami czasowo-temperaturowymi procesu koksowania a parametr ten traktowany jest jako miernik prawidłowości jego przebiegu. Siarka jest składnikiem niepożądanym koksu, ponieważ m.in. powoduje pogorszenie jakości surówki żelaza i stali (kruchość na gorąco), szybką korozję urządzeń produkcyjnych oraz zanieczyszczenie środowiska. Zawartość siarki w koksie zależy od jej zawartości w mieszance wsadowej i zazwyczaj zawiera się w przedziale 0,7 1,1%. Zawarty w koksie fosfor niemal w całości przechodzi do stali w procesie jej wytwarzania powodując jej kruchość na zimno. Z kolei zawarty w koksie chlor stanowi 2/3 całej ilości tego pierwiastka wprowadzanego do wielkiego pieca. Wraz z alkaicznymi składnikami koksu powoduje tworzenie się narostów na wymurówce pieca oraz korozję instalacji chłodzenia, oczyszczania i transportu gazu wielkopiecowego [Figa J. i in, 2006], [Koszorek A., Mianowski A., 1999]. Do podstawowych właściwości fizycznych i fizykochemicznych koksu należą: właściwości mechaniczne, reaktywność, ciepło spalania i wartość opałowa, temperatura zapłonu, ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne, oporność elektryczna, gęstość nasypowa, rzeczywista i pozorna oraz porowatość. Właściwości mechaniczne koksu w praktyce przemysłowej najczęściej oceniane są za pomocą testów bębnowych Micum i Irsid wg ISO 556:1980. Testy te odwzorowują 29

30 oddziaływania mechaniczne, jakim poddawany jest koks podczas jego transportu i załadunku do wielkiego pieca. Miarą właściwości badanego koksu są dwa wskaźniki. Pierwszy z nich zawartość klasy ziarnowej poniżej 10 mm w próbce koksu poddanej bębnowaniu jest miarą odporności koksu na ścieranie naroży jego kawałków i nazywany jest ścieralnością koksu. Drugi wskaźnik zawartość klasy ziarnowej powyżej 40 mm nazywany jest jego wytrzymałością i charakteryzuje odporność kawałków koksu na degradację w wyniku ich kruszenia się. W tabeli 4.1 dokonano krótkiego porównania obu metod oceny własności mechanicznych koksu. W większości procesów technologicznych wykorzystanie koksu polega na jego spaleniu i/lub zgazowaniu. Z tego powodu ocenia się jego reaktywność względem: ditlenku węgla (karboksyreaktywność), tlenku węgla (oksyreaktywność) i pary wodnej (hydroreaktywność). Istotnymi parametrami koksu są też wartość opałowa i ciepło spalania, które charakteryzują potencjał energetyczny tego paliwa. Ważnym parametrem jest też jego temperatura zapłonu, która dla koksu w atmosferze powietrza wynosi o C a w atmosferze tlenu: o C. Tabela 4.1 Podstawowe parametry oceny właściwości mechanicznych koksu metoda Micum i Irsid [Karcz A. 1995]. Lp. Pozycja Parametr Jednostka Metoda Micum Irsid 1 Charakterystyka próby koksu masa koksu [kg] uziarnienie [mm] > 40 > 40 długość [m] Charakterystyka bębna średnica [m] 1 1 prędkość obrotowa [obr/min] czas bębnowania [min] 4 20 Charakterystyka testu całkowita liczba obrotów [-] Oznaczenie wskaźnika ścieralność [-] M 10 I 10 wytrzymałość [-] M 40 I 40 5 Wartości wskaźnika ścieralność [%] 5-7 <15 wymagane dla koksu wielkopiecowego wytrzymałość [%] > 50 Obecnie dla oceny koksu powszechnie stosowany jest test Nippon Steel Corporation (ISO 18894:2006) polegający na ocenie reakcyjności koksu względem ditlenku węgla (CRI - Coke Reactivity Index) a następnie na określeniu wytrzymałości poreakcyjnej koksu (CSR - Coke Strength after Reaction). W odróżnieniu od wcześniej wspomnianych w tej metodzie uwzględnia się destrukcyjny wpływ zgazowania koksu ditlenkiem węgla na jego wytrzymałość. Tabela nr 4.2 przedstawia porównanie oczekiwanych przez odbiorców parametrów jakościowych koksu oraz średnie wartości tych parametrów dla koksu produkowanego obecnie w Polsce. Jakość produkowanego obecnie w Polsce koksu spełnia oczekiwania jego odbiorców stosujących go do wielkich pieców średniej objętości, natomiast jest niższa od wymagań stawianych dla koksu do wielkich pieców o dużej objętości. Tylko najlepsze gatunki produkowanego w Polsce koksu spełniają wysokie wymagania odbiorców. Utrzymanie dotychczasowej pozycji eksportera koksu przez Polskę będzie więc wymagać w najbliższych latach szeregu działań technicznych i technologicznych, które umożliwią spełnienie wymagań jakościowych na międzynarodowym rynku koksu [Kaczmarek W. 2013]. 30

31 Tabela 4.2 Porównanie średniej jakości koksu produkowanego w Polsce i oczekiwań odbiorców koksu [Warzecha A., Jarno M. 2012]. Oczekiwania odbiorców koksu dla: Średnie parametry Parametr wielkich pieców o średniej wielkich pieców o dużej produkowanego w Polsce [%] pojemności pojemności koksu CRI <28 < CSR >62 > M ,0-7,0 M Popiół 12,5± 0,5 11,5±0,5 8,5-10,0 Siarka 0,7± 0,1 0,6± 0,1 0,5-0,7 Producenci koksu dążą do poprawy ekonomiki procesu jego wytwarzania zarówno ze względu na otoczenie rynkowe i konkurencyjne, a także w odpowiedzi na zwiększającą się odpowiedzialność decydentów wynikającą ze wzrostu świadomości społeczeństwa i związanych z tym wymogów prawnych. Te ostatnie obligują uczestników procesów gospodarczych do pogłębionej analizy i ponadprzeciętnej troski o racjonalne i efektywne eksploatowanie surowców naturalnych. Wytwórcy koksu systematycznie poszukują sposobów, które pozwolą równocześnie na wzrost jakości produktów, poprawę ekonomiki produkcji oraz redukcję negatywnego wpływu na środowisko naturalne. Jednym z nich jest poprawa sprawności procesu koksowania [Żarczyński P. i in. 2012]. 31

32 5 Termiczna preparacja mieszanki węglowej do produkcji koksu Jakość koksu wielkopiecowego warunkowana jest przez szereg czynników, które mogą być pogrupowane następująco [Karcz A., Strugała A. 2008]: jakość surowca węglowego, preparacja mieszanki węglowej, warunki przebiegu procesu pirolizy, obróbka pozapiecowa koksu. Znaczącym narzędziem poprawy jakości koksu, skądinąd niedocenianym w ostatnich latach, są operacje technologiczne z obszaru preparacji mieszanki wsadowej. W perspektywie poprawy jakości koksu, czego następstwem jest także poprawa efektywności ekonomicznej przedsiębiorstwa, zawiera ona poniższe działania [Czaplicki A. 2007], [Karcz A., Strugała A. 2008], [Czaplicki A. i in. 2012]: optymalizację składu mieszanki pod kątem poprawy jej właściwości koksotwórczych, poprawę skuteczności homogenizacji poszczególnych składników oraz skomponowanej mieszanki, intensyfikację zagęszczenia wsadu w komorze na drodze: optymalizacji operacji przemiału, dodatku oleju do wsadu, częściowego jego brykietowania lub granulowania jak również ubijania, wstępną obróbkę termiczną mieszanki wsadowej przed jej załadunkiem do komory koksowniczej. W warunkach krajowych dwa pierwsze działania są już dość powszechnie stosowane w praktyce. Natomiast dwa kolejne, tj. intensyfikacja zagęszczenia wsadu w komorze oraz termiczna preparacja mieszanki węglowej nie są stosowane na skalę przemysłową. Co ciekawe, oba te działania charakteryzują się znacznym potencjałem w obszarze poprawy jakości wytwarzanego koksu oraz efektywności kosztowej [Czaplicki A. 2007], [Karcz A., Strugała A. 2008], [Poultney R., Willmers R. 2000], [Żarczyński P. 2011]. Termiczna preparacja wsadu węglowego polega na jego podsuszeniu lub podsuszeniu i podgrzaniu do temperatury niższej od temperatury początku jego uplastycznienia. Proces wytwarzania koksu stosujący taką operację obejmuje dwa etapy. W etapie pierwszym, przed podaniem wsadu węglowego do komory, następuje jego termiczna obróbka w specjalnie przeznaczonym do tego celu urządzeniu. W drugim etapie, tj. po wprowadzeniu mieszanki wsadowej do komory, przebiega właściwy proces koksowania [Frankl Z., Salcewicz. J., 1961]. Termiczna preparacja wsadu może być prowadzona według dwóch wariantów technologicznych, tj. wyłącznie podsuszania lub podsuszania połączonego z podgrzewaniem wsadu [Czaplicki A. 2007], [ Karcz A., Strugała A. 2008], [Reguła R. 2005]. Wariant z podgrzewaniem wsadu pozwala na bardzo głębokie usunięcie wilgoci z mieszanki węglowej, gdyż mieszanka wsadowa jest podgrzewana do temperatury o C (a czasami nawet wyższej). Tak spreparowana mieszanka wprowadzana jest do komór koksowniczych przy użyciu zhermetyzowanych urządzeń załadowczych. Natomiast wariant wyłącznie podsuszania sprowadza się do kontrolowanego, częściowego usunięcia wilgoci z mieszanki (do ok. 5 6 %) przy jej temperaturze końcowej wynoszącej ok. 85 o C. Wariant z podgrzewaniem wsadu obciążony jest wszelako podwyższonym ryzykiem operacyjnym z powodu występowania niekorzystnych oraz trudnych 32

33 do wyeliminowania w skali przemysłowej zjawisk [Czaplicki A. 2007], [Frankl Z. 1970], [Tramer A. i in. 2001], takich jak: pylenie mieszanki w czasie transportu i wprowadzania do komory (podwyższone zagrożenie wybuchem i/lub pożarem), wzmożone odkładanie depozytu grafitowego w komorach (a w konsekwencji tzw. ciężki bieg pieców) oraz w ich otworach i ich sklepieniach, możliwość nadmiernego ciśnienia koksowania (ryzyko deformacji lub obniżenia trwałości masywu ceramicznego baterii), intensywne porywanie pyłu węglowego do odbieralnika w czasie napełniania komory, co może prowadzić do pogorszenia jakości smoły a w ekstremalnych przypadkach także zablokowania odbieralnika. Konsekwencją zastosowania tego wariantu termicznej preparacji wsadu jest też duże skomplikowanie i wysokie koszty eksploatacji instalacji oczyszczania oparów z suszarki wsadu. Powyższe zjawiska sprawiły, że w praktyce przemysłowej zastosowanie znajduje drugi wariant procesu termicznej preparacji wsadu, tj. wyłącznie jego podsuszanie. Zastosowanie tego wariantu umożliwia zredukowanie skali wspomnianych wyżej niepożądanych zjawisk do poziomu dopuszczalnego w warunkach przemysłowych a równocześnie gwarantuje uzyskanie znaczących korzyści [Czaplicki A. 2007], [Frankl Z. 1970], [Tramer A. i in. 2001], [Wakuri S. i in. 1985], [Furosawa A. i in. 1998], [Wachowska H, i in. 1978], [Wachowska H, i in. 1980] takich jak: wzrost gęstości nasypowej mieszanki wsadowej w komorze oraz jednostkowej masy wsadu wprowadzanego do komory, ograniczenie czasu napełniania komory, wzrost zdolności produkcyjnej koksowni, podwyższenie trwałości masywu ceramicznego baterii, poprawa równomierności rozkładu gęstości wsadu na całej wysokości i długości komory, poprawa własności koksotwórczych mieszanki, stabilizacja zawartości wilgoci w mieszance, niezależnie od warunków atmosferycznych, poprawa jakości produkowanego koksu, możliwość wykorzystania do podsuszania wsadu powstającego w koksowni ciepła odpadowego, poprawa sprawności energetycznej dla całego procesu technologicznego a w rezultacie obniżenie jednostkowej emisji zanieczyszczeń do środowiska (w tym także CO 2 ), wzbogacenie portfela produktów podstawowych koksowni, poprawa elastyczności produkcyjnej koksowni poprzez uzyskanie możliwości aktywnego sterowania wykorzystaniem zdolności produkcyjnych (zróżnicowana zdolność produkcyjna baterii w zależności od decyzji o uruchomieniu bądź zatrzymaniu węzła podsuszania wsadu). Mając na względzie przedstawione powyżej fakty w doświadczalnej części pracy skoncentrowano się na wariancie podsuszania wsadu bez jego podgrzewania, jako technologii o możliwym do zaakceptowania przez inwestorów poziomie ryzyka operacyjnego. 33

34 5.1 Badania termicznej preparacji wsadu w skali laboratoryjnej i półtechnicznej przegląd dotychczasowych rezultatów Idea termicznej preparacji wsadu przed jego załadunkiem do komory koksowniczej została zaproponowana w latach 20-tych ubiegłego wieku [Parr S. W., Layng T. E. 1921], [Parr S. W. 1929]. Wyniki prac badawczych z tego okresu zostały zgromadzone i opublikowane w 1945 roku [Lowry T. E. 1945]. Dalszy rozwój wiedzy o rozpatrywanych procesach nastąpił w okresie powojennym w rezultacie badań prowadzonych w wielu krajach (m.in. Francja, Niemcy, Japonia, ZSSR, Wielka Brytania, USA a także Polska ICHPW oraz AGH). Wyniki tych prac wykazały, że suszenie i wstępne podgrzewanie węgli przed załadunkiem do komory koksowniczej prowadzi do: zwiększenia zdolności produkcyjnej koksowni, zmniejszenia ilości wód pogazowych o wysokiej zawartości fenoli, przedłużenia żywotności masywu ceramicznego baterii koksowniczej. Równocześnie pojawiły się rozbieżne oceny, co do wpływu procesów suszenia i podgrzewania węgli na ich właściwości koksotwórcze oraz jakość produkowanego koksu. Jak już wspomniano, jednym z podstawowych efektów termicznej preparacji wsadu jest podniesienie zdolności produkcyjnej baterii koksowniczej. Efekt ten jest wynikiem wzrostu gęstości nasypowej wsadu oraz obniżenia zawartości wody w mieszance węglowej. Przeniesienie części lub całości procesu usuwania wilgoci ze wsadu poza komorę koksowniczą powoduje skrócenie czasu koksowania w komorze koksowniczej [Karcz A. 2009]. Wg [Frankl Z. 1970] minimalny czas koksowania występuje przy obniżeniu wilgotności do 7 8%; dalsze ograniczenie zawartości wilgoci powoduje pewne wydłużenie tego czasu, choć nadal jest on krótszy od czasu cyklu dla mieszanki wilgotnej. Jeśli chodzi o zdolność produkcyjną baterii to ze spadkiem zawartości wilgoci we wsadzie rośnie ona sukcesywnie; niewielki przyrost czasu obserwowany po przekroczeniu wspomnianej zawartości wilgoci jest bowiem z nadwyżką kompensowany przez efekt przyrostu gęstości nasypowej mieszanki w komorze koksowniczej [Frankl Z. 1970], [Czaplicki A. 2007]. Efekt wzrostu zagęszczenia wsadu w komorze jest wynikiem zmniejszenia się sił kapilarnych menisków wodnych usytuowanych pomiędzy ziarnami węgla, co umożliwia ich wzajemne zbliżenie [Strugała A. 1982]. Dodatkowo podgrzana mieszanka wsadowa wykazuje właściwości pseudocieczy. Potwierdzeniem tego są pomiary kąta naturalnego usypu mieszanki, który dla zawartości wilgoci na poziomie 10% wynosi 67 o, a dla mieszanki podsuszonej do 6% zawartości wilgoci wynosi 45 o [Zieliński H. i in. 1985]. Efektem tego jest skrócenie czasu procesu napełniania komory oraz wyrównywania wysokości wsadu w komorze. Rozkład gęstości wsadu w przestrzeni komory (po jej wysokości i długości) jest bardziej równomierny, co poprawia wymianę ciepła pomiędzy ścianami grzewczymi a wsadem oraz korzystnie wpływa na warunki hydrauliczno-temperaturowe procesu koksowania. W konsekwencji poprawia się jakość koksu i trwałość masywu ceramicznego [Czaplicki A. 2007], [Frankl Z. 1970], [Reguła R. 2005], [Karcz A. 1991]. Osiągany tą drogą wzrost gęstości wsadu przynosi szereg pozytywnych skutków. Pierwszym z nich jest wzrost jednostkowej masy wsadu podawanego do komory, a w konsekwencji zwiększenie uzysku koksu z komory i zdolności produkcyjnej całej baterii koksowniczej. Kolejny to poprawa warunków, w jakich przebiega proces spiekania ziaren wynikająca zarówno ze wzrostu zagęszczenia wsadu jak i spadku jego wilgotności. Wzrost gęstości nasypowej w zakresie kg/m 3 powoduje niemal 34

35 liniowy spadek ścieralności, przy czym efekt jest tym silniejszy, im więcej jest części lotnych w mieszance. Wzrost zagęszczenia wsadu ogranicza przestrzeń dla wydymania się ziaren, utrudnia ewakuację par i gazów z rozkładu węgla, zwiększa zawartość substancji bitumicznych w jednostce wsadu i sprawia, że ruch gazów odbywa się głównie w kierunku ścian komory. Powoduje to wzrost ciśnienia par i gazów oraz gęstości w warstwie plastycznej, co poprawia kontakt fazy ciekłej i stałej, jak również podnosi temperaturę wrzenia ciekłych produktów pirolizy, wskutek czego pozostają one w miejscu powstawania i zwiększają uplastycznienie węgla [Diez M. i in. 1991], [Strugała A. 1982], [Strugała A. 2006]. Wzrost zagęszczenia wsadu i większa jego równomierność jak też wzrost ciśnienia koksowania korzystnie wpływają na kawałkowatość produkowanego koksu [Diez M. i in. 1991]. Większość prac badawczych dotyczących oddziaływania podsuszania czy podgrzewania wsadu na jakość koksu dotyczyła głównie zmian jego właściwości mechanicznych ocenianych metodą Micum - m in. [Holub J., 1963a], [Holub J., 1963b], [Loison R. i in. 1970], [Frankl, Z. 1970] [Czaplicki A. 2007], [Tramer A. i in. 2001]. Z wyników tych prac wynika, że wzrost zagęszczenia wsadu w komorze w wyniku jego termicznej preparacji pozwala uzyskać: niższą wartość wskaźnika ścieralności M 10, niższą wartość wskaźnika szczelinowatości, wyższą wartość wskaźnika wytrzymałości poreakcyjnej CSR, niższą porowatość, przy jednocześnie bardziej równomiernych wymiarach porów, wyższą gęstość pozorną koksu, wyższy uzysk koksu grubego. Wpływ rozpatrywanych operacji na wytrzymałość mechaniczną koksu M 40 nie jest już tak jednoznaczny. Wskaźnik ten w większości przypadków nie zmienia się, a jedynie w nielicznych wzrasta. Ewentualna poprawa wskaźnika M 40 zależna jest od własności koksotwórczych mieszanki dla mieszanek o bardzo dobrych własnościach jest ona niższa i widoczna dopiero przy zawartości wody poniżej 6%. W ostatnich latach przeprowadzono szereg badań laboratoryjnych nad wpływem podsuszania wsadu węglowego na jakość koksu ocenianą wskaźnikami NSC [Tramer A. i in. 2001], [Karcz A. 2007]. Badania mieszanek węglowych o różnej zawartości wody po podsuszaniu przeprowadzone w instalacji Karbotest [Tramer A. i in. 2001] wykazały, że podsuszanie wsadu węglowego: pozwala zwiększyć gęstość nasypową w przedziale 47 82% (w zależności od składu ziarnowego i stopnia usunięcia wilgoci), w przypadku mieszanek o słabych własnościach koksotwórczych zawsze obniża reakcyjność CRI (o ok. 4 punkty procentowe) i podwyższa wytrzymałość poreakcyjną CSR otrzymanego koksu (o ok. 12 punktów procentowych), przypadku mieszanek o dobrych własnościach koksotwórczych podwyższa wytrzymałość poreakcyjną CSR otrzymanego koksu (o ok. 3 5 punktów procentowych), natomiast wskaźnik CRI pozostaje na stałym poziomie niezależnie od zawartości wilgoci w podsuszonej mieszance wsadowej, Ponadto wykazano, że w wyniku podsuszania wsadu do zawartości wilgoci poniżej 5% możliwe jest zwiększenie udziału węgli semikoksowych w mieszankach węglowych o 20% kosztem udziału orto-koksowych bez pogorszenia wskaźników CRI i CSR otrzymanego koksu. Badania przeprowadzone w AGH [Karcz A. 2007] dotyczyły wpływu procesu podsuszania wsadu na własności koksotwórcze mieszanek wsadowych i jakość produkowanego z nich koksu. Badania te zostały przeprowadzone w skali laboratoryjnej na bazie mieszanek komponowanych z węgli polskich. Wykazały one, że podsuszanie 35

36 wsadu ma niewielki wpływ na własności koksotwórcze badanych mieszanek. Zaobserwowano niewielkie obniżenie wskaźnika dylatacji b. Dla części mieszanek ograniczony został też zakres temperatur plastyczności (t III -t I ). Wskaźnik wolnego wydymania SI nieznacznie się obniżał lub pozostawał na niezmienionym poziomie. W badaniach tych sprawdzono także wpływ temperatury medium suszącego (150 i 210 o C), końcowej zawartości wilgoci (4 i 6%) oraz rodzaju stosowanego medium suszącego (powietrze i azot) na własności koksotwórcze badanych mieszanek. Wyniki badań nie wykazały istotnego wpływu tych czynników na wskaźniki charakteryzujące właściwości koksotwórcze badanych mieszanek węglowych. Uzyskane wyniki porównano z doświadczeniami przemysłowymi głębokiego suszenia węgli (typu Precarbon, Coaltek), w których występowały przypadki drastycznego pogorszenia własności koksotwórczych mieszanek węglowych oraz doświadczeniami przemysłowymi z instalacjami podsuszania wsadu w technologii CMC, gdzie takich zjawisk nie zaobserwowano. Wyjaśnienia przyczyn pogorszenia własności koksotwórczych mieszanek węglowych po podgrzewaniu dokonano na podstawie analizy modelu procesu podsuszania materiałów porowatych [Baumann H. i in. 1978], [Novak L. T., Coulman G. A. 1975]. Zgodnie z nim operacja podsuszania wsadu jest niepełnym usuwaniem wilgoci, co powoduje, że wydzielająca się z porów para wodna nie jest odprowadzona do końca i posiada prężność par wyższą niż prężność gazu suszącego to zabezpiecza ziarna węgla przed działaniem czynnika utleniającego. Nieodparowana wilgoć higroskopijna stabilizuje też temperaturę wewnątrz ziaren a powstająca para wodna uniemożliwia wzrost temperatury powyżej 100 o C [Baumann H. i in. 1978], [Novak L. T., Coulman G. A. 1975], [Karcz A. i in. 2007]. W dalszej części opisywanych badań zostały przeprowadzone próby koksowania w skali laboratoryjnej w instalacji Karbotest dla dwóch grup mieszanek wilgotnych (10%) i podsuszonych (6 i 4%). Pierwsza grupa składała się wyłącznie z węgli ortokoksowych, a druga zawierała 25% węgli gazowo-koksowych. Testy koksowania zostały przeprowadzone w wykorzystaniem różnych mediów suszących: powietrza i azotu o temperaturze 150 i 210 o C oraz dla różnej końcowej wilgotności podsuszanego wsadu, tj. 4 i 6%. Gęstość nasypowa została obliczona wg modelu empirycznego uwzględniającego skład ziarnowy i zawartość wilgoci [Strugała A. 1982]. Dla porównania jakości otrzymanego koksu we wszystkich próbach wyznaczono wskaźniki CRI i CSR wg NSC. Uzyskane wyniki wykazały korzystny wpływ podsuszania wsadu dla obu grup mieszanek. Reakcyjność koksu CRI dla mieszanek skomponowanych wyłącznie z węgli orto-koksowych nie zmieniła się, natomiast dla mieszanek zawierających 25% węgli gazowo-koksowych poprawiła się (zmniejszyła się). Dla obu grup mieszanek zaobserwowano poprawę wytrzymałości poreakcyjnej otrzymanego koksu CSR, przy czym dla koksu z mieszanek zawierających 25% węgli gazowo-koksowych była ona wyraźniejsza. W celu potwierdzenia korzystnego wpływu samego podsuszenia wsadu na jakość produkowanego koksu wykonano dodatkową próbę z wykorzystaniem mieszanki złożonej wyłącznie z węgli orto-koksowych. W próbie tej dla mieszanki wilgotnej (10%) i podsuszonej (4%) zapewniono tę samą gęstość nasypową. Koks uzyskany z mieszanki podsuszonej charakteryzował się niższą reaktywnością CRI (27,4 wobec 29,3 dla mieszanki wilgotnej) oraz wyższą wytrzymałością poreakcyjną CSR (59,2 wobec 55,7 dla mieszanki wilgotnej). Badania te wykazały więc, że korzystny wpływ podsuszania wsadu na jakość produkowanego koksu nie jest wynikiem wyłącznie przyrostu gęstości nasypowej mieszanki. Wykonane dodatkowe próby koksowania mieszanek wilgotnych i podsuszonych, zawierających po 50% węgli gazowo-koksowych i orto-koksowych wykazały jednak, że istnieje 36

37 graniczna wartość udziału węgli gazowo-koksowych, powyżej której nie obserwuje się już korzyści wynikających z podsuszania wsadu [Karcz A. 2007]. Spośród badań z ostatnich lat na szczególną uwagę zasługują wyniki uzyskane w laboratoriach Nippon Steel Corporation [Nomura S., i in. 2006]. Przeprowadzono tam szereg testów koksowania mieszanek suszonych wstępnie w komorze testowej pod kątem optymalizacji ich składu mającej na celu kompensację nadmiernego ciśnienia rozprężania poprzez zwiększenie udziału węgli o relatywnie słabych własnościach koksotwórczych. Badano ciśnienie rozprężania występujące podczas koksowania 3 grup mieszanek węglowych zawierających odpowiednio: 10, 22 i 35% takich węgli. Badania te wykazały, że możliwe jest stosowanie podgrzanej mieszanki (gwarantującej jej wysoką gęstość nasypową w komorze) przy utrzymaniu ciśnienia rozprężania jak dla mieszanki wilgotnej (o niższej gęstości nasypowej) pod warunkiem zwiększenia udziału węgli semikoksowych. 5.2 Półtechniczna instalacja doświadczalna w CPM Jednym z nielicznych ośrodków badawczych, w którym można badać wpływ podsuszania wsadu na proces koksowania w skali półtechnicznej jest Centrum Pirolizy Marienau we Francji (Centre de Pyrolyse de Marienau, CPM). Posiada ono unikatowy piec z ruchomą ścianą, który pozwala symulować przebieg przemysłowego procesu koksowania. Rysunek nr 5.1 przedstawia schemat tego pieca [Boyer A. i in. 1989], natomiast jego widok od strony maszynowej przedstawia rys Rys. 5.1 Schemat pieca z ruchomą ścianą [Boyer A. i in. 1989]. Parametry procesu koksowania w piecu testowym można dostosować do warunków rozpatrywanej instalacji przemysłowej poprzez wykorzystanie możliwości regulacji szerokości komory w zakresie: mm (najczęściej 450 mm). Pozostałe wymiary komory pieca to: długość 1060 mm, wysokość użyteczna 1077 mm. Pojemność pieca wynosi ok. 400 kg wsadu węglowego w przeliczeniu na stan suchy. Ściany pieca, wykonane z kształtek szamotowych, ogrzewane są elektrycznie (maksymalna moc grzewcza to 160 kw). Infrastruktura pomocnicza instalacji badawczej umożliwia stosowanie dwóch systemów napełniania komory pieca 37

38 mieszanką, tj. zasypowy i ubijany [Ługowska Ż., Grzywacz P. 2009]. Podstawowe wymagania dla mieszanki węglowej dla obu systemów napełniania komory przedstawiono w tabeli 5.1. Tabela 5.1 Wymagania dla mieszanki węglowej przeznaczonej do testów koksowania w piecu z ruchomą ścianą w CPM [Ługowska Ż., Grzywacz P. 2009]. Parametr System zasypowy System ubijany Wilgotność [%] Uziarnienie 75 % < 2 mm 80 % < 2 mm Gęstość nasypowa wsadu (stan suchy) [kg/m 3 ] 750 ok Podczas trwania procesu koksowania, co 30 sekund rejestrowane są wyniki pomiarów: temperatury i ciśnienia wewnętrznego gazu (pomiary w osi koksowanego wsadu), zewnętrznego ciśnienia koksowania działającego na ruchomą ścianę pieca, skurczu poziomego bryły koksu. Rys. 5.2 Piec testowy CPM z ruchomą ścianą widok od strony maszynowej. Ciśnienie wewnętrzne gazu mierzone jest za pomocą stalowej sondy składającej się z trzech niezależnych rurek o średnicy 1/8. Na pobocznicy każdej z nich wycięte są trzy szczeliny o szerokości 1 mm i długości 30 mm. Jako ciśnienie wewnętrzne gazu przyjmuje się najwyższą z trzech zmierzonych wartości. Skurcz poziomy bryły koksu jest mierzony za pomocą dwóch specjalnych stalowych wkładek o średnicy 150 mm każda, umieszczonych przy wewnętrznej powierzchni ściany grzewczej i stykających się z koksowanym wsadem. Na zewnątrz ściany dla każdej z wkładek wyprowadzony jest pręt, na który wywierana jest pewna siła. Jeśli bryła koksu kurczy się pręt przesuwa się pod wpływem działania tej siły. Pręty połączone są z rejestratorem przemieszczenia. Jako wartość skurczu przyjmuje się mniejszą z dwóch otrzymanych wartości. Ciśnienie koksowania działające na ruchomą ścianę jest mierzone za pomocą czujnika nacisku zamontowanego w środku geometrycznym użytecznej powierzchni ściany pieca. Najczęściej stosuje się czujnik o zakresie pomiarowym do 100 kpa. W przypadku testowania mieszanek generujących wysokie ciśnienia rozprężania stosuje się czujnik o zakresie pomiarowym do 200 kpa [Boyer A. i in. 1989]. Widoczna na rysunkach 5.1 i 5.2 przeciwwaga wyposażona 38

39 w 10 stalowych krążków o znanej masie służy do sprawdzania i kalibracji czujnika nacisku. Test koksowania w instalacji CPM prowadzony jest zgodnie z wypracowaną procedurą wewnętrzną [Procedure od the coal carbonization tests in CPM, 2010]. Rysunek 5.3 w sposób schematyczny przedstawia podstawowe czynności podczas typowego testu procesu koksowania w CPM. węgle A, B, C, selektywne mielenie komponentów A, B, C, sporządzenie mieszanki suszenie mieszanki i kontrola wilgotności dodawanie oleju do mieszanki pomiar gęstości nasypowej napełnienie komory kontrolowany proces koksowania wypchnięcie i gaszenie koksu stabilizacja koksu sortowanie koksu analiza własności mechanicznych koksu Rys. 5.3 Schemat ogólny podstawowych czynności wykonywanych podczas koksowania w piecu testowym CPM z ruchomą ścianą. Pierwszym etapem tej procedury jest przygotowanie mieszanki wsadowej. W zależności od celu badań polega ono na selektywnym przemiale poszczególnych komponentów (zapewnienie zróżnicowanego uziarnienia) i skomponowaniu z nich mieszanki lub na rozdrobnieniu uprzednio skomponowanej mieszanki. Masa mieszanki wsadowej wynosząca ok. 440 kg wystarcza na napełnienie komory jak i wykonanie niezbędnych analiz wsadu. Po skomponowaniu mieszanki w specjalnej suszarce usuwana jest z niej wilgoć aż do osiągnięcia żądanego poziomu. Suszarka węgla ma kształt ściętego stożka z ogrzewanym płaszczem, w którym jest olej o temperaturze 280 o C. Ruch węgla wewnątrz przestrzeni urządzenia wymuszany jest przez zabudowany w środku obrotowy ślimak mieszający. W przypadku grawitacyjnego napełniania komory do wsadu dodawany jest olej napędowy w celu zwiększenia gęstości nasypowej wsadu do wymaganej wartości, 39

40 tj. wartości jaką osiąga w komorze przemysłowej. Wielkość dodatku oleju określa się w oparciu o wynik pomiaru gęstości nasypowej wsadu bez dodatku oleju oraz wyznaczony empirycznie wzór opisujący przyrost tej gęstości w zależności od ilości dodanego oleju. Takie postępowanie wynika z faktu, że wysokość pieca testowego CPM wynosi ok. 1 m i w związku z tym nie występuje taki efekt zagęszczenia wsadu jak w przypadku pieców przemysłowych, w których maksymalna wysokość spadania ziaren wynosi zazwyczaj 5-8 metrów. Koksowanie mieszanki węglowej uznaje się za zakończone, gdy temperatura w osi wsadu osiągnie 1000 o C. Po wypchnięciu koksu z komory gasi się go na mokro oraz stabilizuje mechanicznie. Stabilizacja ta symuluje oddziaływania mechaniczne na koks występujące w warunkach przemysłowych przesypów, na taśmach transportowych i zrzutni. Kolejnym etapem jest rozsortowanie koksu na klasy ziarnowe: mm, mm, mm, mm, mm oraz poniżej 10 mm. Otrzymane klasy umieszcza się na około 24 godziny w piecu i suszy w temperaturze 105 o C. Ostatnim etapem jest ocena właściwości mechanicznych koksu według znormalizowanych metod MICUM oraz IRSID [Ługowska Ż., Grzywacz P. 2009]. 5.3 Przegląd dotychczasowych doświadczeń przemysłowych w zakresie stosowania termicznej preparacji wsadu oraz suchego chłodzenia koksu W praktyce przemysłowej koksownictwa Dalekiego Wschodu (Japonia, Korea Południowa, Chiny) skojarzenie technologiczne wstępnego podsuszania wsadu oraz suchego chłodzenia koksu jest postrzegane jako optymalne dopełnienie systemu produkcyjnego klasycznej koksowni. W warunkach polskiego koksownictwa takie rozwiązanie w kompleksowy sposób pozwoliłoby na wyeliminowanie najsłabszej cechy eksploatowanych w kraju baterii zasypowego systemu napełniania komór, jaką jest niska gęstość nasypowa oraz stwarza możliwości wykorzystania w optymalny sposób potencjału suchego chłodzenia koksu. Koksownia Zdzieszowice w swoich planach inwestycyjnych rozważa budowę Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu z baterii zasypowych. Stało się to podstawą do uwzględniania w analizach ekonomicznych (prezentowane w dalszej części pracy) takich właśnie rozwiązań. Z tego względu dokonano także przeglądu doświadczeń przemysłowych dotyczących eksploatacji instalacji suchego chłodzenia koksu Doświadczenia przemysłowe w zakresie termicznej preparacji wsadu Próby przemysłowej aplikacji operacji termicznej preparacji wsadu były prowadzone w dwóch kierunkach, tj. pod kątem oceny możliwości i efektów napełniania komór wsadem podsuszonym oraz napełniania wsadem podgrzanym. Pierwsze wzmianki na ten temat ukazały się w 1921 r. natomiast pierwsze instalacje przemysłowe powstały w latach 60-tych i 70-tych ubiegłego wieku. Pierwszymi rozwiązaniami przemysłowymi termicznej preparacji wsadu były rozwiązania francuskie. Ich genezą były doświadczenia algierskie związane ze stosowaniem do produkcji koksu bardzo suchego węgla (efekt uwarunkowań klimatycznych), gdzie zmodernizowano szereg urządzeń produkcyjnych adaptując je do pracy z suchą mieszanką. Doświadczenia te zaowocowały budową pierwszej przemysłowej instalacji głębokiego suszenia wsadu w 1960 roku w koksowni w Hagondange we Francji. Instalacja ta została wkomponowana w istniejący klasyczny układ technologiczny baterii zasypowych. Mieszanka węglowa do suszenia kierowana 40

41 była do dwóch równolegle pracujących suszarek opadowych. Po procesie suszenia temperatura mieszanki wynosiła około 40 o C a jej wilgotność 2 4 %. Tak przygotowany wsad pobierany był z wieży węgla do odpowiednio przystosowanego wozu zasypowego i podawany do komór baterii. Efektem zastosowania tej instalacji było całkowite zastąpienie w mieszance węgla typu hard (ok %) węglem słabiej zmetamorfizowanym, przy zachowaniu dotychczasowej jakości koksu. Choć nie zaobserwowano skrócenia czasu koksowania to odnotowano jednak wzrost zdolności produkcyjnej baterii [Czaplicki A. 2007], [Diering A. 1971]. W 1971 roku w Zachodnio-Sybirskim Zakładzie Koksowniczym (ZSRR) w oparciu o wyniki badań trzech instalacji doświadczalnych wybudowano i uruchomiono przemysłową instalacja do podsuszania wsadu o wydajności 230 Mg/h. Efektem jej pracy był wzrost zdolności produkcyjnej baterii koksowniczej o 20 % [Czaplicki A. 2007], [Zieliński H., Łojek M. 1978]. W 1968 roku w koksowni Fuhuyama (Japonia) zastosowano częściowe podsuszanie wsadu węglowego dla dwóch baterii koksowniczych o wydajności 7000 Mg/dobę. Obniżenie zawartości wilgoci z 8 % do 4,5 % zwiększyło wydajność baterii o 10 %. Natomiast w koksowni Kasima w 1971 roku zastosowano kombinowany układ suszenia i progresywnego rozdrabniania wsadu dla baterii o zużyciu węgla 5200 Mg/ dobę [Czaplicki A. 2007]. W zakresie rozwiązań procesowych węzłów suszenia i podgrzewania wsadu węglowego w skali przemysłowej zweryfikowano [Czaplicki A. 2007]: francusko-amerykańską metodę COALTEK, niemiecką metodę PRECARBON, brytyjską metodę BCRA (British Carbonization Research Association). Instalacja podgrzewania wsadu COALTEK została uruchomiona w 1970 roku w koksowni Irontown Coke Plant w USA. Operacje: suszenia, rozdrabniania i podgrzewania węgla prowadzano w jednym urządzeniu, tzw. młynosuszarce. Urządzenie to zasilano mieszanką węglową o uziarnieniu 20 mm, która była rozdrabniana w przegrzewaczu do wymiarów ziaren poniżej 3 mm. Przegrzany węgiel odbierany był w cyklonie wstępnym i w cyklonach końcowych (ze sprawnością 99,5 %) i gromadzony w ślimakowym transporterze zbiorczym. W tym urządzeniu następowało jego olejowanie, co służyło zmniejszeniu emisji pyłu w czasie napełniania komór oraz ograniczało blokowanie się urządzeń załadowczych. Węgiel z przenośnika rozładowywany był do podajników. Opróżnianie podajników i załadunek mieszanki węglowej do komór odbywał się pneumatycznie przy wykorzystaniu przegrzanej pary wodnej. System rurociągowego napełniania pieca koksowniczego całkowicie wyeliminował emisję pyłów przy napełnianiu. Zaobserwowano natomiast znaczne ilości pyłu węglowego unoszonego do odbieralnika w czasie załadunku komór (nawet dziesięciokrotnie wyższe niż dla wsadu wilgotnego) a także brak istotnego wzrostu gęstości nasypowej wsadu w stosunku do wilgotnej mieszanki. Mieszanka węglowa rozkładała się w komorze równomiernie, co było wynikiem zdolności do samopoziomowania się węgla w tym stanie a także występowania zjawiska fluidyzacji wsadu w komorze w wyniku wydzielania się gazów pirolitycznych oraz pary wodnej. Efektem wdrożenia instalacji był wzrost zdolności produkcyjnej baterii wynikający ze skrócenia czasu koksowania, wzrost udziału średnich klas ziarnowych koksu oraz spadek udziału koksiku. Instalacje COALTEK zastosowano w koksowniach: Detroit, East Chicago, Indiana Harbour (USA) oraz Carling (Francja) [Czaplicki A. 2007], [Łojek M. 1975]. Niemiecka metoda PRECARBON została opracowana w latach w koksowni doświadczalnej EMIL. Zastosowano dwustopniowe urządzenie do suszenia 41

42 i podgrzewania mieszanki węglowej a do napełniania komór wykorzystano przenośnik zgrzebłowy Radler [Czaplicki A. 2007]. Jedną z instalacji przemysłowych opartą na tej metodzie uruchomiono w październiku 1979 roku w koksowni Muroran (Japonia). Podgrzaną mieszanką napełniano wysokokomorową baterię koksowniczą złożoną z 42 komór typu zasypowego. Mieszanka węglowa była podgrzewana do około o C, magazynowana w zbiornikach węgla gorącego a następnie w temperaturze o C podawana do komór koksowniczych przenośnikiem zgrzebłowym. Do wsadu dodawano ok. 0,5 1 % smoły w celu eliminacji emisji pyłu w trakcie napełniania komory. Uzyskano następujące pozytywne efekty: wzrost gęstości nasypowej wsadu do ok kg/m 3, wzrost jakości koksu (wytrzymałość koksu z podgrzanej mieszanki zawierającej 20% węgla o słabych własnościach koksotwórczych była wyższa niż koksu wytwarzanego tylko z wilgotnego węgla ortokoksowego (typu hard), większą jednorodność wymiarową ziaren koksu, wzrost zdolności produkcyjnej baterii o ponad 35 %, Ponadto nie zaobserwowano formowania się depozytu grafitowego na sklepieniu, ścianach komór oraz w rurach wznośnych jak też nie stwierdzono trudności podczas wypychania koksu z komór. Pogorszyła się natomiast jakość produkowanej smoły koksowniczej - wzrosła zawartość popiołu i części nierozpuszczalnych w benzenie w związku ze zwiększonym unosem pyłu do odbieralnika (zmiany te nie dyskwalifikowały jednak produkowanej smoły pod względem jakościowym). Należy podkreślić, iż zastosowanie operacji podgrzewania wsadu wymagało modernizacji oddziału rozdziału wody amoniakalnej, smoły i osadu poprzez adaptację dekantera oraz zabudowę dodatkowych separatorów odśrodkowych smoły [Suzawa A. i in. 1980]. Metoda brytyjska BCRA została zastosowana początkowo w skali pilotowej w Brookhouse. Wybudowano tam instalację podgrzewania wsadu o wydajności 5 Mg/h mieszanki węglowej, współpracującą z komorą o pojemności 10 Mg. Do instalacji suszenia i podgrzewania wsadu podawany był węgiel o wilgotności ok. 8 %. Proces termicznej preparacji wsadu przebiegał w dwustopniowej suszarce strumieniowej. Na pierwszym stopniu węgiel suszono i podgrzewano do ok. 70 o C. Suchy węgiel po oddzieleniu w cyklonie wstępnym kierowano na drugi stopień suszarki, gdzie w strumieniu gorących spalin (o temperaturze ok o C) osiągał temperaturę ok. 200 o C. Mieszankę węglową odbierano następnie w cyklonie wstępnym drugiego stopnia i po połączeniu z frakcją pyłową odbieraną w cyklonach końcowego odpylania kierowano do zbiorników magazynowych. Spaliny służące do suszenia wytwarzano w generatorze spalin. Po procesie suszenia odzyskiwano je w bateriach cyklonów (w temperaturze ok o C) i w ok. 80 %-ach zawracano do generatora spalin. Zbiorniki magazynowe hermetyzowano azotem. Instalację suszenia uruchamiano przy zawartości tlenu w jej atmosferze poniżej 8 %. Podczas pracy koncentracja tlenu spadała poniżej 4 % w efekcie uszczelniającego działania mieszanki węglowej [Czaplicki A. 2007], [Łojek M. 1975]. Na podstawie opisanych powyżej doświadczeń, w koksowni Brookhouse zbudowano instalację przemysłową o wydajności 65 Mg/h suchej i podgrzanej do 200 o C mieszanki węglowej. Służyła ona do zasilania baterii koksowniczej typu CARVES-OTTO złożonej z 25 komór (pojemność ok. 22 m 3 ). Konstrukcja tej instalacji była bardzo zbliżona do wcześniej opisanej instalacji półprzemysłowej, z tym, że temperatura mieszanki po pierwszym stopniu podgrzewacza strumieniowego była nieco wyższa i wynosiła ok. 100 o C. Podgrzany węgiel gromadzono w 4 bunkrach. Do napełniania komór wykorzystano zmodernizowany, w pełni zhermetyzowany i zautomatyzowany wóz zasypowy typu Hartung-Kuhn z magnetycznym podnoszeniem 42

43 pokryw otworów zasypowych. Poza koksownią w Brookhouse, wybudowano jeszcze trzy takie instalacje w Republice Południowej Afryki [Czaplicki A. 2007], [Łojek M. 1975]. Należy wspomnieć, że w instalacji w Brookhouse w maju 1975 roku Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla przeprowadził próby koksowania mieszanki węglowej złożonej z polskich węgli (70 % - typ 35.1; 15 % - typ 35.2 i 15 % - typ 37). Wyniki tych prób przedstawia tabela 5.2. Tabela 5.2 Parametry procesu oraz wyniki prób koksowania mieszanki polskich węgli w instalacji BCRA w Brookhouse [Łojek M., Kaczmarzyk G. 1975]. Lp. Parametr Wsad wilgotny Wsad podgrzany 1 Temperatura kanałów grzewczych 1260 o C 1260 o C 2 Temperatura szwu smołowego przed wypchnięciem 1070 o C 1070 o C 3 Gęstość nasypowa (w przel. na stan suchy) 667 kg/m kg/m 3 4 Czas koksowania 15,9 h 12,7 h Parametry koksu 5 M 40 74,5 74,5 6 M 10 8,3 7,0 Parametry koksu po obróbce mechanicznej odzwierciedlającej wpływ sortowania 7 M 40 81,2 83,0 9 M 10 7,0 6,4 Na podkreślenie zasługuje znaczny wzrost zdolności produkcyjnej komory (o 47%) oraz poprawa parametrów jakościowych koksu. Pozytywne wyniki doprowadziły do następnych badań w Polsce nad termiczną preparacją wsadu. Kolejne takie próby przeprowadzono na przełomie lat 70-tych i 80-tych ubiegłego wieku. Zaowocowały one budową pilotowej instalacji do podsuszania i podgrzewania wsadu w Koksowni Zdzieszowice. Zaprojektowana została ona przez Biuro Projektów Koksoprojekt na podstawie doświadczeń ICHPW oraz informacji literaturowych. Instalacja zlokalizowana była na Wieży Węgla nr 4 zasilającej baterie nr 7 i 8 w Koksowni Zdzieszowice. Instalacja miała wydajność ok. 17 Mg wsadu/h. Wyposażona została w dwie suszarki: strumieniową i fluidalną. Próby technologiczne rozpoczęto pod koniec 1979 i prowadzono je w następnym roku, w którym zainstalowano trzeci typ suszarki, tj. suszarkę wirowo-uderzeniową (rysunek 5.4), która okazała się najlepszym rozwiązaniem. Pracowała ona w układzie technologicznym przedstawionym na rysunku

44 Rys. 5.4 Schemat suszarki wirowo-uderzeniowej [Jastrzębski J. i in. 1984]. Rys. 5.5 Schemat układu technologicznego instalacji doświadczalnej do podsuszania i podgrzewania wsadu w [Jastrzębski J. i in. 1984]. 1 zbiornik namiarowy, 2 dozownik taśmowy, 3 przewód zasilający, 4 komora suszarnicza, 5 przewód, 6 cyklon rozładowczy, 7 komin, 8 zbiornik, 9 komora spalania Węgiel ładowany był w sposób ciągły do zbiornika namiarowego 1 (wyposażonego w wagę tensometryczną) i rozładowywany dozownikiem taśmowym 2 o regulowanej szybkości przesuwu taśmy. Strumień węgla opadał grawitacyjnie przesypem do przewodu 3, przez który przepływały gorące spaliny. Po zmieszaniu z nimi rozdzielany był na dwie strugi doprowadzane następnie do komory suszarniczej 4 po jej przeciwległych bokach rys Zawiesina węgla w spalinach odprowadzana była ze stożkowego dna komory suszarniczej i ukośnym przewodem 5 doprowadzana do cyklonu rozładowczego 6. Spaliny z cyklonu odprowadzane były bezpośrednio do atmosfery kominem 7 a suchy węgiel gromadzono w zbiorniku 8. Gorące spaliny generowane były w komorze spalania 9 o specjalnej konstrukcji umożliwiającej 44

45 spalanie gazu w szerokim zakresie zmian współczynnika nadmiaru powietrza λ [Jastrzębski J. i in. 1984]. Wyniki tych prób umożliwiły opracowanie w 1985 roku koncepcji przemysłowej instalacji do podsuszania części wsadu przy wykorzystaniu suszarki wirowouderzeniowej [Zieliński H. i in. 1985]. Zakładała ona budowę instalacji do podsuszania mieszanki wsadowej kierowanej na baterie systemu zasypowego do końcowej zawartości wilgoci 5 6%. Autorzy rozważyli 3 warianty wzrostu zdolności produkcyjnej: wariant I (minimalny) zakładał wzrost zdolności produkcyjnej o 3,52% związany wyłącznie z usunięciem wilgoci poza komorą koksowniczą, wariant II zakładał wzrost zdolności produkcyjnej o 6,78% związany z usunięciem wilgoci poza komorą koksowniczą oraz wzrostem gęstości nasypowej w komorze, przy niezmienionych czasach koksowania; rozwiązanie to było połączone z obniżeniem średniej temperatury w kanałach grzewczych o 35 o C, wariant III wzrost zdolności produkcyjnej o 12,3% w wyniku pełnego wykorzystania efektów podsuszania wsadu, czyli: obniżenia zawartości wilgoci, wzrostu gęstości nasypowej mieszanki wsadowej oraz skrócenia czasu koksowania o ca 5%, przy zachowaniu średnich temperatur w kanałach grzewczych. Niestety, rozpatrywana koncepcja nie została nigdy zrealizowana. Pomimo udokumentowanego korzystnego wpływu operacji podgrzewania wsadu na jakość koksu i wydajność baterii koksowniczych, trudności eksploatacyjne specyficzne dla tego procesu doprowadziły do rezygnacji z tej technologii. Obserwuje się natomiast rozwój technologii częściowego podsuszania wsadu. Największe sukcesy w tym zakresie notuje Japonia, gdzie w Nippon Steel Corporation oraz Kawasaki Heavy Industries powstały i z powodzeniem są już eksploatowane trzy generacje technologii Coal Moisture Control Process (CMC). Podstawowym założeniem metody CMC jest częściowe tylko usunięcie wilgoci i stabilizacja jej zawartości we wsadzie węglowym. Według [Poultney R., Willmers R. 2000] oraz [Czaplicki A. 2007] takie rozwiązanie wydaje się optymalnym biorąc pod uwagę następujące czynniki: wielkość nakładów inwestycyjnych i kosztów eksploatacyjnych, dużą elastyczność w zakresie możliwości wkomponowania w istniejący układ technologiczny koksowni, niewielki stopień złożoności techniczno-technologicznej instalacji oraz niezawodność pracy i łatwość jej obsługi, uzyskiwane efekty ekonomiczne i brak niepożądanych skutków ubocznych. W instalacjach CMC w sposób kontrolowany usuwa się część wilgoci wsadu wyłącznie w procesie jego suszenia (bez procesu podgrzewania). Krytyczną zawartością wilgoci całkowitej jest poziom ok. 5 %, poniżej którego gwałtownie narastają niepożądane efekty, czyli wzrost ciśnienia rozprężania, duża ilość pyłu unoszonego podczas napełniania komór oraz w początkowej fazie procesu koksowania, pylenie podczas transportu i magazynowania mieszanki oraz gwałtowny wzrost depozytu grafitowego. Istotą technologii CMC jest zatem nie maksymalne usunięcie wilgoci ze wsadu, ale utrzymanie jej zawartości we wsadzie na założonym, optymalnym dla warunków przemysłowych poziomie. Poszczególne generacje rozwiązań instalacji CMC różnią się głównie źródłami ciepła i suszarkami tabela 5.3 [Czaplicki A. 2007]. 45

46 Pozycja Typ suszarki Źródło ciepła Dodatkowe źródło ciepła Wdrożenie przemysłowe Efektywność ekonomiczna Tabela 5.3 Porównanie różnych generacji instalacji CMC [Czaplicki A. 2007]. Generacja I II III Suszarka płaszczowo-rurowa (węgiel w przestrzeni międzyrurowej) Pośrednia wymiana ciepła Ciepło odpadowe z baterii (przy użyciu wymiennika ciepła pomiędzy spalinami a grzanym medium) Potrzebne (tylko dla węgli o wysokiej zaw. wilgoci) - Oita (Japonia) Zhong-qing (Chiny) Chong Qing, Japonia, 1996 Suszarka płaszczoworurowa (węgiel w rurach) Pośrednia wymiana ciepła Para (z suchego gaszenia koksu lub z koksowni) Niepotrzebne - Kimitsu (Japonia) Yawata (Japonia) 1997 Suszarka fluidalna, Bezpośrednia wymiana ciepła Spaliny z baterii (bezpośrednie użycie spalin) Potrzebne (tylko dla węgli o wysokiej zaw. wilgoci) - Muroran (Japonia) 1996, - Maanshan, Chiny 2011 Niska Wysoka Średnia W wyniku zastosowania tej technologii podsuszania w koksowni Oita dla wsadu o średniej zawartości wilgoci 9 % osiągnięto następujące korzyści [Wakuri S., Hosokawa K. 1985], [Uchmyłowa G. S. 1991]: ograniczenie zużycia ciepła (ok. 26 Mcal/Mg suchego wsadu na każdy procent obniżenia zawartości wilgoci), wzrost wytrzymałości koksu, spadek udziału koksiku w koksie ogółem (o 2 %), sumaryczny wzrost zdolności produkcyjnej o ok. 11 %, (z tytułu wzrostu gęstości nasypowej o 6,9 % a z tytułu skrócenia czasu koksowania o 3,7 %), Zaobserwowano, że przez pierwszy okres procesu koksowania w komorze (do 3 godzin) unoszenie pyłu jest większe niż dla mieszanki wilgotnej. W szczególności dotyczy to okresu napełniania komór oraz pierwszych 10 minut procesu komorowego. Potem unoszenie pyłu jest porównywalne z mieszanką wilgotną. W porównaniu ze wsadem wilgotnym całkowita ilość depozytu grafitowego wzrasta o 45-75%. Gromadzi się on głównie na sklepieniu komory (przy czym wzrasta jego ilość w kierunku od strony koksowej do strony maszynowej) a także u podstawy rury odciągowej surowego gazu koksowniczego. W przypadku podsuszonego wsadu zaobserwowano znacznie silniejszą zależność pomiędzy ilością depozytu grafitowego a zawartością części lotnych w mieszance niż dla mieszanki wilgotnej. Tłumaczyć to można intensywniejszym przebiegiem reakcji polimeryzacji i wtórnej kondensacji węglowodorów w unoszonej smole w warunkach podwyższonej temperatury podsklepieniowej, charakterystycznej dla procesu koksowania podsuszonego wsadu [Furosawa A. i in. 1998]. Systematyczne czyszczenie rur wznośnych oraz usuwanie depozytu grafitowego podczas operacji wypychania koksu (wypalanie przez nadmuch powietrza i mechaniczne usuwanie zdzierakami na głowicy drąga) pozwala rozwiązać ten problem. Natomiast odnośnie pogorszenia jakości smoły wskazano, że wystarczającym rozwiązaniem będzie podniesienie temperatury dekantacji w dekanterach oraz zwiększenie częstotliwości czyszczenia chłodnic wstępnych. W obszarze biologicznego oczyszczania wody amoniakalnej nie stwierdzono negatywnych zmian [Wakuri S., Hosokawa K. 1985]. Z doświadczenia eksploatacyjnego instalacji CMC w Nippon Steel Corporation wynika, że 99% ziaren przedostających się do rur wznośnych w czasie napełniania komór ma wymiar poniżej 0,3 mm. Opracowano więc technologię polegającą 46

47 na separacji drobnej frakcji z suchej nadawy węglowej, jej aglomeracji i ponownym mieszaniu z węglem nadawy. Nazwano ją technologią suchego wzbogacania i aglomeracji DAPS (Dry-Cleaned and Agglomerated Precompaction System). Pozwala ona na obniżenie zawartości wilgoci w do 2% [Czaplicki A. 2007], [Czaplicki A. 2012]. Pozytywne efekty połączenia technologii CMC i DAPS skłoniły Nippon Steel Corporation do opracowania wytycznych techniczno-technologicznych dla koksowni XXI wieku o nazwie SCOPE 21 [Sugiyama I. i in. 2005], [Czaplicki A. 2007], [Czaplicki A. 2012]. Do jej zalet zaliczyć należy: a) aspekt proekologiczny (redukcja emisji NO x o 30%, emisji SO x o 10% oraz wyeliminowanie emisji pyłowo-gazowej), b) oszczędność energii (obniżenie zużycia energii o 20% a w konsekwencji także podobne obniżenie emisji CO 2 ), c) efektywne wykorzystanie bazy węglowej (zwiększenie udziału w mieszance węgli słabospiekających i niespiekających nawet do 50%), d) wzrost wydajności (zakłada się trzykrotny wzrost wydajności) oraz zmniejszenie gabarytów urządzeń (co oznacza niższe koszty inwestycyjne). Pomimo znacznych nakładów na rozwój tej koncepcji nie została ona rozwinięta do poziomu umożliwiającego jej przemysłowa aplikację Doświadczenia przemysłowe w zakresie suchego chłodzenia koksu Suche chłodzenie koksu, podobnie jak wstępne podsuszanie wsadu, pozwala na ograniczenie udziału węgli typu 35 w mieszankach. Co do wpływu suchego chłodzenia koksu na jakość produkowanego koksu, to istnieje wiele publikacji i danych empirycznych. W sposób syntetyczny prezentuje to praca Berlinga i Falka [Berling H., Falk F. 1982], która zawiera syntezę wyników prac dotyczących tego zagadnienia rys Na ich podstawie można stwierdzić, że efekt poprawy wytrzymałości koksu w wyniku zastosowania jego suchego chłodzenia jest tym większy im uboższa jest mieszanka, z której został wyprodukowany. Rys. 5.6 Analiza wpływu technologii chłodzenia koksu na jego wytrzymałość M40 na podstawie [Berling H., Falk F. 1982]. 47

48 Porównanie wyników jakościowych dla koksu chłodzonego mokro i sucho dla dwóch krajowych koksowni stosujących tę technologię (Koksownia Przyjaźń i Koksownia Kraków) zostało zebrane i przedstawione w pracach [Karcz A., Kornecka A. 1989], [Karcz A. 2001], [Figiel Z. i in. 2007]. Tabela 5.4 przedstawia zbiorcze wyniki dwóch pierwszych prac [Karcz A., Kornecka A. 1989], [Karcz A. 2001]. Wynika z nich, że suche chłodzenie koksu istotnie wpływa na poprawę jakości produkowanego koksu. Tabela 5.4 Porównanie wyników jakościowych dla koksu chłodzonego mokro i sucho dla krajowych koksowni stosujących tę technologię na podstawie [Karcz A., Kornecka A. 1989], [Karcz A. 2001]. Parametr Właściwości mechaniczne M 40 M 10 Wytrzymałość strukturalna według Griaznowa Właściwości mechaniczne M 40 M 10 CSR CRI Koks Jednostka chłodzony na sucho chłodzony na mokro Koksownia Przyjaźń % % 88,8 6,4-88,7 Koksownia Kraków % % ,7 5,5 64,9 24,6 87,1 7,3 88,1 75,6 6,4 55,7 32,1 Badania przeprowadzone w Koksowni Przyjaźń [Karcz A., Kornecka A. 1989] potwierdzają korzystny wpływ suchego chłodzenia koksu na wytrzymałość mechaniczną i spadek ścieralności koksu, przy czym autorzy zaznaczają, że koks poddany badaniom był wyprodukowany z bardzo dobrej mieszanki węglowej. Wyniki badań przeprowadzonych w Koksowni Kraków [Karcz A. i in. 2001] dowodzą, że zastosowanie suchego chłodzenia zdecydowanie poprawia wytrzymałość koksu ocenianą metodą Micum M 40 a także metodą Nippon Steel (CSR). Towarzyszy temu spadek ścieralności koksu M 10 oraz jego reaktywności CRI. Analiza wykonana w Koksowni Kraków [Figiel Z. i in. 2007] wykazała, że zastosowanie suchego chłodzenia na baterii koksowniczej zasypowego systemu napełniania typu PWR-63d (zasadnicza konstrukcja niemal identyczna, jak w Koksowni Zdzieszowice) w porównaniu do mokrego gaszenia powodowało średnie zwiększenie wytrzymałości koksu M 40 o 5,2%, CSR o 5,7% i zmniejszanie reakcyjności CRI o 4,3%. Autorzy na podstawie doświadczeń eksploatacyjnych stwierdzają także, że dzięki zastosowaniu operacji suchego chłodzenia koksu możliwe jest stosowanie mieszanek o wyższej zawartości węgli gazowo-koksowych (około 30%). Rysunek 5.7 przedstawia wyniki badań nad jakością koksów produkowanych w Koksowni Kraków na baterii koksowniczej PWR-63d chłodzonych metodą mokrą (m) i suchą (s) a Tabela 5.5 składy koksowanych mieszanek na podstawie [Figiel Z. i in. 2007]. Przedstawione informacje wskazują, że skojarzenie technologiczne Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu oraz Instalacji Suchego Chłodzenia koksu w warunkach wraz z oceną efektów ekonomicznych jest szczególnie zasadne. 48

49 Rys. 5.7 Wyniki badań jakości koksu produkowanych w Hucie im. T. Sendzimira chłodzonych metodą mokrą (m) i suchą (s) na podstawie [Figiel Z. i in. 2007]. Tabela 5.5 Skład mieszanek węglowych wykorzystanych do badań jakości koksów produkowanych w Hucie im. T. Sendzimira w zależności od technologii ich chłodzenia (wyniki prezentowane na rysunku 5.7) [Figiel Z. i in. 2007]. Składnik mieszanek Oznaczenie mieszanki M I M II M III M IV M V Węgiel typu Węgiel typu Węgiel typu 35.2 A Węgiel typu 35.2 B Pył koksowy Przegląd rozwiązań urządzeń do podsuszania wsadu Urządzenia przemysłowe do podsuszania wsadu można podzielić według kilku kryteriów, w tym: a) ze względu na sposób wymiany ciepła: urządzenia z bezpośrednią wymianą ciepła, urządzenia z pośrednią wymianą ciepła, b) ze względu na stosowaną technologię nagrzewania: urządzenia konwencjonalne, urządzenia niekonwencjonalne. Urządzenia konwencjonalne obejmują suszarki: przeponowe (pośrednie), bezprzeponowe (bezpośrednie), ze złożem fluidalnym. Do urządzeń niekonwencjonalnych zalicza się np. suszarki mikrofalowe. 49

50 5.4.1 Przeponowe urządzenia do podsuszania wsadu Reprezentatywne urządzenia tego typu to suszarki bębnowe produkowane przez Nippon Steel Engineering Co. (NSC) oraz Kawasaki. Są one szeroko stosowane w instalacjach podsuszania wsadu CMC. Rysunek 5.8 przedstawia ogólny schemat funkcjonowania suszarki bębnowej NSC. Pył węglowy 1-3 % masy temperatura wyparów ca 85 o C powietrze wilgotny węgiel para wodna temperatura podsuszonego węgla ca 80 o C kondensat Podsuszony węgiel ca 6% bateria koksownicza Rys. 5.8 Schemat działania suszarki bębnowej z pośrednią wymianą ciepła konstrukcji NSC [Dokumentacja techniczna Nippon Steel Engineering, 2011]. Czynnikiem grzewczym stosowanym w procesie pośredniej wymiany ciepła jest para wodna, która może być pozyskiwana w wielu procesach technologicznych realizowanych w koksowni, w szczególności w Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu. Obrotowe suszarki bębnowe konstruowane są w dwóch wersjach: suszarka typu para w rurze (I generacja STD) oraz typu węgiel w rurze (II generacja CIT). Na rysunku 5.9 zaprezentowane zostały przekroje suszarek bębnowych obu generacji a na rysunku 5.10 schematy ich budowy [Dokumentacja techniczna Nippon Steel Engineering 2011]. powietrze a) b) para wodna para wodna węgiel powietrze węgiel Rys. 5.9 Przekrój suszarki bębnowej typu: a) para w rurze STD, b) węgiel w rurze CIT [Dokumentacja techniczna Nippon Steel Engineering 2011]. 50

51 wylot mieszanka wilgotna para wodna: wejście a) mieszanka podsuszona wyjście wylot mieszanka wilgotna wejście para wodna: wyjście b) mieszanka podsuszona Rys Schemat konstrukcji suszarki bębnowej typu: a) para w rurze STD, b) węgiel w rurze CIT [Dokumentacja techniczna Nippon Steel Engineering 2011]. Sprawność obu wersji suszarek obrotowych jest podobna i kształtuje się na poziomie około 90%. Wydajność procesu suszenia jest w obu typach automatycznie regulowana poprzez zmianę prędkości obrotowej suszarki (wpływ na strumień węgla), czemu odpowiada redukcja strumienia dostarczanego ciepła (obniżenie ciśnienia pary wodnej a w konsekwencji ograniczenie jej przepływu przez urządzenie). W tabeli 5.6 porównano parametry obu wersji suszarek przeponowych. Doświadczenia eksploatacyjne obu generacji suszarek przeponowych sprawiły, że szeroko rozwinięta została ich druga generacja [Dokumentacja techniczna Nippon Steel Engineering 2011], [Dokumentacja techniczna Kawasaki Heavy Industries 2014]. Przesłankami tego rozwoju były: mniejsze rozmiary suszarek i całej instalacji podsuszania wsadu, większy zakres sterowania i dyspozycyjność, niższa awaryjność i brak istotnych problemów eksploatacyjnych, niższe nakłady inwestycyjne. 51

52 Tabela 5.6 Parametry obrotowych przeponowych suszarek bębnowych I i II generacji CMC [Dokumentacja techniczna NSC 2011; Wakuri S. i in. 1985; Poultney R., Willmers R. 2000]. Lp. Pozycja I generacja STD para w rurze II generacja CIT węgiel w rurze Charakterystyka pracy suszarki i urządzeń towarzyszących 1 Prędkość obrotowa bębna ca 3 rpm ca 10 rpm 2 Regulacja wydajności oraz głębokości podsuszania (ze względu na wilgotność Możliwa automatyczna przez zmianą obrotów bębna i strumienia pary Możliwa automatyczna przez zmianą obrotów bębna i strumienia pary nadawy) 3 Sprawność wymiany ciepła ca 90% ca 90% 4 Medium odprowadzające Powietrze Powietrze wilgoć z mieszanki węglowej 5 Wstępne podgrzewanie powietrza Możliwe, przy wykorzystaniu ciepła kondensatu pary wodnej Możliwe, przy wykorzystaniu ciepła kondensatu pary wodnej 6 Przepływ powietrza ca 250 m 3 /t wsadu ca 250 m 3 /t wsadu 7 Udział węgla unoszonego z wyparami i powietrzem 8 Sposób rozdziału pyłu węglowego i mieszaniny wyparów i powietrza 9 Sposób zagospodarowania wyparów po oddzieleniu pyłu węglowego 1 3% masy węgla 1 3% masy węgla Zestaw cyklonów i filtrów workowych Wydmuch do atmosfery lub kondensacja Zestaw cyklonów i filtrów workowych Wydmuch do atmosfery lub kondensacja Przyczyny problemów eksploatacyjnych 10 Duża ilość rur tak tak 11 Łożyskowanie bębnów obrotowych tak tak 12 Zawartość siarki w wyparach z mieszanki węglowej (środowisko korozyjne) tak tak 13 Długość urządzenia tak nie W tabeli 5.7 porównano wymagania lokalizacyjne przeponowych suszarek bębnowych I i II generacji o podobnej wydajności. Rysunek 5.11 przedstawia schemat instalacji podsuszania mieszanki wsadowej złożonej z dwóch obrotowych suszarek bębnowych II generacji (typu węgiel w rurze ) według koncepcji Kawasaki Heavy Industries [Dokumentacja techniczna Kawasaki Heavy Industries 2014]. Tabela 5.7 Porównanie wymagań lokalizacyjnych dla obrotowych przeponowych suszarek bębnowych I i II generacji CMC [Dokumentacja techniczna Kawasaki Heavy Industries 2014], [Dokumentacja techniczna Mitsui Engineering & Shipbuilding Co. 2010]. Lp. Parametr Jednostka Suszarka bębnowa I generacji typu para w rurze STD 1 Producent Mitsui Engineering & Shipbuilding Suszarka bębnowa II generacji typu węgiel w rurze CIT Kawasaki 2 Zdolność produkcyjna Mg/h Wymiary: średnica długość m 3,8 25,0 6,3 9,0 6,1 8,0 4 Minimalne wymagania w zakresie powierzchni dla węzła podsuszania m

53 węzeł odpylania wyparów suszarka para kondensat Rys Schemat instalacji podsuszania mieszanki wsadowej złożony z dwóch obrotowych suszarek bębnowych II generacji CMC z wydmuchem wyparów do atmosfery [Dokumentacja techniczna Kawasaki Heavy Industries 2014] Bezprzeponowe urządzenia do podsuszania mieszanek węglowych Spośród urządzeń do podsuszania wsadu z bezpośrednią wymianą ciepła na szczególną uwagę zasługują trzy konstrukcje: a) suszarka fluidalna (np. urządzenie CMC III generacji), b) wielostrumieniowa suszarka wirowa konstrukcji IChPW, c) suszarka z bezpośrednią wymianą ciepła konstrukcji China Coal Research Institute. Suszarka fluidalna to III generacja urządzeń CMC. Na rysunku 5.12 przedstawiono schemat przepływów i zasadę jej działania [Dokumentacja techniczna Kawasaki Heavy Industries 2014]. W suszarce fluidalnej węgiel podsuszany jest z 10 do 5% zawartości wody. Posiada ona dwie komory, do których od dołu podawane są spaliny wytwarzane w kotle (jak na rysunku) lub bezpośrednio spaliny z opalania baterii koksowniczej (rozwiązanie Nippon Steel Engineering). W górnej części komór odprowadzane są gazy odlotowe, które unoszą około 20-30% podsuszanego węgla. Jest on następnie wychwytywany w baterii filtrów workowych i łączony z główną częścią podsuszonego węgla (o temperaturze około 60 C), odbieranego w dolnej części komór suszarki fluidalnej. Wśród zalet suszarki fluidalnej wymienia się [Dokumentacja techniczna NSC 2011]: najniższe ze wszystkich generacji CMC nakłady inwestycyjne, prostą konstrukcję (brak bębna obrotowego), łatwość napraw wynikającą z prostej konstrukcji suszarki fluidalnej, możliwość efektywnego wykorzystania ciepła spalin z baterii koksowniczej. Rysunek 5.13 przedstawia suszarkę fluidalną konstrukcji Kawasaki. Minimalna wymagana powierzchnia do zabudowy instalacji podsuszania wsadu z suszarką fluidalną to 30 m 30 m. 53

54 wodajnik węgla wilgotnego wilgotność węgla odbiów węgla podsuszonego filtry workowe udział węgla po filtrach wentylator gazów odlotowych palnik gazu (koksowniczego) ilość i wilgotność węgla z komór wentylator powietrza spalania wentylator odlotowych gazów Rys Schemat działania suszarki fluidalnej [Dokumentacja techniczna Kawasaki Heavy Industries, 2014]. Rys Suszarka fluidalna konstrukcji Kawasaki [Dokumentacja techniczna Kawasaki Heavy Industries 2014]. Wielostrumieniowa suszarka wirowa konstrukcji IChPW [Zgłoszenie patentowe nr P ] jest urządzeniem bezprzeponowym. Schemat suszarki przedstawiono na rysunku Cechą charakterystyczną tej konstrukcji jest przestrzeń robocza, która składa się z dwóch walcowych komór, wzajemnie się przenikających, połączonych w dolnej części wspólną sferą stożkową, do której czynnik suszący doprowadzany jest dwoma równoległymi kanałami. Suszarka konstrukcji ICHPW jest urządzeniem nowatorskim a jej konstrukcja zapewnia intensywny kontakt czynnika suszącego i materiału suszonego, co sprzyja wymianie ciepła. Odbiór głównej klasy ziarnowej podsuszonego węgla jest podobny jak w suszarce fluidalnej; reszta (ok %) jest odzyskiwana w baterii filtrów workowych. Schemat całej instalacji suszarki wirowouderzeniowej konstrukcji IChPW przedstawiono na rysunku

55 Rys Schemat budowy wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW. [Zgłoszenie patentowe nr P ]. 1 komory walcowe, 2 sfera stożkowa, 3 kanały wlotowe czynnika suszącego, 4 wlot materiału suszonego, 5 kierownice, 6 kanał wylotowy Rys Schemat instalacji podsuszania wsadu z suszarką wirowo-uderzeniową konstrukcji IChPW. Pierwszym elementem tej instalacji jest zbiornik węgla mokrego wyposażony w urządzenie mieszające. Węgiel następnie jest transportowany do zbiornika dozującego przy pomocy systemu podajników i przenośników. Zbiornik dozujący zaopatrzony jest w układ ważenia, zapewniający ciągłą kontrolę i wymaganą ilość węgla podawanego do suszarki. Czynnikiem suszącym są spaliny wytworzone w generatorze spalin, zasilanym gazem koksowniczym oraz powietrzem do spalania, podawanym przez wentylator. Generator spalin podzielony jest na dwie części oddzielone od siebie kratownicą z materiału ogniotrwałego. W pierwszej części generatora przebiega spalanie gazu z niewielkim nadmiarem powietrza oraz mieszanie tak wytworzonego strumienia gorących spalin z częścią spalin cyrkulujących w obiegu suszenia, tak aby osiągnąć temperaturę końcową spalin przed kratownicą poniżej 55

56 1000 C. Spaliny te przechodzą przez kratownicę generatora spalin do jego drugiej części, gdzie mieszane są ze strumieniem spalin cyrkulujących w obiegu suszenia, tak aby osiągnąć wymaganą temperaturę czynnika suszącego równą 260 C. Ilość spalin cyrkulujących podawana do każdej z dwóch części generatora spalin ustalana jest za pomocą układów nastawy przepływu. Tak przygotowane spaliny za pomocą wentylatora podawane są do dwóch kanałów wlotowych suszarki. Ilość spalin podawanych do każdego z kanałów wlotowych suszarki ustalana i kontrolowana jest oddzielnymi układami sterowania przepływem spalin. Nadmiar gazów w układzie suszącym (spowodowany odparowywaną wilgocią oraz spalanym gazem) upuszczany jest do atmosfery poprzez układ stabilizacji ciśnienia w pierwszej części generatora spalin. Spaliny po przejściu przez suszarkę wraz z podsuszonym węglem podawane są do cyklonu rozładowczego, gdzie następuje oddzielenie węgla podsuszonego od spalin cyrkulujących w układzie suszenia. Wstępnie oczyszczone spaliny kierowane są do filtrocyklonu, gdzie następuje ich doczyszczenie (wydzielenie podsuszonego pyłu). Oczyszczone spaliny kierowane są do generatora spalin a ich nadmiar do atmosfery. Węgiel podsuszony i pył węglowy, oddzielony od spalin w cyklonie rozładowczym i filtrocyklonie kierowane są do zbiornika węgla podsuszonego. Zużycie gazu koksowniczego kształtuje się na poziomie 0,0154 m 3 /kg węgla natomiast zużycie energii elektrycznej wynosi 0,0223 kw/kg węgla. W wyniku spalania gazu koksowniczego charakteryzującego się dużą zawartością wodoru a także zastosowania cyrkulacji spalin, gaz suszący posiada dużą zawartość pary wodnej (ok. 60 %). Tak duża zawartość pary wodnej nie sprzyja efektywnemu suszeniu węgla, ponieważ siłą napędową tego procesu jest różnica prężności par na powierzchni suszonego ziarna węgla i otaczającego go gazu. Suszeniu bezprzeponowemu powinno poddawać się materiał o w miarę jednolitym uziarnieniu; w innym przypadku może wystąpić zróżnicowanie zawartości wilgoci w zależności od wielkości ziaren suszonego węgla. Bębnowa suszarka obrotowa konstrukcji Chińskiego Instytutu Badania Węgla (China Coal Research Institute) jest również urządzeniem z bezpośrednią wymianą ciepła. Rysunek nr 5.16 przestawia schemat działania suszarki konstrukcji Chińskiego Instytutu Badania Węgla [Dokumentacja techniczna Chiński Instytut Badania Węgla 2012]. wydmuch do atmosfery paliwo węglowe węgiel czysta woda powietrze powietrze wentylator wentylator powietrza spalania żużel węgiel podsuszony system oczyszczania kondensatu Rys Schemat działania suszarki konstrukcji Chińskiego Instytutu Badania Węgla [Dokumentacja techniczna Chiński Instytut Badania Węgla, 2012]. Wilgotny węgiel podawany jest przenośnikiem taśmowym do zamkniętego dozownika bezpośredniego zasilania suszarki. Po procesie suszenia węgiel jest podawany poprzez skrzynię wyładowczą na przenośnik taśmowy. Medium suszące (gorący gaz) wytwarzane w podgrzewaczu (opalanym węglem lub gazem) jest 56

57 przesyłane do bębnowej suszarki węgla po odpowiednim uregulowaniu temperatury. W reaktorze (tj. w bębnie suszarki) gorący gaz podgrzewa wilgotny węgiel i usuwa z niego wilgoć. Mieszanina gazów i odparowanej wody jest odprowadzana z suszarki do systemu oczyszczającego, gdzie wydzielany jest unoszony w tym strumieniu węgiel. Częściowo oczyszczony gaz jest następnie przesyłany do kolejnego stopnia w celu doczyszczenia. Spaliny są odprowadzane przez przewód wylotowy do atmosfery. Suszarki tej konstrukcji mogą mieć średnicę wynoszącą od 1,5 do 4,2 m i długość od 8 do 38 m, Ich wydajność mieści się w zakresie od 10 do 300 Mg/h. Pomimo oferowanej atrakcyjnej ceny wykorzystanie tej suszarki w polskim koksownictwie napotyka na trudności wynikającego z wysokiego poziomu ryzyka eksploatacyjnego jak również bardzo dużej powierzchni terenu potrzebnego dla jej instalacji Niekonwencjonalne urządzenia do podsuszania mieszanek węglowych. Jednym z najciekawszych urządzeń do podsuszania węgla jest suszarka mikrofalowa. Suszarka taka została skonstruowana przez Drycol Australia Pty Ltd. [Dokumentacja techniczna Drycol Australia Pty Ltd. 2014]. Proces DRYCOL polega na podsuszaniu węgla z wykorzystaniem energii mikrofal. Drobnoziarnisty węgiel przenośnikiem taśmowym jest transportowany przez komorę mikrofalową, gdzie w sposób ciągły przebiega proces usuwania wilgoci. Na rysunku 5.17 przedstawiono schemat działania suszarki mikrofalowej Drycol. Rys Schemat działania suszarki mikrofalowej DRYCOL [Dokumentacja techniczna Drycol Australia Pty Ltd. 2014]. Temperatura węgla w urządzeniu jest utrzymywana na poziomie nie przekraczającym 90 o C, co zapobiega jego zapłonowi, odgazowaniu a także, co istotne w przypadku węgla koksowego jego powierzchniowemu utlenieniu (pogorszenie własności koksotwórczych). Przy założeniu pracy przez 18 godzin w ciągu doby, wymagana powierzchnia pod zabudowę takiej instalacji jest dość znaczna (wymagany teren o wymiarach: 60 m 15 m). 57

58 6 Techniczno-technologiczne aspekty wdrożenia operacji podsuszania wsadu w koksowni Zastosowanie operacji podsuszania wsadu w procesie wytwarzania koksu jest nowym elementem w klasycznym ciągu technologicznym koksowni. Wymaga ono uwzględnienia specyficznych aspektów techniczno-technologicznych właściwych dla tej instalacji i wpływających na funkcjonowanie pozostałych węzłów technologicznych koksowni. W przypadku projektowania nowego zakładu koksowniczego, projektant ma możliwość uwzględnienia wszystkich tych aspektów już na etapie koncepcyjnoprojektowym, kiedy to istnieje możliwość optymalnego ich rozwiązania. W warunkach polskich rozważane jest jednak uzupełnienie już istniejących instalacji technologicznych produkcji koksu o węzeł podsuszania wsadu. W tej sytuacji budowa instalacji wstępnego podsuszania wsadu wymaga rozważenia takich zagadnień techniczno-technologicznych, jak: a) wybór optymalnego miejsca zabudowy węzła podsuszania wsadu wraz z instalacjami towarzyszącymi, b) budowa instalacji rozdziału gazów wylotowych z procesu podsuszania wsadu, c) zabezpieczenie instalacji na parę technologiczną i inne nośniki energii, d) hermetyzacja ciągów transportowych i wieży węgla, e) zapewnienie techniczno-technologicznych możliwości skrócenia czasu koksowania, f) rozwiązanie problemu usuwania grafitu z górnych części komory oraz otworów w ich sklepieniu w trakcie obsługi technologicznej pieców, g) zapewnienie odpowiedniej sprawności i wydajności instalacji hydroinżekcji wraz z płukaniem odbieralnika w czasie załadunku do komór podsuszonej mieszanki, h) dotrzymanie właściwych parametrów technologicznych procesów dekantacji i rozdziału osadów wodno-smołowych oraz zapewnienie prawidłowej pracy oddziału kondensacji. Podstawowym zagadnieniem które należy rozwiązać na etapie planowania budowy instalacji wstępnego podsuszania wsadu jest ocena technicznych możliwości skrócenia czasu koksowania w baterii koksowniczej. Jest to szczególnie istotne dla będących już w eksploatacji baterii koksowniczych, których możliwości w tym zakresie są limitowane czasem wymaganym dla obsługi maszyn piecowych [Diering A. 1971]. W przypadku baterii szybkobieżnych (np. typu PWR-63) możliwości w tym zakresie są bardzo ograniczone a w pewnych przypadkach wręcz żadne. W takim przypadku (patrz rozdział 5.3) zasadne jest utrzymanie czasów koksowania na niezmienionym poziomie, co skutkuje ograniczonym tylko przyrostem zdolności produkcyjnych (ca 7%) przy jednoczesnej jednak redukcji średnich temperatur ścian grzewczych, co z kolei skutkuje zmniejszeniem zużycia gazu opałowego, poprawą trwałości masywu ceramicznego baterii oraz korzystnie wpływa na kawałkowatość produkowanego koksu. Ograniczony przyrost zdolności produkcyjnej koksowni o ca 7% zazwyczaj pozwala na przygotowanie dodatkowej ilości mieszanki węglowej, odbiór i rozdział produkowanego koksu oraz produktów węglopochodnych w istniejących liniach technologicznych bez potrzeby ich rozbudowy. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu istniejących rezerw oraz intensyfikacji procesów w wyniku modyfikacji ich parametrów. Ze względu na ograniczony o ok. 40% strumień wód poprocesowych powstają rezerwy w zakresie ich oczyszczania oraz zagospodarowania. Jednocześnie wyższa koncentracja zanieczyszczeń sprzyja procesom ich oczyszczania na wydziale węglopochodnych i w oczyszczalni ścieków a także ogranicza zużycie energii. Ze względu na zmniejszenie ilości wód poprocesowych, przy jednocześnie większej zawartości frakcji pyłowej w kondensacie wodno-smołowym niezbędne 58

59 są pewne dodatkowe zabiegi technologiczne na oddziale kondensacji. W koksowniach japońskich poprawny przebieg procesu dekantacji smoły i wody amoniakalnej uzyskano dzięki podniesieniu temperatury jego przebiegu. Opcjonalnym rozwiązaniem (ale nie niezbędnym) może być zastosowanie wirówek smoły, co pozwoli poprawić jej jakość. Z kolei poprawną pracę chłodnic zapewniono dzięki zintensyfikowaniu ich płukania i parowania [Wakuri S. i in. 1985]. Z informacji przedstawionych w poprzednim rozdziale wynika, że węzeł podsuszania wsadu wraz z przynależnymi instalacjami i drogami mieszanki węglowej wymaga znacznego terenu pod zabudowę. Optymalną jego lokalizacją jest rejon węglowni, a konkretnie punkt przed skierowaniem mieszanki węglowej na przenośniki taśmowe transportujące mieszankę na wieżę węglową [Sobolewski A. i in. 2013]. Taka lokalizacja umożliwia technologiczne powiązanie tego nowego węzła z istniejącymi już instalacjami węglowni, ich współdziałanie (na wypadek awarii lub planowanego wyłączenia instalacji podsuszania wsadu) oraz wykorzystanie istniejących dróg transportowych węgla na wieżę węglową. Zależnie od wyboru technologii podsuszania wsadu niezbędne jest zapewnienie odpowiedniego medium grzewczego. W przypadku nowoprojektowanych baterii koksowniczych może być to ciepło odzyskiwane ze spalin i rur wznośnych baterii koksowniczej [Wakuri S. i in. 1985]. Dla istniejących już baterii takie rozwiązanie jest bardzo trudne do realizacji, gdyż wymaga głębokiej ingerencji w układ odbioru spalin z baterii koksowniczej oraz w rozwiązania konstrukcyjne rur odciągowych surowego gazu koksowniczego. Z tego względu dla funkcjonujących już baterii konieczne jest pozyskanie medium grzewczego z innych źródeł. Przy zastosowaniu pary wodnej jako medium grzewczego możliwe jest wykorzystanie nadmiaru technologicznej pary wodnej (jeżeli taka występuje w koksowni, np. z Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu lub elektrociepłowni) lub zabudowa wytwornicy pary. Możliwe jest też wykorzystanie spalin gazu koksowniczego. W takim przypadku niezbędne jest doprowadzenie instalacji gazowej w rejon węzła podsuszania wsadu celem zasilania planowanych instalacji wytwarzania medium podsuszającego. Jedną z podstawowych instalacji węzła podsuszania wsadu jest układ rozdziału gazów wylotowych z procesu podsuszania wsadu. W znacznej części zawierają one parę wodną, która po skondensowaniu może być np. wykorzystana w procesie mokrego gaszenia koksu. W instalacji tej jest też odzyskiwany węgiel unoszony w trakcie procesu podsuszania w postaci pyłu (ok. 1-3%) i zawracany do głównego strumienia podsuszanej mieszanki. Kolejnym istotnym zagadnieniem wynikającym ze wzmożonego pylenia wstępnie podsuszonej mieszanki jest konieczność hermetyzacji całej drogi podsuszonej mieszanki węglowej, tj. od węzła podsuszania wsadu aż do jego załadunku do komory koksowniczej. Oznacza to konieczność obudowy przenośników taśmowych i przesypów na drodze węgla, budowę odciągu i stacji oczyszczania oparów na szczycie wieży węglowej, uszczelnienie urządzeń zdawczych wieży węgla i urządzeń odbiorczych zbiorników zasypowych wozu zasypowego. Ważnym zagadnieniem jest także prawidłowy przebieg procesu zasypywania komór koksowniczych. Wymaga on wysokiej sprawności urządzeń odciągowych gazów obsadowych (sprawność hydroinżekcji oraz odbioru i przerzutu gazów obsadowych) oraz szczelności połączeń teleskopowych wozu zasypowego. Konieczne jest także zapewnienie pełnej sprawności i wydajności instalacji hydroinżekcji odbieralnika baterii koksowniczej oraz instalacji jego płukania, zwłaszcza w czasie napełniania komory oraz w pierwszym okresie po tej operacji. W świetle doświadczeń koksowni japońskich dochowanie reżimu technologicznego w tym zakresie eliminuje 59

60 niebezpieczeństwo blokowania odbieralnika, wynikające z intensywnego unoszenia frakcji pyłowej [Furosawa A. i in. 1998]. Nadmierne gromadzenie depozytu grafitowego na sklepieniu komory oraz w podstawie rury odciągowej surowego gazu koksowniczego i otworów zasypowych może wynikać z kilku przyczyn. Z jednej strony pozakomorowe usuwanie wody z mieszanki powoduje ograniczenie jej ilości w komorze, co przyczynia się do wzrostu temperatury przestrzeni podsklepieniowej a przez to do odkładania depozytu grafitowego. Równocześnie zjawisku temu sprzyja zwiększona ilość pyłu unoszonego w trakcie napełniania komory oraz w początkowym okresie procesu koksowania. Doświadczenia japońskich koksowni wskazują, że systematyczne stosowanie mechanicznych i pneumatycznych urządzeń do usuwania depozytu grafitowego eliminuje ryzyko jego nadmiernego odkładania [Furosawa A. i in. 1998]. Przedstawione powyżej aspekty zostały uwzględnione przez autora pracy na etapie wyboru technologii podsuszania wsadu oraz na etapie definiowania modelu technologicznego, zarówno w zakresie technicznym jak i ekonomicznym (planowanie zasobów). 60

61 7 Metodyka oceny efektywności projektu inwestycyjnego w zakresie podsuszania wsadu Inwestycje w koksownictwie charakteryzują się długim horyzontem planowania i względnie długim okresem zwrotu, wysokim poziomem nakładów inwestycyjnych oraz ich nieodwracalnością, a także znaczną niepewnością co do zmian w przyszłości. Obecna sytuacja ekonomiczna na świecie charakteryzuje się dużą dynamiką. Zmiany zachodzące w otoczeniu makroekonomicznym przedsiębiorstw są dynamiczne, szybkie i permanentne. Wynikają one głównie z globalnej konkurencji, postępu cywilizacyjnego, aktywności ponadpaństwowych korporacji, łatwości przekraczania granic, przepływu kapitału oraz technologii, rozwoju technik informacyjnych i wzrostu szybkości przepływu informacji a także ze wzrostu wymogów w zakresie korzystania ze środowiska (w szczególności na obszarze Unii Europejskiej). Zaletą takiej sytuacji jest możliwość szerokiego korzystania przez przedsiębiorstwa z najlepszych zasobów ludzkich, technicznych, kapitałowych, surowcowych oraz informacji. Jednocześnie opisanym zjawiskom makroekonomicznym towarzyszy wzrost niepewności, co zmusza przedsiębiorstwa do ostrej rywalizacji rynkowej, wywołuje gwałtowne zmiany w spokrewnionych branżach. Skutkiem tego jest konieczność zastosowania nowej i wnikliwej optyki spojrzenia na rachunek opłacalności inwestycji, w szczególności tych o charakterze strategicznym. Właśnie ten obszar działalności przedsiębiorstwa jest wyjątkowo sensytywny na niepewności występujące w jego otoczeniu i ma kluczowe znaczenie dla ciągłości funkcjonowania oraz osiągania celów przedsiębiorstwa. Wszelkie rozstrzygnięcia w zakresie strategicznych projektów inwestycyjnych w przemyśle koksowniczym z uwagi na ich wiążący i zazwyczaj nieodwracalny charakter wymagają pogłębionej analizy i rzetelnej oceny, zwłaszcza gdy wiedza o potencjalnych efektach jest niepełna a nawet niepewna. Trzeba także podkreślić, że kondycja ekonomiczna przemysłu koksowniczego oddziałuje w istotnym zakresie na ekonomikę oraz technologie wykorzystywane w sektorach bezpośrednio z nim związanych, tj. wydobywczym węgla koksowego po stronie surowcowej i w hutniczym oraz odlewniczym po stronie produktów [Karcz A. i in. 2006], [Karcz A. i in. 2007], [Obłój K. 2007], [Ziarkowski R. 2004], Kwaśniewski K. i in. 2008]. Na ogół przy podejmowaniu decyzji inwestycyjnych do oceny projektów stosuje się zestaw statycznych i dynamicznych narzędzi należących do rodziny konwencjonalnych metod oceny opłacalności inwestycji [Pluta W. 2000]. Badania przeprowadzone w przedsiębiorstwach wykazały, że 74,9 % z nich do oceny efektywności inwestycji wykorzystuje metodę wartości zaktualizowanej netto NPV, 75,7 % metodę wewnętrznej stopy zwrotu IRR, a 56,7 % okres zwrotu PB [Graham J., Harvey C. 2001], [Brigham E. F., Houston J. F. 2005]. W ostatnich latach popularność zyskuje nowa koncepcja oceny przedsięwzięć inwestycyjnych, a mianowicie rachunek opcji rzeczowych, który jest szczególnie użyteczny do ewaluacji projektów inwestycyjnych w warunkach niepewności. Opcje rzeczowe, nazywane są także opcjami rzeczywistymi lub realnymi. Pozwalają one uwzględniać w rachunku efektywności inwestycji elastyczność zarządu oraz możliwy wpływ realizowanego projektu na przyszłe potencjalne inwestycje przedsiębiorstwa, a w konsekwencji także przyszłe przychody. Należy zaakcentować, iż opcje rzeczowe nie negują wagi i dorobku konwencjonalnych metod oceny efektywności projektów, ale je uzupełniają [Kassar I., Lasserre P. 2004], [Kobylańska M., Kudełko J. 2005], [Mizerka J. 2005], [Ziarkowski R. 2004]. Podczas ewaluacji projektów inwestycyjnych kluczowym zagadnieniem jest wybór adekwatnej wartości stopy dyskontowej oraz okresu analizy. W przypadku projektów 61

62 o długim okresie realizacji, a takimi są duże projekty inwestycyjne przyjęcie nadmiernie wysokiej i stałej stopy dyskontowej daje kontrowersyjne wyniki w procesie dyskontowania (aktualizacji) wartości strumieni pieniężnych w kolejnych latach. Rozwiązaniem może być posługiwanie się zmienną stopą dyskontową. W początkowym etapie realizacji projektu (zwłaszcza w okresie ponoszenia nakładów inwestycyjnych), kiedy ryzyko jest relatywnie dobrze oszacowane, stosowanie nadmiernie wysokiej stopy procentowej może doprowadzić do niezasadnego i nadmiernego dyskontowania negatywnych strumieni pieniężnych, co w rezultacie prowadzić może do zawyżenia zaktualizowanej wartości projektu [Ziarkowski R. 2004]. Natomiast przy aktualizacji przepływów pieniężnych dla projektów długoterminowych stosowanie niezmiennej stopy procentowej może powodować niedoszacowanie później występujących przepływów pieniężnych. Sensownym rozwiązaniem, niezbyt często wykorzystywanym jednak w praktyce, może być zastosowanie dla tego etapu realizacji projektu malejącej stopy dyskontowej, proporcjonalnej do niepewności malejącej w czasie, z powodu wzrastającej w czasie wiedzy inwestora o faktycznym przebiegu realizacji projektu a co za tym idzie możliwości reagowania (w szczególności w obszarze technicznotechnologicznym) [Saługa P. 2011a]. Z drugiej strony zbyt długi okres analizy powiązany jest z niepewnością co do przyszłych zdarzeń. Zdyskontowane przepływy pieniężne reprezentujące odległe lata realizacji projektu posiadają coraz niższą wartość i nie wpływają znacząco na wartość projektu. Horyzont czasowy rozważania projektu powinien być zatem ustalony w wyważony sposób, przy uwzględnieniu powyższych zależności. Wykorzystywanie pojedynczych stóp dyskontowych do aktualizowania wszystkich przepływów pieniężnych długookresowych i wieloetapowych projektów spotyka się krytyką [Saługa P. 2011a], [Jacoby H.D., Laughton D.G. 1992]. Wyznaczenie kosztu kapitału (stopy dyskontowej) winno uwzględniać strukturę kapitału pozyskiwanego do finansowania inwestycji. Przedsiębiorstwa korzystają zarówno z kapitałów pochodzących ze źródeł zewnętrznych (emisja akcji zwykłych i uprzywilejowanych, emisja obligacji, kredyty bankowe) jak i wewnętrznych (fundusze pochodzące z zysków zatrzymanych). Średni ważony koszt kapitału wyznacza się wg wzoru: gdzie: WACC n i 1 w i k i (7.1) WACC średni ważony koszt kapitału [%], w i udział kapitału z i źródła [-], k i koszt kapitału z i-tego źródła [%]. Pojęcie kosztu kapitału pozwala przeprowadzić ocenę długoterminowych wyników podmiotu gospodarczego oraz skonfrontować je z oczekiwaniami inwestorów co do spodziewanego zwrotu z zaangażowanych kapitałów, przy uwzględnieniu właściwych dla danego projektu czynników ryzyka. Koszt kapitału w praktyce jest wykorzystywany do obliczania, przez dyskontowanie, bieżącej wartości przyszłych przepływów pieniężnych. Średni ważony koszt kapitału wyraża zatem minimalny oczekiwany zwrot z projektu inwestycyjnego. W praktyce gospodarczej stosuje się cztery podstawowe kategorie kosztu kapitału [Szczepankowski P. 2004]: a) stopa zwrotu oczekiwana przez inwestorów najczęściej suma stopy wolnej od ryzyka oraz premii za ryzyko, b) koszt kapitału obcego koszt kredytu, rozważany w ujęcie netto, czyli po uwzględnieniu implikacji podatkowych (tarcza podatkowa), 62

63 c) koszt kapitału własnego oczekiwana przez właścicieli kapitału stopa zwrotu, stanowiąca sumę stopy wolnej od ryzyka, premii za ryzyko operacyjne oraz premii za ryzyko finansowe, d) średni ważony koszt kapitału ważony udziałami w finansowaniu projektu łączny koszt kapitału obcego i własnego; jest wykorzystywany do obliczania bieżącej wartości przyszłych przepływów pieniężnych, w szczególności podczas oceny projektów inwestycyjnych. 7.1 Tradycyjne metody oceny efektywności procesu inwestycyjnego Tradycyjne metody oceny efektywności inwestycji obejmują techniki statyczne (proste) i dynamiczne (dyskontowe). Najważniejsze z nich są przedstawione na rysunku nr 7. [Krawczyk W. i in. 2001], [Dyduch A. i in. 2013]. tradycyjne techniki budżetowania kapitałów statyczne: dynamiczne: okres zwrotu PB księgowa stopa zwrotu ARR ROI - Stopa zwrotu z zaangażowanych kapitałów porównanie kosztów wartość zaktualizowana netto NPV wewnętrzna stopa zwrotu IRR wskaźnik wartości zaktualizowanej netto NPVR zdyskontowany okres zwrotu DPB porównanie zysków Rys. 7.1 Tradycyjne techniki budżetowania kapitałów [Krawczyk W. i in. 2001], [Dyduch A. i in. 2013]. Okres zwrotu PB to czas, w którym przychody netto z inwestycji zrównają się z kosztem inwestycji, co wyraża wzór: gdzie: l PB = l min, dla CF t 0 (7.2) t 0 PB okres zwrotu [lata], CF t wartość strumienia pieniężnego w roku t [jednostki pieniężne], t rok realizacji rozważanej inwestycji, l min minimalny okres, dla którego suma strumieni pieniężnych jest nieujemna [lata]. 63

64 Technika ta jest prosta do interpretacji przez inwestora. Projekt jest akceptowalny, jeżeli okres zwrotu jest krótszy od krytycznego okresu zwrotu PB k. Metoda okresu zwrotu posiada wszakże kilka znaczących wad, a mianowicie [Pluta W. 2000], [Krawczyk W. i in. 2001], [Dydych A. i in. 2013]: nie uwzględnia wpływu czasu na wartość pieniądza, nie rozpatruje strumieni pieniężnych po okresie zwrotu, wyznaczanie krytycznej wartości PB k jest często pozamerytoryczne. Pierwsza z przedstawionych wad nie występuje w przypadku zmodyfikowanej odmiany tego wskaźnika, czyli zdyskontowanym okresie zwrotu DPB. Księgowa stopa zwrotu ARR jest to średnia wartość okresowej dochodowości możliwej do uzyskania z inwestycji w relacji do wartości początkowego nakładu inwestycyjnego w zakładanym czasie jej eksploatacji. Kolejną prostą techniką budżetowania kapitałów jest stopa zwrotu z zaangażowanych kapitałów (ROI). Stanowi ona relację średniej wartości zysków operacyjnych z przedsięwzięcia po opodatkowaniu (NOPAD) w rozpatrywanym okresie jego eksploatacji do wartości całkowitych nakładów inwestycyjnych (I). Kryterium wyboru przy stosowaniu techniki ROI jest wybór projektu inwestycyjnego, przynoszącego wyższą okresową stopę zwrotu, przy tych samych nakładach inwestycyjnych [Rutkowski A. 2007]. Porównanie kosztów w ocenie projektów inwestycyjnych jest metodą prostą. Jest ona szczególnie przydatna przy rozważaniu projektów, które nie generują wymiernych przychodów np. projekty dot. bezpieczeństwa pracy lub ochrony środowiska, nazywane także obowiązkowymi wydatkami inwestycyjnymi. Znajduje ono także użytek przy analizie projektów inwestycyjnych polegających na wymianie środków produkcji na nowe. W takim przypadku uproszczenie polegające na porównaniu wyłącznie kosztów dla poszczególnych wariantów jest wyjątkowo przydatne. Dopełnieniem tej uproszczonej metody jest porównywanie zysków. Ma ono szczególne zastosowanie w przypadkach, gdy inwestycja nie tylko powoduje obniżenie kosztów, ale także generuje wyższe przychody, np. w wyniku poprawy jakości produktu po realizacji rozważanego projektu inwestycyjnego [Manikowski A., Tarapata Z. 2001]. Uproszczony charakter powyższych technik prostych sprawia, że są one używane najczęściej pomocniczo. Największą popularność w ocenie projektów inwestycyjnych zdobyły techniki oparte o rachunek dyskontowy. Najważniejsza z nich to wartość zaktualizowana netto NPV, która wyraża korzyści zaktualizowane na moment przeprowadzania oceny, jakie może przynieść realizacja rozważanego projektu. Najczęściej dyskontuje się wartości przepływów pieniężnych na rok rozpoczęcia inwestycji. Metoda ta prawidłowo uwzględnia strumienie pieniężne, także niekonwencjonalne. Wyznaczenie NPV odbywa się przy zastosowaniu wzoru: gdzie: NPV n t 0 CF 100 k 100 t t (7.3) NPV wartość zaktualizowana netto [jednostki pieniężne]. k stopa dyskontowa [%]. Wyznaczenie NPV może dać trzy wyniki. Ujemna wartość NPV oznacza, że przepływy środków pieniężnych nie spłacą zainwestowanego kapitału oraz nie przyniosą wymaganego dochodu. Projekt taki jest nieopłacalny i należy go odrzucić. 64

65 Dodatnia wartość NPV projektu oznacza, że przepływy środków pieniężnych spłacają zainwestowany kapitał i przynoszą wymagany a także dodatkowy dochód. Taki projekt może być realizowany, a w przypadku kilku wariantów projektu lub projektów wykluczających się, powinno być realizowane przedsięwzięcie o najwyższym NPV [Brigham E. F., Houston J. F. 2005], [Pluta W. 2000], [Dydych A. i in. 2013], [Manikowski A., Tarapata Z. 2001]. Zerowa wartość NPV oznacza, że przepływy środków pieniężnych z realizacji projektu wystarczają dokładnie na spłacenie zainwestowanego kapitału oraz realizację wymaganej przez inwestora stopy zwrotu z tego kapitału. Stopa dyskontowa k, przy której NPV wynosi zero nazywana jest wewnętrzną stopą zwrotu IRR i wyrażana jest formułą: n CFt 0 (7.4) gdzie: t IRR 100 IRR wewnętrzna stopa zwrotu [%]. Analityczne rozwiązanie (7.7) i wyznaczenie IRR jest niemożliwe, poza projektami rozważanymi do dwóch okresów (n 2). W pewnych przypadkach może istnieć kilka rozwiązań równania (7.7) [Brigham E. F., Houston J. F. 2005], [Pluta W. 2000]. Dwie podstawowe i powiązane ze sobą metody oceny projektów inwestycyjnych korzystające z rachunku zdyskontowanych przepływów pieniężnych to NPV i IRR. Obie te metody posiadają swoje specyficzne wady i zalety a w przypadku rozpatrywania projektów wzajemnie się wykluczających mogą wskazywać na różne rozwiązania. Przyczyną takiej sytuacji może być odmienny w czasie rozkład przepływów pieniężnych lub różnice w skali projektu [Brigham E. F., Houston J. F. 2005], [Dydych A. i in. 2013]. Relacja NPV do wartości bieżącej nakładów inwestycyjnych DI nazywana jest wskaźnikiem wartości zaktualizowanej netto NPVR. Przedstawia on informację o krotności NPV w stosunku do zdyskontowanych nakładów i wyraża się wzorem: gdzie: t NPV NPVR (7.5) DI NPVR wskaźnik wartości zaktualizowanej netto [-], DI zdyskontowane nakłady inwestycyjne [jednostki pieniężne]. Wskaźnik wartości zaktualizowanej netto NPVR jest pomocny zwłaszcza podczas prowadzenia analizy porównawczej projektów. Wszystkie z powyższych technik (zarówno statycznych jak i dynamicznych) charakteryzują się pewnymi ograniczeniami w stosowaniu i rozważane samodzielnie mogą prowadzić do nieprawidłowych wniosków. Uznanym przez decydentów sposobem na uniknięcie takiej sytuacji jest korzystanie z zestawu technik budżetowania kapitałów, zarówno prostych jak i dynamicznych (uwzględniających zmianę wartości pieniądza w czasie) np. okres zwrotu PB, wartość zaktualizowana netto NPV, wewnętrzna stopa zwrotu IRR, wskaźnik wartości zaktualizowanej netto NPVR. Takie podejście daje pełniejszy obraz ocenianego projektu inwestycyjnego oraz pozwala na uniknięcie błędnych decyzji wynikających z ograniczeń poszczególnych metod. Ocenę efektywności inwestycji z wykorzystaniem rachunku dyskontowego, głównie 65

66 z wykorzystaniem wartości zaktualizowanej netto NPV, przeprowadza się z zachowaniem standardów UNIDO lub Banku Światowego [Felis P. 2005], [Brandenburg H. 2002]. W ostatnich latach do obliczania NPV zastosowanie znalazło wyznaczanie wolnych przepływów pieniężnych FCF (ang. Free Cash Flow), które lepiej uwzględniają wypracowywaną przez przedsiębiorstwo nadwyżkę z działalności operacyjnej w powiązaniu z kosztem zaangażowanego kapitału i oczekiwaniami inwestorów. Wolne przepływy pieniężne można zdefiniować jako nadwyżki lub deficyt środków pieniężnych, które mogą powstać w rezultacie prowadzenia przez przedsiębiorstwo działalności operacyjnej lub inwestycyjnej, po zaspokojeniu wszelkich oczekiwań finansowych podmiotów finansujących tę działalność (dawcy kapitału). Są to zatem nadwyżki lub niedobory środków pieniężnych generowane w wyniku prowadzonej działalności gospodarczej po odliczeniu wszystkich kosztów (poza wydatkami związanymi z obsługą długu, ale po podatkowaniu), będące do dyspozycji podmiotów finansujących działalność firmy (właścicieli i wierzycieli) [Szczepankowski P. 2004]. Wolne przepływy pieniężne stosowane są w dwóch wariantach, zależnie od podmiotów finansujących działalność: a) wolne przepływy pieniężne dla właścicieli kapitału własnego FCFE (ang. Free Cash Flow to Equity), b) wolne przepływy pieniężne dla właścicieli kapitału własnego i wierzycieli FCFF (ang. Free Cash Flow to Firm). Wolne przepływy pieniężne (FCF) pozwalają na ocenę wzrostu wartości firmy i ocenę strategii zarządzania wartością adekwatną dla wszystkich zainteresowanych grup. Wolne przepływy pieniężne dla właścicieli kapitału własnego i wierzycieli FCFF oblicza się wg ogólnego wzoru (chociaż stosowane są pewne modyfikacje): gdzie: T Am I KO NOPAT Am KO FCFF EBIT 1 A (7.6) FCFF wolne przepływy pieniężne dla właścicieli kapitału własnego i wierzycieli [jednostki pieniężne], EBIT zysk operacyjny [jednostki pieniężne], T A stopa podatkowa [%], Am amortyzacja [jednostki pieniężne], I wartość początkowego nakładu inwestycyjnego [jednostki pieniężne], KO zmiana kapitału obrotowego netto [jednostki pieniężne], NOPAT zysk operacyjny po opodatkowaniu [jednostki pieniężne]. Wartość EBIT wyznacza się z wzoru: gdzie: EBIT EBITDA AM (7.7) EBITDA zysk przedsiębiorstwa przed potrąceniem odsetek od zaciągniętych kredytów, podatków oraz amortyzacji [jednostki pieniężne], Przy ocenie efektywności inwestycji NPV z wykorzystaniem FCFF przepływy pieniężne należy zdyskontować średnim ważonym kosztem kapitału WACC. Wolne przepływy pieniężne dla właścicieli kapitału własnego FCFE oblicza się wg ogólnego wzoru (chociaż także stosowane są pewne jego pewne modyfikacje): 66

67 gdzie: FCFE ZN Am I KO D (7.8) FCFE wolne przepływy pieniężne dla właścicieli kapitału własnego [jednostki pieniężne], ZN zysk netto [jednostki pieniężne], D przyrost zadłużenia netto [jednostki pieniężne], Przy ocenie efektywności inwestycji NPV z wykorzystaniem FCFE przepływy pieniężne należy zdyskontować stopą kosztu kapitału własnego. Podejmowanie decyzji inwestycyjnych wymaga uwzględniania i oszacowania towarzyszącego im ryzyka. Metody szacowania ryzyka są sposobem na dokładniejsze poznanie projektu i efektów, jakie mogą wystąpić w przypadku różnego rozwoju sytuacji w przyszłości. Umożliwiają także lepsze oszacowanie zmian wartości bieżącej netto NPV pod wpływem zmienności czynników wpływających na tę wartość. Metody uwzględniające ryzyko dzielą się na bezpośrednie i pośrednie. Metody bezpośrednie polegają na uwzględnieniu ryzyka w kryterium wartości bieżącej netto NPV, co następuje poprzez modyfikacje wzoru (7.4). Dwie podstawowe metody bezpośrednie to równoważnik pewności oraz metoda stopy dyskonta uwzględniającej ryzyko. Koncepcja metody równoważnika pewności (inaczej metody pewnego ekwiwalentu) CE sprowadza się do zastępowania niepewnych przepływów pieniężnych związanych z realizacją projektu mniejszymi, lecz pozbawionymi ryzyka. Metoda ta bierze swój początek wprost z teorii użyteczności. Równoważnik pewności CE to taka wartość otrzymana na pewno, której użyteczność jest taka sama, jak wyższej wartości CF znajdująca się na jednej krzywej obojętności [Varian H. 2013], [Pluta W. 2000]. Uwzględnianie metody równoważnika pewności powoduje, że wartość zaktualizowana netto z uwzględnieniem równoważnika pewności (NPV CE ) jest niższa niż NPV. Nie zmienia się kryterium decyzyjne tak zmodyfikowanej metody wartości bieżącej netto. Metoda stopy dyskonta uwzględniającej ryzyko (RADR) opiera się również na teorii użyteczności. Ryzyko może być zaakceptowane pod warunkiem odpowiedniej premii za ryzyko. Im wyższe ryzyko, tym wyższe oczekiwania co do stopy zwrotu. W przypadku metody NPV oznacza to konieczność zwiększenia stopy dyskonta w celu zaspokojenia oczekiwań i zrekompensowania ryzyka. Stopa dyskontowa uwzględniająca ryzyko RADR, nazywana też skorygowaną stopą dyskontową, to wartość stopy zwrotu, jaka musi być osiągnięta, aby zrekompensować zmienną wartość pieniądza w czasie i ryzyko związane z rozważanym projektem. Zastosowanie tej metody również powoduje obniżenie wartości zaktualizowanej netto ze stopą dyskontową uwzględniającą ryzyko (NPV RADR ) w porównaniu do NPV [Varian H. 2013], [Pluta W. 2000]. W praktyce gospodarczej metody bezpośrednio uwzględniające ryzyko są rzadko wykorzystywane. Większe zastosowanie znalazły metody pośrednio uwzględniające ryzyko, często o intuicyjnym charakterze. Główne metody pośrednio uwzględniające ryzyko to: 1) analiza wrażliwości, 2) analiza scenariuszowa, 3) analiza drzewa decyzyjnego, 4) analiza symulacyjna (np. Monte Carlo). Analiza wrażliwości umożliwia prześledzenie zmian NPV projektu pod wpływem zmian wartości różnych czynników (np. ceny, popyt, nakłady inwestycyjne, koszty zmienne, koszty kapitału) ceteris paribus wpływających na efektywność projektów. Analiza wrażliwości projektu pozwala na wyznaczenie czynników krytycznych, 67

68 o największej wadze dla danego projektu i ich wartości granicznych, przy których NPV wynosi zero. Analizowane są zmiany wielkości NPV pod wpływem zmian parametrów wpływających w przyjętym zakresie, najczęściej wyrażonym w procentach, co łatwo prezentować na wykresach. Ograniczeniem analizy wrażliwości jest to, że rozpatruje ona wpływ pojedynczych zmiennych na wartość inwestycji. W rzeczywistości zmiany mogą dotyczyć równocześnie kilku czynników oraz w różnym stopniu i o różnych kierunkach oddziaływania. Ponadto analiza wrażliwości ma ograniczoną przydatność przy ocenie projektu inwestycyjnego, w sytuacji, gdy zmienne wpływające na wartość projektu są zależne od siebie (skorelowane) [Ziarkowski R. 2004]. Ze względu na prostotę i użyteczność oraz intuicyjną zrozumiałość analiza wrażliwości jest powszechnie wykorzystywana [Rogowski W., Michalczewski A. 2005]. Analiza scenariuszy polega na sporządzaniu dla każdego projektu prognoz dotyczących kształtowania się poszczególnych wielkości determinujących wartość zaktualizowaną netto NPV projektu. Przypuszczenia te mogą odnosić się do: wielkości nakładów inwestycyjnych, produkcji, sprzedaży, kosztów produkcji, ceny, okresu życia, kosztu kapitału, itp. Standardowo rozpatruje się trzy scenariusze: najbardziej prawdopodobny B, optymistyczny O oraz pesymistyczny P. W specyficznych sytuacjach można rozważać więcej scenariuszy. Przy standardowym podejściu wynikiem analizy są trzy wartości NPV projektu: NPV B, NPV O, NPV P. Jeżeli znane są prawdopodobieństwa wystąpienia tych scenariuszy, to możliwe jest zastosowanie miar statystycznych i obliczenie oczekiwanej wartości bieżącej netto E(NPV), a także ryzyka, wyrażonego przez odchylenie standardowe s(npv). Największym ograniczeniem tej metody jest trudność przy wytyczeniu wszystkich, zazwyczaj skomplikowanych oraz często wzajemnie zależnych parametrów projektu oraz prawdopodobieństwa występowania poszczególnych zmiennych [Chong Y.Y., Brown E.M. 2001]. Analiza drzew decyzyjnych znajduje zastosowanie w skomplikowanych projektach inwestycyjnych. Jest w pierwszym rzędzie przydatna w przypadku sekwencyjnie realizowanych przedsięwzięć inwestycyjnych, czyli takich, gdzie występuje łańcuch decyzji. Z tego względu ryzyko występuje tylko w określonych momentach w czasie realizacji inwestycji. Ponadto decyzje podjęte w kolejnych, następujących po sobie momentach zależą od dotychczasowych rezultatów. Metoda ta pozwala na strukturalizację skomplikowanych problemów i ich graficzne przedstawienie w postaci drzewa decyzyjnego uwzględniającego najistotniejsze zdarzenia ułożone chronologicznie. Rysunek 7.2 przedstawia przykład drzewa decyzyjnego. WYNIK WYNIK D 1 p i D 3 WYNIK G 1 WYNIK D 2 P i G 2 WYNIK Rys. 7.2 Przykład drzewa decyzyjnego [Pluta W. 2000]. D 1 węzeł decyzyjny, G 1, - węzeł losowy, p i prawdopodobieństwo zdarzenia i 68

69 Drzewo decyzyjne posiada węzły decyzyjne oraz węzły losowe. Węzły decyzyjne definiują możliwe sposoby działania w danym momencie. O ich wyborze rozstrzyga decydent. Węzły losowe dają początek gałęziom opisującym konsekwencje decyzji podjętych przez decydenta i zależą od stanu otoczenia. Korzystanie z drzew decyzyjnych wymaga zdeterminowania wielkości nakładów związanych z potencjalnymi decyzjami, wielkości i rozkładu w czasie przepływów pieniężnych oraz prawdopodobieństw ich uzyskania. Możliwe jest kwantyfikowanie wartości przyszłych decyzji, prawdopodobieństwa łącznego oraz pomiar ryzyka poprzez odchylenie standardowe. Bardzo złożone drzewa decyzyjne, mogą przybierać formę mało czytelną i przekształcać się w formę tzw. krzaka decyzyjnego o znacznej liczbie możliwych do podjęcia decyzji i wyników zdarzeń. Następnym problemem jest wyznaczenie prawdopodobieństwa wystąpienia poszczególnych zdarzeń. Problematyczny jest również dobór właściwej stopy dyskontowej, ponieważ zazwyczaj nie jest możliwe zastosowanie jednej stałej do oceny całego projektu inwestycyjnego, z tytułu zmienności ryzyka w poszczególnych węzłach drzewa. Rozpatrywane ryzyko ma bowiem charakter dyskretny. Metoda drzew decyzyjnych ma szerokie zastosowanie, ale przy analizowaniu bardzo złożonych problemów jest ona niewystarczająca. W takich sytuacjach rozwiązaniem przynoszącym dobre wyniki może być zastosowanie analizy symulacyjnej [Zachorowska A. 2006], [Ziarkowski, R. 2004], [Pluta W. 2000]. Analiza symulacyjna uwzględnia równoległe zmiany wielu lub wszystkich zmiennych w projekcie wpływających na jego wartość. Respektuje ona również powiązania pomiędzy poszczególnymi zmiennymi. Z tego względu jest ona konkurencyjna wobec analizy wrażliwości. Może być także stosowana, gdy ryzyko ma charakter ciągły, a przez to wykazuje przewagę nad analizą scenariuszy. Symulacja polega na obliczeniu wartości oczekiwanej projektu na podstawie zmiany wszystkich parametrów. Kolejne symulacje generują zestawy przepływów pieniężnych oraz wartości poszczególnych zmiennych. Procedurę tę powiela się do wyczerpania możliwych przypadków z uwzględnieniem prawidłowości, że krańcowy wkład każdej kolejnej symulacji zmniejsza się. W rezultacie powstaje wiele wersji rozwiązań, spośród których typuje się te, które najlepiej obrazują niepewność związaną z poszczególnymi danymi wejściowymi ocenianej inwestycji. Optymalna ilość symulacji zależy od: ilości probabilistycznych danych wejściowych, charakterystyk rozkładów prawdopodobieństwa i różnic w otrzymywanych wynikach. Analiza symulacyjna może być utrudniona, ponieważ skomplikowane może być pozyskanie rzetelnych danych wejściowych do symulacji, w szczególności oszacowanie rozkładów prawdopodobieństwa. Dodatkowo metoda ta jest czasochłonna, a przez to kosztowna [Damodaran A. 2009], [Pawłowski J. 2004]. Opisane powyżej metody i techniki oceny efektywności inwestycji są powszechnie i w różnych konfiguracjach wykorzystywane w praktyce gospodarczej. W warunkach przemysłowych do oceny projektu inwestycyjnego stosuje się zwykle zestaw technik statycznych i dynamicznych oraz analizę scenariuszową i wrażliwości. Decyzje inwestycyjne podejmowane są na podstawie analizy i wielowymiarowego spojrzenia na uzyskane wyniki. W literaturze przedmiotu w ostatnich latach coraz powszechniej formułowany jest postulat, że jednym z podstawowych dylematów przy podejmowaniu decyzji dotyczących inwestycji strategicznych jest konieczność podejmowania wiążących, nierzadko nieodwracalnych decyzji w sytuacji, gdy znajomość potencjalnych efektów jest ograniczona, a nawet dyskusyjna. Podkreśla się także, że w warunkach niepewności oraz skomplikowania procesów gospodarczych tradycyjne metody oceny projektów inwestycyjnych bazujące na rachunku dyskontowym (głównie NPV i IRR), mogą okazać się niezadowalające, natomiast wyniki uzyskane przy 69

70 zastosowaniu tych narządzi mogą nawet prowadzić do formułowania mylnych konkluzji. Wskazywane w pracach [Karcz A. i in. 2006], [Karcz A. i in. 2007], [Obłój K. 2007], [ Kwaśniewski K. i in. 2008], [Żarczyński P. 2008], [Saługa P. 2011], [Pera K. 2010], [Ziarkowski R. 2004] niedoskonałości metod opartych o rachunek dyskontowy to: niejednoznaczność wyników wynikająca z przyjętej stopy dyskontowej, niewystarczające uwzględnienie nieodwracalności ponoszonych nakładów inwestycyjnych trudności w wymianie zainwestowanych w aktywa środków z powrotem na tę samą wartość pieniężną, uproszczone uwzględnianie niepewności związanej z realizacją projektu poprzez posługiwanie się oczekiwanymi przepływami pieniężnymi, ograniczenie decyzji do alternatywy: realizacja odrzucenie, ignorowanie możliwości reakcji inwestora na zmieniające się warunki rynku (elastyczność zarządu/zarządzania) metoda oparta na NPV nie uwzględnia możliwości operowania czasem, np. możliwości opóźnienia realizacji projektu oraz możliwości zmiany wcześniej podjętych decyzji np. zmniejszenia lub zwiększenia skali działalności, czy też wprowadzenie modyfikacji parametrów (np. technologii wytwarzania, wykorzystywanych surowców, portfela wytwarzanych produktów) a nawet wstrzymania realizacji projektu w reakcji na zmianę sytuacji rynkowej, brak możliwości uwzględnienia wartości elastyczności opcji operacyjnych projektu, które legitymują wybór struktury technologicznej obejmującej niekoniecznie najtańszy system produkcyjny, ignorowanie wpływu projektu na przyszłe perspektywy inwestycyjne przedsiębiorstwa metoda oparta na NPV pomija kreowanie przez projekt przyszłych możliwości działania, uczenie się organizacji i wynikające z nich wartości dla inwestora. Pierwszoplanowe niedoskonałości tradycyjnych metod oceny efektywności projektów inwestycyjnych to ignorowanie elastyczności zarządu oraz potencjalnego wpływu realizowanego projektu na możliwe przyszłe inwestycje przedsiębiorstwa, a w konsekwencji przyszłe przychody [Kassar I., Lasserre P. 2004], [Kobylańska M., Kudełko J. 2005], [Mizerka J. 2005], [Ziarkowski R. 2004]. Bariery te możliwe są do pokonania w ocenie projektów inwestycyjnych przy pomocy narządzi szkoły opcji rzeczowych (podejścia opcyjnego). 7.2 Metoda opcji rzeczowych Szkoła opcji rzeczowych jako nowa koncepcja ewaluacji przedsięwzięć inwestycyjnych została rozwinięta w ostatnich latach. Opcje rzeczowe są zestawem racjonalnych wariantów działania w warunkach krańcowej niepewności, które dają decydentowi możliwość postępowania zgodnie z uznawanymi przez siebie normami, wartościami i doświadczeniami a równocześnie nie limitują jego aktywności niewzruszalnymi regułami procedury decyzyjnej. Opcje rzeczowe posiadają wymiar finansowy. Nie podważają one znaczenia i dorobku tradycyjnych metod opartych na rachunku zdyskontowanych przepływów pieniężnych, ale dopełniają je o wartość elastyczności projektu, czyli o wartość opcji rzeczowych istniejących w projektach oraz wartość wzajemnych zależności pomiędzy tymi opcjami. Opcje rzeczowe pełniej uwzględniają to, że [Obłój K. 2007]: prawdopodobieństwa i prognozy posiadają zmienną wartość w czasie, 70

71 zmienność kontekstu może wpłynąć zarówno pozytywnie jak i negatywnie na wartość przedsięwzięcia, w czasie trwania projektu może być wiele momentów decyzyjnych. Spośród różnych warunków podejmowania decyzji inwestycyjnych za kluczowe należy uznać: niepewność rezultatu projektu oraz możliwość reakcji na zmieniające się warunki. Rys. 7.3 przedstawia obszary stosowania opcji rzeczowych w zależności od możliwych warunków realizacji projektu [Ziarkowski R. 2004]. WYSOKA MOŻLIWOŚĆ REAGOWANIA NISKA ELASTYCZNOŚĆ NIE JEST ISTOTNA NPV PRZEWIDYWALNY I STABILNY PROJEKT NPV ZNACZĄCA WARTOŚĆ ELASTYCZNOŚCI OPCJE RZECZOWE LOTERIA WYNIK ZALEŻNY OD CZYNNIKA LOSOWEGO NPV NISKA NIEPEWNOŚĆ REZULTATÓW PROJEKTU WYSKA Rys. 7.3 Zakres wykorzystania opcji rzeczowych [Ziarkowski 2004] Geneza i podstawowe rodzaje opcji rzeczowych Opcje rzeczowe biorą swój początek z opcji finansowych. W opcjach finansowych wystawca (sprzedawca) opcji jedna ze stron transakcji przyznaje za określoną cenę (cena nabycia, zakupu) nabywcy (posiadaczowi) opcji drugiej stronie transakcji prawo (bez obowiązku) do zakupu lub sprzedaży określonego waloru we wskazanym czasie (czas do wygaśnięcia opcji). Wyróżnia się dwa typy opcji finansowych: opcje kupna (call options) i sprzedaży (put options) [Ziarkowski R. 2004]. Przedstawia je rysunek nr 7.4. OPCJE FINANSOWE OPCJE KUPNA OPCJE SPRZEDAŻY OPCJE EUROPEJSKIE REALIZACJA NA KONIEC OKRESU OPCJE AMERYKAŃSKIE REALIZACJA W CAŁYM OKRESIE OPCJE EUROPEJSKIE REALIZACJA NA KONIEC OKRESU OPCJE AMERYKAŃSKIE REALIZACJA W CAŁYM OKRESIE Rys. 7.4 Rodzaje opcji finansowych [Ziarkowski R. 2004]. 71

72 Istota opcji rzeczowych bazuje na podobnych założeniach jak opcji finansowych. Opcja rzeczowa to prawo, bez obowiązku, do realizacji określonych działań po wcześniej zdeterminowanych kosztach (koszt realizacji opcji), w danym okresie (czas trwania opcji) [Antocarov V., Copland T. 2001]. Uzyskanie takiej możliwości wymaga zapłacenia wystawcy opcji jej ceny (koszt zakupu opcji). Opcja jest rzeczowa, jeżeli aktywo bazowe, na które jest wystawiona, to przepływy pieniężne uzyskane z inwestycji rzeczowej, uzupełnione o wartość wszystkich następnych opcji powiązanych z posiadaniem tego aktywa. Opcje rzeczowe, tak samo jak opcje finansowe, opisywane są przez poniższe parametry podstawowe: 1) cena nabycia opcji, 2) koszt realizacji opcji wartość nakładów, jakie inwestor ponosi przy decyzji o realizacji opcji rzeczowej, 3) wartość przepływów z projektu otrzymana wartość przyszłych przepływów wypracowywanych przez rozważany projekt, w wyniku decyzji o jego realizacji, 4) czas pozostały do wygaśnięcia opcji rzeczowej, 5) zmienność oczekiwanych wartości przepływów z projektu, 6) stopa procentowa wolna od ryzyka. Występuje kilka elementarnych rodzajów opcji rzeczowych. W polskiej literaturze utrwalił się podział opcji rzeczowych zaproponowany przez L. Trigeorgisa, który wyróżnił następujące podstawowe opcje rzeczowe [Trigeorgis L. 1996], [Pera K. 2010], [Antocarov V., Copland T. 2001], [Kobylańska M., Kudełko J. 2005], [Mizerka J. 2005], [Obłój K. 2007], [Ziarkowski R. 2004]: 1) opcja odroczenia inwestycji, 2) opcja zmiany skali działalności, 3) opcja zaniechania, 4) opcja wzrostu, 5) opcja etapowej realizacji projektu, 6) opcja zmiany trybu operacyjnego. Opcja odroczenia (Option to Defer, Option to Delay, Waiting-to-Invest Option, Timing Options) oznacza dla decydenta możliwość odsunięcia w czasie działania (projektu, inwestycji, akwizycji kapitałowej). Zazwyczaj przy podejmowaniu decyzji o inwestycji, przynajmniej częściowo nieodwracalnej, inwestor nie musi dokonywać wyboru w rodzaju: teraz albo nigdy. Redukcja niepewności rozważanego projektu w specyficznych sytuacjach może być osiągnięta poprzez oczekiwanie na rozwój sytuacji w otoczeniu rynkowym czy prawnym (np. nowe regulacje prawne, środowiskowe itp.), czy też dodatkowe informacje (np. wyniki badań, czy wdrożeń nowych technologii). Pozwala to inwestorowi posiadającemu opcję odroczenia na uruchomienie inwestycji, gdy sytuacja w otoczeniu rozwinie się w pożądanym kierunku. Opcja zmiany skali działalności (Option to Alter Operating Scale) odnosi się do elastyczności produkcyjnej przedsiębiorstwa. Możliwość aktywnego sterowania wielkością produkcji jest znaczącą wartością dla przedsiębiorstwa, w szczególności w zmiennych warunkach rynkowych, takich jak zmiany popytu czy też cen rynkowych decydujących o opłacalności sprzedaży. Opcja na ekspansję, za cenę dodatkowych nakładów inwestycyjnych, może być realizowana, gdy zmiany rynkowe zachodzą w korzystnym kierunku. Przedsiębiorstwo może również ograniczyć skalę działalności poprzez realizację opcji zmniejszenia (Contract lub Shrink Option), kiedy zmiany w otoczeniu mają charakter niekorzystny. Radykalną odmianą opcji zmiany skali działalności, w skrajnie niekorzystnych okolicznościach, jest czasowe jej zaniechanie do czasu poprawy warunków opcja czasowego zaprzestania działalności (Option 72

73 to Shut Down and Restart). Obie te opcje zmniejszenia są analogiczne do opcji sprzedaży, a oczekiwana korzyść to redukcja części kosztów. Opcja zaniechania (zaprzestania, rezygnacji; Option to Abandon, Exit Option) to prawo do rezygnacji z dalszej eksploatacji projektu w sytuacji, kiedy nastąpi wyraźne i długotrwałe pogorszenie sytuacji rynkowej. Opcja ta uprawnia inwestora do zbycia na rynku wtórnym majątku związanego z zaniechanym projektem (opcja sprzedaży). Opcja wzrostu (Growth Option) związana jest z projektami, których realizacja daje szanse inwestorem na wdrożenie kolejnych projektów związanych z danym. Przykładem takiej sytuacji może być prowadzenie badań naukowych mających na celu opracowanie produktu (technologii), których rezultaty mogą znacząco przyczynić się do opracowania kolejnego produktu (technologii). Może zdarzyć się, że do realizacji jest przyjmowany również projekt o negatywnej NPV, ponieważ jego realizacja jest upatrywana jako opcja inwestowania za ceną poniesienia dodatkowego nakładu, przy czym jego wydatkowanie może, ale nie musi nastąpić po zakończeniu projektu pierwszego. Klasyczny rachunek NPV nie posiada mechanizmów pozwalających uwzględniać tego rodzaju szanse. Jest to natomiast możliwe w ujęciu opcyjnym i wycenie opcji wzrostu. Rozszerzeniem opcji wzrostu jest opcja podziału na etapy (Staged Investment Option). Jej cechą szczególną jest realizacja kolejnych etapów prowadzących do poszerzenia skali działalności, w zależności od wyników etapu poprzedniego. Opcja zmiany trybu operacyjnego (przełączenia; Switching Options, Options To Switch Outputs And Inputs) odnosi się do zmiany stosowanych surowców, innych czynników produkcji czy nawet całych technologii a także produktów. Przedsiębiorstwo będące dysponentem opcji przełączenia cechuje się większą zdolnością adaptacyjną do zmiennych warunków rynkowych. Inwestor za cenę zwiększonych nakładów inwestycyjnych nabywa możliwości wprowadzania zmian w eksploatacji projektu, a zatem zwiększa elastyczność zarządu. Powyżej opisane opcje nie są wszystkimi. Istnieją także inne, w tym złożone i wzajemnie powiązane, jak również opcje zależne od wielu źródeł niepewności (opcje tęczowe, Rainbow Options). Dynamiczny rozwój oraz szeroki zakres definicji opcji rzeczowej sprawia, że z pewnością jeszcze wiele nowych przypadków zostanie zdefiniowanych i opisanych oraz zbudowane zostaną dla nich modele wyceny ich wartości Etapy procesu oceny efektywności finansowej przedsięwzięć inwestycyjnych metodą opcji rzeczowych Traktowanie projektów inwestycyjnych jako zbioru opcji to nowa optyka spojrzenia na aktywność inwestycyjną i zarządzanie strategiczne w przedsiębiorstwie w co najmniej dwóch perspektywach: opcje rzeczowe jako sposób rozważania i komunikowania o projekcie inwestycyjnym, opcje rzeczowe jako narządzie analityczne efektywności ekonomicznej działalności inwestycyjnej. Opcje rzeczowe pojmowane jako narzędzie rozważania i komunikowania tworzą nowy sposób w analizie jakościowej projektów inwestycyjnych oraz w sposobie wymiany informacji o projektach z decydentami i innymi interesariuszami. Terminologia opcji rzeczowych pozwala na wyrażanie informacji o elastyczności projektu, występującej w nim niepewności możliwej do postrzegania jako szansy a nie zagrożenia. Umożliwia także zrozumiałe argumentowanie podejmowania decyzji 73

74 o realizacji przedsięwzięć inwestycyjnych, których wykonanie oceniane tradycyjnymi metodami rachunku dyskontowego nie jest zasadne, a które z uwagi na wpisane w nich opcje niezaprzeczalnie posiadają wartość dla inwestora. Opcje rzeczowe mogą być postrzegane jako specyficzna filozofia zarządzania przedsięwzięciami inwestycyjnymi, pojmowana jako ciągłe i aktywne definiowanie projektu inwestycyjnego, zaczynając od identyfikacji wpisanych w nim opcji, przez ich wycenę, do właściwego ich wykorzystania i nabywania nowych [Ziarkowski R. 2004]. W literaturze opisywane są rodzaje i etapy procesu oceny efektywności finansowej przedsięwzięć inwestycyjnych z wykorzystaniem opcji rzeczowych w podziale zgodnym z przedstawionymi wyżej rodzajami analizy. Podstawowe rodzaje to analiza jakościowa i ilościowa projektu inwestycyjnego [Amram M., Kulatilaka N. 1999], [Antocarov V., Copland T. 2001], [Micalizzi A. 1997], [Ziarkowski R. 2004]. Opcyjna analiza jakościowa projektu inwestycyjnego składa się z następujących podstawowych etapów: określenie problemu inwestycyjnego, potencjalnych kierunków przebiegu i etapów rozwoju projektu (rozpoznanie punktów decyzyjnych) wraz ze zdefiniowaniem decyzji niezbędnych do podjęcia w całym okresie trwania projektu, identyfikacja i badanie źródeł niepewności projektu, identyfikacja i badanie opcji występujących w rozważanym projekcje inwestycyjnym i budowa drzewa decyzyjnego dla przedsięwzięcia podział na logiczne części. W przypadku projektów o wyjątkowo dużym stopniu skomplikowania, a w konsekwencji znacznym stopniu złożoności opcyjnego modelu wyceny, może być wystarczająca symplifikacja oceny przedsięwzięcia inwestycyjnego polegająca na jej ograniczeniu do jakościowej analizy opcyjnej w połączeniu z ilościową oceną efektywności ekonomicznej przedsięwzięcia z wykorzystaniem tradycyjnych narzędzi wyłącznie I etap. Kompletna analiza opcyjna efektywności ekonomicznej projektu wymaga realizacji drugiego etapu, czyli opcyjnej analizy ilościowej, która obejmuje realizację następujących kroków: rachunek efektywności finansowej projektu inwestycyjnego tradycyjnymi metodami dyskontowymi dla najbardziej prawdopodobnego przebiegu projektu, identyfikacja i określenie wszystkich danych wejściowych koniecznych do przeprowadzenia wyceny opcyjnej projektu poprzez: wyznaczenie wartości aktywów bazowych dla możliwych do zrealizowania kierunków rozwoju projektu, analizę utraty wartości wyodrębnionych aktywów bazowych w czasie, wyznaczenie wartości zmiennych poszczególnych części opcjonalnych projektu (ceny realizacji określonych opcji), sformułowanie kryteriów decyzyjnych dla wyróżnionych opcji wraz z przypisaniem im zmiennych charakteryzujących, wycena przedsięwzięcia inwestycyjnego z uwzględnieniem zawartych w nim opcji ROV (Real Options Value) oraz wyznaczenie wartości poszczególnych opcji projektu, analiza rezultatów porównanie wyników NPV i ROV, dla określenia wartości elastyczności projektu, analiza źródeł elastyczności, określenie optymalnej sekwencji realizacji opcji, analiza wrażliwości projektu. 74

75 7.2.3 Podstawowe modele wyceny opcji rzeczowych Najistotniejszymi cechami rachunku opcyjnego są: rozpatrywanie niepewności występującej w otoczeniu jako szansy, możliwość aktywnego zarządzania projektem podczas jego trwania oraz kwantyfikacja tych wartości. W ten właśnie sposób rachunek opcyjny dopełnia klasyczne dyskontowe metody oceny przedsięwzięć inwestycyjnych, jeżeli jego zastosowanie jest celowe (rys. nr 7.3). Rachunek opcyjny uzupełnia tradycyjne metody oceny efektywności inwestycji o wartość elastyczności projektu, czyli o wartość opcji rzeczowych tkwiących w projektach oraz wartość wzajemnych relacji pomiędzy tymi opcjami, zgodnie z poniższą zależnością [Ziarkowski R. 2004], [Pera K. 2010]: ROV = NPV + OP (7.9) gdzie: ROV wartość opcji rzeczowej projektu (wartość strategiczna projektu), [jednostki pieniężne], OP wartości opcji (elastyczności) projektu, premia opcyjna, [jednostki pieniężne]. Analogicznie jak przy wycenie opcji finansowych, modele wyceny opcji rzeczowych opierają się na wyznaczeniu i konstrukcji instrumentu replikującego przyszłe przepływy wygenerowane przez opcję. Wśród wielu koncepcji wyceny opcji rzeczowych szczególnie interesująca jest koncepcja MAD (Market Asset Disclaimer), zgodnie z którą optymalnym rozwiązaniem jest użycie wartości samego projektu, bez uwzględniania elastyczności, jako najlepszej dostępnej repliki projektu inwestycyjnego [Antocarov V., Copland T. 2001], [Mizerka J. 2005], [Ziarkowski R. 2004]. W teorii opcji rzeczowych, często za walor bazowy przyjmuje się wartość bieżącą projektu brutto PV, przepływy pieniężne lub przychody roczne. Ceną wykonania opcji są natomiast koszty (nakłady inwestycyjne) związane ze zmianą stanu działalności lub zyski ze sprzedaży majątku. Za datę wygaśnięcia opcji przyjmuje się okres, w którym można zrealizować inwestycję, zmienić stan prowadzonej działalności lub zakończyć prowadzone aktywności. W wycenie wartości opcji rzeczowych stosuje się dwie główne metody, których rozwinięte i uszczegółowione wersje dla poszczególnych rozważanych przypadków umożliwiają wyznaczenie ich wartości ROV. Metody podstawowe to model Blacka-Scholesa oraz model dwumianowy. W równaniu Blacka-Scholesa przyjmuje się, że zmiany cen aktywów bazowych mają charakter ciągły (metoda ciągła wyceny opcji rzeczowych). Pomimo jej ograniczonego zastosowania (ograniczona liczba przypadków) metoda ta posiada zasadnicze znaczenie w wycenie opcji rzeczowych, gdyż jest podstawę teoretyczną innych metod, w tym metody drzewa dwumianowego. Równanie Blacka-Scholesa stosowane w rachunku opcyjnym przyjmuje postać: gdzie gdzie: ln 1 C PV N d ) I e r t o N ( ) (7.10) 0 ( 1 d2 d 1 2 ln( PV I) (ln 1 r 0,5 ) to (7.11) d t o 2 d 1 t o (7.12) C 0 wartość opcji kupna, [jednostki pieniężne], 75

76 PV zaktualizowana wartość przepływów pieniężnych z projektu [jednostki pieniężne], I koszt realizacji opcji; to wartość nakładów, jakie inwestor musi ponieść przy decyzji o realizacji opcji rzeczowej [jednostki pieniężne], t o czas pozostały do wygaśnięcia opcji rzeczowej [jednostka czasu, zazwyczaj lata] σ zmienność wartości projektu [%], r stopa procentowa wolna od ryzyka [%], N(d 1 ), N(d 2 ) wartość dystrybuanty standaryzowanego rozkładu normalnego dla zmiennych d 1 i d 2 [-]. Aby uzyskać wartość opcji rzeczowej ROV, należy od wartości opcji kupna odjąć koszt nabycia tej opcji zgodnie ze wzorem: ROV C 0 OA (7.13) gdzie: OA koszt nabycia opcji kupna, [jednostki pieniężne], Zazwyczaj dla instrumentów finansowych krótkoterminowych, jako stopę wolną od ryzyka przyjmuje się stopę zwrotu 13-tygodniowych bonów skarbowych, dla inwestycji krótkoterminowych (czas trwania do 5 lat) stopę zwrotu 52-tygodniowych bonów skarbowych. Natomiast dla inwestycji długoterminowych za stopę zwrotu wolną od ryzyka uznaje się stopę zwrotu z długoterminowych obligacji emitowanych przez skarb państwa [Rutkowski A. 2007], [Swatler L. 1985]. Możliwość wykorzystania modelu Blacka-Scholesa do wyceny opcji rzeczowych jest ograniczona do bardzo niewielu przypadków z tytułu następujących jego uwarunkowań [Kobylańska M., Kudełko J. 2005], [Ziarkowski R. 2004]: dotyczy opcji europejskich (termin realizacji w dniu wygaśnięcia), podczas gdy przeważająca część opcji rzeczowych to opcje amerykańskie, uwzględnia tylko jedno źródło niepewności, podczas gdy projekty rzeczywiste mają ich zazwyczaj wiele, cena realizacji jest znana i stała, nie uwzględnia się utraconych przepływów pieniężnych (w przypadku opcji finansowych to utracone dywidendy), co wyklucza zastosowanie modelu do wyceny takich opcji, jak opcja ekspansji, ograniczenia działalności, zmiany trybu operacyjnego itd., zmienność aktywa bazowego jest stała w całym okresie analizy. Model Blacka-Scholesa ma zastosowanie w wycenie projektów inwestycyjnych o charakterze opcji europejskiej, a także w przypadku projektów związanych z przetwarzaniem surowców. Stosowanie równania Blacka-Scholesa wymaga wykorzystania skomplikowanych operacji matematycznych, w których z serii danych otrzymuje się wynik w postaci liczby. Ich interpretacja przez decydentów oraz innych uczestników procesu inwestycyjnego może być utrudniona, jeżeli nie posiadają oni specjalistycznej wiedzy w tym zakresie. Występują także przypadki, w których nie jest możliwe uzyskanie rozwiązania analitycznego otrzymuje się wynik przybliżony [Micalizzi A. 1997], [Obłój K. 2007], [Ziarkowski R. 2004]. Z tego względu szersze zastosowanie znalazł model drzewa dwumianowego, który jest w rzeczywistości uproszczeniem modelu Blacka-Scholesa, a który może być zastosowany do różnych rodzajów opcji rzeczowych. 76

77 Model drzewa dwumianowego należy do metod dyskretnych. Drzewo dwumianowe zbudowane jest z wierzchołków (węzłów) oraz strzałek (dróg) między nimi. Położenie wierzchołków obrazuje zmiany w czasie wartości instrumentu bazowego. Z każdego węzła drzewa dwumianowego wychodzą dwie strzałki oznaczające możliwy wzrost lub spadek wartości instrumentu bazowego. Istnieją dwa rodzaje drzew dwumianowych: addytywne (wartości w kolejnych węzłach wyznacza się przez dodawanie lub odejmowanie stałego czynnika) oraz multiplikatywne (wartości w kolejnych węzłach oblicza się jako iloczyn wartości aktywa bazowego i wskaźnika wzrostu u lub spadku d) [Micalizzi A. 1997], [Mizerka J. 2005]. Kształtowanie się wartości w drzewie multiplikatywnym odpowiada geometrycznemu ruchowi Browna. Rysunek 7.5 przedstawia schemat drzewa dwumianowego multiplikatywnego. Moment 0 Okres 1 Okres 2 V 0 u V 0 u 2 V 0 V 0 ud V 0 d V 0 d 2 Rys. 7.5 Drzewo dwumianowe multiplikatywne [Mizerka J. 2005]. Wskaźniki wzrostu u i spadku d, ze względu na zmienność wartości projektu σ, oblicza się z następujących zależności, wg oryginalnego modelu Coxa-Rossa-Rubinsteina (CRR) [Cox i in. 1979a, 1979b], [Saługa P. 2011a, 2011b]: u d t e (7.14) t e (7.15) gdzie: u wskaźnik wzrostu wartości aktywa bazowego, z prawdopodobieństwem obiektywnym wzrostu wartości q [-], d wskaźnik spadku wartości aktywa bazowego, z prawdopodobieństwem obiektywnym spadku wartości (1-q) [-], t przedział czasowy analizy [jednostka czasu, najczęściej rok]. Po utworzeniu drzewa wartości aktywa bazowego wyznacza się wartości opcji we wszystkich węzłach, w których opcja wygasa. Obliczenia prowadzi się od ostatnich węzłów drzewa dwumianowego w kierunku węzła początkowego (moment 0). Wykorzystać można w tym celu metodę prawdopodobieństw neutralnych względem ryzyka (Risk-Neutral Probability Approach), w której wartość opcji wyznacza się z równania: gdzie: ROV p Vu 1 p 1 r V d (7.16) ROV wartość opcji rzeczowej rozważanej inwestycji [jednostki pieniężne], V u wartość aktywa bazowego w następnym okresie w przypadku wzrostu wartości, z prawdopodobieństwem neutralnym względem 77

78 ryzyka p [jednostki pieniężne], V d wartość aktywa bazowego w następnym okresie w przypadku spadku wartości, z prawdopodobieństwem neutralnym względem ryzyka (1 p) [jednostki pieniężne], Wartości neutralnych względem ryzyka prawdopodobieństw wzrostu p lub spadku (1 p) wyznacza się z następujących zależności [Cox i in. 1979a, 1979b], [Saługa P. 2011a, 2011b]: r t e d p u d (7.17) r t u e g 1 p u d (7.18) gdzie: p neutralne względem ryzyka prawdopodobieństwo wzrostu [-], g neutralne względem ryzyka prawdopodobieństwo spadku [-]. Wycena opcji rzeczowych przy pomocy drzewa dwumianowego jest relatywnie prosta i uniwersalna. Przy wykorzystaniu metody prawdopodobieństw neutralnych względem ryzyka możliwa jest aktualizacja przepływów pieniężnych stopą procentową wolną od ryzyka, co znacznie ułatwia analizę. Z tego względu wycenę opcji rzeczowych modelem drzewa dwumianowego można nazwać metodą zdyskontowanych wartości obojętnych wobec ryzyka [Micalizzi A. 1997], [Ziarkowski R. 2004]. Możliwa jest modyfikacja wzorów (7.16) i (7.17), prowadząca do zwiększenia ilości kroków wykonywanych przez drzewo dwumianowe (okresów cząstkowych), czyli liczby węzłów drzew. Wówczas przyjmują one postaci [Kobylańska M., Kudełko J. 2005], [Mizerka J. 2005], [Ziarkowski R. 2004]: t a T u e (7.19) t a T d e (7.20) gdzie: t a okres analizy [jednostka czasu: lata, miesiące, tygodnie], T ilość zmian wartości aktywa bazowego w okresie analizy [-]. Przy ich zastosowaniu w takiej postaci, możliwe jest uzyskanie bardziej precyzyjnych wyników a otrzymana wartość inwestycji zbliża się do wartości uzyskiwanej metodami ciągłymi, np. z wykorzystaniem równania Blacka-Scholesa. Zwiększenie ilości węzłów skutkuje jednak znacznym skomplikowaniem obliczeń [Kobylańska M., Kudełko J. 2005], [Mizerka J. 2005], [Ziarkowski R. 2004]. Zastosowanie opisanych metod do wyceny opcji rzeczowych wymaga ich uściślenia dla poszczególnych przypadków z uwagi na specyficzne cechy monitorowanych parametrów. Na szczególną uwagę zasługuje zagadnienie zmienności σ. Warto zaznaczyć, że przy zerowej zmienności projektu jego efektywność ekonomiczna obliczana metodą tradycyjnego rachunku dyskontowego i metodą opcji rzeczowych (np. z wykorzystaniem równania Blacka-Scholesa) przyjmuje taką samą wartość, co jest zgodne ze wskazanym na rysunku nr 7.3 zakresem ich stosowania. Przy prowadzeniu oceny efektywności projektu inwestycyjnego należy dokonać oszacowania zmienności wartości projektu na podstawie niepewności przyszłych przepływów finansowych, zależnych od poszczególnych parametrów ujmowanych w projekcie. W przypadku oddziaływania na przedsięwzięcie wielu źródeł niepewności (np. cen surowców, wielkości produkcji, wykorzystania zdolności produkcyjnych), istotne znaczenie ma ich wyrażenie w postaci jednego parametru zmienności projektu. 78

79 Istnieją różne podejścia do zagadnienia zmienności. Najprostszym sposobem określenia zmienności jest zastosowanie odchylenia standardowego [Ziarkowski R. 2004], [Mizerka J. 2005]. W literaturze wymienia się kilka metod określania zmienności aktywów bazowych opcji rzeczowych [Mun J. 2006], [Saługa P. 2011a, 2011b, 2013]: metoda logarytmicznych stóp zwrotu z przepływów pieniężnych lub cen akcji (ang. Logarithmic cash flow returns or logarithmic stock price returns approach LCFR/LSPR), metoda ekspercka, metoda logarytmicznych stop zwrotu z wartości bieżącej (logarithmic present value returns approach LPVR), metoda autoregresji z heteroskedastycznością warunkową (generalized autoregressive conditional heteroskedasticity GARCH) metoda rynkowych analiz porównawczych. Metoda logarytmicznych stóp zwrotu z przepływów pieniężnych lub cen akcji LCFR/LSPR jest stosowana najczęściej w przypadkach, gdy referencyjnym instrumentem bazowym jest aktywo będące w obrocie rynkowym, np. akcje, ceny surowców, energii itp. Zaletą tej metody jest jej popularność i łatwość obliczania. Nie może być jednak stosowana, gdy występują wartości ujemne. Wartość zmienności metodą LCFR/LSPR można obliczać na podstawie: a) szacunkowych przyszłych przepływów pieniężnych subiektywnych lub wynikających z analizy porównawczej, b) historycznych danych o cenach instrumentów bazowych zmienność historyczna. Przy kalkulacji zmienności historycznej można stosować dane dzienne, tygodniowe, miesięczne, kwartalne lub roczne. W pierwszej kolejności wyznacza się względne, a następnie logarytmiczne zwroty z rozpatrywanego instrumentu bazowego, według wzoru: p s r ln s (7.21) ps 1 gdzie: r s logarytmiczna stopa zwrotu z aktywa bazowego w okresie s [-], p s wartość instrumentu bazowego w okresie s [jednostki pieniężne], p s-1 wartość instrumentu bazowego w okresie poprzedzającym s-1 [jednostki pieniężne], s wskaźnik okresu [-], Ze wzoru (7.22) wynika, że liczba oznaczonych logarytmicznych stóp zwrotu jest mniejsza o 1 od liczby rozpatrywanych okresów. Następnie wyznaczana jest ich wartość średnia, zgodnie ze wzorem: r 1 N sr r s N s 1 (7.22) gdzie: r sr średnia logarytmiczna stopa zwrotu z aktywa bazowego [-], N liczba rozpatrywanych okresów [-], Ostatnim krokiem jest wyznaczenie odchylenia standardowego, czyli zmienności aktywa bazowego σ: N 1 2 rs rsr T (7.23) N 1 s 1 79

80 gdzie: N r liczba obserwacji zmian cen instrumentów bazowych w roku, [-]. Modyfikacja klasycznej postaci wzoru na odchylenie standardowe przez pomnożenie jej przez pierwiastek z liczby obserwacji rocznie zmian cen instrumentów bazowych w roku, umożliwia oszacować zmienność roczną (na podstawie zmienności z krótszych okresów), co jest niezbędne przy podstawowej wersji modelu wyceny opcji, w której rozpatrywane są okresy roczne. W sytuacji odwrotnej, gdy znana jest zmienność roczna, a do analizy wymagane jest wyznaczenie zmienności dla krótszych okresów, to oblicza się ją dzieląc wzór na odchylenie standardowe przez pierwiastek z liczby obserwacji rocznie zmian cen instrumentów bazowych w roku, np. miesięcznych. W przypadku jednej zmiany rocznie mnożnik ten wynosi 1 [Pera K. 2010]. Metoda ekspercka określania zmienności aktywa bazowego opiera się na doświadczeniu specjalistów z branży. Metoda ta zawiera w sobie elementy subiektywne i przez to jest relatywnie skomplikowana. Warto zaznaczyć, że w literaturze wskazuje się, że w przypadku opcji rzeczowych zmienność projektu może się różnić od zmienności poszczególnych źródeł niepewności projektu. W przypadku braku dostatecznej wiedzy o poziomie zmienności projektu przyjmuje się, że poprawne jest zastosowanie tej wielkości nawet na poziomie 40% [Ziarkowski R. 2004]. Określenie metodą ekspercką zmienności aktywa bazowego może być poprzedzone i uwzględniać analizy zmienności istotnych źródeł niepewności rozważanego projektu przy wykorzystaniu metody logarytmicznych stóp zwrotu [Antocarov V. Copland T. 2001], [Saługa P. 2011]. [Mun J. 2006], [Ziarkowski R. 2004]. Metoda logarytmicznych stop zwrotu z wartości bieżącej LPVR jest często stosowaną metodą do oznaczania zmienności aktywa bazowego. Dodatkowo pozwala ona uwzględniać ujemne przepływy pieniężne. Z drugiej strony wymaga stosowania symulacji Monte Carlo, co nie jest jednak intuicyjnie zrozumiałe dla inwestorów. Metoda autoregresji z heteroskedastycznością warunkową GARCH znajduje zastosowanie w podobnych sytuacjach, jak metoda poprzednia i posiada ścisły statystyczny charakter. Jej ograniczeniem z kolei jest konieczność pozyskania znacznej ilości danych oraz zależność wyników kalkulacji od opinii analityka. Metoda rynkowych analiz porównawczych polega na wyznaczaniu zmienności przez porównanie rozważanych projektów z aktywami finansowymi będącymi w obrocie i stanowiącymi dla nich aktywa bliźniacze. Zastosowanie tej metody jest ograniczone ze względu na trudność we wskazaniu rynku aktywów, które są skorelowane z niepowtarzalnymi projektami inwestycyjnymi Przykłady możliwości wykorzystania opcji rzeczowych w koksownictwie W przemyśle koksowniczym większość inwestycji strategicznych posiada cechy uzasadniające stosowanie rachunku opcyjnego (niepewność przyszłych rezultatów). Od kilku lat podejmowane są próby rozpoznania i zdefiniowania obszarów, które posiadają charakter opcji, tj. zawierają w sobie elastyczność. Kilka z nich, opisanych zostało w pracach [Kwaśniewski K. i in. 2008], [Kwaśniewski K. i in. 2009], [Żarczyński P. i in. 2012]. Opcja odroczenia Opcja na odroczenie inwestycji może dotyczyć np. przesunięcia w czasie decyzji o realizacji inwestycji podsuszania wsadu. Efektywność takiej inwestycji warunkowana jest między innymi: relacją cen węgla ortokoksowego i gazowo-koksowego. 80

81 Po przekroczeniu wskaźnika granicznego w przyszłości inwestycja taka okaże się efektywna. Racjonalnym działaniem jest zatem wykupienie opcji, poprzez zapewnienie warunków umożliwiających wykonanie tej inwestycji w przyszłości. Opcja na przyszły wzrost ceny koksu suchogaszonego w stosunku do mokrogaszonego Możliwa w przyszłości zmiana preferencji odbiorców w zakresie popytu na koks chłodzony na sucho i koks gaszony na mokro, powodująca zmianę relacji cen obu rodzajów koksu tłumaczyć może odroczenie w czasie (w stosunku do budowy baterii koksowniczych) decyzji o rodzaju inwestycji instalacji gaszenia koksu. Kosztem nabycia takiej opcji będzie przygotowanie w stopniu niezbędnym infrastruktury technicznej pod przyszłą inwestycję oraz zintensyfikowana eksploatacja istniejących instalacji gaszenia koksu do czasu wykonania opcji. Opcja na zróżnicowanie skali działalności W przypadku koksowni dotyczyć to może sytuacji, kiedy podejmowana jest decyzja dotycząca skali inwestycji w zakresie np. odbioru gazu koksowniczego i odzysku węglopochodnych. Nie podjęcie w chwili obecnej decyzji o przyjęciu pewnego stopnia redundancji, w przyszłości wyklucza wykorzystanie efektu ekonomiki skali i w rezultacie wyklucza rozbudowę mocy produkcyjnych koksowni w sposób efektywny (np. budowa kolejnej baterii koksowniczej). Opcja na odroczenie decyzji odnośnie zagospodarowania nadmiarowego gazu koksowniczego Podjęcie w chwili obecnej decyzji o inwestycji polegającej na budowie własnej siłowni zasilanej nadmiarowym gazem koksowniczym wyklucza w przyszłości budowę być może bardziej efektywnej instalacji wytwarzania wodoru lub metanolu na bazie tegoż gazu. Opcja na uelastycznienie struktury technologicznej w zakresie rozwiązań kształtujących oddział odbioru i rozdziału koksu. Inwestycja w odpowiednią infrastrukturę technologiczną sortowni koksu umożliwia zdyskontowanie w przyszłości zmieniających się w czasie oczekiwań odbiorców odnośnie struktury sortymentowej produkowanego koksu, jego parametrów wytrzymałościowych jak też specyficznych wymagań co do czystości i granicznego uziarnienia poszczególnych sortymentów. 7.3 Podsumowanie wytyczne dla wyboru metodyki oceny ekonomicznej zastosowania operacji podsuszania wsadu w W oparciu o dokonany przegląd różnych metod oceny efektywności ekonomicznej projektów w dalszej części do oceny efektywności ekonomicznej rozważanego projektu inwestycyjnego wdrożenia podsuszania wsadu w warunkach w różnych wariantach i konfiguracjach technologicznych zastosowano techniki tradycyjne, metodę drzewa decyzyjnego oraz metodę opcji rzeczowych. Ocenę efektywności projektu inwestycyjnego metodą tradycyjną oparto na następujących technikach oceny: a) wartość zaktualizowana netto projektu NPV z wykorzystaniem wolnych przepływów pieniężnych dla właścicieli kapitału własnego i wierzycieli FCFF, b) wewnętrzna stopa zwrotu IRR, c) wskaźnik wartości zaktualizowanej netto NPVR, d) okres zwrotu PB. 81

82 Powyższy zastaw w sposób spójny i pełny pozwala ocenić projekt inwestycyjny. Do uwzględnienia i rozważenia ryzyka oraz niepewności związanych z analizowanym projektem inwestycyjnym jako najbardziej przydatne uznano analizę scenariuszową oraz wrażliwości na kluczowe zmienne wpływające na rozważany projekt. Zestawienie takie jest uznanym i dającym pełny obraz standardem ewaluacji projektów inwestycyjnych stosowanym w praktyce przemysłowej. Do oceny zasadności przeprowadzenia badań przemysłowych nad rozwojem nowatorskiego urządzenia do podsuszania wsadu wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW wybrano metodę drzewa decyzyjnego, opartą o rachunek dyskontowy. Metoda ta pozwala na kwantyfikację wartości prowadzenia badań dla inwestora, a przez to daje podstawę do uzasadnienia wydatkowania środków na ich realizację. Ocenę opcji związanych z rozważanym projektem inwestycyjnym metodą opcji rzeczowych oparto o wykorzystanie modelu multiplikatywnego drzewa dwumianowego w podejściu Coxa-Rossa-Rubinsteina. Duża elastyczność stosowania tego dyskretnego modelu (m.in. uwzględnianie możliwości wykonania opcji w całym analizowanym okresie) pozwala na dobry opis rzeczywistości funkcjonowania koksowni. Jako najbardziej przydatny zestaw metod do oceny zmienności analizowanych projektów inwestycyjnych uznano połączenie metody logarytmicznych stóp zwrotu z przepływów pieniężnych lub cen akcji oraz metody eksperckiej. 82

83 Część doświadczalno-analityczna 8 Ocena technologiczna wpływu podsuszania na przebieg i jakość produktów procesu koksowania 8.1 Cel i program badań Podstawowym celem tego etapu pracy była ilościowa ocena możliwości zwiększenia udziału węgla typu 34 (węgiel semi-soft ) w mieszankach wsadowych stosowanych do produkcji koksu, bez pogorszenia jego parametrów jakościowych poprzez zastosowanie wstępnego podsuszania wsadu. Przyjęcie tak sformułowanego celu jest uzasadnione zarówno aktualną jak i przewidywaną sytuacją na rynku węgla koksowego (por. rozdz. 3). Wyniki tej oceny są niezbędne do realizacji drugiego etapu pracy, tj. do oceny ekonomicznej efektywności zastosowania operacji podsuszania wsadu dla baterii koksowniczych typu PWR-63 (zasypowy system napełniania komór), eksploatowanych w. Kompleksowa ocena technologiczna wpływu operacji wstępnego podsuszania wsadu na proces jego koksowania przeprowadzona została w oparciu o wyniki badań przeprowadzonych w skali laboratoryjnej oraz półprzemysłowej dla warunków technologicznych zasypowego systemu napełniania komór. Z przyczyn technicznych (brak instalacji do podsuszania o odpowiednio dużej wydajności) program pracy nie obejmował prób koksowania podsuszonego wsadu w skali przemysłowej. Badaniami objęto dwie grupy mieszanek węglowych: I grupę złożoną wyłącznie z węgli polskich oraz II grupę złożoną z węgli polskich oraz zagranicznych. Takie zdefiniowanie przedmiotu badań pozwoliło na uzyskanie unikalnej wiedzy o specyficznej przydatności i użyteczności krajowej bazy węglowej do wdrażania technologii podsuszania wsadu w koksownictwie w odniesieniu do rynkowej bazy surowcowej. Do realizacji przedstawionego wcześniej celu pracy program tej części badań obejmował następujące etapy: Etap 1: Charakterystyka obecnej i przewidywanej bazy węglowej dla produkcji koksu w. Etap 2: Wybór komponentów i ustalenie receptur mieszanek węglowych do dalszych badań nad procesem ich wstępnego podsuszania. Etap 3: Weryfikacja wybranych receptur mieszanek oraz ocena wpływu ich podsuszania na przebieg i jakość produktów koksowania z wykorzystaniem instalacji doświadczalnej Karbotest. Etap 4: Przeprowadzenie na bateriach systemu zasypowego w komorowych prób koksowania mieszanek wilgotnych (9%) o składzie i udziale węgli typu 34 zgodnymi z wynikami weryfikacji w Karboteście. Etap 5: Przeprowadzenie prób koksowania mieszanek wilgotnych i podsuszonych w Centrum Pirolizy Marienau we Francji (Centre de Pyrolyse de Marienau, CPM). Należy zaznaczyć, że etap IV i V były prowadzone równolegle. Z węgli przygotowanych do komponowania mieszanek do prób komorowych pobierane były odpowiednie ich ilości do przygotowania i przeprowadzenia prób koksowania mieszanek wilgotnych i podsuszonych w Centrum Pirolizy Marienau we Francji. 83

84 Celem pierwszego z wymienionych etapów było określenie struktury ilościowej i własności technologicznych węgli stanowiących potencjalną bazę surowcową dla produkcji koksu w z uwzględnieniem skutków oczekiwanych zmian tej bazy wynikających z ograniczonej dostępności do węgli ortokoksowych w przyszłych okresach. Celem drugiego etapu było przygotowanie propozycji receptur mieszanek wsadowych przeznaczonych do badań w ramach kolejnych etapów. Celem etapu trzeciego była weryfikacja poprawności dokonanego wyboru składników i receptur mieszanek do produkcji koksu zarówno z mieszanek wilgotnych jak i podsuszonych jak również opracowanie bazy danych o kształtowaniu się parametrów jakościowych produkowanego koksu niezbędnej dla celów porównawczych wyników uzyskiwanych w kolejnych etapach. Celem czwartego etapu było uzyskanie wiedzy na temat kształtowania się parametrów jakościowych koksu otrzymywanego w warunkach przemysłowych z wilgotnych mieszanek węglowych o wzrastającym udziale węgli gazowo-koksowych. Wyniki tych badań wykorzystane zostały w celu porównania i sprawdzenia czy w próbach komorowych i w testach koksowania w piecu z ruchomą ścianą (ostatni etap) występują podobne prawidłowości w uzyskanych wynikach. Celem ostatniego etapu obejmującego testy koksowania wytypowanych mieszanek wilgotnych i podsuszanych w piecu z ruchomą ścianą (CPM Francja) było uzyskanie informacji na temat przebiegu procesu koksowania tych mieszanek i parametrów jakościowych powstającego koksu oraz określenie wpływu podsuszania wsadu na bezpieczeństwo procesu (ciśnienie wywierane na ściany komory) oraz efektów energetycznych. Przeprowadzone testy koksowania pozwoliły w rezultacie na określenie możliwego zakresu zwiększenia udziału węgli gazowo-koksowych w mieszankach wsadowych (bez pogorszenia jakości koksu) w wyniku zastosowania operacji wstępnego podsuszania wsadu. 8.2 Metodyka badań i analiz Analiza węgla i koksu Oznaczenia parametrów jakościowych węgla i koksu przeprowadzono w oparciu o znormalizowane procedury analityczne - tabela 8.1. Tabela 8.1 Zestawienie norm stosowanych do oznaczania parametrów jakościowych węgla i koksu. Lp. 1 2 Normowane własności Stany przeliczeniowe paliw Zawartość wilgoci, popiołu i części lotnych Oznaczenie i nazwa normy PN-ISO 1170:2001. Węgiel i koks. Przeliczanie wyników analiz na różne stany. PN-98-G-04560: Paliwa stałe. Oznaczanie zawartości wilgoci, części lotnych oraz popiołu analizatorem automatycznym Symbol Jed. Niepewność wyniku pomiaru przy poziomie ufności 95% dla k= W a [%] W a do 2% - 0,1% W a > 2% - 0,2% V daf [%] V daf 2,5 :0,2% V daf 2,5 10 : 0,3% V daf >10 : 0,5% A d [%] A d 10 : 0,1% A d >10: 0,2% 84

85 3 Siarka całkowita i popiołowa 4 Fosfor P 5 Chlor Wskaźnik wolnego wydymania Zdolność spiekania metodą Rogi Wskaźniki dylatometryczne metodą Audibert-Arnu Skład ziarnowy węgli do przygotowania mieszanki wsadowej Wytrzymałość mechaniczna koksu metodą Irsid i Micum Reakcyjność i wytrzymałość poreakcyjna metodą NSC PN-G-04584:2001: Paliwa stałe. Oznaczanie zawartości siarki całkowitej i popiołowej automatycznymi analizatorami. PN-G-04528/11:1986 Węgiel kamienny i brunatny. Oznaczanie składu chemicznego popiołu. Oznaczanie zawartości fosforu. PN-G-04534:1999: Paliwa stałe. Oznaczanie zawartości chloru PN-ISO 501:2007: Węgiel kamienny. Oznaczanie wskaźnika wolnego wydymania PN-G-04518:1981: Węgiel kamienny. Oznaczanie zdolności spiekania metodą Rogi PN-G : Węgiel kamienny. Oznaczanie wskaźników dylatometrycznych PN-C-06304:2001: Koks z węgla kamiennego. Oznaczanie składu ziarnowego węgla wsadowego rozdrobnionego ISO (E): Coke (greater than 20 mm in size). Determination of mechanical strength ISO 18894: 2006: Coke. Determination of coke reactivity index (CRI) and coke strength after reaction (CSR) S t d [%] [%] P d [%] S t d 2%: 0,03% S t d (2:5>: 0,1% S t d >5%: 0,15% P d 0,02%: 0,001 (bezw.) P d >0,02%: 5% (wzgl.) Cl [%] 0,020% SI - RI - Kontrakcja a Dylatacja b udziały frakcji ziarnowych I 10 I 40 M 10 M 40 CRI CSR [%] [%] [%] [-] [-] [-] [-] [-] [-] 3 oznaczenia: ½ 5 oznaczeń: 1 RI 20: 3 jednostki RI>20: 5 jednostek 7(1+(a/100)) 7(1+(b/100)) Brak wytycznych w normie ± 1,0 ± 2,5 ± 0,5 ± 1,5 ±2,5 ±2, Metodyka badań w instalacji doświadczalnej Karbotest Instalacja doświadczalna Karbotest stosowana jest do prognozowania jakości koksu uzyskiwanego z pojedynczych węgli lub mieszanek węglowych w warunkach technologicznych symulujących przemysłowy proces koksowania. Co prawda wartości parametrów koksu z instalacji doświadczalnej Karbotest różnią się od wartości charakteryzujących koks wytwarzany w warunkach przemysłowych, to jednak pomiędzy tymi wynikami występuje silna korelacja umożliwiająca prognozowanie jakości tego ostatniego. Uzasadnia to stosowanie instalacji Karbotest do estymowania parametrów jakościowych koksu zarówno w badaniach naukowych jak i w bieżącej działalności koksowni [Langer A. i in. 2009], [Mianowski A. i in. 2008]. W zależności od celu badań w instalacji Karbotest można stosować mieszanki węglowe lub pojedyncze węgle o różnej zawartości wilgoci, uziarnieniu lub gęstości nasypowej. Dzięki temu instalacja ta znajduje zastosowanie do prognozowania wpływu różnych 85

86 czynników surowcowych i technologicznych (np. zmiana receptury i uziarnienia mieszanki, zastosowanie dodatków do wsadu czy wstępne jego podsuszenie) na przebieg procesu koksowania oraz jakość jego produktów. Ilość otrzymywanego koksu (ok. 3 4 kg) jest wystarczająca dla oznaczenia wskaźników jakościowych koksu metodą Nippon Steel Corporation, tj. wskaźnika reakcyjności koksu względem ditlenku węgla CRI oraz wytrzymałości poreakcyjnej koksu CSR. Dla wyprodukowanego koksu możliwe jest określenie jego uzysku, zawartości popiołu, części lotnych, siarki, fosforu, chloru, alkaliów itd. [Tramer i in. 2006], [Karcz A. 2009]. Rysunek 8.1 przedstawia schemat instalacji doświadczalnej do koksowania Karbotest, a rysunek 8.2 jego widok. Głównym elementem tej instalacji jest piec ogrzewany elektrycznie, w którym po osiągnięciu zadanej temperatury umieszcza się retortę z próbą koksowanego węgla. Proces koksowania przebiega zgodnie z ustalonym programem aż do osiągnięcia w osi wsadu temperatury ca 950 o C. Ogrzewanie pieca jest wyłączane wraz z zakończeniem procesu koksowania, tzn. w momencie, gdy intensywność wydzielania się gazu ze wsadu jest mniejsza od 0,5 dm 3 /min. Otrzymany koks poddaje się badaniom, gdy jego temperatura spadnie poniżej 50 o C. Instalacja Karbotest może być także wyposażona w urządzenia umożliwiające określenie ilości, składu i wybranych właściwości lotnych produktów koksowania [Metodyka badań w Karboteście 2010]. Rys. 8.1 Schemat instalacji doświadczalnego koksowania Karbotest. Elementy: 1 piec, 2 retorta, 3 termopary, 4 jednostka sterująca, 5 chłodnica, 6 elektrofiltr, 7 filtr, 8 miernik przepływu gazu. Parametry retorty: średnica: 150 mm, wysokość: 850 mm, masa próby węgla: 4-5 kg 86

87 Rys. 8.2 Instalacja doświadczalnego koksowania Karbotest w Laboratorium Metodyka komorowych prób koksowania w bat. typu PWR-63 Próby komorowe przeprowadzono w eksploatowanych w bateriach typu PWR-63 napełnianych grawitacyjnie. Tabela 8.2 zawiera podstawową charakterystykę tych baterii oraz parametry technologiczne procesu koksowania. Są to zarazem warunki przeprowadzonych prób komorowych. Tabela 8.2 Charakterystyka baterii koksowniczych typu PWR-63 oraz parametry technologiczne procesu koksowania. Lp. Parametr Wartość Jednostka 1 Długość komory (pomiędzy drzwiami) mm 2 Średnia szerokość komory 410 mm 3 Wysokość komory 5500 mm 4 Ilość komór w baterii 76 szt. 5 Czas cyklu koksowania 15:30 h:min 6 Średnia temperatura ścian grzewczych (SM/SK) 1280/1330 o C W przemyśle koksowniczym komorowe próby koksowania pojedynczych węgli lub mieszanek węglowych są powszechnie stosowaną i najbardziej wiarygodną metodą weryfikacji ich przydatności technologicznej do procesu koksowania. W Koksowni Zdzieszowice próby te są prowadzone zgodnie z wewnętrzną procedurą opracowaną na podstawie wieloletnich doświadczeń [Metodyka prowadzenia prób komorowych w ZKZ 2010]. Procedura ta uwzględnia następujące działania: opróżnienie i wyczyszczenie sekcji wieży węglowej wytypowanej do załadunku badanej mieszanki węglowej, napełnienie sekcji wieży węglowej mieszanką przeznaczoną do prób komorowych, napełnienie 10 kolejnych w serii komór baterii koksowniczej badaną mieszanką węglową, przeprowadzenie procesu koksowania badanej mieszanki węglowej w normalnym cyklu produkcyjnym pod wzmożonym nadzorem technologicznym, odbiór, mokre chłodzenie i umieszczenie na zrzutni koksu z badanej mieszanki, pobór i przygotowanie do analiz próbek koksu (z pominięciem koksu uzyskanego z dwóch pierwszych i dwóch ostatnich komór napełnionych badaną mieszanką), 87

88 przeprowadzenie analiz wyprodukowanego koksu. Parametry jakościowe stosowanych mieszanek wsadowych jak też otrzymanego koksu ocenia się standardowym metodami Metodyka badań w piecu testowym (400 kg) z ruchomą ścianą CPM Próby koksowania wilgotnych i podsuszonych mieszanek węglowych o różnej zawartości węgli typu 34 w piecu testowym (400 kg) z ruchomą ścianą przeprowadzono w Centrum Pirolizy Marienau we Francji (Centre de Pyrolyse de Marienau, CPM) w dwóch seriach, każdorazowo stosując opisaną poniżej metodykę bazującą na wieloletnich doświadczeniach w zakresie prowadzenia testów koksowania [Procedure of the coal carbonization tests in CPM 2010]. Proces przygotowania do badań komponentów węglowych obejmował pobranie odpowiednich ilości poszczególnych węgli ze składowiska (w okresie prowadzenia prób komorowych, opisanych w dalszej części) oraz zabezpieczenie i przetransportowanie do CPM pobranych porcji węgli w pojemnikach typu Big- Bag. Proces przygotowania mieszanek węglowych do prób koksowania w piecu testowym obejmował następujące operacje: rozdrobnienie poszczególnych komponentów do uziarnienia wymaganego dla danej serii testów koksowania, skomponowanie mieszanek węglowych zgodnie z założoną recepturą, właściwą dla danej serii testów koksowania, preparację mieszanek węglowych dodatkiem nieznacznej ilości oleju napędowego (0,1-0,2 % mas.) celem zapewnienia wymaganej gęstości nasypowej wsadu w komorze pieca testowego działanie takie jest zgodne z wewnętrzną procedurą CPM, gdyż wieloletnie doświadczenia wykazały, że taki dodatek oleju nie wpływa na własności koksotwórcze badanej mieszanki a jednocześnie pozwala uzyskać zagęszczenie wsadu odpowiadające zagęszczeniu w komorze przemysłowej [Procedure of the coal carbonization tests in CPM 2010], nawilżenie mieszanki wsadowej do zawartości wilgoci całkowitej 9 % lub jej podsuszenie do zawartości wilgoci całkowitej 5 %, umieszczenie przygotowanych mieszanek węglowych w zbiornikach zasypowych pieca testowego. Należy podkreślić, że stosowany w CPM sposób wstępnego podsuszania wsadu (suszenie w temperaturze otoczenia) uniemożliwia uwzględnienie korzystnego wpływu podwyższonej temperatury wsadu na jakość otrzymanego koksu (efekt taki można uzyskać np. przy zastosowaniu do podsuszania suszarki z płaszczem olejowym). Proces testowego koksowania w piecu z ruchomą ścianą obejmował: grawitacyjne napełnienie komory pieca mieszanką węglową, przeprowadzenie procesu koksowania w warunkach odpowiadających przebiegowi tego procesu w bateriach koksowniczych napełnianych systemem zasypowym, ocenę stopnia gotowości koksu, jego wypchnięcie z komory oraz mokre zgaszenie, obróbkę pozapiecową wyprodukowanego koksu w stabilizatorze bębnowym, odwzorowującym oddziaływania mechaniczne występujące w przemysłowych instalacjach sortowni, przygotowanie próbek i ocenę parametrów jakościowych otrzymanego koksu. Zgodnie ze stosowanymi w CPM procedurami [Procedure od the coal carbonization tests in CPM 2010] w celu zapewnienia porównywalności warunków przebiegu procesu 88

89 koksowania w piecu testowym z ruchomą ścianą zastosowano taką samą szybkość koksowania jak w bateriach PWR-63 w - tabela 8.3. Tabela 8.3 Parametry procesu koksowania mieszanek węglowych w bateriach PWR-63 oraz piecu testowym CPM. Parametr Średnia gęstość nasypowa wsadu w przeliczeniu na stan suchy [kg/m 3 ]: - w przypadku mieszanek wilgotnych - w przypadku mieszanek podsuszonych* Jednostka - Koksownia Zdzieszowice, Baterie PWR-63 CPM, Piec testowy z ruchomą ścianą System napełniania zasypowy zasypowy [kg/m 3 ] [kg/m 3 ] Czas koksowania [h] 15:30 18:00 Średnia temperatura ścian grzewczych [ o C] Szerokość komory [mm] Szybkość koksowania [mm/h] 13,2 13,2 * wartość wyznaczona z empirycznego modelu gęstości nasypowej uwzględniającego skład ziarnowy i zawartość wilgoci we wsadzie [Strugała A. 1982] 8.3 Charakterystyka obecnej i przewidywanej bazy węglowej dla produkcji koksu w Struktura węgli wykorzystywanych do produkcji koksu w w ostatnich latach uległa istotnej zmianie. Ze względu na powiązania kapitałowe krajowych producentów węgli ortokoksowych i większości krajowych koksowni w grupie węglowo-koksowej JSW S.A. oraz ograniczoną podaż tych węgli, Koksownia Zdzieszowice nie może nabywać na rynku wewnętrznym wymaganych ich ilości. Od roku 2007 Koksownia uzupełnia więc swoją bazę węglową poprzez zakup węgli zamorskich oraz czeskich - rysunek 8.3. Rys. 8.3 Struktura dostaw węgli koksowych do w latach W ostatnich latach nastąpiła zmiana i stabilizacja struktury dostaw do Koksowni Zdzieszowice. Udział węgli gazowo-koksowych utrzymuje się na poziomie ca 25%. Udział węgli ortokoksowych z JSW S.A. spadł z ca 70% do ca 45%. W miarę stabilnie 89

90 kształtuje się udział węgli czeskich ca 7-8%. Natomiast w miejsce zmniejszonej ilości węgli z JSW S.A. nabywane są węgle zamorskie stanowią one ca 25% bazy surowcowej w. Kilkuletnie już doświadczenia w produkcji koksu z wykorzystaniem węgli zamorskich pozwoliły na pozyskanie wiedzy, jak komponować mieszanki wsadowe dla produkcji koksu o wymaganej jakości a zarazem bezpieczne dla eksploatowanych baterii. Zastosowanie wysokiej jakości węgli zagranicznych pozwoliło na zwiększenie udziału krajowych węgli typu gazowo-koksowych o 4-7% [Latocha W. i in. 2010], [Latocha W. i in. 2011]. Aktualnie stosowane w węgle gazowo-koksowe (typ 34) pochodzą z kopalń: Anna-Rydułtowy Ruch I, Anna-Rydułtowy Ruch II, Szczygłowice, Knurów, Bielszowice oraz Budryk. Pozostali dostawcy to kopalnie: Marcel, Wirek, Halemba i Kurpiński. Węgle te posiadają zróżnicowane i zmieniające się w czasie parametry jakościowe. Szczegółowa ich charakterystyka podana została w tabeli Z.1 (Załączniki). Spośród tej szerokiej gamy węgli najlepsze właściwości posiada węgiel z kopalń Szczygłowice i Knurów. Do komponowania mieszanek węglowych, ze względu na dużą podaż, w znacznych ilościach są stosowane także węgle z kopalń: Bielszowice oraz Anna-Rudułtowy Ruch I i II. Z uwagi na własności koksotwórcze, do komponowania mieszanek najbardziej pożądane są jednak węgle ortokoksowe z polskich kopalń: Jas-Mos, Borynia, Zofiówka i Pniówek. W przeszłości stanowiły one podstawę bazy surowcowej do produkcji wysokojakościowego koksu. W tabeli Z.2 (Załączniki) przedstawiono charakterystykę tych węgli. W ostatnich latach z uwagi na ich deficyt są one częściowo zastępowane w pierwszej kolejności przez bardzo zbliżone jakościowo czeskie węgle z kopalń: CSM, Darkov i Paskov. W tabeli Z.3 (Załączniki) przedstawiono charakterystykę tych węgli. Jednak ze względu na ograniczoną dostępność tych węgli (ca 0,5 mln Mg rocznie) niezbędnym stał się import także innych węgli zagranicznych, głównie zamorskich. Większość z nich jest sprowadzana z USA, Australii, Kolumbii. Tabela Z.4 (Załączniki) przedstawia charakterystykę najważniejszych węgli zamorskich stosowanych w. Należy podkreślić, że większość sprowadzanych węgli zamorskich posiada bardzo dobre własności koksotwórcze. Duża ilość i różnorodność węgli stosowanych do produkcji koksu z jednej strony komplikuje organizację procesu przygotowania mieszanki wsadowej, ale zarazem daje większe możliwości komponowania mieszanek węglowych pozwalających na produkcję koksu o oczekiwanych przez klientów, często dość różniących się parametrach. Ocena krajowego rynku węgli koksowych oraz ich właściwości uzasadnia konstatację, że w najbliższych latach dla nadal ograniczona będzie dostępność do krajowych węgli ortokoksowych. Przy przewidywanym stałym poziomie importu tych węgli niezbędne jest więc poszukiwanie rozwiązań technologicznych umożliwiających zwiększenie udziału w stosowanych mieszankach wsadowych węgli gazowo-koksowych typu 34. Jedną z takich możliwości jest właśnie technologia podsuszania wsadu, która pozwala zwiększyć udział w mieszankach węgli o słabszych własnościach koksotwórczych a równocześnie korzystnie wpływa na zdolności produkcyjne baterii koksowniczej oraz sprawność cieplną procesu wytwarzania koksu. W oparciu o analizę aktualnej bazy węglowej a także przewidywane jej zmiany w przyszłości do badań mających na celu określenie możliwości zwiększenia zawartości węgli gazowo-koksowych (typ 34) w mieszankach poprzez zastosowanie operacji podsuszania wsadu wytypowano dwie grupy mieszanek 90

91 wsadowych. Pierwsza grupa była skomponowana wyłącznie z węgli pochodzenia krajowego. Przesłanką takiego wyboru było założenie, że wdrożenie operacji podsuszania wsadu (a w konsekwencji zwiększenie udziału węgli gazowo-koksowych w mieszankach) powinno prowadzić do maksymalizacji wykorzystania krajowych zasobów węgli koksowych. Druga grupa mieszanek obejmowała zarówno węgle krajowe jak i zagraniczne, a przesłanką takiego doboru składników mieszanki było założenie, że w przypadku utrzymania się dotychczasowej tendencji w zakresie zaopatrzenia te właśnie węgle będą prawdopodobnie stanowiły bazę surowcową Koksowni również w przyszłości. 8.4 Wybór komponentów i ustalenie receptur mieszanek węglowych do badań nad procesem ich wstępnego podsuszania Uwzględniając podane wcześniej założenia jako obiekt badań przyjęto dwie grupy mieszanek węglowych, tj. mieszanki składające się wyłącznie z węgli krajowych oraz mieszanki z udziałem węgli zagranicznych. W przypadku obu grup mieszanek udział w nich węgli gazowo-koksowych zmieniał się w przedziale od 10 do 30%, zgodnie z poniższą specyfikacją: a) standardowa (bazowa) mieszanka wsadowa stosowana dla baterii koksowniczych pracujących w systemie zasypowym o niskim (10 %) udziale węgli gazowokoksowych typu 34, b) mieszanka wsadowa o podwyższonym do 20 % udziale węgli typu 34, c) mieszanka wsadowa o wysokim (30 %) udziale węgli typu 34. Maksymalna zawartość węgli typu 34 w badanych mieszankach została określona przez analogię do składu mieszanek stosowanych w bateriach koksowniczych o ubijanym systemie napełniania komór, w których osiągane są znacznie wyższe gęstości nasypowe (powyżej kg/m 3 ). Przy udziale węgli typu 34 wynoszącym ca 30% uzyskiwany jest koks o wytrzymałości poreakcyjnej CSR porównywalnej do uzyskiwanej dla koksu z systemu zasypowego o zawartości węgli typu 34 wynoszącej ca 10%. Biorąc powyższe pod uwagę oraz uwzględniając fakt, że oczekiwana gęstość nasypowa uzyskiwana w wyniku operacji podsuszania wsadu (ca kg/m 3 ) będzie niższa niż w systemie ubijanym, można oczekiwać, że graniczny udział węgli typu 34 w podsuszanej mieszance nie będzie przekraczał 30%. Tabela 8.4 przedstawia oznaczenia i składy mieszanek pierwszej grupy (wyłącznie z węgli krajowych) a tabela 8.5 mieszanek drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych). Tabela 8.4 Składy mieszanek pierwszej grupy (wyłącznie z węgli krajowych). Lp. Węgiel Udział w mieszance [%] Nazwa handlowa Typ D10 D20 D30 1 Zofiówka orto-koksowy Borynia orto-koksowy Pniówek orto-koksowy Jas-Mos orto-koksowy Knurów gazowo-koksowy RAZEM

92 Tabela 8.5 Składy mieszanek drugiej grupy (węgle krajowe i zagraniczne). Lp. Węgiel Udział w mieszance [%] Nazwa handlowa Typ M10 M20 M30 1 Borynia + Zofiówka orto-koksowy Pniówek orto-koksowy CSM orto-koksowy Shoal Creek orto-koksowy Blue Creek orto-koksowy Knurów gazowo-koksowy RAZEM W tabeli Z.5 (Załączniki) podano szczegółową charakterystykę komponentów węglowych mieszanek pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) oraz mieszanek z nich skomponowanych. Podobne dane dla mieszanek drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) przedstawiono w tabeli Z.6 (Załączniki). Tabele Z.7 i Z.8 (Załączniki) przedstawiają składy ziarnowe komponentów i mieszanek węglowych obu grup. 8.5 Weryfikacja wybranych receptur mieszanek oraz wstępna ocena wpływu ich podsuszania w instalacji doświadczalnej Karbotest Celem tego etapu badań było: wstępne potwierdzenie prawidłowości wytypowanych do badań w skali półtechnicznej CPM receptur mieszanek wsadowych o podwyższonym udziale węgli gazowo-koksowych gwarantujących utrzymanie wymaganej jakości koksu w przypadku zastosowania operacji wstępnego podsuszania wsadu, wstępna ocena wpływu podsuszania wsadu na jakość produkowanego koksu dla wytypowanych receptur mieszanek. Badania w instalacji doświadczalnej Karbotest przeprowadzono dla obu wybranych grup mieszanek węglowych. W przypadku każdej z tych grup przeprowadzono testy koksowania mieszanek o udziale węgli gazowo-koksowych wynoszącym: 10%, 20% i 30%. Testy przeprowadzono zarówno dla mieszanek w stanie roboczym (zawartość wilgoci całkowitej ca. 9%) jak i w stanie podsuszonym (ca 5% wilgoci całkowitej). W badaniach uwzględniono, że gęstość nasypowa mieszanki wsadowej jest funkcją zarówno składu ziarnowego jak i zawartości wilgoci [Strugała A. 1982], [Tramer A. 2000], [Karcz A. 2007]. Dla zapewnienia gęstości nasypowej wsadu adekwatnej do jego wilgotności wykorzystano prezentowany w literaturze model, który powstał na podstawie badań węgli i mieszanek stosowanych w polskim koksownictwie dla warunków zasypowego systemu napełniania komór [Strugała A. 1982], [Strugała A. 1985]. Model ten pozwala wyznaczyć gęstość nasypową wsadu węglowego na podstawie wilgotności oraz uziarnienia, charakteryzowanego za pomocą udziałów wybranych klas ziarnowych przy pomocy wzoru: b b W ex b x b x b x b x b x b x x b x x b x x b x x x x b 24 2 x x x b x x b x x x b x x b b234x2x3x4 b235x2x3x5 b245x2x4x5 b345x3x4x5 gdzie: (W ex ) gęstość nasypowa węgla przeliczona na stan powietrzno-suchy [kg/m 3 ], x 1 ułamek wagowy frakcji 5 12 mm w mieszance, x x b x x x b x x b 45 x x x b 13 x x x x x b x x x

93 x 2 ułamek wagowy frakcji 3 5 mm w mieszance, x 3 ułamek wagowy frakcji 1 3 mm w mieszance, x 4 ułamek wagowy frakcji 0,5 1 mm w mieszance, x 5 ułamek wagowy frakcji poniżej 0,5 mm w mieszance, b i, b j, b ijn współczynniki wielomianu. Program badań w instalacji Karbotest obejmował: analizę (techniczną i elementarną) poszczególnych komponentów węglowych i utworzonych z nich mieszanek, analizę sitową poszczególnych komponentów węglowych i utworzonych z nich mieszanek z uwzględnieniem klas ziarnowych występujących we wzorze (8.1), obliczenie ze wzoru (8.1) gęstości nasypowej dla wilgotnych oraz podsuszonych mieszanek węglowych, przeprowadzenie testów koksowania w instalacji doświadczalnej Karbotest dla obu grup wilgotnych i podsuszonych mieszanek węglowych przy ich zagęszczeniu obliczonym ze wzoru (8.1), ocenę jakości otrzymanego koksu, tj. wyznaczenie wskaźników reakcyjności względem ditlenku węgla (CRI) oraz wytrzymałości poreakcyjnej koksu (CSR), określenie efektów wpływu podsuszania mieszanki wsadowej na jej gęstość nasypową oraz uzysk koksu. Szczegółową charakterystykę badanych komponentów i mieszanek węglowych oraz parametry jakościowe otrzymanych koksów przedstawiono w Załącznikach w tabelach: Z.9 (dla mieszanek pierwszej grupy) oraz Z.10 (dla mieszanek grupy drugiej). Uzyskane wyniki w sposób syntetyczny przedstawiono na rysunkach Na ich podstawie można sformułować następujące wnioski (słuszne dla przedziału ufności 95%) odnośnie do wytrzymałości poreakcyjnej (CSR) otrzymanego koksu rys. 8.4: dla obu grup mieszanek przy wzroście udziału węgli gazowo-koksowych do 20%, wytrzymałość poreakcyjna koksu z mieszanek podsuszonych nie wykazuje istotnej różnicy zarówno w stosunku do koksu z mieszanek wilgotnych jak również w stosunku do koksu z mieszanki bazowej (mieszanka wilgotna, 10%-owy udział węgla typu 34), dla mieszanek skomponowanych wyłącznie z węgli krajowych przy wzroście udziału węgli gazowo-koksowych do 30%, wytrzymałość poreakcyjna koksu nie wykazuje istotnej różnicy zarówno w stosunku do koksu z mieszanek wilgotnych jak również w stosunku do koksu z mieszanki bazowej, natomiast dla mieszanek skomponowanych z węgli krajowych i zagranicznych wytrzymałość ta pogarsza się zarówno w stosunku do koksu z mieszanek wilgotnych jak też w stosunku do koksu z mieszanki bazowej. Odnośnie do reakcyjności koksu względem ditlenku węgla (CRI) dla rozpatrywanych grup mieszanek stwierdzono (na poziomie ufności 95%) odmienną tendencję zmian rys. 8.5: w przypadku mieszanek skomponowanych wyłącznie z węgli krajowych wskaźnik ten utrzymywał się na zbliżonym poziomie dla każdego badanego poziomu zawartości węgli gazowo-koksowych (10, 20 i 30%), przy czym podsuszanie wsadu nie wpływało w istotny sposób na zmianę tego parametru, w przypadku mieszanek skomponowanych z węgli krajowych i zagranicznych reakcyjność koksu wzrastała ze wzrostem udziału węgla gazowo-koksowego w mieszance, przy czym taką samą tendencję zmian zaobserwowano dla mieszanek wilgotnych jak i podsuszonych. 93

94 Formułując wnioski odnośnie wpływu operacji wstępnego podsuszania wsadu należy zwrócić uwagę na następujące fakty: parametry jakościowe koksu uzyskiwanego z różnych grup mieszanek (mieszanki wyłącznie z węgli krajowych oraz z węgli krajowych i zagranicznych) mogą wykazywać odmienne tendencje zmian w wyniku zastosowania procesu podsuszania, dla podsuszonych mieszanek skomponowanych wyłącznie z węgli krajowych nie zaobserwowano istotnego pogorszenia jakości koksu w porównaniu do mieszanki bazowej w całym badanym zakresie zmian udziału węgla gazowo-koksowego (od 10 do 30 %), dla podsuszonych mieszanek skomponowanych z węgli krajowych i zagranicznych o udziale węgla gazowo-koksowego do 20 % (włącznie) nie zaobserwowano istotnego pogorszenia jakości koksu w porównaniu do mieszanki bazowej; w przypadku podsuszonej mieszanki o udziale węgla typu 34 wynoszącym 30 % jakość koksu uległa istotnemu pogorszeniu. podsuszanie umożliwia istotne zwiększenie gęstości nasypowej w przypadku obu grup mieszanek węglowych (rys. 8.6), w przypadku instalacji doświadczalnej Karbotest nie zaobserwowano istotnego wpływu wstępnego podsuszania na wskaźnik jednostkowego uzysku koksu suchego (z jednostki masy wsadu), stwierdzono natomiast spadek tego wskaźnika ze wzrostem w mieszance udziału węgla gazowo-koksowego (rys. 8.7); z kolei przyrost gęstości nasypowej skutkował wzrostem uzysku koksu z jednostkowej objętości komory, a przez to wzrostem produktywności baterii (rys. 8.8). Rys. 8.4 Kształtowanie się wytrzymałości poreakcyjnej koksu CSR wraz ze wzrostem udziału węgla typu 34 w mieszance (niepewność pomiaru ± 2,5 dla przedziału ufności 95%). 94

95 Rys. 8.5 Zmiany reakcyjności koksu CRI wraz ze wzrostem udziału węgla typu 34 w mieszance (niepewność pomiaru ± 2,5 dla przedziału ufności 95%). Rys. 8.6 Kształtowanie się gęstości nasypowej w zależności od stanu mieszanki węglowej (niepewność pomiaru ± 15 kg/m3 dla przedziału ufności 95%). Rys. 8.7 Wpływ podsuszania wsadu na wskaźnik uzysku koksu z tony wsadu dla obu grup badanych mieszanek węglowych (niepewność pomiaru ± 0,25% dla przedziału ufności 95%). 95

96 Rys. 8.8 Wpływy operacji podsuszania wsadu na uzysk koksu z 1 m3 komory koksowniczej dla obu grup badanych mieszanek węglowych (niepewność pomiaru ± 0,2% dla przedziału ufności 95%). Badania przeprowadzone w instalacji Karbotest potwierdziły słuszność przyjętych wcześniej założeń oraz pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków odnoszących się do dalszych prób w piecu testowym CPM: zastosowanie operacji wstępnego podsuszania wsadu korzystnie wpływa na gęstość nasypową mieszanki i uzysk koksu z jednostkowej objętości komory, wyniki badań w Karboteście nad wpływem podsuszania wsadu na jakość produkowanego koksu nie dają jednoznacznej odpowiedzi obserwuje się zachowanie niezmienionej jakości koksu dla wzrostu zawartości węgli typu 34 w ograniczonym zakresie, zastosowanie operacji wstępnego podsuszania wsadu stwarza możliwość zwiększenia udziału węgli gazowo-koksowych w badanych mieszankach bez pogorszenia parametrów jakościowych produkowanego koksu, przy czym wielkość tego udziału zależy od właściwości pozostałych komponentów mieszanki, zakres zmian udziału węgli typu 34 w mieszankach wytypowanych do dalszych badań nad podsuszaniem wsadu został przyjęty prawidłowo przekroczenie 30 %-wego udziału tych węgli stwarza możliwość istotnego pogorszenia jakości koksu w odniesieniu do mieszanki bazowej (mieszanka wilgotna o udziale węgla typu 34 wynoszącym 10%), z uwagi na zróżnicowany wpływ wstępnego podsuszania na jakość powstającego koksu zasadnym jest przeprowadzenie dalszych badań dla obu wytypowanych grup mieszanek węglowych. 8.6 Testy koksowania w piecu CPM z ruchomą ścianą Cel i program badań w piecu testowym w CPM Podstawowym celem tego etapu badań było potwierdzenie w skali półtechnicznej możliwości zwiększenia udziału w mieszankach wsadowych węgla typu 34 bez pogorszenia jakości produkowanego koksu poprzez zastosowanie operacji wstępnego podsuszenia wsadu. Testy koksowania w piecu doświadczalnym CPM przeprowadzono w dwóch seriach dla każdej z wytypowanych grup mieszanek węglowych oddzielnie. Testy koksowania przeprowadzono zarówno dla mieszanek wilgotnych jak i podsuszonych udział węgli gazowo-koksowych w tych mieszankach wynosił odpowiednio: 10%, 20% oraz 30%. Szczegółową charakterystykę tych mieszanek oraz ich komponentów przedstawiono w tabelach Z.15 Z.20 (Załączniki). 96

97 8.6.2 Zastawienie wyników testów koksowania w piecu z ruchomą ścianą Ocenę wpływu operacji podsuszania wsadu na jakość produkowanego koksu jak też weryfikację możliwości zwiększenia udziału we wstępnie podsuszonej mieszance wsadowej węgla typu 34 bez pogorszenia jakości koksu dokonano w odniesieniu do następujących parametrów: wydajności procesu koksowania, scharakteryzowanej za pomocą gęstości nasypowej wsadu, jednostkowego uzysku koksu z tony wsadu oraz uzysku koksu z 1 m 3 objętości komory koksowej, jakości głównego produktu procesu tj. koksu, określonej na podstawie wyników testów: Micum, Irsid oraz Nippon Steel (ocena własności mechanicznych i reaktywności koksu), maksymalnego ciśnienia wywieranego w procesie koksowania na ściany komory przez pirolizowany wsad, zużycia energii w procesie koksowania wilgotnych i podsuszonych mieszanek. Szczegółowe wyniki badań i analiz dla tego etapu podano w tabelach Z.21 i Z.22 (Załączniki) Analiza wyników testów w piecu CPM Wydajność procesu koksowania Wzrost uzysku koksu w efekcie podsuszenia wsadu jest determinowany dwoma czynnikami: wzrostem gęstości nasypowej wsadu (w efekcie zwiększenia ruchliwości ziaren węglowych wynikającym ze zmniejszenia ilości menisków wodnych pomiędzy ziarnami węgla [Strugała A. 2006]) oraz zwiększonym uzyskiem koksu z jednostki masy wsadu. Ten ostatni jest wynikiem zwiększonej konwersji ciekłych i gazowych produktów pirolizy do koksu, jaka ma miejsce w przypadku gęstszego upakowania ziaren węglowych koksowanego wsadu [Griaznow N. 1976]. Wpływ operacji podsuszania na zagęszczenie wsadu w komorze ilustruje rys W przypadku obu grup badanych mieszanek stwierdzono pozytywny wpływ tej operacji na gęstość nasypową wsadu w komorze. Dla mieszanek skomponowanych wyłącznie z węgli polskich (pierwsza grupa mieszanek) gęstość nasypowa wzrosła o 6,2%, a dla mieszanek skomponowanych z węgli polskich i zagranicznych (druga grupa mieszanek) o 4,3%. Niewielkie różnice gęstości nasypowej między tymi grupami mieszanek wynikały z różnego rozkładu uziarnienia węgli orto-koksowych i węgli gazowo-koksowych zastosowanych jako komponenty tych mieszanek. 97

98 Rys. 8.9 Wpływ podsuszania wsadu na gęstość nasypową wsadu dla obu grup badanych mieszanek węglowych (niepewność oceny gęstości nasypowej: ± 15 kg/m3 dla przedziału ufności 95%). Wpływ operacji wstępnego podsuszania wsadu na uzysk koksu z tony wsadu (wyrażony w procentach) ilustruje rysunek W przypadku pierwszej grupy mieszanek zaobserwowano niewielki, tj. ok. 1% wzrost wskaźnika uzysku a w przypadku drugiej grupy mieszanek nie stwierdzono istotnego wpływu podsuszania wsadu na wspomniany wskaźnik. Wydajność baterii koksowniczych można scharakteryzować wskaźnikiem uzysku koksu z 1 m 3 objętości użytkowej komory. Wskaźnik ten, wyznaczony jako iloczyn gęstości nasypowej wsadu w komorze i wskaźnika uzysku koksu z 1 Mg wsadu, dla obu badanych grup mieszanek pokazano na rysunku W obu przypadkach stwierdzono pozytywny wpływ operacji podsuszania wsadu na wielkość uzysku koksu z 1 m 3 objętości użytkowej komory koksowej dla pierwszej grupy mieszanek wzrost tego wskaźnika wyniósł średnio 5,7% a dla drugiej grupy 6,2%. Rys Wpływ podsuszania wsadu na wskaźnik uzysku koksu z tony wsadu dla obu grup badanych mieszanek węglowych (niepewność oceny uzysku: ± 0,25% dla przedziału ufności 95%). 98

99 Rys Wpływy operacji podsuszania wsadu na wskaźnik uzysku koksu z 1 m 3 komory koksowniczej dla obu grup badanych mieszanek węglowych (niepewność oceny uzysku: ± 0,2% dla przedziału ufności 95%). Porównując wskaźniki uzysku koksu z 1 m 3 objętości użytkowej komory dla podsuszonych mieszanek o podwyższonej zawartości węgli gazowo-koksowych ze wskaźnikiem uzyskanym dla mieszanki bazowej (wilgotna mieszanka o 10 %-owym udziale węgli gazowo-koksowych) można sformułować następujący wniosek: pomimo zwiększenia w mieszance udziału węgli o wyższej zawartości części lotnych, dzięki jej podsuszaniu i związanego z tym wzrostu zagęszczenia wsadu w komorze, proponowane zmiany w sposób jednoznacznie korzystny wpływają na uzysk koksu z 1 m 3 komory a tym samym na wydajność procesu koksowania. Jakość koksu W przypadku mieszanek skomponowanych wyłącznie z węgli krajowych podsuszanie wsadu generalnie wywiera pozytywny wpływ na wytrzymałość mechaniczną koksu ocenianą za pomocą wskaźników M 40 i I 40, przy czym wpływ ten jest szczególnie wyraźny dla mieszanek o niższych udziałach węgla typu 34. W przypadku zastosowania podsuszania wsadu dla tej grupy mieszanek możliwe jest zwiększenie w nich udziału węgli typu 34 o 20 % bez istotnego pogorszenia jakości produkowanego koksu rys i rys W przypadku mieszanek skomponowanych z węgli krajowych i zagranicznych korzystny wpływ podsuszania wsadu nie jest już tak wyraźny. Tym niemniej można sformułować wniosek, iż dla tej grupy mieszanek możliwe jest zwiększenie w nich udziału węgli typu 34 o 10 % bez istotnego pogorszenia tych wskaźników (M 40 i I 40 ) rys i rys

100 Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik M40 otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek, (niepewność oceny wskaźnika: ± 1,5 dla przedziału ufności 95%). Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik I40 otrzymanego koksu wyniki dla obu grup badanych mieszanek, (niepewność oceny wskaźnika: ± 2,5 dla przedziału ufności 95%). Wpływ podsuszania wsadu na ścieralność koksu ocenianą za pomocą wskaźników M 10 oraz I 10 w przypadku obu grup badanych mieszanek jest pozytywny rys i rys Z kolei wzrost udziału w mieszance węgli gazowo-koksowych niekorzystnie wpływa na oba te wskaźniki. Można jednak sformułować wniosek, słuszny dla obu grup mieszanek, że dzięki zastosowaniu podsuszania wsadu możliwe jest zwiększenie udziału węgli gazowo-koksowych w mieszance o 20% bez istotnego pogorszenia obu rozpatrywanych wskaźników produkowanego koksu w odniesieniu do mieszanek bazowych (mieszanki wilgotne o 10 %-wym udziale węgli typu 34). 100

101 Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik M10 otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek (niepewność oceny wskaźnika: ± 0,5 dla przedziału ufności 95%). Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik I10 otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek, (niepewność oceny wskaźnika: ± 1,0 dla przedziału ufności 95%). Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik CRI otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek, (niepewność oceny wskaźnika: ± 2,5 dla przedziału ufności 95%). Reaktywność powstającego koksu dla obu grup mieszanek węglowych, oceniana wskaźnikiem CRI, nie zmienia się istotnie, zarówno w badanych zakresach zmian zawartości wilgoci w mieszankach jak i w przy wzroście udziału w nich węgli gazowokoksowych rys Konstatacja taka jest zgodna z wynikami prezentowanymi m.in. przez Tramera i in. (2001) oraz Czaplickiego (2007). 101

102 Ostatni z analizowanych wskaźników, tj. wytrzymałość koksu po reakcji (CSR) jest kluczowym parametrem jakościowym charakteryzującym zachowanie się koksu w wielkim piecu [Pusz S., Buszko R. 2012], [Sakurovs R, i in., 2012]. Jego wartość determinowana jest zarówno wyjściowymi własnościami mechanicznymi koksu jak i ich zmianą pod wpływem przebiegającej w wysokiej temperaturze wielkiego pieca reakcji zgazowania koksu ditlenkiem węgla. Zaobserwowano, szczególnie dla pierwszej grupy badanych mieszanek, niekorzystny wpływ zwiększonego udziału węgli gazowokoksowych na ten wskaźnik. Z kolei wstępne podsuszanie dla obu grup badanych mieszanek wywierało korzystny wpływ na wartość wskaźnika CSR rys Reasumując, dla obu rozpatrywanych grup mieszanek węglowych dzięki zastosowaniu podsuszania wsadu możliwe jest zwiększenie udziału węgli gazowo-koksowych w mieszance o 20% bez istotnego pogorszenia jakości produkowanego koksu. Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wskaźnik CSR otrzymanego koksu - wyniki dla obu grup badanych mieszanek, (niepewność oceny wskaźnika: ± 2,5 dla przedziału ufności 95%). Reasumując, na podstawie oceny jakości koksu produkowanego z mieszanki bazowej oraz podsuszonych mieszanek o zwiększonym udziale węgla typu 34 można sformułować następujące wnioski: w przypadku pierwszej grupy mieszanek (skomponowanych wyłącznie z węgli polskich) zastosowanie wstępnego podsuszania wsadu umożliwia zwiększenie udziału węgli gazowo-koksowych do 30 % bez istotnego pogorszenia jakości produkowanego koksu, w przypadku drugiej grupy mieszanek (skomponowanych z węgli krajowych i zagranicznych) zastosowanie wstępnego podsuszania wsadu umożliwia zwiększenie udziału węgli gazowo-koksowych do 20 % bez istotnego pogorszenia jakości produkowanego koksu (dla tej grupy mieszanek, przy wzroście udziału węgli gazowo-koksowych do 30% stwierdzono istotne pogorszenie się tylko jednego z analizowanych parametrów, tj. wskaźnika I 40 ). Maksymalne ciśnienie generowane w procesie koksowania W przypadku obu grup badanych mieszanek w efekcie zastosowania wstępnego podsuszenia zaobserwowano zwiększenie maksymalnego ciśnienia wywieranego przez koksowany wsad na ściany komory rys Dla pierwszej grupy mieszanek wzrost tego ciśnienia wyniósł średnio 2,1 kpa a dla drugiej grupy 1,6 kpa. Należy jednak podkreślić, że jedynie dla podsuszonej mieszanki skomponowanej wyłącznie z węgli krajowych o udziale węgla gazowo-koksowego 10% odnotowano maksymalne ciśnienie nieznacznie przekraczające 7 kpa, która to wartość traktowana jest jako ostrzegawcza 102

103 [Karcz A. 2001a], [Karcz A. 2001b], [Nomura S. i in. 2006]. Zgodnie z wieloletnim doświadczeniami CPM jako wartość krytyczną przyjmuje się 10 kpa [Procedure of the coal carbonization tests in CPM 2010]. Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wartość maksymalnego ciśnienia wywieranego na ściany komory dla obu grup badanych mieszanek (niepewność pomiaru ± 15% dla przedziału ufności 95%). Analizując ten ważny dla procesu koksowania parametr można stwierdzić, że w porównaniu z mieszanką bazową (mieszanka wilgotna z 10 %-owym udziałem węgli gazowo-koksowych): w wyniku zastosowania operacji podsuszania wsadu w przypadku obu grup badanych mieszanek stwierdzono wzrost ciśnienia koksowania, dla obu grup podsuszonych mieszanek maksymalne wartości ciśnienia nie przekraczały wartości przyjmowanych jako graniczne (dopuszczalne); w przypadku mieszanek podsuszonych zaobserwowano niebezpieczną wartość ciśnienia jedynie w przypadku mieszanki z pierwszej grupy o zawartości 10 % węgla typu 34. Zużycie energii w procesie koksowania wilgotnych i podsuszonych mieszanek Poprawa sprawności energetycznej procesu koksowania jest jednym z kluczowych rezultatów, jakie są oczekiwane w wyniku wdrożenia operacji wstępnego podsuszania wsadu [Żarczyński P. i in., 2013]. Wyższa sprawność energetyczna całego procesu technologicznego oznacza bowiem obniżenie jednostkowej emisji CO 2 do atmosfery oraz poprawę efektywności ekonomicznej procesu produkcyjnego. Podczas prób koksowania w piecu testowym dla obu grup mieszanek węglowych zarówno wilgotnych jak i podsuszonych wyznaczono zużycie energii elektrycznej. Należy podkreślić, że ze względu na zastosowany sposób suszenia wsadu węglowego (suszenie napowietrzne) rejestrowany efekt był wynikiem jedynie obniżonej wilgotności wsadu. W instalacjach przemysłowych efekt ten będzie jeszcze większy z uwagi na podwyższoną temperaturę wsadu podawanego do komory koksowniczej. Szczegółowe dane dotyczące zużycia energii w procesie koksowania w instalacji testowej CPM dla mieszanek wilgotnych i podsuszanych z grupy pierwszej podano w tabeli Z.23 a dla mieszanek z grupy drugiej w tabeli Z.24 (Załączniki). Zmiany zużycia energii w wyniku zastosowania wstępnego podsuszania wsadu w sposób syntetyczny pokazano na rysunku

104 Rys Wpływ operacji podsuszania wsadu na wartość jednostkowego zużycia energii elektrycznej w procesie koksowania dla obu grup badanych mieszanek (niepewność pomiaru: ± 2% dla przedziału ufności 95%). Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że podsuszanie wsadu zmniejsza zapotrzebowanie na jednostkowe ciepło do procesu koksowania w testowej komorze koksowniczej średnio o 7,5 8,5%, zależnie od badanej grupy mieszanek węglowych. Należy zaznaczyć, że instalacja testowa CPM charakteryzuje się wyższym jednostkowym zużyciem ciepła niż piece przemysłowe, co wynika ze specyfiki i skali tego urządzenia Podsumowanie wyników badań w instalacji testowej CPM Uzyskane wyniki badań w piecu testowym (tabela 8.6) oraz ich statystyczna ocena (tabela 8.7) upoważniają sformułowanie wniosku, że w wyniku zastosowania operacji wstępnego podsuszenia wsadu możliwe jest zwiększenie udziału w mieszankach wsadowych węgli gazowo-koksowych bez negatywnego wpływu na jakość produkowanego koksu a także bez niebezpieczeństwa wygenerowania przez koksowany wsad nadmiernego ciśnienia wywieranego na ściany komór koksowych. W przypadku pierwszej grupy badanych mieszanek (skomponowanych wyłącznie z węgli krajowych) można kosztem deficytowych węgli orto-koksowych zwiększyć w nich udział węgli gazowo-koksowych z 10 do 30 % a w przypadku drugiej grupy mieszanek (skomponowanych z węgli krajowych i zagranicznych) z 10 do 20 %. Dodatkową korzyścią jest wzrost wydajności baterii koksowniczych (o ok. 3 5%) oraz poprawa sprawności energetycznej całego procesu technologicznego. 104

105 Tabela 8.6 Porównanie wskaźników charakteryzujących wydajność i jakość produkowanego koksu oraz ciśnienia generowanego w trakcie koksowania dla wybranych mieszanek (w nawiasach podano zakres wartości wskaźników dla przedziału ufności 95%). Pozycja Koks z mieszanek skomponowanych z węgli: wyłącznie polskie polskie i zagraniczne Symbol mieszanki D10 D20 D30 M10 M20 M30 Udział węgla typu semi-soft [%] Zawartość wilgoci [%] Stan mieszanki węglowej wilgotna podsuszona wilgotna podsuszona wilgotna podsuszona Wydajność procesu koksowania: - gęstość nasypowa wsadu [kg/m 3 ] 740 ( ) 772 ( ) 767 ( ) 743 ( ) 785 ( ) 790 ( ) - uzysk koksu z 1 tony wsadu [%] 75.5 ( ) 75.0 ( ) 74.8 ( ) 76.3 ( ) 75.6 ( ) 75.5 ( ) - uzysk koksu z 1 m3 komory [kg/m 3 ] 559 ( ) 579 ( ) 574 ( ) 566 ( ) 593 ( ) 596 ( ) Próby bębnowe: wytrzymałość: M ( ) 69.1 ( ) 68.2 ( ) 72.0 ( ) 73.6 ( ) 69.6 ( ) I ( ) 42.5 ( ) 40.1 ( ) 43.5 ( ) 44.3 ( ) 38.1 ( ) ścieralność: M ( ) 8.1 ( ) 8.5 ( ) 6,8 ( ) 6.9 ( ) 7.0 ( ) I ( ) 23.4 ( ) 24.1 ( ) 22.1 ( ) 21.6 ( ) 21.9 ( ) Test NSC: wskaźnik CRI 29.9 ( ) 29.5 ( ) 30.2 ( ) 27.1 ( ) 27.8 ( ) 27.8 ( ) wskaźnik CSR Maksymalne ciśnienie wywierane na ścianę komory [kpa] ( ) 4.8 ( ) ( ) 6.5 ( ) ( ) 5.6 ( ) ( ) 2.9 ( ) ( ) 5.7 ( ) ( ) 5.7 ( ) Tabela 8.7 Statystyczna ocena istotności zmian parametrów jakościowych koksu z mieszanek podsuszonych w porównaniu z mieszanką bazową (mieszanka wilgotna o udziale węgli gazowo-koksowych wynoszącym 10 %). legenda: I istotna poprawa, D- istotne pogorszenie, O zmiana nieistotna Rodzaje i stany mieszanek węglowych stosowanych w porównywanych procesach koksowania Charakterystyka porównywanych mieszanek węglowych D20 D30 (podsuszona) (podsuszona) wobec D10 wobec D10 (wilgotna) (wilgotna) M20 (podsuszona) wobec M10 (wilgotna) M30 (podsuszona) wobec M10 (wilgotna) Charakterystyka porównywanej mieszanki węglowej Składniki węglowe Wyłącznie polskie Polskie i zagraniczne Udział węgli semi-soft [%] Zawartość wilgoci [%] Statystyczna ocena różnic w parametrach jakościowych mieszanek i koksu oraz przebiegu procesu pirolizy Zmiana gęstości nasypowej wsadu I 0 I I Uzysk koksu z jednostkowej objętości komory [kg/m 3 ] Próby bębnowe: wytrzymałość koksu: M 40 I 40 Ścieralność koksu: M 10 Testy NSC: wskaźnik CRI wskaźnik CSR Maksymalne ciśnienie wywierane na ścianę komory* Maksymalne ciśnienie wywierane na ścianę komory w porównaniu do wartości krytycznej Ocena możliwości produkcji koksu o takiej samej jakości z tańszej mieszanki węglowej przy zastosowaniu operacji podsuszania wsadu * bez wpływu na jakość koksu I I I I 0 0 D I 0 I I niższe niższe niższe niższe TAK TAK TAK NIE 105

106 8.7 Wyniki komorowych prób koksowania w baterii koksowniczej PWR-63 Celem przeprowadzenia prób komorowych było uzyskanie skali porównawczej dla wyników uzyskiwanych w Karboteście i piecu testowym CPM oraz wyników uzyskiwanych w skali przemysłowej. Przedmiotem oceny były wyniki uzyskane w w/w instalacjach przy zastosowaniu mieszanek wilgotnych. Podstawowe parametry jakościowe koksów otrzymanych w trakcie prób komorowych dla mieszanek węglowych pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) przedstawiono w tabeli Z.11 (Załączniki) a dla mieszanek węglowych drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) w tabeli Z.12 (Załączniki). Dane dotyczące składu sitowego koksu otrzymanego w ramach tych prób podano w tabelach Z.13 i Z.14 (Załączniki). W próbach komorowych, dla obu grup mieszanek stwierdzono spadek jakości koksu wraz ze wzrostem udziału węgli gazowo-koksowych w mieszance, przy czym nieco wyższą jakością charakteryzował się koks uzyskany z mieszanek grupy drugiej (z udziałem węgli zagranicznych). Dla obu badanych grup mieszanek udział koksu grubego (powyżej 40 mm) w koksie ogółem wyniósł ok. 80%, przy czym nieznacznie wyższe udziały zanotowano w przypadku koksu wyprodukowanego z mieszanek drugiej grupy. Jakość koksu uzyskanego w trakcie prób komorowych była zgodna z wiedzą i doświadczeniem w zakresie produkcji koksu w bateriach koksowniczych typu PWR-63. Porównując parametry jakościowe koksu otrzymanego z mieszanek wilgotnych w próbach komorowych i w instalacji Karbotest należy zwrócić uwagę na zgodność trendów podstawowych parametrów jakościowych (CRI, CSR), co potwierdza występowanie korelacji między uzyskanymi wynikami w skali laboratoryjnej i przemysłowej. Podobną korelację zaobserwowano dla podstawowych parametrów jakościowych (CRI, CSR) koksu uzyskanego w próbach komorowych i w piecu testowym CPM z ruchomą ścianą, przy czym jest ona wyraźniejsza dla pierwszej grupy mieszanek. W a także w Koksowni Kraków (należące do AMP S.A.) z powodzeniem stosuje się instalację badawczą Karbotest do prognozowania jakości koksu uzyskiwanego w procesie przemysłowym. Co prawda dla tych samych mieszanek węglowych, jakość koksu uzyskiwanego w Karboteście jest niższa niż produkowanego w baterii koksowniczej, ale na podstawie wieloletnich danych empirycznych ustalono współczynniki przeliczeniowe do prognozowania wartości CRI oraz CSR w oparciu o wyniki dla koksu produkowanego w Karboteście. Prognozowaną wartość CRI lub CSR dla procesu bateryjnego uzyskuje się przez pomnożenie wyników uzyskanych dla prób w Karboteście przez odpowiedni współczynnik r(cri) lub r(csr). Tabela 8.8 przedstawia zestawienie współczynników przeliczeniowych do obliczania prognozowanej wartości CRI i CSR na podstawie wyników uzyskanych dla koksu produkowanego w Karboteście. 106

107 Tabela 8.8 Zestawienie współczynników przeliczeniowych do obliczania prognozowanej wartości CRI i CSR na podstawie wyników uzyskanych dla koksu produkowanego w Karboteście. Pozycja Koksownia Zdzieszowice Koksownia Kraków Charakterystyka systemu produkcyjnego Typ baterii koksowniczej PWR-63 PWR-63d System napełniania zasypowy zasypowy Chłodzenie koksu mokre suche Współczynniki do prognozowania jakości Współczynnik do prognozowania CRI r(cri) 0,90 0,85 Współczynnik do prognozowania CSR r(csr) 1,14 1,18 Przy podobnych konstrukcjach baterii koksowniczych w i Koksowni Kraków w opisywanym modelu stosuje się korzystniejsze współczynniki przeliczeniowe dla systemu produkcyjnego wyposażonego w Instalację Suchego Chłodzenia Koksu. Jest to wynikiem korzystniejszego wpływu suchego chłodzenia koksu na jego jakość w porównaniu do chłodzenia mokrego. Rysunek 8.20 przedstawia porównanie CRI oraz CSR oznaczonych dla koksu uzyskiwanego w Karboteście oraz w bateriach koksowniczych typu PWR-63 w próby wykonane dla różnych mieszanek w latach Rys Porównanie wskaźników CRI i CSR dla koksu uzyskiwanego w Karboteście oraz w bateriach koksowniczych typu PWR-63 w próby wykonane dla różnych mieszanek w latach Wskaźniki CRI i CSR dla koksu produkowanego w Karboteście oraz w bateriach koksowniczych typu PWR-63 w w analizowanym okresie są ze sobą skorelowane, co potwierdza zasadność stosowania instalacji doświadczalnej Karbotest do prognozowania jakości koksu. Tabela 8.9 przedstawia porównanie wskaźników CRI i CSR dla koksów z I i II grupy mieszanek wilgotnych uzyskanych w Karboteście, prognozowane wartości tych wskaźników oraz oznaczone podczas prób komorowych. W przypadku rozpatrywanych mieszanek węglowych zastosowany model prognozowania jakości koksu, oparty o wykorzystanie współczynników przeliczeniowych i wyniki prób koksowania w Karboteście, pozwolił na poprawne prognozowanie jakości koksu dla procesu bateryjnego. 107

108 Tabela 8.9 Porównanie wskaźników CRI i CSR dla koksów z I i II grupy mieszanek wilgotnych uzyskanych w Karboteście, prognozowane wartości tych wskaźników oraz oznaczone podczas prób komorowych. Pozycja Karbotest - wskaźniki oznaczone Współczynniki przeliczeniowe Wskaźniki obliczone-prognoza wskaźników dla baterii koksowniczej Próby komorowe - wskaźniki oznaczone Oznaczenie mieszanki D10 D20 D30 M10 M20 M30 CRI 36,1 33,8 34,9 30,5 34,2 35,7 CSR 52,2 54,3 52,8 56,8 55,1 51,7 r (CRI) 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 r (CSR) 1,14 1,14 1,14 1,14 1,14 1,14 CRI 32,5 30,4 31,4 27,4 30,8 32,1 CSR 59,5 61,9 60,2 64,8 62,8 58,9 CRI 30,6 31,8 33,2 27,3 29,1 28,9 CSR 60,8 58,2 54,9 62,0 60,1 59,2 Również Centrum Pirolizy Marienau we Francji (Centre de Pyrolyse de Marienau, CPM) posiada wieloletnie doświadczenia w zakresie aplikacji dla potrzeb prognozowania jakości koksu przemysłowego wyników uzyskiwanych w piecu testowym 400 kg z ruchomą ścianą w CPM [Centre de Pyrolyse de Marienau 2015]. Setki wykonanych w CPM prób koksowania mieszanek węglowych skomponowanych z różnych komponentów w warunkach odpowiadającym warunkom przemysłowym właściwym dla różnych rozwiązań konstrukcyjnych baterii koksowniczych obu systemów napełniania komór doprowadziły do wypracowania precyzyjnych empirycznych reguł prowadzenia tych badań. Dla właściwego doboru parametrów procesu w piecu testowym 400 kg z ruchomą ścianą w CPM niezbędne jest uwzględnienie podstawowych parametrów charakterystycznych dla obiektu i przemysłowego procesu koksowania, a w szczególności: gęstości nasypowej wsadu w komorze, składu i rozkładu ziarnowego mieszanki wsadowej, czasu koksowania, warunków temperaturowych procesu koksowania. Na podstawie posiadanego doświadczenia CPM wypracowało procedury pozwalające zaprojektować parametry procesu koksowania w piecu testowym tak, aby parametry jakościowe produkowanego w nim koksu były porównywalne do uzyskiwanych w procesie przemysłowym rysunek W szczególności gęstość nasypowa w piecu badawczym w CPM musi być nieznacznie wyższa niż w obiekcie przemysłowym (o ca kg/m 3 ), by wyeliminować efekt różnicy wielkości komór. Kolejnym parametrem jest zastosowanie odpowiednich warunków temperaturowych procesu koksowania oraz adekwatnej szerokości komory. Zbyt niskie temperatury procesu, a w konsekwencji nadmiernie długi czas koksowania i w rezultacie różnice w szybkości koksowania, sprzyjają wyższej jakości i udziałowi koksu grubego w porównaniu do warunków przemysłowych. Z kolei nadmierne wysokie temperatury procesu wpływają na wzrost maksymalnego ciśnienia koksowania, które nie znajduje potwierdzenia w skali przemysłowej. Z tego względu ogromne znacznie w procesie badawczym w CPM ma stosowanie wypracowanych procedur. Prawidłowy dobór parametrów procesu pozwala na uzyskiwanie wyników wiarygodnych i porównywalnych do uzyskiwanych w procesie przemysłowym [Centre de Pyrolyse de Marienau 2015]. 108

109 Rys Przykłady wyników średnich parametrów jakościowych koksu uzyskiwanego w piecu badawczym z ruchomą ścianą oraz w warunkach przemysłowych dla wybranych koksowni opracowane na podstawie [Centre de Pyrolyse de Marienau 2015]. 8.8 Podsumowanie propozycja koncepcji technologii podsuszania wsadu w warunkach W, należącej do ArcelorMittal Poland S.A., produkcja koksu prowadzona jest na dwóch wydziałach piecowni. Piecownia nr I składa się z 4 baterii systemu ubijanego typu PTU-57C zgrupowanych w 2 zespołach baterii koksowniczych, po dwie każdy, współpracujących ze wspólną wieżą węglową. Piecownia nr II to zespół 4 baterii systemu zasypowego typu PWR-63 zgrupowanych w 2 zespołach baterii koksowniczych, po dwie każdy, współpracujących ze wspólną wieżą węglową. Charakterystykę podstawowego potencjału produkcyjnego przedstawia tabela nr Tabela 8.10 Charakterystyka podstawowego potencjału produkcyjnego. Piecownia I Bateria koksownicza Typ System napełniania Rok budowy/ rok modernizacji Ilość komór Zdolność produkcyjna [tys. Mg/a] 3 PTU-57C ubijany PTU-57C ubijany PTU-57C ubijany PTU-57C ubijany Razem Piecownia I PWR-63 zasypowy 1975/ PWR-63 zasypowy 1975/ II 11 PWR-63 zasypowy PWR-63 zasypowy Razem Piecownia II Razem Koksownia Zdzieszowice Pomiędzy wydziałami piecowni rozlokowany jest Wydział Węglowni oraz Wydział Węglopochodnych. Ponadto w znajduje się Elektrociepłownia II, która przy wykorzystaniu części nadmiarowego gazu koksowniczego produkuje ciepło i energię elektryczną zabezpieczającą potrzeby zakładu. Oczyszczanie ścieków prowadzone jest w Mechanicznej i Biologicznej Oczyszczalni Ścieków. Rozlokowanie podstawowych obiektów produkcyjnych przedstawia rys

110 Stacja poboru wody powierzchniowej z rzeki Odry Biologiczna Oczyszczalnia Ścieków Sortownia nr 2 Bateria nr 3 Bateria nr 4 Bateria nr 5 Bateria nr 6 Oddział Węglopochodnych dla baterii 1-6 Oddział Węglowni dla baterii 1-6 Oddział Węglopochodnych Wysokociśnieniowych Odmrażalnie wagonów Oddział Węglowni dla baterii 7-12 Elektrociepłownia Węzeł chłodzenia i przesyłu gazu Odsmalanie gazu Katalityczny rozkład amoniaku Benzolownia Absorpcja niskociśnieniowa Bateria nr 12 Bateria nr 11 Bateria nr 7 Bateria nr 8 Sortownia nr 3 Studnie głębinowe - 14 Rys Schemat rozmieszczenia podstawowych obiektów technologicznych. Przy wyborze technologii podsuszania wsadu oraz zakresu jej wdrożenia w, niezbędne jest uwzględnienie oczekiwań przedsiębiorstwa oraz jego specyficznych uwarunkowań i planów rozwojowych. W szczególności należy uwzględnić następujące uwarunkowania: a) możliwy zakres wdrożenia technologii podsuszania, b) ograniczenia techniczno-technologiczne koksowni, c) dostępność mediów energetycznych, d) uwarunkowania lokalizacyjne, e) plany rozwojowe przedsiębiorstwa, f) skłonność do ponoszenia ryzyka przy wdrażaniu nowych technologii. Zgodnie z planami przedsiębiorstwa technologia podsuszania wsadu winna być wdrożona równocześnie na wszystkich 4 bateriach koksowniczych systemu zasypowego typu PWR-63 na Piecowni II. Jakkolwiek wdrażanie podsuszania wsadu dla dwóch tylko baterii koksowniczych jest również możliwe. Ponadto w planach inwestycyjnych zakłada się budowę Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu dla wszystkich 4 baterii typu PWR-63. Z tego względu w rozważaniach koncepcji wdrożenia Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu uwzględniono także technologiczne skojarzenie obu tych technologii. Wśród ograniczeń techniczno-technologicznych na szczególną uwagę zasługują: techniczno-technologiczne możliwości skrócenia czasów koksowania w bateriach koksowniczych typu PWR-63, zdolności przerobowe wydziału węglopochodnych, zdolności przerobowe w zakresie przygotowania i transportu podsuszonej mieszanki węglowej na wieże węglowe baterii Piecowni nr II. 110

111 Najważniejszym ograniczeniem techniczno-technologicznym jest możliwość skrócenia czasów cyklu koksowania. Nominalny czas koksowania na bateriach koksowniczych typu PWR-63 w wynosi 15:30 h. Czas obsługowy zespołu maszyn piecowych dla jednej komory wynosi ca 10 minut, co oznacza całkowity czas obsługi wszystkich pieców jednej baterii koksowniczej wynoszący 13 godzin. Przy braku maszyn rezerwowych na Wydziale Piecowni nr II (tj. wypycharek, wozów zasypowych oraz przelotowych) nie jest możliwa dalsza intensyfikacja ich eksploatacji przez skrócenie przerw cyklicznych czy też cyklów obsługowych. Trwałe skrócenie cyklów obsługowych poniżej 10 minut postrzegane jest jako ryzykowne w zakresie bezpieczeństwa i higieny pracy dla załogi jak i nadmiernego obciążenia, a przez to drastycznego skrócenia okresu eksploatacji podstawowych podzespołów i mechanizmów maszyn piecowych. Skrócenie czasów przerw cyklicznych mogłoby także prowadzić do niedotrzymania standardów przeglądów, a w konsekwencji do wzrostu zawodności maszyn, występowania zwiększonej ilości awarii oraz skrócenia okresów pomiędzy nimi, czego skutkiem byłoby także zakłócenie rytmiki prowadzenia procesu technologicznego. Z powyższych względów nie planuje się skracania czasu cyklów koksowania. Przyjęto, że wdrożenie technologii podsuszania wsadu będzie prowadzone wg wariantu II opisanego w rozdziale 5.3, czyli zakłada się wzrost zdolności produkcyjnej wynikający wyłącznie z usunięcia części wilgoci poza komorą koksowniczą oraz wzrostu gęstości nasypowej w komorze, przy niezmienionych czasach koksowania. Równocześnie przyjęto obniżenie średniej temperatury w kanałach grzewczych baterii koksowniczych o ca 35 o C, co pozytywnie wpłynie na trwałość masywu ceramicznego baterii koksowniczych oraz jakość produkowanego koksu. Na podstawie przedstawionych wcześniej danych literaturowych oraz modeli teoretycznych przyjęto, że wzrost zdolności produkcyjnej wyniesie 2% przy redukcji zawartości wilgotności koksu o 1%. Zakłada się, że w wyniku podsuszania nastąpi redukcja zwartości wilgotności wsadu z 9,5% do 6%. Oznacza to, że całkowity wzrost zdolności produkcyjnej wyniesie 7%. Przyrost ten oznacza adekwatny wzrost ilości powstających w procesie produktów węglopochodnych. Przyjmuje się, że w wyniku prowadzonej obecnie modernizacji wydziału węglopochodnych ( ) możliwe będzie oczyszczanie zwiększonej ilości lotnych produktów koksowania bez dodatkowych inwestycji w tym obszarze. Podobnie przyjmuje się, że istniejąca infrastruktura oddziału odbioru koksu i jego rozdziału na klasy ziarnowe jest wystarczająca do przyjęcia zwiększonej jego produkcji. Na Wydziale Węglowni występują wystarczające rezerwy w zakresie zdolności przerobowych niezbędnych do przygotowania zwiększonej ilości mieszanki węglowej i jej transportu poprzez węzeł podsuszania wsadu na wieże węglowe baterii koksowniczych. Obecnie proces przygotowania mieszanek węglowych ma charakter cykliczny. Taka organizacja pracy podyktowana jest prowadzeniem prac remontowych, w głównej mierze w czasie zmian dziennych. Pierwszy etap procesu technologicznego na węglowni, czyli pobór ze składowiska (lub bezpośrednio z rozładunku) i mielenie składników oraz ich składowanie w zbiornikach magazynowo-dozujących prowadzony jest głównie w czasie zmian popołudniowych i nocnych. Organizacja pracy na tym etapie nie wymaga większych zmian. Kolejny etap, czyli pobór zmielonych składników i skomponowanie mieszanek oraz ich przesył na wieże węgla prowadzony jest na każdej zmianie i także ma charakter periodyczny. W tym przypadku, ze względu na to, że podsuszanie wsadu powinno mieć charakter ciągły, założono wprowadzenie odpowiednich zmian w zakresie organizacji komponowania mieszanek w celu zapewnienia ciągłości strumienia w czasie. 111

112 Koksownia Zdzieszowice posiada własną Elektrociepłownię. Biorąc pod uwagę planowaną także inwestycję budowy Instalacji Suchego Chłodzenia Koksu dla wszystkich 4 baterii typu PWR-63, szczególnie uzasadnione jest zastosowanie pary wodnej, jako czynnika grzewczego w Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (IWPW, CMC). W przyszłości możliwe byłoby skojarzenie technologiczne obu tych instalacji, co w szczególności zapewniłoby i zabezpieczyło rezerwę technologicznej pary wodnej dla IWPW (rezerwacja zasilania węzła podsuszania wsadu w technologiczną parę wodną, na wypadek przerwy w zasilaniu z Elektrociepłowni). Kolejnym czynnikiem przemawiającym za wykorzystaniem wytwarzanej w Koksowni Zdzieszowice technologicznej pary wodnej jest planowane ograniczenie jej zużycia w wyniku modernizacji wydziału węglopochodnych (o ca 13 Mg/h). W Elektrociepłowni istnieją techniczne możliwości jej wytwarzania, zwłaszcza, że dwa z trzech zabudowanych to turbozespoły upustowo-przeciwprężne (trzeci, to upustowokondensacyjny). Bilansując wspomniane ograniczenie zużycia technologicznej pary wodnej na wydziale węglopochodnych i spodziewane jej wykorzystanie w węźle podsuszania wsadu w ilości ca 34 Mg, oczekuje się wzrostu jej zużycia netto w Koksowni o ca 21 Mg/h, co korzystnie wpłynie na współczynnik skojarzenia wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej. Z tego względu preferowaną technologią podsuszania wsadu jest wariant z wykorzystaniem pary wodnej jako czynnika grzewczego. Z tych też powodów przyjęto, że optymalnym urządzeniem do podsuszania wsadu w warunkach jest suszarka pośredniej wymiany ciepła, wykorzystująca technologiczną parę grzewczą. Na podstawie przedstawionych wcześniej (rozdz. 5.4) charakterystyk urządzeń do podsuszania podjęto decyzję o wyborze suszarki II generacji CMC ( węgiel w rurze CIT), jako urządzenia optymalnego dla warunków. Dla tak skomponowanej instalacji podsuszania wsadu w części analitycznej pracy zostaną przeprowadzone oceny ekonomiczne. Możliwości w zakresie zastosowania wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW zostaną rozważone jako jeden z etapów w kalkulacjach efektywności ekonomicznej, w celu dowiedzenia zasadności ekonomicznej prowadzenia badań przemysłowych. Analizę tę przeprowadzono z wykorzystaniem drzewa decyzyjnego do podejmowania decyzji w zakresie wyboru optymalnej drogi wdrażania nowych technologii. Proponowane rozwiązania i priorytetyzacja w wyborze urządzeń do podsuszania wsadu są zasadne także w świetle istniejących uwarunkowań lokalizacyjnych w. Planuje się, że węzeł podsuszania wsadu będzie umiejscowiony w sąsiedztwie zbiorników magazynowo-dozujących na Wydziale Węglowni. Taka lokalizacja pozwoli na optymalne wykorzystanie dostępnej przestrzeni. Zapewni także możliwość zasilania wież węglowych w węgiel w przypadku zatrzymania Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu. Dostępna wolna powierzchnia w w rozważanym obszarze pozwala na zastosowanie zarówno suszarki II generacji CMC, jak i wielostrumieniowej suszarki wirowej konstrukcji IChPW spełnione są wymogi w zakresie niezbędnej wolnej powierzchni dla obu tych urządzeń. Planowane miejsce zabudowy węzła podsuszania wsadu (na przykładzie II generacji CMC) w jest przedstawione na rysunkach 8.23 i

113 Przemiałownia Bat. 7-8, Węgiel ze składowisk węgli nr 2 lub Stacja rozdziału gazów odlotowych Węzeł podsuszania wsadu II generacja CMC ZBIORNIKI MAGAZYNOWO- DOZUJĄCE m x 20 m 20 m x 40 m SP 4 SR Bat. nr 12 W.W. 6 Bat. nr 11 Bat. nr 7 W.W. 4 Bat. nr 8 Rys Schemat zabudowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu w. Rys Plan z zaznaczonym miejscem zabudowy Instalacji Wstępnego Podsuszania Wsadu (czerwony prostokąt). 113