Efektywność ekonomiczna wtórnej segregacji miału energetycznego na urządzeniu ZPW-01

Krzysztof Matuszewski Efektywność ekonomiczna wtórnej segregacji miału energetycznego na urządzeniu ZPW-01 Streszczenie W artykule dokonano analizy opłacalności wtórnej segregacji miałów energetycznych w celu odzyskania grubszych frakcji węgla. Zawarte w miale grubsze frakcje węgla nie są w pełni wykorzystywane w paleniskach, a odseparowane od miału mogą być sprzedane po znacznie wyższej niż miał cenie. Analizę opłacalności wykonano dla przykładowego urządzenia ZPW- 01 produkcji ofamowskiej, które zostało zakupione i jest eksploatowane przez posiadający własną kotłownię zakład przemysłowy. Urządzenie składające się ze zbiornika buforowego, podajnika wibracyjnego i przesiewacza cechuje się w obecnych warunkach wysoką efektywnością ekonomiczną. Może być stosowane, jak w omawianym przykładzie, przez odbiorców końcowych miału lecz przede wszystkim powinno znaleźć zastosowanie w firmach zajmujących się sprzedażą węgla. 1. Geneza inwestycji Energetyk w zakładzie BB zauważył, że grubsze frakcje węgla występujące w miale energetycznym używanym w zakładowej kotłowni nie w pełni ulegają spaleniu, co powoduje zmniejszone wykorzystanie wartości opałowej paliwa. Równocześnie te nie w pełni wykorzystywane frakcje węgla odpowiadały sortymentowi Groszek, którego rynkowa cena była o około połowę wyższa od kupowanego miału. Biorąc pod uwagę, że zakładowa kotłownia spala 65.000 ton węgla rocznie uznał za właściwe oddzielanie traconych grubych frakcji węgla i sprzedaż ich po znacznie wyższej od płaconej za miał cenie. W tym celu zostało przez ofamowskich konstruktorów zaprojektowane, a następnie wykonane specjalnie urządzenie Zestaw Przesiewania Węgla ZPW-01, którego głównym elementem jest jednopokładowy przesiewacz suchy napędzany elektrowibratorami bezwładnościowymi. 2. Surowiec Głównym surowcem używanym w procesie są miały energetyczne typu M I o uziarnieniu 31,5 0 mm i znacznie szerzej oferowane na rynku miały M II o uziarnieniu 20-0 mm. Omawiany zestaw bywał również używany do oddzielania drobnych ( miał ) frakcji od węgla typu niesort. Jednak prawidłowe przygotowanie takiego węgla do sprzedaży powinno odbywać się na przesiewaczu trójpokładowym, a przynajmniej dwupokładowym, dlatego ten surowiec nie jest uwzględniany w niniejszym opracowaniu. Zakład BB kupuje miał z różnych źródeł i w okresie eksploatacji zestawu ( od grudnia 2001r. ) skład ziarnowy surowca był w znacznym stopniu zróżnicowany. Do celów opracowania przyjęto w oparciu o uśrednione wartości posiadanych analiz sitowych skład frakcyjny miałów surowcowych zgodnie z Tabelą 1. Uwidoczniono w niej podział na frakcje powyżej 20 mm, w przedziale 16 20 mm i w przedziale 16 10 mm. W omawianym przesiewaczu stosowane jest sito o oczku 16 mm, natomiast godząc się na mniejszą wydajność urządzenia można na nim z powodzeniem dokonywać segregacji dla granicznej wartości ziarna 10 mm. Celem segregacji jest odzyskanie frakcji odpowiadających parametrom sortymentu Groszek, dla którego uziarnienie powinno zawierać się w przedziale 31,5 8 mm, lub Groszek I o uziarnieniu 31,5 16 mm. Możliwe jest również oddzielanie frakcji powyżej K. Matuszewski Ofama VO Referat na KOMEKO 2004-02-14 Str. 1

25 mm w celu domieszania do sortymentu Orzech (80 25 mm) lub Orzech II (50 25 mm), którego ceny są o ponad 20% wyższe od Groszków. Tabela 1. Analiza frakcyjna miałów. sortyment Uziarnienie [mm] Frakcja [mm] Średnia zawartość fr. w surowcu (nadawie) [%] M I 31,5-0 > 20 5,2 20 16 3,6 16 10 10,9 Suma fr. >16 8,8 Suma fr. >10 19,7 M II 20,0-0 > 20 2,5 20 16 3,7 16 10 11,3 Suma fr. >16 6,2 Suma fr. >10 17,5 Zgodnie z obowiązującymi od 1 stycznia 2004 roku cennikami ceny netto miałów loco składowiska kopalń kształtują się jak przedstawiono w Tabeli 2 i 3. Tabela 2. Ceny miałów energetycznych M I (31,5 0) - średnie Kopalnia Sortyment Klasa zbytu [MJ/kg] Cena netto [zł/mg] Bielszowice M I 24 175,20 Bolesław Śmiały M I 25 182,50 Chwałowice M I 25 182,50 Janina M I 21 158,10 Średnia cena M I 175,60 Tabela 3. Ceny miałów energetycznych M II (20 0) - średnie Kopalnia Sortyment Klasa zbytu [MJ/kg] Cena netto [zł/mg] Anna M II - 135,70 Bielszowice M II 26 175,00 Bolesław Śmiały M II 24 175,20 M II - 141,80 Brzeszcze M II 26 189,80 M II - 135,70 Bytom II M II 24 175,20 M II - 139,81 Bytom III M II 23 167,90 M II - 150,00 Chwałowice M II 25 182,50 M II - 139,80 Janina M II 19 137,80 Knurów M II - 135,70 Biskupice M II 22 160,60 M II 20 135,70 Średnia cena M II 154,90 K. Matuszewski Ofama VO Referat na KOMEKO 2004-02-14 Str. 2

3. Produkt W omawianym przypadku produktami są: 1. miał energetyczny pozbawiony frakcji o ziarnach powyżej 16 mm, używany do zasilania kotłów w zakładowej ciepłowni. Rozpatrzono również uzyskiwanie miału o uziarnieniu 10 0 mm. 2. odzyskane grubsze frakcje węgla > 16 mm (lub > 10 mm), które są sprzedawane na rynku jako sortyment Groszek, a w przypadku niektórych dostaw surowca o dużej zawartości frakcji powyżej 30 mm jako Orzech. Ad 1. Wartość tak skalibrowanego (16 0 lub 10 0) miału z punktu widzenia zakładu BB jest wyższa od miału surowcowego, gdyż miał ten spala się w znacznie wyższym stopniu, zmniejszając straty niespalonych części palnych pozostawionych w popiele. Z punktu widzenia cen rynkowych, można z wystarczającym przybliżeniem założyć, że jego wartość (cena) w wyniku odsiania frakcji grubszych nie ulega zmianie w stosunku do miału M II, czyli wynosi zgodnie z Tabelą 3. 154,90 zł/mg. Ad.2. Dodatkowym produktem otrzymanym w wyniku procesu jest głównie Groszek. Istnieje możliwość stałego uzyskiwania pewnych ilości Orzecha, wymagało by to jednak zainwestowania w drugie sito (wymiana pokładu) lub stosowanie przesiewacza dwupokładowego. Biorąc pod uwagę znacznie wyższą cenę tego sortymentu inwestycja taka może być opłacalna, nie jest jednak przedmiotem tego opracowania. W niniejszej analizie założono, że produktem jest Groszek, a jego cenę dla zachowania porównywalności (spójności założeń) przyjęto w oparciu o ceny netto takiego samego sortymentu loco składy kopalń. Rzeczywiste ceny loco zakład BB są oczywiście wyższe o koszty transportu i marże pośredników. Narzuty te dotyczą w podobnym stopniu zarówno miału (którego zakład BB nie sprzedaje) jak i Groszku, dlatego są obojętne z punktu widzenia analizy, a oparcie się o ceny kopalń zapewnia wyższą uniwersalność wyników. Tabela 4. Ceny sortymentu Groszek - średnie Kopalnia Sortyment Uziarnienie [mm] Cena netto [zł/mg] Anna Groszek 31,5-8 240,00 Bielszowice Groszek 31,5-8 240,00 Bytom II Groszek 31,5-8 235,00 Bytom III Groszek I 31,5 16 235,00 Bytom III Groszek II 20-8 235,00 Brzeszcze Groszek 31,5-8 240,00 Centrum Groszek I i II 31,5-8 235,00 Janina Groszek 31,5-8 215,00 Jankowice Groszek I 31,5-16 235,00 Knurów Groszek 31,5-8 240,00 Makoszowy Groszek 31,5-8 240,00 Marcel Groszek 31,5-8 240,00 Piast Groszek 31,5-8 225,00 Piekary Ruch Groszek 25-8 235,00 Pokój Groszek 31,5-8 240,00 Sośnica Groszek 31,5-8 240,00 Średnia cena Groszek 31,5-8 235,60 Przyjęta do dalszych obliczeń cena produktu Groszek wynosi 235,60 zł za tonę i jest taka sama dla dolnej granicy uziarnienia wynoszącej 16 mm jak i 10 mm. K. Matuszewski Ofama VO Referat na KOMEKO 2004-02-14 Str. 3

4. Stanowisko segregacji Segregacji miału dokonuje się na placu składowym węgla. Podstawą stanowiska jest Zestaw przesiewania Węgla ZPW-01. Zestaw przedstawiony na Rys. 1 składa się z: 1. Zbiornika zasypowego miału o pojemności 3 m 3. Zbiornik może być zasilany taśmociągiem lub przy użyciu ładowarki, powinien być zasilany w sposób ciągły, lub ładowarką co 8 do 12 minut, zależnie od aktualnej wydajności przesiewacza. Od spodu zbiornik jest zamknięty podajnikiem wibracyjnym. 2. Podajnika wibracyjnego typu PWKpE, który jest napędzany dwoma elektrowibratorami bezwładnościowymi OEW o mocy 2,2 kw. Podajnik pełni rolę dolnego zamknięcia wylotu zbiornika, dozownika miału na przesiewacz oraz zapewnia podawanie równomiernej warstwy nadawy. Jest to bardzo istotne ze względu na optymalizację wykorzystania powierzchni pokładu sitowego, a przez to zwiększenie wydajności przesiewacza. 3. Przesiewacz typu PWb napędzany dwoma elektrowibratorami bezwładnościowymi o mocy 2,2 kw każdy. Zastosowano górny napęd przesiewacza ze względu na konieczność zapewnienia miejsca na urządzenie odbierające odsiany miał, przy równoczesnym ograniczeniu wysokości całego zestawu. Przesiewacz posiada jeden pokład sitowy o powierzchni 2,35 m 2 ze stalowego drutu sprężynowego o oczku prostokątnym z wymiarem kalibrującym 16 mm. Pokład sitowy może być łatwo zmieniany na pokład o mniejszym, np. o 10 mm oczku prostokątnym lub takiż pokład strunowy. Przesiewacz z pokładem 16 mm posiada wydajność 30 40 Mg /godz. w zależności od zawartości frakcji ilastych i wilgotności miału. Do analizy przyjęto średnią wydajność przesiewacza na poziomi 35 Mg/godz. Dla pokładu o oczku 10 mm możliwe jest osiągnięcie wydajności 20 25 Mg/godz. Odsiany miał jest wysypywany pod przesiewacz (na odbierający poprzeczny przenośnik taśmowy), a frakcje grubsze nadziarno, bocznym wysypem umieszczonym w tylnej części przesiewacza. 1. Zbiornik buforowy miału 3. Przesiewacz jednopokładowy 2. Podajnik dozujący - zasilający Rys. 1. Zestaw do przesiewania węgla (miału) ZPW-01 4. Dwusegmentowa konstrukcja wsporcza, umożliwia łatwe przemieszczanie całego zestawu. Odbiór obu frakcji odbywa się przy pomocy taśmociągów, a ich aranżacja jest dowolna i uzależniona jedynie od posiadanych przenośników i lokalnych warunków składowiska. K. Matuszewski Ofama VO Referat na KOMEKO 2004-02-14 Str. 4

Aktualna cena zestawu, zastosowana w prezentowanej analizie wynosi 73.900 zł. W opracowaniu nie brano pod uwagę kosztu urządzeń zasilających stanowisko i odbierających przesiane frakcje, gdyż w omawianym przypadku wykorzystywano wcześniej istniejące i używane w zakładzie BB środki transportu (ładowarka i przenośniki taśmowe). Jak wynika z przedstawionych dalej obliczeń (Tabele 5 i 6) niewielki wzrost nakładów inwestycyjnych nie ma istotnego wpływu na opłacalność przedsięwzięcia. W zależności od lokalnych uwarunkowań potencjalnych inwestorów możliwe jest dopasowanie parametrów inwestycyjnych i eksploatacyjnych tak, aby możliwie dokładnie określić rentowność innych podobnych przedsięwzięć. 5. Analiza rentowności segregacji miału. Założenia do analizy ekonomicznej: 1. Przyjęto ceny surowców i produktów określone we wcześniejszych rozdziałach opracowania: a. Cena miału M I...175,60 zł/mg b. Cena Miału M II...154,90 zł/mg c. Cena Groszku...235,60 zł/mg 2. Uzysk Groszku z miałów wynosi zgodnie z Tabelą 1w rozdziale 2 odpowiednio: a. 8,8% Groszku > 16 mm z miału M I b. 19,7% Groszku > 10 mm z miału M I c. 6,2% Groszku > 16 mm z miału M II d. 17,5% Groszku > 10 mm z miału M II 3. Średnia wydajność zestawu wynosi odpowiednio: a. 35 Mg/godz. dla sita 16 mm dla obu rodzajów miału surowcowego, b. 22,5 Mg/godz. dla sita 10 mm dla obu rodzajów miału surowcowego. 4. Dla powyższych wydajności napędy pracują z 75% obciążeniem i takim poborem prądu w stosunku do nominalnego; cenę energii elektrycznej w miejscu jej poboru przyjęto w wysokości 0,36 zł/kwh. 5. Stanowisko wymaga zatrudnienia dodatkowo (w stosunku do wcześniejszego zatrudnienia w firmie) jednej osoby do jego obsługi. Uwzględniono średni wskaźnik efektywności wykorzystania czasu pracy w wysokości 80%, narzut 23% ZUS oraz narzut kosztów wydziałowych w wysokości 8,00 zł/godz. Stawka wynagrodzenia brutto wynosząca 8,00 zł/godz. daje koszt efektywnej roboczogodziny na poziomie 20,30 zł. 6. Cena zestawu przesiewającego ZPW-01 wynosi obecnie 73.900 zł. Przewidywany okres eksploatacji zestawu wynosi 36.000 godzin pracy, a techniczne koszty utrzymania w tym okresie oszacowano na 27.700 zł. Uwzględniono wykonanie dwóch okresowych remontów wibratorów, wymianę (11 razy) pokładów sitowych oraz sprężyn podporowych. W oparciu o powyższe założenia wykonano obliczenia rentowności odsiewania groszku z miałów dla czterech kombinacji dwu gatunków miału ( M I i M II )oraz dwu wartości granicznej wielkości ziarna: 16 i 10 mm. Schemat obliczeń przedstawiono w Tabelach (5 i 6), a wynik dla wszystkich kombinacji na Wykresie I. K. Matuszewski Ofama VO Referat na KOMEKO 2004-02-14 Str. 5

Tabela 5. Rentowność wtórnej segregacji miału Kombinacja 16/M II Kombinacja: sito: 16mm Miał: M II Przychód, w tym: ilość [Mg/h] cena [zł/mg] wartość [zł / godz] miał M II 32,83 154,90 5 085,37 groszek 2,17 235,60 511,25 Przychód razem: 5 596,62 Koszty, w tym: Miał M II 35,00 154,90 5 421,50 Energia el. 7,04 0,36 2,53 Robocizna [zł/godz] 1,00 20,30 20,30 Deprecjacja zestawu [zł/godz] 1,00 2,05 2,05 Koszty remontów [zł/godz] 1,00 0,77 0,77 Koszty razem 5 447,16 Zysk/Strata [zł/godz] 149,46 Za okres eksploatacji [zł] 5 380 645,60 Tabela 6. Rentowność wtórnej segregacji miału Kombinacja 10/M I Kombinacja sito: 10mm miał M I Przychód, w tym: ilość Mg/h cena zł/mg wartość zł miał M II 18,07 154,90 2 798,66 groszek 4,43 235,60 1 044,30 Przychód razem: 3 842,95 Koszty, w tym: Miał M I 22,50 175,60 3 951,00 energia 7,04 0,36 2,53 Robocizna [zł/godz] 1,00 20,30 20,30 Deprecjacja zestawu [zł/godz] 2,05 Koszty remontów [zł/godz] 0,77 Koszty razem 3 975,89 Zysk/Strata [zł/godz] -132,93 Za okres eksploatacji [zł] -4 785 639,40 W identyczny sposób przy użyciu pozostałych przyjętych założeń wykonano obliczenia rentowności segregacji miału dla trzech pozostałych kombinacji (sito, miał), a rezultaty przedstawiono na Wykresie I. Wykres I. K. Matuszewski Ofama VO Referat na KOMEKO 2004-02-14 Str. 6

[zł] rentowność [zł/godz] Rentowność segregacji miałów na ZPW-01 400,00 300,00 M II 200,00 M II 100,00 0,00-100,008,00 10,00 M I 12,00 14,00 16,00 18,00-200,00-300,00-400,00-500,00-600,00 sito [mm] M I M I M II Jak widać, dla przyjętych założeń nieopłacalna jest wtórna separacja groszku z miału klasy M I. Wynika to z przyjętego (za cennikiem) założenia, że po oddzieleniu grubszych frakcji miał zmienia klasę z M I na M II, co wiąże się ze znacznym spadkiem ceny. Proces jest opłacalny pod warunkiem utrzymania ceny na zubożony miał na poziomie miału surowcowego. Tak dzieje się w wypadku użycia jako surowca miału klasy M II. Zysk z inwestycji w ZPW-01 Wykres II 12 000 000 10 000 000 8 000 000 6 000 000 4 000 000 2 000 000 0 10 16 oczko sita [mm] Przy wykorzystaniu jako surowiec miału M II, mimo iż procentowy uzysk wartościowego sortymentu groszek jest mniejszy niż przy wykorzystaniu miału M I, proces wtórnej separacji jest opłacalny, i to tym bardziej im mniejsze będzie oczko sita, mimo zmniejszającej się wydajności przesiewacza. Czas w którym cały zysk zostanie zrealizowany zależy tylko od intensywności użytkowania urządzenia. K. Matuszewski Ofama VO Referat na KOMEKO 2004-02-14 Str. 7

6. Analiza opłacalności inwestycji W drugiej części analizy ekonomicznej wykonano ocenę opłacalności inwestycji w zestaw ZPW-01 z uwzględnieniem zmiany wartości pieniądza w czasie, to jest koncepcji prezent value. Obliczono NPV (Net Prezent Value) inwestycji oraz wewnętrzną stopę zwrotu IRR. Przyjęto dodatkowe założenia: 1. koszt kapitału (oczekiwana stopa zwrotu) wynosi k=9,0% 2. finansowanie własne, nadwyżka gotówkowa przed podatkiem, 3. cykl pracy stanowiska: a. na jedną zmianę 6 dni (48 godz.) w tygodniu: 2496 godz./rok (Var. a.) b. na dwie zmiany 6 dni w tygodniu: 4992 godz./rok (Var. b.), Analizę wykonano dla dwóch określonych w poprzedniej części jako opłacalne kombinacji, to jest dla sita 10 i 16 mm i miału surowcowego typu M II. Wyliczone wartości NPV (Wartość Zaktualizowana Netto) inwestycji dla powyższych założeń przedstawiono dla czterech różnych wariantów w Tabeli 7. Tabela 7. Zaktualizowana wartość netto inwestycji (dla miału M II) Wariant Sito 10 mm Sito 16 mm 1 zmiana (2496 godz./rok) 4.988.000 zł 2.543.000 zł 2 zmiany (4992 godz./rok) 6.730.000 zł 3.442.000 zł Wartość IRR (Wewnętrzna Stopa Zwrotu z uwzględnieniem wartości zaktualizowanej pieniądza) inwestycji wyliczoną dla powyższych założeń w zależności od wariantu przedstawiono w Tabeli 8. Wartości te są bardzo wysokie, wielokrotnie przekraczając spotykaną na rynku stopę zwrotu. Tabela 8. IRR Wewnętrzna Stopa Zwrotu inwestycji (dla miału M II) Wariant Sito 10 mm Sito 16 mm 1 zmiana (2496 996% 514% godz./rok) 2 zmiany (4992 godz./rok) 1992% 1029 % 7. Wnioski Wtórna segregacja miałów energetycznych w celu odzyskania grubszych, to jest spełniających kryteria określone dla sortymentów groszek czy nawet orzech frakcji może być wysoce opłacalna. Głównym warunkiem jest aby zubożony miał można było sprzedać za cenę bliską (taką samą) jak cena po której zakupiono miał stanowiący surowiec. Jako surowca do tego celu należy więc używać tanich miałów energetycznych klasy M II, mimo niskiej zawartości frakcji grubszych. Zastosowanie bogatszych w grube frakcje miałów klasy M I może zaowocować poniesieniem wysokiej straty, jeżeli zubożony miał będziemy musieli sprzedać po znacznie niższej od miału surowcowego cenie. K. Matuszewski Ofama VO Referat na KOMEKO 2004-02-14 Str. 8

Opłacalność przedsięwzięcia jest większa przy zastosowaniu sita o mniejszym oczku, bliskim dolnej granicy określającej wymiar ziarna uzyskiwanego wyższego sortymentu. Dzieje się tak mimo mniejszej wydajności przesiewacza. Wynika to między innymi ze stosunkowo niewielkiego wpływu kosztów energii i robocizny na opłacalność przedsięwzięcia. Inwestycja w zestaw typu ZPW-01 może być wysoce opłacalna - inwestując kwotę rzędu 70 80 tys. zł możemy uzyskać ponad 10 mil. zł zysku w okresie czasu życia zestawu, określonego z uwzględnieniem dwóch okresowych remontów na 36.000 godz. W uproszczeniu można powiedzieć, że prawidłowo eksploatowany zestaw daje od 150 do 290 zł zysku brutto (przed podatkiem) na godzinę pracy. Realizacja określonego scenariusza przedsięwzięcia powinna być jednak poprzedzona dokładną analizą ekonomiczną, aby osiągnąć maksymalne zyski i uniknąć mogącej mieć miejsce straty. Dotyczy to przede wszystkim sytuacji, gdy zubożony miał będzie sprzedawany po niższej cenie od miał będącego surowcem. Zastosowany schemat obliczania opłacalności może być z łatwością wykorzystany dla różnych założeń i parametrów w celu określenia opłacalności planowanej inwestycji oraz wyboru optymalnych ich wartości w celu zapewnienia maksymalnej opłacalności przedsięwzięcia. Autor: Krzysztof Matuszewski, mgr inż. OFAMA Vibra Opole Sp. z o. o. ul. Niemodlińska 87, 45-864 Opole prez@ofama.pl Tel. (77) 402 4015 7 Fax (77) 474 5075 kom. 0 605 336 186 K. Matuszewski Ofama VO Referat na KOMEKO 2004-02-14 Str. 9