УМК. Эффективные технологии производства строительных материалов, изд. Методические указания по самостоятельной работе студентов 7480 8 Методические указания по организации и выполнению курсовых проектов (работ)
 Скачать 2.13 Mb.
|
|
Тема №7. (4 часа). Методы разработки оптимальных составов бетонов и технологических приемов производства железобетонных конструкций с учетом энерго и ресурсосбережения, экологических и экономических аспектов В наше время бетон и железобетон - основные строительные материалы, без которых почти невозможно возвести ни одно капитальное сооружение. Ежегодно в нашей стране производится более 250 миллионов кубических метров сборных и монолитных железобетонных конструкций. Поэтому экономия ресурсов при производстве сборных и возведении монолитных железобетонных конструкций - экономия топлива, энергии, цемента и металла - относится к неотложным задачам сегодняшнего дня, требующим незамедлительного решения. Производство сборного железобетона В отечественной промышленности одним из значительных потребителей топлива и энергии является строительство, а среди его отраслей - предприятия сборного железобетона, которых в стране несколько тысяч. Анализ работы этих предприятий показал, что потребление ими энергии может быть существенно уменьшено. Почти в любом производстве имеются реальные резервы экономии энергии. Если выявить эти резервы и более рационально организовать технологические процессы, то потребление энергии можно сократить, по крайней мере, в 1,5 раза. Это даст народному хозяйству страны огромный экономический эффект. Бетон, обладая многими замечательными качествами, в то же время относится к весьма энергоемким материалам. По данным ЦСУ, на производство 1 куб.м. сборного железобетона в среднем расходуется 470 тыс. ккал; на производство отдельных конструкций на полигонах, а также при несовершенных технологических процессах этот расход возрастает до 1 млн. ккал и более. Если учесть, что годовая потребность в энергоресурсах промышленности сборного железобетона составляет примерно 12 млн.т условного топлива, то становится ясно, что даже небольшой процент его экономии высвободит большое количество топлива для других целей народного хозяйства. Потребность в энергоресурсах для производства 1 куб.м сборных железобетонных изделий не учитывает расхода энергии, необходимой для производства составляющих бетона (цемента, заполнителей) и арматуры ,отличающихся еще большей энергоемкостью. Рассматривая проблему рационального расходования энергии при производстве сборного железобетона с позиций народного хозяйства, необходимо учитывать затраты энергии, расходуемой на производство цемента и арматуры. Это наиболее дорогостоящие, дефицитные и энергоемкие материалы, и грамотное их использование, исключающее перерасход топлива, приведет к экономии энергоресурсов. Согласно расчетам на нагрев 1 куб.м бетона в стальной форме до 80 градусов (температура изотермического выдерживания) требуется примерно 60 тыс. ккал. Поскольку нагрев происходит постепенно - со скоростью не более 20 градусов в час, то этот процесс неминуемо сопровождается значительным выделением тепла в окружающую среду. При исправном оборудовании, необходимом для термообработки изделий, эти потери достигают 150 тыс. ккал, что в 2-2,5раза больше полезно затраченного тепла. Серьезного внимания заслуживает стендовая технология изготовления сборных железобетонных плоских плит. По этой технологии в виде пакета изготовляется сразу несколько изделий, разделенных тонкими прокладками из стального листа или пластика с вмонтированными в него электронагревателями. Расположенные между изделиями электронагреватели практически все тепло отдают в обе стороны, т.е. изделиям, так что теплопотери в окружающую среду происходят только через торцы, поверхность которых невелика. Применение пакетного метода изготовления и термообработки плоских железобетонных изделий оказало большое влияние на организацию всего технологического процесса производства сборного железобетона. Вместо обычных форм начали использовать формы с силовыми бортами и плоским дном, которые значительно менее металлоемки. Изменились и многие технологические операции. Все это способствовало увеличению продукции на тех же производственных площадях в 1,5-2 раза, уменьшению металлоемкости оборудования на 30-35%,повышению производительности труда на 10-15%.Но главное - появилась возможность резко снизить энергопотребление на тепловую обработку изделий. Есть все основания полагать, что пакетный способ термообработки сборных железобетонных изделий по достоинству будет оценен производственниками и получит широкое применение на заводах ЖБИ. В настоящее время разработан целый ряд методов электротермообработки бетона при изготовлении сборных железобетонных изделий на заводах. Одним из наиболее экономичных (с точки зрения затрат энергии) способов электротермообработки бетона является способ электропрогрева или электродного прогрева, т.е. включение бетона в электрическую цепь как бы в качестве проводника. При этом электрическая энергия превращается в тепловую непосредственно в самом бетоне, что сводит к минимуму всякого рода потери. В зависимости от мощности электрического тока можно нагреть бетон до температуры 100 градусов, причем за любой промежуток времени - от нескольких минут до нескольких часов. Таким образом, появились широкие возможности выбирать оптимальные режимы термообработки изделий и благодаря этому обеспечить высокую производительность технологических линий. В последние годы за рубежом широко рекламируется метод предварительного разогрева бетонных смесей непосредственно в смесителях с помощью пара: в смеситель загружаются заполнители и цемент и в процессе их перемешивания подается пар. Нагревая бетонную смесь, пар охлаждается и конденсируется. Количество подаваемого пара рассчитывается таким образом, чтобы после его полной конденсации водоцементное соотношение бетона соответствовало проектному. В смесителе бетонная смесь нагревается до температуры не более 60 градусов, после чего подается к месту формования изделий. 2. Энергосберегающие технологии железобетон производство ресурсосберегающий теплосбережение Одним из действенных способов уменьшить влияние человека на природу является увеличение эффективности использования энергии - энергосберегающие технологии. Основная роль в увеличении эффективности использования энергии принадлежит современным энергосберегающим технологиям. Хорошо себя зарекомендовали частотно-регулируемые электроприводы со встроенными функциями оптимизации энергопотребления. Суть заключается в гибком изменении частоты их вращения в зависимости от реальной нагрузки, что позволяет сэкономить до 30-50% потребляемой электроэнергии. При этом зачастую не требуется замена стандартного электродвигателя, что особенно актуально при модернизации производств. Режим энергосбережения особенно актуален для механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой, - конвейеры, насосы, вентиляторы и т.п. Кроме снижения расхода электроэнергии, экономический эффект от применения частотно-регулируемых электроприводов достигается путем увеличения ресурса работы электротехнического и механического оборудования, что становится дополнительным плюсом. Такие энергосберегающие электроприводы и средства автоматизации могут быть внедрены на большинстве промышленных предприятий и в сфере ЖКХ: от лифтов и вентиляционных установок до автоматизации предприятий, где нерациональный расход электроэнергии связан с наличием морально и физически устаревшего оборудования. По различным источникам, в европейских странах до 80% запускаемых в эксплуатацию электроприводов уже являются регулируемыми. В нашей стране пока их доля гораздо ниже, а необходимость использования энергосберегающих технологий все более актуальна. Существуют и другие пути рациональнее использовать электроэнергию, причем не только на производстве, но и в быту. Так, уже давно известны "умные" системы освещения, широко внедряемые в странах Западной Европы, США и особенно в Японии. Интерес к ним не удивителен, учитывая, что, в зависимости от назначения помещений, на освещение может расходоваться до 60% общего электропотребления жилых и офисных зданий. По расчетам специалистов российской компании "Светэк", разрабатывающей такие решения в нашей стране, энергосберегающие системы освещения позволяют снизить затраты на освещение до 8-10 раз. Энергосберегающий эффект основан на том, что свет включается автоматически, именно когда он нужен. Выключатель имеет оптический датчик и микрофон. Днем, при высоком уровне освещенности, освещение отключено. При наступлении сумерек происходит активация микрофона. Если в радиусе до 5 м возникает шум (например, шаги или звук открываемой двери), свет автоматически включается и горит, пока человек находится в помещении. Разумеется, такие системы освещения были бы не полными без использования энергосберегающих ламп. Их можно разделить на две группы по сферам использования: мощные энергосберегающие лампы больших размеров, предназначенные для освещения офисов, торговых площадок, кафе, и компактные лампы со стандартными цоколями для использования в квартирах. Экономия электроэнергии с применением таких ламп достигает 80%, не говоря уже о том, что по сравнению с обычными лампами их время жизни во много раз больше. К числу наиболее "прожорливого" оборудования, используемого в жилых и офисных помещениях, относится практически вся климатическая техника, прежде всего, кондиционеры. Разумеется, борьба за энергоэффективность не могла пройти мимо этой категории бытовых устройств. Признанными авторитетами в области снижения энергоёмкости систем вентиляции и кондиционирования являются компании Hoval (Лихтенштейн) и Dantherm (Дания). В своей продукции применяют новейшие технологии и конструкторские разработки, позволяющие уменьшить энергозатраты при сохранении высокой производительности. Например, отличительной особенностью агрегатов производства Hoval является использование патентованного воздухораспределителя, обеспечивающего формирование приточной струи с дальнобойностью от 3,5 до 18 м за счёт автоматически регулируемого положения лопаток, закручивающих воздушный поток. Основным преимуществом такой конструкции является высокая энергетическая эффективность благодаря улучшенным показателям организации воздухообмена, рециркуляции воздуха и рекуперации тепла. В последние годы все энергоэффективные технологии объединяются в концепцию так называемого пассивного дома, то есть жилища, максимально дружелюбного окружающей среде. В Западной Европе сейчас строятся пассивные дома с энергопотреблением не более 15 Квт, ч/м3 год, что более чем в 10 раз экономичнее типовой отечественной "хрущевки". Можно сказать, что такие здания - это будущее мирового строительства, ведь они фактически отапливаются за счет тепла, выделяемого людьми и электроприборами. По словам Игоря Юсуфова, главы Минэнерго России, потенциал энергосбережения составляет не менее 400 миллионов тонн условного топлива в год или 30-40% всего энергопотребления страны. В экологическом исчислении это сотни миллионов тонн углекислого газа, которые не попадут в атмосферу. Таким образом, энергосберегающие технологии позволяют решить сразу несколько задач: сэкономить существенную часть энергоресурсов, решить проблемы отечественного ЖКХ, повысить эффективность производства и уменьшить нагрузку на окружающую среду. 1. Ресурсосберегающие технологии в строительстве В последние годы к решению проблемы экономии энергоресурсов начали подходить на научной основе - комплексно и всеобъемлюще. Бездумное расходование природных ресурсов: угля, нефти, газа, вырубка лесов (использование древесины как сырья для промышленности), постоянно возрастающее потребление энергии - все это население планеты расходует на свои бытовые нужды, а бурно развивающаяся промышленность - на технические. Обострению этой проблемы способствовало поднятие цен на нефть и газ международными нефтяными концернами, что позволило им резко увеличить свои прибыли. Разразился так называемый энергетический кризис. Сегодня как никогда встает вопрос об экономии энергоресурсов и рациональном их использовании во всех областях человеческой жизни. Строительство - одна из крупнейших отраслей народного хозяйства, в которой занято более 10 миллионов человек - рабочих, ИТР, проектировщиков и ученых. Ежегодно, вводя в строй десятки тысяч жилых, общественных и промышленных объектов, строительство относится к крупным потребителям материальных ресурсов, и в первую очередь цемента, металла, лесоматериалов, топлива и электроэнергии. Одной из важнейших задач является экономное их расходование при производстве строительных материалов и конструкций. Анализ нашего строительства, сопоставление его со строительством технически развитых стран дают основание полагать, что в отрасли имеются значительные резервы экономии всех видов ресурсов без сокращения объемов строительства и снижения его качества. В последнее десятилетие проблема экономии ресурсов в строительстве особенно обострилась и стала одной из причин долгостроя, незавершенного строительства и его низкого качества. Сегодня для полного удовлетворения потребности в основных строительных материалах пришлось бы построить сотни новых заводов, пойти на огромные капиталовложения в развитие строительной индустрии. Отказаться от строительства новых предприятий невозможно, однако это не единственный путь, чтобы покончить с дефицитом строительных материалов. Необходимо осуществить техническое перевооружение или реконструкцию действующих предприятий - перевести их на ресурсосберегающие технологии, рационально организовать работы на стройплощадках, закладывать в проекты прогрессивные технологии, конструкции, материалы и методы производства работ, навести порядок с транспортированием и хранением материалов. Если все это осуществить, то расход ресурсов, прежде всего цемента, можно существенно сократить и практически ликвидировать их дефицит. В наше время бетон и железобетон - основные строительные материалы, без которых почти невозможно возвести ни одно капитальное сооружение. Ежегодно в нашей стране производится более 250 миллионов кубических метров сборных и монолитных железобетонных конструкций. Поэтому экономия ресурсов при производстве сборных и возведении монолитных железобетонных конструкций - экономия топлива, энергии, цемента и металла - относится к неотложным задачам сегодняшнего дня, требующим незамедлительного решения. 1.1 Производство сборного железобетона В отечественной промышленности одним из значительных потребителей топлива и энергии является строительство, а среди его отраслей - предприятия сборного железобетона, которых в стране несколько тысяч. Анализ работы этих предприятий показал, что потребление ими энергии может быть существенно уменьшено. Почти в любом производстве имеются реальные резервы экономии энергии. Если выявить эти резервы и более рационально организовать технологические процессы, то потребление энергии можно сократить, по крайней мере, в 1,5 раза. Это даст народному хозяйству страны огромный экономический эффект. Бетон, обладая многими замечательными качествами, в то же время относится к весьма энергоемким материалам. По данным ЦСУ, на производство 1 куб.м. сборного железобетона в среднем расходуется 470 тыс. ккал; на производство отдельных конструкций на полигонах, а также при несовершенных технологических процессах этот расход возрастает до 1 млн. ккал и более. Если учесть, что годовая потребность в энергоресурсах промышленности сборного железобетона составляет примерно 12 млн.т условного топлива, то становится ясно, что даже небольшой процент его экономии высвободит большое количество топлива для других целей народного хозяйства. Потребность в энергоресурсах для производства 1 куб.м сборных железобетонных изделий не учитывает расхода энергии, необходимой для производства составляющих бетона (цемента, заполнителей) и арматуры ,отличающихся еще большей энергоемкостью. Рассматривая проблему рационального расходования энергии при производстве сборного железобетона с позиций народного хозяйства, необходимо учитывать затраты энергии, расходуемой на производство цемента и арматуры. Это наиболее дорогостоящие, дефицитные и энергоемкие материалы, и грамотное их использование, исключающее перерасход топлива, приведет к экономии энергоресурсов. Согласно расчетам на нагрев 1 куб.м бетона в стальной форме до 80 градусов (температура изотермического выдерживания) требуется примерно 60 тыс. ккал. Поскольку нагрев происходит постепенно - со скоростью не более 20 градусов в час, то этот процесс неминуемо сопровождается значительным выделением тепла в окружающую среду. При исправном оборудовании, необходимом для термообработки изделий, эти потери достигают 150 тыс. ккал, что в 2-2,5раза больше полезно затраченного тепла. Серьезного внимания заслуживает стендовая технология изготовления сборных железобетонных плоских плит. По этой технологии в виде пакета изготовляется сразу несколько изделий, разделенных тонкими прокладками из стального листа или пластика с вмонтированными в него электронагревателями. Расположенные между изделиями электронагреватели практически все тепло отдают в обе стороны, т.е. изделиям, так что теплопотери в окружающую среду происходят только через торцы, поверхность которых невелика. Применение пакетного метода изготовления и термообработки плоских железобетонных изделий оказало большое влияние на организацию всего технологического процесса производства сборного железобетона. Вместо обычных форм начали использовать формы с силовыми бортами и плоским дном, которые значительно менее металлоемки. Изменились и многие технологические операции. Все это способствовало увеличению продукции на тех же производственных площадях в 1,5-2 раза, уменьшению металлоемкости оборудования на 30-35%,повышению производительности труда на 10-15%.Но главное - появилась возможность резко снизить энергопотребление на тепловую обработку изделий. Есть все основания полагать, что пакетный способ термообработки сборных железобетонных изделий по достоинству будет оценен производственниками и получит широкое применение на заводах ЖБИ. В настоящее время разработан целый ряд методов электротермообработки бетона при изготовлении сборных железобетонных изделий на заводах. Одним из наиболее экономичных (с точки зрения затрат энергии) способов электротермообработки бетона является способ электропрогрева или электродного прогрева, т.е. включение бетона в электрическую цепь как бы в качестве проводника. При этом электрическая энергия превращается в тепловую непосредственно в самом бетоне, что сводит к минимуму всякого рода потери. В зависимости от мощности электрического тока можно нагреть бетон до температуры 100 градусов, причем за любой промежуток времени - от нескольких минут до нескольких часов. Таким образом, появились широкие возможности выбирать оптимальные режимы термообработки изделий и благодаря этому обеспечить высокую производительность технологических линий. В последние годы за рубежом широко рекламируется метод предварительного разогрева бетонных смесей непосредственно в смесителях с помощью пара: в смеситель загружаются заполнители и цемент и в процессе их перемешивания подается пар. Нагревая бетонную смесь, пар охлаждается и конденсируется. Количество подаваемого пара рассчитывается таким образом, чтобы после его полной конденсации водоцементное соотношение бетона соответствовало проектному. В смесителе бетонная смесь нагревается до температуры не более 60 градусов, после чего подается к месту формования изделий. 1.2 Технологии экономии цемента Цемент - один из наиболее широко применяемых, важных и дефицитных строительных материалов, и хотя в нашей стране ежегодно выпускается достаточное количество цемента, его нехватка постоянно ощущается. Причина не только в том, что масштабы строительства огромны - в большей степени дефицит цемента зависит от его излишнего расхода при приготовлении бетонов и растворов, от сверхнормативных его потерь при транспортировке и хранении. Одна из главных причин перерасхода цемента - необеспеченность высококачественными заполнителями и потеря им активности при неудовлетворительном хранении. Высокоактивные цементы при хранении в открытом виде (не в герметичной таре) быстро вступают в реакцию с содержащейся в воздухе влагой, в результате чего их марка снижается. Неудовлетворенно обстоит дело и с транспортированием цемента. Перевозка цемента в крытых вагонах, навалом приводит при его разгрузке и перегрузке к значительным потерям. К тому времени, когда цемент дойдет до смесителя, потери его превышают нормативные (равные 1%)в несколько раз. Специалисты считают, что можно сократить расход цемента (и при этом повысить качество и долговечность конструкций), если приготовлять бетон из чистых фракционированных заполнителей. Организация производства таких заполнителей потребует значительных капиталовложений, но для народного хозяйства это значительно выгоднее по сравнению с затратами на ремонты и замену железобетонных конструкций, часто выходящих из строя значительно раньше сроков, на которые рассчитана их эксплуатация. В зарубежной строительной практике ни одна фирма не производит бетон на заполнителях одной фракции 5-20 мм. Например, в Финляндии он готовится на четырех фракциях чистого крупного заполнителя и двух фракциях - мелкого. При этом однородность выпускаемого бетона настолько высока, что его прочность определяется по испытанию одного образца: фирма, производящая бетон, гарантирует его марочную прочность. Мощным средством экономии цемента являются химические добавки, и в первую очередь пластификаторы. До недавнего времени в нашей стране в качестве пластифицирующих добавок применялись разного рода отходя промышленности. Как правило, эффект от действия таких добавок был невысок, их химический состав часто не стабилен. Отечественная промышленность специально для бетонов начала выпускать эффективную пластифицирующую добавку - суперпластификатор С-3, которая по своему действию не уступает лучшим зарубежным образцам аналогичного класса, а по стоимости в 5-6 раз дешевле. При введении в бетон этой добавки можно сэкономить до 20% цемента (при неизменной пластичности бетонной смеси). Не снижая расход цемента и не увеличивая пластичности бетонной смеси, но снизив ее водоцементное соотношение, можно повысить прочность бетона на 20-25%. Эффективность цемента можно повысить (а, следовательно, снизить его расход), увеличив тонкость его помола. На предприятиях сборного железобетона, для того, чтобы бетон как можно скорее достиг распалубочной прочности, часто идут на завышение марки бетона путем увеличения расхода цемента. Можно избежать этого, если использовать вяжущее более тонкого помола: на таком вяжущем твердение бетона в раннем возрасте производит быстрее. Можно сэкономить цемент и другим путем: ввести в цемент песок, известняк или какой-либо другой наполнитель и с ним осуществить домол цемента. Однако, как показывают исследования, при этом марка вяжущего снижается, хотя и не совсем в прямой пропорции от количества введенного заполнителя. Для получения бетона марок до 200 и даже выше такое вяжущее вполне приемлемо. В зависимости от количества введенного заполнителя (30-50%) можно сэкономить до 50% цемента. Эффект может еще большим, если применить суперпластификаторы. Определенные резервы уменьшения расхода цемента имеются в раздельной технологии приготовления бетонной смеси. Хотя этот метод давно известен, однако до сих пор не нашел применения в технологии бетона. Для получения желаемого эффекта прежде всего необходимы высокоскоростные смесители емкостью, соответствующей количеству раствора, необходимого на один замес бетонной смеси в обычном смесителе. В Японии раздельный метод приготовления бетона применяется с успехом. Компактный турбулентный смеситель, необходимый для такого метода, смонтирован там непосредственно на основном бетоносмесителе, и их производительность полностью увязана между собой. Отмечается, что один из больных вопросов проблемы экономии цемента - его потери при транспортировании, хранении, значительно превышающие нормативные. Нельзя допускать доставку цемента в вагонах навалом, разгружать его вручную, хранить навалом под навесами и в сараях, транспортировать с большим количеством перегрузок с одного вида транспорта на другой. Особенно велики потери цемента при доставке в районы, где нет железных дорог и его приходится перегружать с железнодорожного транспорта на речной, а затем на автотранспорт. Этого можно избежать, если в такие районы доставлять не цемент, а цементный клинкер, качество которого не теряется при транспортировании и хранении. Имеются и другие пути экономии цемента - применение высококачественных форм для контрольных образцов, учет последующего нарастания прочности бетона, рациональные подборы составов бетонов и растворов, применение автоматических устройств по дозированию составляющих и т.д. Если все это внедрить в производство и правильно использовать, проблема дефицита цемента была бы снята, так как это дало бы дополнительно не менее 30% цемента от производимого его объема. 1.3 Зарубежный опыт ресурсосберегающих технологий В зарубежном промышленном и гражданском строительстве бетон и железобетонные конструкции прочно занимают ведущее положение по сравнению с другими материалами и конструкциями. Главное, на что направлены внимание и усилия фирм, - обеспечить высокое качество изготовляемых и возводимых конструкций. Только с учетом этих требований они разрабатывают технологические решения, требующие наименьших затрат труда, энергии и материалов. За рубежом экономия ресурсов ни в коем случае не должна нанести ущерб качеству и долговечности конструкций. Особое внимание уделяется качеству цемента и заполнителей. В США для приготовления бетонов и растворов довольно широко применяются расширяющиеся цементы, позволяющие получать изделия высокого качества, надежные и водонепроницаемые. Любопытно, что в основу разработки такого цемента легли исследования нашего ученого, профессора В.В. Михайлова, который предложил такие вяжущие еще в довоенное время (в отечественной практике они так и не нашли применения вплоть до 60-х годов, когда стало известно о их производстве в США). Некоторые из таких цементов носят название "М" в честь первой буквы фамилии В.В.Михайлова. Как правило, фирма, выпускающая цемент, гарантирует его высокое качество и стабильность состава. Так, во Франции на мешках с цементом указываются не только его цена, но и состав, и все необходимые свойства. Во избежание путаницы и случайностей на производстве на мешках с цементом ставится цветной штамп, удостоверяющий их содержимое (портландцемент, рапид-цемент и др.). Каждый вид цемента маркируется своим цветом (красным, синим, зеленым и др.). Это полностью исключает ошибки, которые могут привести к браку конструкций. Особое внимание за рубежом уделяется химическим добавкам. В наибольшем объеме производятся добавки - суперпластификаторы (мельмент и др.). По своему действию они близки к нашему суперпластификатору С-3, однако стоимость их в несколько раз выше. Однако, для получения бетонной смеси требуемой подвижности, помимо суперпластификатора, нужны еще фракционированные заполнители, хорошая система дозирования компонентов и строго выдерживаемый состав смеси. На заводских бетоносмесительных узлах в Финляндии, Франции и Германии, а также в других странах, действуют компьютерные системы. Оператор, находясь в специально оборудованном помещении, полностью изолированном от бетоносмесительного отделения, имеет набор перфокарт, рассчитанных не менее чем на 50 разновидностей бетонных смесей. Как только подошел очередной автобетоновоз, водитель по телефону сообщает оператору свои данные: какая смесь и в каком количестве ему нужна, название фирмы-потребителя и т.п. Оператор вводит в компьютер необходимые данные, после чего автоматически включаются дозаторы и смесители. Автобетоновоз без всякого промедления ставится под загрузку. После выдачи бетонной смеси оператор по передаточной трубе спускает водителю свернутый в трубочку счет, в котором компьютер отпечатал состав смеси, марку бетона, его количество и стоимость. Обычно вся операция занимает не более пяти минут. За рубежом экономному расходованию ресурсов подчинена вся организация строительства, начиная с обеспечения строек бетоном и раствором и методы энергосберегающих технологий, применяемых в зарубежной практике, весьма рациональны и с точки зрения затрат материальных ресурсов, и обеспечения высокого качества конструкций и изделий. 2. Энергосберегающие технологии железобетон производство ресурсосберегающий теплосбережение Одним из действенных способов уменьшить влияние человека на природу является увеличение эффективности использования энергии - энергосберегающие технологии. Основная роль в увеличении эффективности использования энергии принадлежит современным энергосберегающим технологиям. Хорошо себя зарекомендовали частотно-регулируемые электроприводы со встроенными функциями оптимизации энергопотребления. Суть заключается в гибком изменении частоты их вращения в зависимости от реальной нагрузки, что позволяет сэкономить до 30-50% потребляемой электроэнергии. При этом зачастую не требуется замена стандартного электродвигателя, что особенно актуально при модернизации производств. Режим энергосбережения особенно актуален для механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой, - конвейеры, насосы, вентиляторы и т.п. Кроме снижения расхода электроэнергии, экономический эффект от применения частотно-регулируемых электроприводов достигается путем увеличения ресурса работы электротехнического и механического оборудования, что становится дополнительным плюсом. Такие энергосберегающие электроприводы и средства автоматизации могут быть внедрены на большинстве промышленных предприятий и в сфере ЖКХ: от лифтов и вентиляционных установок до автоматизации предприятий, где нерациональный расход электроэнергии связан с наличием морально и физически устаревшего оборудования. По различным источникам, в европейских странах до 80% запускаемых в эксплуатацию электроприводов уже являются регулируемыми. В нашей стране пока их доля гораздо ниже, а необходимость использования энергосберегающих технологий все более актуальна. Существуют и другие пути рациональнее использовать электроэнергию, причем не только на производстве, но и в быту. Так, уже давно известны "умные" системы освещения, широко внедряемые в странах Западной Европы, США и особенно в Японии. Интерес к ним не удивителен, учитывая, что, в зависимости от назначения помещений, на освещение может расходоваться до 60% общего электропотребления жилых и офисных зданий. По расчетам специалистов российской компании "Светэк", разрабатывающей такие решения в нашей стране, энергосберегающие системы освещения позволяют снизить затраты на освещение до 8-10 раз. Энергосберегающий эффект основан на том, что свет включается автоматически, именно когда он нужен. Выключатель имеет оптический датчик и микрофон. Днем, при высоком уровне освещенности, освещение отключено. При наступлении сумерек происходит активация микрофона. Если в радиусе до 5 м возникает шум (например, шаги или звук открываемой двери), свет автоматически включается и горит, пока человек находится в помещении. Разумеется, такие системы освещения были бы не полными без использования энергосберегающих ламп. Их можно разделить на две группы по сферам использования: мощные энергосберегающие лампы больших размеров, предназначенные для освещения офисов, торговых площадок, кафе, и компактные лампы со стандартными цоколями для использования в квартирах. Экономия электроэнергии с применением таких ламп достигает 80%, не говоря уже о том, что по сравнению с обычными лампами их время жизни во много раз больше. К числу наиболее "прожорливого" оборудования, используемого в жилых и офисных помещениях, относится практически вся климатическая техника, прежде всего, кондиционеры. Разумеется, борьба за энергоэффективность не могла пройти мимо этой категории бытовых устройств. Признанными авторитетами в области снижения энергоёмкости систем вентиляции и кондиционирования являются компании Hoval (Лихтенштейн) и Dantherm (Дания). В своей продукции применяют новейшие технологии и конструкторские разработки, позволяющие уменьшить энергозатраты при сохранении высокой производительности. Например, отличительной особенностью агрегатов производства Hoval является использование патентованного воздухораспределителя, обеспечивающего формирование приточной струи с дальнобойностью от 3,5 до 18 м за счёт автоматически регулируемого положения лопаток, закручивающих воздушный поток. Основным преимуществом такой конструкции является высокая энергетическая эффективность благодаря улучшенным показателям организации воздухообмена, рециркуляции воздуха и рекуперации тепла. В последние годы все энергоэффективные технологии объединяются в концепцию так называемого пассивного дома, то есть жилища, максимально дружелюбного окружающей среде. В Западной Европе сейчас строятся пассивные дома с энергопотреблением не более 15 Квт, ч/м3 год, что более чем в 10 раз экономичнее типовой отечественной "хрущевки". Можно сказать, что такие здания - это будущее мирового строительства, ведь они фактически отапливаются за счет тепла, выделяемого людьми и электроприборами. По словам Игоря Юсуфова, главы Минэнерго России, потенциал энергосбережения составляет не менее 400 миллионов тонн условного топлива в год или 30-40% всего энергопотребления страны. В экологическом исчислении это сотни миллионов тонн углекислого газа, которые не попадут в атмосферу. Таким образом, энергосберегающие технологии позволяют решить сразу несколько задач: сэкономить существенную часть энергоресурсов, решить проблемы отечественного ЖКХ, повысить эффективность производства и уменьшить нагрузку на окружающую среду. Применение энерго- и ресурсосберегающих технологий в производстве вяжущих материалов Увеличение выпуска цемента, как основы урбанизации человечества, обусловливает использование все возрастающих материальных и энергетических ресурсов и сопровождается увеличением выбросов в атмосферу вредных газов. В период роста климатических изменений, а также экономического кризиса энерго- и ресурсосбережение следует рассматривать как существенный вклад в предотвращение глобальных изменений в природе. В цементной промышленности существует два основных пути энергосбережения: непосредственное снижение расхода топлива в процессе обжига клинкера и уменьшение содержания последнего в цементе за счет ввода различных минеральных добавок. Кардинальным способом уменьшения расхода топлива при обжиге клинкера служит применение сухого способа производства взамен мокрого, который во второй половине прошлого века составил основу развития цементной промышленности. Это обусловливалось надежностью применяемого оборудования, относительной простотой его обслуживания и стабильностью качества получаемого клинкера и цемента. Кроме этого, стоимость Развития технологии сухого способа позволяет сэкономить не менее 30–50% топлива. Практика показала, что наиболее рациональный способ перевода промышленности на сухой способ обеспечивается строительством на существующих промплощадках заводов новых современных высокопроизводительных технологических линий. Поскольку эксплуатируемое в настоящее время оборудование цементных заводов еще не исчерпало свой ресурс, актуальной задачей остается применение при мокром способе технологий, которые уже освоены или апробированы отечественной и мировой цементной промышленностью, а также тех, которые требуют дальнейшей научной разработки. К освоенным технологиям относится использование твердого топлива при обжиге клинкера во вращающихся печах, использование топливосодежащих отходов, пригодных в качестве технологического топлива, введение минерализаторов, позволяющих снизить температуру и сократить время обжига, модернизация цепных завес печей мокрого способапроизводства, снижение влажности шлама (снижение влажности шлама на 1% позволяет снизить расход топлива на 1-1,5%), использование тепла отходящих газов для сушки сырьевых материалов или в парогенераторных установках и др. Для сравнения, доля угля в топливно-энергетическом балансе Китая - более 80%, в странах Западной Европы - 45-55%, в США - 54%, а в России - только 15%, причем доля твердого топлива в цементной промышленности составляет около 7%. Новые технологии сжигания угля, применяемые в западных странах не только более экологичны, но и более энергоэффективны. В этой связи, увеличение угля в топливном балансе российской цементной промышленности при использовании новых методов его сжигания является экономически обоснованным шагом, учитывая, что Россия обладает более чем 17% мировых запасов угля. В сою очередь использование в качестве топлива различных топливосодержащих отходов позволяет не только решить экологические проблемы, но и снизить расход топлива на обжиг клинкера на 15-25%. Одним из вариантов реконструкции действующих цементных заводов является установка пресс-фильтров и обжиг полученного кека в имеющихся длинных вращающихся печах, что позволяет снизить расход топлива на обжиг на 15-20%. Возможен вариант перевода завода на полусухой способ производства, когда сырьевая смесь готовится в виде шлама, который проходит обработку в пресс-фильтрах и дробилке-сушилке, работающей на отходящих печных газах, а полученная сырьевая мука обжигается в коротких вращающихся печах с запечными теплообменниками. В связи с проблемой энергосбережения следует упомянуть работы по утилизации вторичной теплоты корпусов вращающихся печей. В 80-е гг. были созданы установки, позволившие бесконтактным методом улавливать и сохранять теплоту, теряемую печными агрегатами, а также управлять процессом образования обмазки во вращающихся печах. По имеющимся данным, установка обеспечивала улавливание вторичной теплоты в количестве 90 тыс. ГДж в год. Из-за низкой в прошлом стоимости топлива, установки дальнейшего распространения не получили. Современные условия возвращают перспективность этой работы. Расширение производства и потребления в мировой практике цементов с минеральными добавками стало возможным в результате коренных изменений в технологии цементных систем и бетонов за счет: композиционных вяжущих материалов нового поколения, новых добавок – модификаторов структуры и свойств бетонов и дисперсных минеральных наполнителей. Общепризнано, что бетоны на основе композиционных цементов с помощью комплексных химических добавок могут не только иметь одинаковые свойства с бетонами, изготовленными из чисто клинкерных цементов, при более низкой стоимости единицы изделий, но и иметь лучшие характеристики. Также они могут приобретать такие специальные свойства, как медленное или быстрое твердение, низкое тепловыделение в массивных сооружениях, повышенную долговечность, истираемость, коррозиестойкость, долговечность и т.д. Применение композиционных цементов, супер- и гиперпластификаторов – основной путь получения так называемых многокомпонентных композиционных бетонов с управляемой структурой. Расширение применения минеральных добавок в цемент также решает вопросы экологии, так как заметно снижаются выбросы парниковых газов, а в качестве минеральных добавок можно использовать техногенные материалы. Как известно, цементная промышленность является одной из самых энерго- и ресурсоёмких отраслей промышленности. Так для производства 1 т клинкера требуется 1.6- 1.8 т невосполнимого сырья. Кроме того, за последние годы существенно возросли топливноэнергетические затраты на производство цемента. Так, еще 10-12 лет назад доля затрат на топливо и электроэнергию в себестоимости цемента составляла 36-38%, то в настоящее время эта величина составляет порядка 50%. Отсюда вытекает существенная необходимость снижения затрат природного сырья, топлива и электроэнергии на производство цемента и других вяжущих материалов. Одним из важнейших путей решения этой задачи является использование вторичных материальных ресурсов при производстве вяжущих материалов. К отходам производства относят такие остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, которые при производстве продукции полностью или частично утратили потребительские свойства. Все техногенные материалы классифицируются по группам: Продукты класса А – имеют химико-минералогический состав и свойства соответствующих горных пород; Продукты класса Б – получены как побочные продукты, в результате протекания физико-химических процессов как правило при высоких температурах, на их получение тратится много тепла и они имеют большое теплосодержание; Продукты класса В – материалы, образующиеся в результате физико- химических процессов, протекающих при лежании этих материалов в отвалах. Отходы в производстве портландцемента могут использоваться на стадии приготовления сырьевой смеси и при помоле цемента. При ведении отходов в состав сырьевой смеси они могут использоваться в качестве компонента, заменяя один или более основных компонента (частично или полностью), также отходы используются в качестве интенсификатора процесса обжига, некоторые техногенные материалы можно использовать как разжижитель сырьевого шлама или в качестве топливосодержащей добавки. Что касается использования отходов в составе цементной шихты, то они могут быть использованы: в качестве активной минеральной добавки АМД), наполнителя, интенсификатора процесса помола, регулятора сроков схватывания. При этом нужно себе представлять, отходы какого класса применяются на данной технологической стадии и, что дает их применение. Учитывая сказанное выше, цементная промышленность способна перерабатывать довольно значительное количество различных отходов, но нельзя забывать о качестве вяжущего, полученного с использованием отходов. Поэтому далеко не все отходы можно использовать при производстве вяжущих материалов. Условиями, позволяющими использовать те или иные отходы, является следующее: – Отходы должны полностью или хотя бы на 50% заменять исходные компоненты; – По химическому составу и физическим свойствами отходы должны соответствовать заменяемому компоненту; – Расстояние от места завода до источника отхода не должно превышать 200 км; – Применение отходов должно снижать расход топлива на производство вяжущего; – Применение отходов должно улучшать строительно-технические свойства вяжущего; – Если при применении отходов не происходит значительного улучшения строительно- технических свойств вяжущего, то их применение должно удешевлять производство того или иного вяжущего; – Отходы должны быть технологичными. Во всех этих случаях необходимо учитывать, где и как образуются используемые техногенные материалы, их основные свойства, необходимость предварительной подготовки перед транспортировкой на завод или на самом заводе. После определения, что дает заводу использование промышленных отходов вместо традиционных сырьевых материалов и АМД, зная все положительные и отрицательные моменты использования отходов и возможности их устранения в заводских условиях при производстве вяжущих материалов., можно оценить целесообразность полной или частичной замены сырьевого компонента при производстве цемента или воздушных вяжущих техногенными материалами. Кроме того, надо четко представлять требования к производителям отходов по их подготовке и утилизации, охране окружающей среды, экономические санкциям к нарушителям, предъявляемые в мировой практике и нашей стране. Особое внимание следует обратить на экологические аспекты вопроса и экономическое обоснование целесообразности использования техногенных материалов. Для оценки технико-экономического уровня производства и выпускаемой продукции используется система общих показателей: доля продукции, технико-экономические показатели которой превосходят или соответствуют высшим достижениям отечественной и зарубежной науки и техники; удельный вес продукции, морально устаревшей и подлежащей модернизации или снятию с производства; удельный вес продукции, осваиваемой производством впервые в России; степень механизации и автоматизации; абсолютное и относительное уменьшение численности работников; снижение себестоимости и рост производительности труда за счёт повышения технического уровня производства и т.д. Одним из важных направлений, обеспечивающих прирост производства цемента без значительных капиталовложений, на ближайшую перспективу может стать интенсификация производственных процессов на действующих цементных предприятиях как мокрого, так и сухого способа производства. Основными направлениями интенсификации технологических процессов являются: -внедрение на заводах сухого способа и создание усреднительных складов дробленого сырья на некоторых предприятиях, использующих мокрый способ производства; -усреднение сырья в потоке на предприятиях мокрого способа производства; -установка струйных мельниц для измельчения, сушки и активации сырья с естественной влажностью до 25%; -применение валковых и роликовых мельниц для измельчения и сушки сырья с влажностью до 25%; -снижение влажности на предприятиях мокрого способа производства химическими методами, механическим обезвоживанием с помощью пресс-фильтров, а также путем введения в поток шлама или непосредственно в печь сухих техногенных материалов - золошлаковых отходов ТЭС, отходов обогащения угля, граншлаков черной и цветной металлургии и т.п.; -использование мельниц самоизмельчения и гидроклассификаторов сырьевого шлама; -применение комбинированных горелочных устройств, рассчитанных на одновременную подачу в печи основного топлива и топливосодержащих отходов, твердых бытовых отходов, нефтеотходов и углесодержащих пород; -совершенствование действующих и разработка новых клинкерных холодильников; -использование комплекса встроенных теплообменных устройств, изготовленных из легированной стали, замена цепей с овальными звеньями на круглые; -внедрение автоматизированной системы учета расхода топлива и электроэнергии по всему технологическому циклу цементных предприятий; -интенсификация процесса помола цементной шихты на мельницах всех типоразмеров с помощью поверхностно-активных веществ - технических лигносульфонатов, триэтаноламина, С-3; -внедрение помола цементной шихты в замкнутом цикле с применением сепараторов; -замена пневмотранспорта на механический с использованием различных видов транспортеров и элеваторов: -замена отечественных мелющих тел из обычной стали на легированные, использование в камерах тонкого измельчения мельниц вместо крупных шаров и конических цильпебсов легированных мелких шариков диаметром 15-20 мм; -организация промышленного производства кристаллизационных добавок - модификаторов цемента (крентов) на базе отходов химической промышленности; -производство новых видов цемента с учетом современных требований строительного комплекса Кыргызстана. |