CC BY
34
УДК 536.63; УДК 666.965
B. М. КОШЕЛЬНИК, д-р техн. наук, проф., завідувач кафедри теплотехніки та енергоефективних технологій
Г. М. ШАБАНОВА, д-р техн. наук, проф., професор кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей
Національний технічний університет «Харківський технічний інститут», м. Харків
C. О. КИСЕЛЬОВА, канд. техн. наук
Українська державна академія залізничного транспорту, м. Харків
ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА СИЛІКАТНОЇ ЦЕГЛИ ПРИ ЗМІНІ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМУ АВТОКЛАВА
Предложена методика определения тепловой эффективности производства силикатного кирпича, при изменении температурного режима автоклава. Установлено снижение объема затрат природного газа при внедрении энергосберегающего режима автоклавной обработки силикатного кирпича для предприятия силикатных изделий.
Запропоновано методику визначення теплової ефективності виробництва силікатної цегли при зміні температурного режиму автоклаву. Розраховано зниження об ’єму витрати природного газу при впровадженні енергозберігаючої технології силікатної цегли для підприємства силікатних виробів.
Вступ
У сучасних умовах надзвичайно актуальною є проблема енергозбереження, яка пов’язана з обмеженістю запасів енергоносіїв, їх високою коштовністю і екологічним навантаженням на довкілля. В Україні власні запаси енергоносіїв обмежені, ціни на експортні безперервно зростають, а ефективність використання енергоресурсів дуже низька, порівняно з розвинутими країнами. У 1994р. в Україні набув чинності закон «Про енергозбереження» [1], спрямований на розробку та впровадження енергоефективних технологій.
В Україні доля силікатної цегли в загальному виробництві цегли складає 34,6 % [2], одним
з напрямків модернізації виробництва силікатної цегли є скорочення споживання енергоносіїв. Силікатну цеглу виготовлюють із сировинної суміші, складовими якої є вапно, пісок і вода; сформовані вироби піддають автоклавній обробці. Загальноприйняті параметри такої обробки: тиск пари в автоклаві - від 0,8 МПа до 1,2 МПа, час витримки виробів під тиском - від 8 год до 12 год [3].
Постановка проблеми
В ході попередніх досліджень розроблено комплексну добавку до сировинної суміші, компонентами якої є мелений доменний відвальний шлак (замість 1/2 частки вапна) та високодисперсний відхід виробництва помольних тіл, для зволоження сировинної суміші використовували, замість води, 2 % розчин магній сульфату [4]. Із сировинної суміші з комплексною добавкою виготовлено партію одинарної рядової силікатної цегли марки 200 (ДСТУ Б В.2.7.80-98 [5]) при режимі автоклавування: тиск 0,6 МПа, витримка виробів під тиском - 6 год. Використання добавки дозволило зменшити кількість вапна та знизити тиск автоклавної обробки і час витримки виробів під тиском, тому доцільною є оцінка зниження енерговитрат, зв’язаних зі зміною параметрів гідротермальної обробки.
Метою даного дослідження було надання оцінки теплової ефективності виробництва силікатної цегли при зміні режиму автоклавної обробки загальноприйнятих параметрів 0,8 МПа - 8 год до енергозберігаючих параметрів 0,6 МПа - 6 год.
Основний зміст дослідження
В даному техніко-економічному розрахунку визначено очікуваний економічний ефект від впровадження енергозберігаючої технології силікатної цегли, на прикладі підприємства по
виробництву силікатних виробів, для цеху з 9 прохідними автоклавами типу АП 2 х 19; загрузка автоклаву здійснюється 17 вагонетками; пару постачає котельня з котлом; для виготовлення пари застосовують природний газ.
Зниження температури насиченої пари в автоклаві приблизно на 10 0С (табл. 1), при зміні базового режиму на енергозберігаючий, пов’язане зі зміною кількості теплоти, що витрачається в котельному агрегаті на виготовлення пари при зниженому тиску та зі зменшенням витрати пари, порівняно з базовим варіантом. Одночасно, скорочується загальний час підйому температури на 0,5 год і час випуску пари - на 0,5 год, а час витримки виробів під тиском знижується на 2 год - з 6 год до 8 год.
Зниження параметрів автоклавування пояснюється прискоренням формування структури зв’язуючої маси силікатної цегли, що містить комплексну добавку, за рахунок прискорення процесів кристалізації фаз низькоосновних гідросилікатів кальцію, що забезпечує виробам, виготовленим за енергозберігаючім режимом, високих експлуатаційних властивостей.
Таблиця 1
Параметри виробництва силікатної цегли при різних режимах автоклавування
Параметр Режим автоклавування
базовий енергозберіг аючий
Загальна загрузка силікатною цеглою 1 автоклава, Е, шт. 12900 12900
Загальна кількість годин роботи автоклаву за рік, Тр, год/р. 8400 8400
Теплота згоряння природного газу, , МДж/м3 35,62 35,62
Питома витрата теплоти на виготовлення 1000 шт. силікатної цегли, Цпитк , кДжИ000 шт./ 1,7179-106 -
Тиск насиченої пари (надлишковий), МПа 0,9 0,7
Температура силікатної цегли в автоклаві перед впуском пари, їп, °С 20 20
Температура насиченої водяної пари в автоклаві при базовому режимі, їк, °С 175,35 164,96
Загальний час циклу, включно із завантаженням, запарюванням, вивантаженням, Тц, год 12 9
Час завантаження, год 0,5 0,5
Час вивантаження, год 0,5 0,5
Час витримки під тиском, год 8,0 6,0
Підйом тиску, год 1,5 1,0
Випуск пари, год 1,5 1,0
Примітка. Для розрахунків прийнято ціну на газ 551 $ США за 1000 м3 газу, курс долару - 1$ = 8,1 грн (за даними на серпень 2011 р).
Для розрахунку теплової ефективності виробництва силікатної цегли при змії температурного режиму автоклава використано методику на основі [6]:
1. Продуктивність одного автоклава, складає, шт./р.:
п = Е • ТР , (1)
т
ц
де Е - загальне завантаження автоклаву, шт.;
Тр - загальна кількість годин роботи автоклаву за рік, год/р.;
Тц - загальний час робочого циклу одного автоклава, год.
2. Збільшення продуктивності одного автоклава зарік складає, шт./р.:
Д П = П Б - П Езр , (2)
де Пб - продуктивність одного автоклава для базового циклу роботи, шт./р.;
Пезр - продуктивність одного автоклава, для енергозберігаючого режиму, шт./р.
3. Кількість теплоти, витраченої на нагрів силікатної цегли під час підйому тиску, знаходимо з рівняння теплового балансу, кДж/1000 шт. :
0 = Мсц • Ср (гк -1„), (3)
де Мсц - маса силікатної цегли, кг;
Ср - питома теплоємкість силікатної цегли, кДж/кг-К;
їк - температура насиченої пари в автоклаві при виході на режим ізотермічної витримки, С;
0
4 - температура силікатної цегли в автоклаві перед впуском пари, С
4. Відносну величину зниження кількості теплоти на нагрів силікатної цегли (при
однаковій масі цегли, без урахування зміни теплоємкості, за умови, що початкова
температура силікатної цегли однакова для базового і енергозберігаючого режимів автоклавування) визначаємо за формулою:
дЧі = 02 * , (4)
°1 гк 1 _ гп
де Q2 - кількість теплоти, витраченої на нагрів силікатної цегли під час підйому тиску, при енергозберігаючому режимі, кДж/1000 шт.;
Qi - кількість теплоти, витраченої на нагрів силікатної цегли під час підйому тиску, при базовому режимі, кДж/1000 шт.
5. Відносне зниження питомої витрати теплоти за рахунок скорочення часу підйому температури складає:
А, 2 - <5)
ТП 2
де Т„і, Тп2 - час підйому температури в автоклаві при базовому і енергозберігаючому режимах автоклавування, відповідно, год.
6. Відносне зниження питомої витрати теплоти за рахунок скорочення часу витримки силікатної цегли під тиском, за умови подання 10% витрати пари на підтримку температури в автоклаві, розраховуємо за співвідношенням:
А ц 3 = 0,1 Г-^~, (6)
де Тві, Те2 - час витримки силікатної цегли під тиском при базовому і енергозберігаючому режимах автоклавування, відповідно, год.
7. Загальна відносна питома економія витрати теплоти, з урахуванням відносного зниження питомих витрат теплоти на нагрів силікатної цегли, за рахунок скорочення часу підйому температури та за рахунок скорочення часу витримки цегли під тиском, складає:
АЧзаг = АЧ1 + АЧ2 + АЧ3 • (7)
8. Питомі витрати теплоти по енергозберігаючому режиму автоклавування ,
розраховуємо за формулою, кДж/1000 шт.:
Ач пит^зр ~ А заг ' Ч , (8)
де ЧпитБ - величина питомої витрати теплоти на виготовлення 1000 шт. силікатної
цегли для базового режиму автоклавування, кДж/1000 шт.
9. Виходячи з рівняння балансу теплоти для котла
в ■ а „3-пк = Оп. (9)
і
визначаємо витрату палива, м :
В = йп , (10)
0 н -Лк
де В - питома витрата палива, м3/1000 шт.;
0^ - теплота згоряння природного газу, 103 • кДж/м3;
Т]к - коефіцієнт корисної дії котла, який дорівнює 0,9.
0п - кількість теплоти, витраченої на виробництво силікатної цегли, кДж,
Оп = Чі • Пі (11)
де чі - питома витрата теплоти на виробництво силікатної цегли при /-тому режимі автоклавування, кДж;
Пі - продуктивність автоклаву, шт./р.
10. Економію питомих витрат теплоти при виробництві силікатної цегли за
енергозберігаючим режимом автоклавування визначаємо за формулою, кДж/1000 шт.:
Ачпит ~ Ач пит ^ Ачпит^зр . (12)
11. Питома економія природного газу при виробництві силікатної цегли по
енергозберігаючому режиму виражається формулою, .м3/1000 шт. :
в _ АЧ пит (13)
^пит рор „ ’ 4 '
О 3„ ■ Чк
12. Загальну річну економію газу з розрахунку на один автоклав визначаємо за формулою, м3/р.:
в ЕЗР - в
пит ЕЗР ' П ЕЗР /1000 , (14)
13. Сумарна річна економія об’єму природного газу при роботі 9 автоклавів визначається за формулою, м3/р.:
Врезр = Везр ' N (15)
де N - кількість автоклавів, шт.
14. Річну економію коштів для підприємства силікатних виробів за рахунок впровадження розробленої енергозберігаючої технології силікатної цегли, визначаємо з формули, грн/р.:
Е = Ц • N/1000 , (16)
де Ц- ціна газу за 1000 м , грн.
Результати розрахунків теплової ефективності виробництва силікатної цегли при зміні температурного режиму автоклава представлені в табл. 2.
Таблиця 2
Результати розрахунків теплової ефективності виробництва силікатної цегли
№ № Розрахункова величина Результат розрахунку
1 2 3
1 Продуктивність одного автоклава для базового циклу роботи, Пб, 9030 • 103
2 Продуктивність одного автоклава, для енергозберігаючого режиму, Пеяр, шт./р. 12040 • 103
3 Збільшення продуктивності одного автоклава за рік складає, АП, шт./п. 3010•103
4 Відносна величина зниження кількості теплоти на нагрів силікатної цегли, А^1 0,936
5 Відносне зниження питомої витрати теплоти за рахунок скорочення часу підйому температури, Л^2 0,667
6 Відносне зниження питомої витрати теплоти за рахунок скорочення часу витримки силікатної цегли під тиском, А^ 0,075
7 Загальна відносна питома економія витрати теплоти складає, А^заг 0,422
8 Питома витрата теплоти за енергозберігаючім режимом автоклавування, ^ЦпитЕЗр , кДж/1000 шт. 0,7250 • 106
9 Економія питомих витрат теплоти при виробництві силікатної цегли за енергозберігаючим режимом автоклавування, Ь.цпит, 0,9929
10 Питома економія природного газу при виробництві силікатної цегли по енергозберігаючому режиму, Впит^зр , м3/1000 шт. 30,97
11 Загальна річна економія газу з розрахунку на один автоклав, В^р, 372878
12 Сумарна річна економія об’єму природного газу при роботі 9 автоклавів, Вр „ , м3/р. 1 ЕЗР 3355902
13 Річна економія коштів за рахунок впровадження розробленої енергозберігаючої технології силікатної цегли, Е, грн/р. 14,978 • 106
Висновок
Результати розрахунків оцінки теплової ефективності виробництва силікатної цегли при зміні режиму автоклавування з загальноприйнятого 0,8 МПа - 8 год на енергозберігаючий 0,6 МПа - 6 год, показали ефективність від впровадження розробленої технології силікатної цегли:
- продуктивність одного автоклаву збільшується на 3,01 млн. шт. силікатної цегли за рік;
- загальна річна економія об’єму природного газу на один автоклав становить 372,879
тис. м3/р.;
- загальна річна економія об’єму природного газу для цеху силікатних виробів, в якому встановлено 9 автоклавів, становить 3355,9G2 тис. м3/р.;
- економічний ефект за рік, за рахунок зменшення витрат за спожитий природний газ, становить 14,97В млн грн/р.
Важливе значення також має екологічний аспект від зниження теплового забруднення, за рахунок зменшення викидів продуктів згоряння із котла і викидів пари в атмосферу. При впровадженні розробленої енергозберігаючої технології; поряд з цім, буде мати місце і додаткове зниження втрат теплоти в довкілля з зовнішньої поверхні агрегату, при зменшенні температури в автоклаві.
Список литератури
1. Закон України «Про енергозбереження»: за станом на 1 липня 1994 р. // Відомості Верховної Ради України (ВВРУ). - Офіц. вид. - K.: Парлам. вид-во, 1994. - № 3G. - ст. 2В3.
2. Шавкат Б. Последний кирпич / Б. Шавкат // Бизнес. - 2GG6. - № 35. - С. 1G6 - 1G9.
3. Горчаков Г. И. Строительные материалы: учебн. для студ. строит, специальн. высш. учебн. завед. / Г. И. Горчаков, Ю. М. Баженов. - М.: Стройиздат, 19В6. - 6ВВ с.
4. Кисельова С. О. Енерго- і ресурсозберігаюча технологія силікатної цегли: автореф. дис.... канд. техн. наук: спец. G5.23.G5 «Будівельні матеріали та вироби» / Кисельова Світлана Олександрівна; Українська держ. акад. залізничного транспорту. - Харків, 2G11. - 21 с.
5. Будівельні матеріали. Цегла і камені силікатні. ТУ:
ДСТУ Б В^^.^^В. - [Чинний від 1999-G3-G1]. - К.: Держбуд України, 199В. - 28 с. -(Національний стандарт України).
6. Кошельник В. М. Основи проектування теплотехнічних установок підприємств промисловості будівельних матеріалів: Навч. посібн. / В. М. Кошельник, Ю. В. Шульгін, О. В. Кошельник, В. В. Соловей: під ред. В. М. Кошельника. - Харків: НТУ «ХПІ», 2G11. - 2G2 с.
DETERMINATION OF THERMAL EFFICIENCY OF PRODUCTION OF SILICATE BRICK IS AT CHANGE OF TEMPERATURE CONDITION OF AUTOCLAVE
V. М. KOSHELNIK, Dr. Tech. Scie., Prof.
G. M. SHABANOVA, Dr. Tech. Scie., Prof.
S. O. KISELEVA, Cand. Tech. Scie.
The method of determination of thermal efficiency of production of silicate brick is offered, at the change of temperature condition of autoclave. The decline of volume of expense of natural gas is expected at introduction of energysaving technology of silicate brick for the enterprise of silicate wares.
Поступила в редакцию 06.04 2012 г
