Сбережение тепловой и электрической энергиипри производстве бетона и железобетона

Производство бетона и железобетона

При производстве бетонных, железобетонных конструкций и изделий используется тепловая и электрическая энергия. На долю тепловой энергии приходится около 90%, а электрической - 10%. Все энергетические затраты на производство бетонных и железобетонных изделий разделяют на косвенные и прямые.

К косвенным затратам следует относить энергию, которая затрачена на изготовление исходных материалов: цемента арматурной стали, заполнителей воды и др.

Прямые затраты - это энергия, затраченная на осуществление технологического процесса изготовления этих конструкций на всех переделах, включая транспортировку сырья на заводе. Структура прямых затрат энергии при производстве сборного железобетона приведена в табл. 1.

Энергетические затраты на транспортирование готовой продукции на строительную площадку относятся на энергетический баланс строящегося объекта. Народнохозяйственная оценка энергоемкости изделий и конструкций производится суммированием прямых и косвенных энергозатрат.

Косвенные затраты энергии - это сумма расхода ее на производство материалов, необходимых для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Данные по этим затратам представлены в таблицах 2-5.

Энергоемкость воды рекомендуется принимать как 2,4 кг условного топлива. Затраты энергетических ресурсов на изготовление стальных прокатных профилей следует принимать в пределах 1876-2143 кг усл. топлива.

Наибольшие затраты энергии относятся к производству мелких профилей, а наименьшие - к производству профилей крупного сечения.

Различные мероприятия, связанные с экономией топливно-энергетических ресурсов при производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также при производстве товарного бетона и раствора, сводятся к следующим направлениям:

- совершенствование методов режимов и оборудования для термовлажностной обработки изделий и конструкций для снижения затрат тепловой энергии на 1 м 3 продукции;

- сокращение расходов исходных материалов (цемента, арматуры, заполнителей, воды и др.) на каждое изделие или конструкцию без ухудшения их физико-механических и эксплуатационных характеристик;

- максимальное использование при тепловой обработке изделий вторичных энергоресурсов;

- оптимальный режим термообработки бетонных и железобетонных изделий, который зависит от многих факторов: вида и расхода цемента, его минералогического состава и тепловыделения, отношения воды и цемента в бетонной смеси, ее температуры, удобоукладываемости (технологическая характеристика бетонной смеси), толщины конструкции и модуля ее открытой поверхности.

Расчет энергозатрат на термообработку при различных режимах прогрева осуществляется по компонентам теплового баланса, включающего в себя:

- расход тепла на нагрев сухой бетонной смеси, воды для затворения, металла (арматуры, бортовой оснастки, поддона, вагонетки);

- расход тепла при испарении влаги;

- потери тепла через ограждение камер, при охлаждении и при продувке камер;

- приход тепла с теплоносителем;

- количество тепла от экзотермической реакции цемента с водой, выделяемое в процессе твердения бетона.

Основную роль в формировании энергобаланса камер играют затраты тепла на нагрев системы "изделие-форма-вагонетка" и различного рода потери. Колебание этих величин происходит в широких пределах в зависимости от принятых режимов термообработки.

Выбор типа установок для тепловой обработки (ТО) определяется рядом следующих факторов: принятым или существующим способом производства изделий (конвейерный, агрегатно-поточный, стендовый) характеристикой изделия (масса, размеры), объемом выпуска и видом бетона. Основным теплоносителем в технологическом процессе производства сборного железобетона является насыщенный водяной пар. Уровень его использования низок, а удельные расходы велики.

При тепловой обработке сборного железобетона на нагрев бетона, форм и оснастки расходуется 20-30% технологической нормы требуемой тепловой энергии.

Остальное тепло идет на непроизводительные потери.

Основным типом теплового агрегата являются различного рода ямные пропарочные камеры, доля которых в республике составляет 75% с годовым выпуском сборного железобетона около 75% от общего объема. КПД использования энергии в них составляет 12-18%.

К числу других видов оборудования относятся стендовые и кассетные установки, конвейерные линии и тоннельные камеры, КПД использования тепла в них - от 50 до 75%.

Основные причины значительного перерасхода энергии - неудовлетворительное состояние пропарочных камер тепловых сетей запорной арматуры и средств контроля пара. Тепло теряется также из-за отсутствия изоляции горячих поверхностей, необоснованного увеличения длительности тепловой обработки и температуры пропаривания.

Наибольшая доля непроизводительных тепловых потерь в ямных камерах падает на остывание бетонного корпуса при перерывах между циклами пропаривания, а в щелевых камерах - на теплопередачу ограждениями в процессе тепловой обработки.

В среднем на 1м3 сборного железобетона расходуется око-ло 1500 МДж, или около 50 кг условного топлива.

Производство специального железобетона (труб, шпал, свай, опор ЛЭП и др.) относится к числу наиболее энерго- и металлоемких технологий в этой промышленности. Технологические затраты на изготовление 1м 3 такого железобетона составляют 1250-2000 МДж при коэффициенте полезного использования энергии 20-30%.

Общезаводская энергоемкость специальных железобетонных конструкций на выпускающих их предприятиях достигает 1700-3000 МДж/м 3 (см. табл.6).

Изложенные в табл. 6 данные показывают, что в производстве бетона и железобетона имеется большой потенциал энергосбережения.Структура энергозатрат в производстве сборного железобетона

Таблица 1

Передел	Всего энергии,%	В том числе:
		электрической	тепловой
Приготовление бетонной смеси	0,38	0,35	0,03
Хранение материалов на складах: - цемента - заполнителей с их подогревом	0,25 2,85	0,25 0,15	— 2,7
Изготовление арматуры, включая склад стали	7,5	7,5	—
Формование изделий, подготовка форм, укладка арматуры, отделка поверхности изделий и приготовление смазки	8,6	7,4	1,2
Тепловлажная обработка	55,2	—	55,2
Внутрицеховой и заводской транспорт	1,95	1,95	—
Ремонтные службы	2,2	1,8	0,4
Отопление и горячая вода	10,15	—	10,15
Освещение и вентиляция	2,45	2,45	—
Прочие работы	8,8	0,45	8,35
		22,0	78,0

Средние энергозатраты на изготовление проволоки и канатов, кг у.т./т

Таблица 2

Вид проволоки и изделий из нее	Класс	Для диаметров, мм
		3	3,5	6	5-8	9	15
Обыкновенная	B-I	1960	1930	—	—	—	—
Высокопрочная гладкая	B-II	2130	—	—	2080	—	—
Высокопрочная периодического профиля	B-II	2150	—	—	2120	—	—
Канаты	K-7	—	—	2150	—	2120	2060

Средние энергозатраты на производство заполнителей

Таблица 3

Заполнитель	Энергозатраты	Заполнитель	Энергозатраты
Песок кварцевый	2,9	керамзит	110,4
Песчано-гравийная смесь	3,7	шунгазит	113,2
Щебень из гравия	4,1	аглопорит	109,5
Щебень из горных пород	4,8	перлит вспученный	44,2
То же, мытый и фракционированный	5,8	шлаковая пемза	2,1

Средние энергозатраты на изготовление цемента

Таблица 4

Вид цемента	Энергозатраты на производство цемента марок
	300	400	500	550	600
Портландцемент: - без минеральных добавок - с минеральными добавками - быстротвердеющий	297 257 283	298 269 286	300 276 285	303 297 —	305 303 —
Шлакопортландцемент: - общего назначения - быстротвердеющий - цемент для растворов	172 221 150	195 231 —	217 232 —	— — —	— — —

Средние энергозатраты на производство арматурных сталей, кг у.т./т

Таблица 5

Вид арматурной стали	Класс	Затраты энергии для сталей диаметром, мм
		8—10	12—14	16—18	20—28
Стержневая	А-1—A-IV	1990	1960	1910	1840
То же, термически упроченная	AT-IV…AT-VI	2080	2020	2005	1985

Энергозатраты на тепловую обработку изделий из спецжелезобетона

Таблица 6

Вид изделий из спецжелезобетона	Способ тепловой обработки	Длительность тепловой обработки, ч	Удельный расход теплоэнергии, МДж/м3	Коэффициент полезного использования энергии
Трубы центрифугированные	пароподогрев стендовый	12—14	1250—1700	0,2—0,3
Виброгидропрессованные трубы	то же	12—8	1650—2000	0,2—0,3
Трубы радиально-прессованные	пароподогрев в туннельных камерах	10—14	1000—1500	0,3—0,35
Напорные трубы со стальным цилиндром	пароподогрев в ямных камерах	18—20	1400—2000	0,25—0,35
Трубы виброформованные	то же	12—14	1700—2000	0,2—0,3
Трубы центробежного проката	пароподогрев в туннельных камерах	12—16	1250—1700	0,3—0,35
Шпалы	пароподогрев в ямных камерах	14—16	1250—1700	0,3—0,4
Сваи	то же	14—18	1600—2000	0,25—0,35
Опоры ЛЭП	индукционный нагрев	5—7	350—420	0,7—0,8
То же	пароподогрев в ямных камерах	12—14	1400—2000	0,25—0,35

Леонид СОКОЛОВСКИЙ, начальник главного управления строительной науки и нормативов Министерства архитектуры и строительства РБ