К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА ДЛЯ СУШКИ СТРОИТЕЛЬНОГО КИРПИЧА Б.А.Базаров, О.Н.Леликова, О.Н.Онищенко

К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА ДЛЯ
СУШКИ СТРОИТЕЛЬНОГО КИРПИЧА
Б.А.Базаров, О.Н.Леликова, О.Н.Онищенко
Карагандинский государственный индустриальный университет,
Республика Казахстан, г. Темиртау
Статья посвящена вопросам использования генераторного газа для
сушки строительного кирпича, как альтернативный источник
газообразного топлива в условиях Центрального Казахстана
Основным вопросом, который возникает при строительстве дома,
является вопрос выбора материалов. Каждому хочется, чтобы дом был
надежный и крепкий, и прослужил не одно десятилетие.
Для того чтобы построить хороший дом, многие предпочитают
использовать кирпич. Достоинства этого строительного материала перед
другими очевидны. Кирпич имеет натуральное происхождение, ведь
прародителем его является глина. Из кирпича можно строить конструкции
практически любого размера, формы и конфигурации, поскольку он
небольшой и удобный по размеру. Кирпич является экологически чистым
материалом, он обладает высокой прочностью и долговечностью. Кирпич
универсален, поскольку подходит как для кладки фундамента здания, так и
для возведения стен, заборов, печей и каминов.
В зависимости от функционального назначения конструкций может
применяться кирпич строительный полнотелый или кирпич строительный
пустотелый. Основное различие этих материалов состоит в прочности и
теплоизоляционных свойствах.
Таким образом, кирпич является универсальным строительным
материалом.
На сегодняшний день существуют две основные технологии
производства этого стройматериала. Первая основана на обжиге глины.
Обжиг имеет решающее значение для придания готовому изделию
специальных «керамических» свойств — прочности, плотности,
водоустойчивости и др. Весь процесс обжига разделяется на три периода:
нагрев до максимальной температуры, выдержка при этой температуре и
охлаждение. При нагреве и последующем после обжига охлаждении в
керамическом материале происходит комплекс физико-химических
изменений, которые в основном и предопределяют те или иные свойства
готового керамического изделия.
В настоящее время наиболее совершенными агрегатами в
керамической промышленности, для производства кирпича, являются
туннельные печи. По сравнению с другими печами они обеспечивают
поточность и непрерывность процесса обжига, небольшой удельный
расход топлива, высокую производительность, более высокое качество
продукции, более короткий срок обжига и т. д. Наиболее важным
преимуществом туннельных печей является широкая возможность
механизации и автоматизации трудоемких ручных процессов и облегчение
условий труда.
При обжиге керамических изделий в туннельных печах большое
значение имеют конструкция и характер садки, которые определяются
сечением обжигового канала, габаритом печной вагонетки, видом
применяемого топлива, формой и пустотностью обжигаемых изделий,
качеством сырья, температурным (900-10000С) и аэродинамическим
режимами обжига.
Основным условием правильной работы туннельной печи является
поддержание постоянство температуры в каждом отделении. Горелки
располагаются по обеим сторонам обжига. Пламя направляется на
обжигаемый полнотелый кирпич. Газообразное топливо наиболее
пригодно и соответствует требованиям обеспечения постоянства
температуры в зоне обжига.
Газообразное топливо имеет значительные преимущества по
сравнению с твердым топливом:
1) легко и полностью смешивается с воздухом, при его сжигании
требуется лишь очень небольшой избыток воздуха для полного сгорания;
это позволяет довести до минимума потерю тепла с уходящими в дымовую
трубу продуктами горения;
2) газообразное топливо можно предварительно нагревать
(например, в регенераторах) и таким путем получать весьма высокую
температуру пламени;
3) устройство топок значительно проще, так как при сгорании не
образуется зола или шлак;
4) отсутствие дыма и образование лишь небольших количеств S02
(так как обычно производится очистка газа от H2S и других соединений
серы) при сгорании газа улучшает санитарно-гигиенические условия в
окружающей местности;
5) газообразное топливо можно передавать на большие расстояния,
пользуясь самым дешевым видом транспорта—по трубопроводам;
6) газ легко загорается.
По этим причинам газообразное топливо находит себе все более
широкое применение в промышленности.
По мнению некоторых футурологов, в ближайшие десятилетия
истощение запасов нефти и газа приведет к снижению их применения в
качестве топлива. Относительно запасов угля такой обеспокоенности нет:
по современным оценкам его доступные ресурсы превышают 10000 Гт.
Однако объемы использования угля постоянно растут, что создает
проблему совместимости существующих технологий сжигания и
окружающей среды.
В Казахстане сосредоточено 3,3% от мировых промышленных
запасов угля. По объемам добычи угля Казахстан занимает восьмое место
в мире и третье место после России и Украины среди стран СНГ.
Всего в Казахстане выявлено более 100 угольных месторождений с
геологическими запасами 176,7 млрд.т., однако наиболее изученными
являются около 40 месторождений, с оценкой промышленных запасов на
них 34,1 млрд. т.
Балансовые запасы углей Казахстана по состоянию на начало 1993 г.
оценивались в 38,63 млрд.т, что составляет 22% от геологических запасов.
В таблице 1 отражена структура размещения запасов угля по
территории Казахстана.
Таблица 1-Структура размещения запасов углей по территории Казахстана
Наименование
Геологические запасы
Балансовые запасы
Восточный Казахстан 4,5
3,04
Западный Казахстан
2,9
1,79
Северный Казахстан
81,8
18,52
Центральный
54,5
14,8
Казахстан
Южный Казахстан
33,0
0,48
Всего по республике
176,7
38,63
В Северном и Центральном Казахстане находятся такие крупные
угольные бассейны, как Карагандинский (9,3 млрд.т), Тургайский (5,8
млрд.т), и Экибастузский (12,5 млрд.т).
Все угли Казахстана можно разделить на две категории: каменные и
бурые.
К каменным относятся угли с высшей теплотой сгорания влажной
беззольной массы более 24000 кДж/кг (5700 ккал/кг) и с выходом летучих
веществ более 9%. К бурым относятся угли с высшей теплотой сгорания
влажной беззольной массы менее 24000 кДж/кг (5700 ккал/кг) и с
содержанием рабочей влаги 30-40%.
Центральный Казахстан, обладая таким запасом угля, способен
переработать его для получения газообразного топлива, путем
газификации.
В настоящее время во всем мире планируется к разработке и
реализуется более 63 проектов по газификации угля.
Из 63 проектов 55 рассчитаны на производство электроэнергии
общей мощностью > 16000 МВт. Остальные восемь предназначены для
химического и других видов производства производительностью
эквивалентной получению 4200 баррелей в сутки. В настоящее время
эксплуатируются 100 газогенераторов типа Лурги на трех заводах в ЮАР,
в разных странах действуют более 50 газогенераторов Копперс – Тотцек,
работают газогенераторы Винклера. Перечень и характеристика основных
процессов газификации приведены в таблице 2.
Таблица 2-Характеристики основных процессов
Газогенераторы
Характеристика
КоперЛурги
Винклер
Тотцек
Состояние
промышленные процессы
Тип угля
неспекающийся
все
Крупность
6-40
1-8
< 0,1
угля, мм
Направление
противопсевдопрямоматериальных
точное,
ожиженный
точное
потоков
слоевое
Давление, МПа
2-3
0,1
0,1
Состав сырого
газа, %
Н2
36-40
35-45
22-32
СО
18-25
30-50
55-66
СО2
27-32
13-25
7-12
СН4
9-12
0,5-2
0,1
Побочные
смола, мазут,
углеродная
нет
продукты
газовый
пыль,
бензин,
высшие углеаммиак
водороды
Степень
конверсии
99
90
90-96
угля,%
Тексако
каменные
< 0,09
прямоточное
1,8-3,5
35
52
12
0,1
нет
90-95
Газификация твердого топлива – один из перспективных путей замещения в промышленности природного жидкого и газообразного топлива
синтетическим. Газификация, кроме того, открывает дополнительные
возможности широкого и более эффективного использования
низкосортных топлив – сернистых, высокозольных, засоленных углей,
бедных сланцев, отходов углеобогащения. В связи с превалирующей долей
в ресурсах органического сырья твердых топлив и ужесточающийся
экологические требования интерес к газификации быстро возрастает.
Классификация методов газификации осуществляется преимущественно на базе двух наиболее существенных технологических параметров
– скорости газового потока и температуры в реакторе-газификаторе. По
первому параметру (скорость витания частиц твердой фазы) методы
газификации делятся на слоевые – в стационарном и кипящем слоях, и
поточные – в состоянии пневмотранспорта. По второму параметру
(температура t1 плавления минеральной компоненты топлива) процессы
можно отнести к низко - и высокотемпературным.
Газогенератор позволяет газифицировать твёрдое топливо, что
делает его использование более удобным и эффективным, будь то
отопительный котёл, двигатель внутреннего сгорания, газовая турбина,
химическая промышленность или любая другая.
В газогенераторе протекает несколько основных химических
реакций. При горении с обедненным количеством кислорода (пиролиз)
протекают реакции окисления угля и углеводородов:
с выделением тепловой энергии
После чего реакции восстановления:
с потреблением тепловой энергии
Активная часть газогенератора состоит из трёх перетекающих
участков: термического разложения топлива, окисления, восстановления.
Кроме устройств с внешним подводом тепла, где зоны окисления нет.
Калорийность генераторного газа зависит от состава газа обдува:
Воздух
3,8 — 4,5 МДж/м3
Воздух + водяной пар 5 — 6,7 МДж/м3
Кислород + водяной пар 5 — 8,8 МДж/м3
Водяной пар
10 — 13,4 МДж/м3
Вывод.
Мировой опыт использования энергоресурсов и расчеты
исследователей показывают, что при современном уровне потребления
первичных энергетических ресурсов запасы нефти хватит на 40 лет, газа –
56 лет и угля на 197 лет, а так как сушка это неотъемлемая часть
технологии получения строительного кирпича необходимо переходить на
использование альтернативных источников энергии. Одним, из которого
является генераторный газ.
Список литературы
1. Шиллинг Г-Д, Бонн Б., Краус У. «Газификация угля»,М., Недра, 1986 г.
2. Печуро Н.С., Капкин В.Д., Песин О.Ю. «Химия и технология
синтетического жидкого топлива и газа», М., Химия, 1986 г.
3. Лавров Н.В. «Физико-химические основы горения и газификации
топлива», М., 1957г.