И. Г. Абрамсон, д.т.н.
Реферат В связи с ужесточением экологических нормативов обращено внимание на разработанные ранее основы радиационно термической технологии. Дается описание демонстрационной линии производства цемента по данному способу, проект которой был выполнен в 1990 г , и обосновывается необходимость изыскания средств для реализации этого проекта
Summary Due to the introduction of stricter ecology standards the previously accepted foundations of radiation thermal technology have come under scrutiny. The article describes a demonstration cement production line which was designed to be ecology friendly in 1990. It also substantiates the necessity of finding ways and means to finance this project.
Ключевые слова: цементный клинкер, ускоритель электронов, радиационно-термическая технология.
Основные противоречия развития материальной цивилизации, носящие глобальный характер, проистекают из дефицита или дороговизны энергетических ресурсов и из жестких требований сохранения и оздоровления природной среды обитания. Острые экологические проблемы, вставшие перед человечеством, обусловили созыв осенью 1992 г известной конференции ООН на высшем уровне в Рио-де-Жанейро. Из ее решений следует, что большинство нынешних технологий как экологически грязных должны в самые короткие сроки уступить место принципиально по-новому организованным производственным процессам.
К числу индустриальных отраслей, для которых весьма трудным окажется следование жестким экологическим нормативам, вводимым повсеместно уже через 5-6 лет, без сомнения можно отнести цементную промышленность. Даже новейшие японские и германские технологические линии с многоступенчатыми запечными теплообменниками и декарбонизаторами, при всех их технико-экономических достоинствах, продолжают оставаться мощными потребителями дорогостоящего углеводородного топлива генераторами вредных выбросов топливных газов в атмосферу, солидными “вкладчиками” в образование так называемого парникового эффекта. Очевидно, что эффективность вращающихся печей достигла или почти достигла предела и вряд ли может быть в обозримой перспективе существенно повышена. В то же время, снижение тепловых пылевых и газовых выбросов печей даже до современных экологических нормативов не говоря уже о тех что грядут через несколько лет, требует столь высоких затрат, что теряется рентабельность производства.
Между тем, научно-технической общественности известна радиационно-термическая технология, базирующаяся на иных принципах. Основы этой технологии, перспективной для XXI века, разработаны “Гипроцементом” в содружестве с НИИ электрофизической аппаратуры (С-Петербург) и Институтом ядерной физики Сибирского отделения РАН (Новосибирск). Наиболее подробно РТ-способ производства цементного клинкера освещен в [1, 2].
Здесь хотелось бы напомнить о некоторых результатах, полученных к моменту вынужденной приостановки в 1991 г. работ по РТ-технологии.
На экспериментальной установке в Новосибирске с ускорителем электронов ЭЛВ-6 (предельная мощность 100 кВт) испытаны различные конструктивные решения радиационно-термическою аппарата (РТА). Оптимальным признан РТА шахтного типа, питание которого порошкообразным или гранулированным сырьевым материалом осуществляется соосно с концентрированным электронным пучком. РТА шахтного типа позволяет использовать частичное отражение пучка от стенок для выравнивания распределения потока электронов по облучаемой поверхности и -- при расположении питателя над нею -- использовать для предварительного нагрева сырья энергию рассеянных электронов, теплоизлучение с поверхности, а также частично теплосодержание СО
2. Коэффициент использования пучка в РТА шахтного типа может быть доведен до 75-80%, создаваемая в замкнутом пространстве между облучаемым материалом и выпускным устройством ускорителя атмосфера углекислого газа предотвращает образование электронным пучком озона и окислов азота.Приобретенный на экспериментальной установке опыт использован при проектировании демонстрационной технологической линии производительностью до 0,5 т/ч, схема которой показана на рисунке. Из бункера 1 сырьевая смесь после весового дозатора 2 пневмонасосом 3 по системе пневмотранспорта 4 подается в трехступенчатый двухветвевoй теплообменник 5. В нем отходящими газами из РТА, дробилки и холодильника сырье нагревается до температуры примерно 400 °С. В результате обработки пучком электронов, генерируемым ускорителем “Факел” 6 и формируемым на выходе из ускорителя разверткой 7, сырье поступающее в РТА 8 по течкам через дозирующее устройство превращается в клинкерный блок. После выхода из РТА он измельчается в двухкамерной дробилке 9 и поступает в пересыпной холодильник 10, где охлаждается сжатым воздухом, а затем винтовым конвейером 11 и элеватором 12 транспортируется в бункер готового продукта 13. Управление работой ускорителя, РТА и технологического оборудования автоматизировано и снабжено телевизионным контролем.
Ускоритель “Факел” мощностью 500 кВт разработан и смонтирован Институтом ядерной физики. РТА для демонстрационной линии спроектирован ВНИИ технической физики и автоматизации по техническим предложениям “Гипроцемента”. “ВНИИцемма-шем” разработаны и изготовлены основные нестандартные элементы технологического оборудования линии: циклонный теплообменник, холодильник, дробилка, узлы систем пневмотранспорта и аспирации. Физический пуск демонстрационной линии намечался на конец 1991 г. Однако все работы были остановлены с января 1991 г. из-за прекращения финансирования.
Тогда для завершения работ по вводу демонстрационной линии в эксплуатацию требовалось 1,7 млн. руб. Сегодня, с учетом инфляции, нужны ассигнования, эквивалентные 2-2,5 млн долларов США.
На первый взгляд, это много. Но, введенная в эксплуатацию, пилотная демонстрационная линия явится базой для совершенно новой технологии, многократно подчеркивавшиеся преимущества которой очевидны: устранение потребности в углеродном топливе, резкое уменьшение пылеобразования и вредных газовых выбросов в атмосферу (топливных
газов нет, отходящие газы состоят из воздуха и извлеченного из сырья CO2, который, кстати, ввиду сравнительно высокой концентрации может представлять специальный интерес как побочный полезный продукт), существенное уменьшение металлоемкости, габаритов оборудования, производственных площадей.Расчеты показывают, что при 75-80%-й степени утилизации теплосодержания клинкера и СО
2, что вполне достижимо, удельный расход энергии при РТ-способе (напомним еще раз, что вся расходуемая энергия — электрическая) составит 900 кВт-ч/т клинкера, или 3240 кДж/кг. Если сравнивать с печным агрегатом сухого способа, у которого удельный расход топлива 125 кг ут/т клинкера, или 3666 кДж/кг, и удельный расход электроэнергии 40 кВт-ч/т клинкера, или 144 кДж/кг, то РТ-технология обеспечивает физическую экономию 570 кДж/кг клинкера.Могут возразить, что для валового национального продукта этой экономии не будет, т.к. затраты топлива переносятся на тепловые электростанции. Действительно, эффективность РТ-технологии, безусловная с точки зрения экономии затрат на удовлетворение экологических нормативов, будет столь же безусловной в народнохозяйственном смысле и в отношении экономии топливно-энергетических ресурсов только тогда, когда доля ТЭС в национальном электроэнергобалансе окажется
меньше 50% (если принять коэффициент полезного действия ТЭС равным 40%).В России доля ТЭС пока выше мировой, превышая 80%. Однако общепланетарная тенденция следует прогнозам различных авторов (см, например, (3)), согласно которым к середине XXI века уже менее 20% мировой электроэнергии будет производиться на топливных станциях, при этом на значительной части территорий роль последних будет сведена к нулю. Электроэнергию будут вырабатывать атомные, термоядерные, гидравлические станции, а также станции, использующие другие альтернативные углеводородам восполняемые энергоносители. Таким образом, радиационная технология, исключающая применение органического топлива, адекватна складывающейся ситуации, когда углеводородное сырье вытесняется из производства электроэнергии.
В авангарде этой тенденции идет Франция, где более 75% электроэнергии обеспечивают АЭС. Менее половины национальной электроэнергии вырабатывают ТЭС также в Японии, Бельгии, Швеции, приближаются к этим покупателям и другие страны. Следовательно, освоение РТ-технологии на пилотной демонстрационной линии, с высокой долей вероятности, может заинтересовать эти страны в приобретении патентов и “ноу-хау” на РТ-технологию, что эффективно окупит необходимые вложения (РТ-способ запатентован “Гипроцементом”
в Англии, Германии, США, Франции, Швеции и Японии). Саму же демонстрационную линию следует ориентировать на производство клинкера для дорогостоящих белого, высокоогнеупорного и других спеццементов, определенные количества которых также были наработаны на экспериментальной установке.Обращаюсь к руководителям успешно работающих в российской цементной промышленности крупных фирм В. Платонову, С. Харифу, А. Брыжику, В. Островлянчику с призывом внести определенный вклад в сооружение первой пилотной линии, призванной продемонстрировать промышленную реализацию рожденной в нашем Отечестве принципиально новой технологии. Думаю, что могло бы присоединиться к возрождению работ по РТ-технологии и АО “Концерн Цемент” с входящими в него заводами. Вспомним, что концерн —
преемник “Главцемента” союзного Минстройматериалов, финансировавшего до 1991 г. разработку РТ-технологии. Недавно в “Цементе” опубликована статья вице-президента концерна В. Рубана с сотрудниками о необходимости инвестиций в цементную промышленность [4]. В ней подняты действительно актуальные вопросы. Инвестиции нужны в реконструкцию существующих и завершение строительства новых заводов. Но не менее важно думать о будущем и иметь задел новых, экологически чистых технологий, к которым относится и РТ-технология. Есть все основания обратиться за финансовой поддержкой и в государственные структуры: Минстрой, Минприроды, Миннауки, Инновационный фонд при Правительство РФ.При наличии перечисленных авторитетных российских инвесторов или хотя бы части из них можно надеяться и на привлечение зарубежных инвестиций. Первоначально имелось в виду, что демонстрационная линия будет сооружена в том же корпусе, что был построен для экспериментальной установки, на территории ИЯФ СО РАН. Главное преимущество такого расположения состоит в том, что рядом находятся разработчики основного узла линии, ее энергетического сердца — мощного ускорителя электронов. Однако, возможно, более разумным будет другое решение — соорудить демонстрационную линию на территории действующего цементного предприятия. В качестве такого более всего подходит Подгоренский цементный завод. В его пользу выступают следующие факторы: мергельное сырье, наиболее эффективно перерабатываемое РТ-способом; шахтные печи, конструктивно близкие шахтному РТ-аппарату; энергетическое обеспечение региона, базирующееся на Нововоронежской АЭС. Кроме того, дальнейшее после освоения демонстрационной линии увеличение мощности производства по РТ-технологии на данном объекте потребует меньших капвложений, чем при другом решении.
Эти и другие технические и организационные вопросы развития РТ-технологии целесообразно обсудить на совещании ответственных представителей организаций-инвесторов и разработчиков, которые следовало бы провести в Новосибирске.
Литература
1. И. Г. Абрамсон. А. Ф. Вайсман, Р. М. Капралова, Ю. В. Никифоров. Разработка радиационной технологии цемента и других энергоемких продуктов. Цемент, №5, 1992 г.
2. И. Г. Абрамсон, А. Ф. Вайсман, Р. М. Капралова, Ю. В. Никифоров. Основы радиационно-термической технологии цемента и других энергоемких производств. М., ВНИИЭСМ, 1992, с.50.
3. В. А. Легасов, Л. П. Феоктистов, И. И. Кузьмин. Ядерная энергетика и международная безопасность. “Природа”, №6, 1985 г.
4. В. Л. Рубан, В. М. Ражев, Л. Е. Кабанова. Цементная промышленность нуждается в инвестициях. Цемент, №2, 1995 г.
Из журнала “Цемент”, 1996, №1
P.S. "Компания открытых систем" приглашает всех заинтересованных лиц (инженеров, научных работников и др.) дать свои комментарии по поводу данной статьи и прислать их наш email:
Sirine@mail.ru. Наиболее интересные статьи, высказывания обязательно будут опубликованы на нашем сайте.
.
Только подписка гарантирует Вам оперативное получение информации о новинках данного раздела
Нужное: Услуги нянь Коллекционные куклы Уборка, мытье окон
