Модернизация кирпичного производства – важнейший вопрос экологии. // Экология и новые технологии в строительном материаловедении. Международный сборник научных трудов. Новосибирск.2010.
Авторы:
Шлегель И.Ф. - к.т.н., доктор, профессор РАЕН;
Шаевич Г.Я. - доктор, профессор РАЕН;
Мирошников В.Е.
Кирпичное производство является самой крупнотоннажной отраслью и перспективной для использования отходов промышленности. В последние десятилетия во многих странах мира принимаются серьёзные меры по использованию зол, шлаков, отходов гальванических процессов, утилизации «хвостов» обогащения минерального сырья и других производств для изготовления кирпича. В России имеется целый ряд теоретических разработок по утилизации отходов в кирпичной промышленности, однако многие развитые страны значительно опережают нас в этом важнейшем для экологии мероприятии. Так, например, в Китае на уровне правительства принят закон, запрещающий строительство новых кирпичных заводов без использования в качестве сырья вторичных ресурсов.
Сам кирпич – это проверенный вековой историей наиболее экологически чистый материал, ведь при температуре его обжига (около 1000 °С) подлежат деструкции любые органические соединения, разлагается большинство неорганических солей, а их окислы входят в состав комплексных новообразований, прочно связанных с керамической матрицей.
Здесь и далее мы не имеем в виду безобжиговые материалы, которые их производители зачастую называют кирпичом, эксплуатируя веками сложившееся доброе имя и отношение к керамическому кирпичу как к абсолютно безвредному материалу.
Однако, как раз обжиг, придающий керамике её экологичность, является самым дорогостоящим технологическим переделом в производстве, на его долю приходится от 40 до 50 процентов всех затрат в себестоимости продукции.
Нашим институтом ещё 20 лет назад была поставлена задача кардинально снизить затраты на обжиг. Для этого была проанализирована работа тоннельных печей, повсеместно применяемых для обжига, с целью выявления их недостатков. Было отмечено, что:
1. На процесс образования керамического черепка необходимо гораздо меньше теплой энергии, чем расходуется в современных тоннельных и кольцевых печах.
2. Значительные потери тепла связаны:
- с выносом тепла печными вагонетками и их последующим нагревом;
- с нерациональной длиной печей;
- с расслоением теплоносителя по высоте печи;
- с большими «подсосами» воздуха;
- с большими объемами дымоудаления.
3. Для борьбы с расслоением теплоносителя и неравномерностью температур по высоте канала на многих современных печах устанавливают большое количество перемешивающих вентиляторов, что увеличивает потребление электроэнергии до 500кВт.
4. Тоннельные печи занимают значительные площади, которые необходимы также для возврата печных вагонеток и их периодического ремонта, причем эти площади должны быть внутри здания, что удорожает строительство.
5. Необходимость подвагонеточных продувочных каналов и зоны обслуживания под печью увеличивает глубину заложения фундаментов до трех метров, что не везде выполнимо.
6. Значительные капитальные затраты на возведение тоннельной печи увеличивают общие затраты на строительство завода.
При создании альтернативных печей наш выбор остановился на вертикальном способе обжига, широко известном в металлургии и шахтных известьобжигательных печах. Основное преимущество этого способа кроется в эффективном теплообмене между материалом и газовой средой.
Так, воздух, нагреваясь за счет выходящего из печи материала, движется снизу вверх, поступая в среднюю зону обжига уже горячим, а, покидая эту зону, выходит вверх, остывая при контакте с поступающим материалом. Материал поступает холодным в верхнюю часть печи и, продвигаясь вниз в зону обжига, нагревается за счет отходящих газов. При дальнейшем движении материала вниз, он охлаждается поступающим снизу воздухом.
автомат-садчик
автомат-укладчик
снижатель
При создании шахтных печей для обжига кирпича возникло много задач, которые были решены на изобретательском уровне, получены патенты. Первые шахтные печи с ручной загрузкой и полуавтоматической выгрузкой были построены в Подмосковье. Полученные результаты вдохновили нас на дальнейшее совершенствование этих печей. Так, уже на первых печах было зафиксировано поразительно малое потребление топлива: 100 грамм условного топлива на один полнотелый кирпич! В то время как в России существует норматив – 260 грамм на один кирпич, а многие заводы реально расходуют больше.
Нами спроектирована полностью автоматизированная шахтная печь (рис.1), на которой планируется дальнейшее снижение расхода топлива. Новая шахтная печь изготовлена, смонтирована и на ней проводятся пуско-наладочные работы. Эта печь в составе смонтированного мини-завода планируется к запуску весной 2010 года.
На этом полностью автоматизированном заводе для получения кирпича-сырца выбрана технология полусухого прессования. Ряд проблемных единиц оборудования был значительно модернизирован, а для прессования применен вновь разработанный пресс, обеспечивающий удельное давление 400 кг/см2 и позволяющий получать более плотный кирпич-сырец.
В настоящее время линия подготовки сырья и участок прессования запускаются в работу и проводится отработка технологических режимов. Но уже на данном этапе можно сказать, что мы имеем автоматизированный кирпичный завод, позволяющий производить кирпич высокого качества при низкой себестоимости. А его главное преимущество – возможность использования в качестве сырья низкосортных суглинков и возможность высокой степени утилизации таких отходов, как зола, шлак и др. Были получены образцы цветного кирпича с добавкой до 50 % маложелезистого граншлака, образцы с добавкой золы до 75 %, пористый кирпич с добавкой опилок до 20%. Исследовательские работы на технологической линии продолжаются. Таким образом, при переходе кирпичной промышленности на новую технологию удастся снизить потребление топлива в 2-3 раза, уменьшив выбросы в атмосферу в 5-6 раз.
Институтом «Инта-строй» на основе опытного мини-завода разработана технологическая линия ШЛ 300 производительностью 10 млн. штук условного кирпича в год. На основе этой линии возможен выпуск других видов керамической продукции: кирпича различных размеров и цвета, тротуарной плитки, бордюров, плинфы, архитектурных элементов.
Если планируется строительство кирпичного завода большей мощности, необходимо параллельно устанавливать несколько линий, причем номенклатура изделий на них рекомендуется различной. Так, например, в Омске на базе золы ТЭЦ-4 можно построить керамический завод мощностью 500 млн. штук условного кирпича в год (50 технологических линий). Завод такой мощности можно строить поэтапно, ведь каждая технологическая линия представляет полностью замкнутый цикл. Это позволит не только полностью утилизировать золу ТЭЦ-4 (1,4 млн. тонн), но и выпускать кроме кирпича 25-30 других видов продукции, которые в настоящее время производятся на основе привозного цемента (тротуарная плитка, бордюры, перемычки и т.д.).
Производство кирпича различной формы и цвета даст в руки архитекторов уникальный инструмент для преображения фасадов зданий, будет способствовать созданию необыкновенной архитектуры города и поселков области.
Аннотация:
Дана информация о новом технологическом оборудовании и шахтных печах обжига, которые позволяют в кирпичном производстве утилизировать до 75% золы, сократить потребление топлива в 2-3 раза и снизить выбросы в 5-6 раз, получая при этом полнотелый кирпич высокого качества.
