Оценка эффективности энергоиспользования при тепловлажностной обработке бетона (стр. 1 )

УДК 666.97.035.5

, аспирант, , канд. техн. наук, доцент, , аспирант

Липецкий государственный технический университет

О ЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПРИ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ БЕТОНА

Энергетическая эффективность работы пропарочных камер зависит от многих внешних и внутренних факторов. Тепловую эффективность производства сборного бетона можно существенно повысить, снизив тепловые потери, связанные с неудовлетворительным состоянием пропарочных камер, тепловых сетей, запорной арматуры и средств контроля расхода пара, а также применяя беспаровые способы тепловой обработки.

В данной статье рассмотрим основные энергозатраты при тепловлажностной обработке бетона в традиционной пропарочной камере и камере тепловой обработки продуктами сгорания природного газа.

Оценка энергетической эффективности может быть найдена при сравнении тепловых балансов вышеназванных тепловых камер.

Для расчета тепловых балансов традиционной пропарочной камеры и камеры тепловой обработки бетона продуктами сгорания природного газа принимаются одинаковые значения размеров камеры, теплоты, идущей на нагрев бетона, форм, ограждений и арматуры, потери тепла в окружающую среду через стенки камеры, неплотности, режима тепловлажностной обработки бетона и т. д.

Основная энергетическая схема технологического процесса тепловлажностной обработки бетона в традиционных пропарочных камерах состоит из:

- водоподготовки;

- производства пара в паровых котлах;

- транспортировки пара;

- пропаривания бетона в камерах тепловлажностной обработки.

Подготовка воды для получения пара в паровых котлах является весьма ответственной задачей, так как от качества ее в большей степени зависит надежность и экономичность эксплуатации оборудования. Одним из основных факторов, способствующих повышению эффективности процессов очистки, является подогрев воды до 40ºС.

Основным оборудованием, вырабатывающим тепловую энергию являются паровые и водогрейные котлы со своими стандартными потерями и коэффициентами полезного действия.

После выработки пара в котле, его транспортируют по паропроводу к пропарочным камерам. Основным показателем потерь тепла при транспортировке пара является расстояние от места выработки до камеры тепловлажностной обработки бетона при условии надлежащей изоляции и способа прокладки трубопровода.

Тепловая обработка бетонных изделий в пропарочных камерах производится до достижения ими требуемой отпускной прочности, т. е. заданной проектной марки бетона.

Из теплового баланса технологического процесса тепловлажностной обработки бетона в традиционной пропарочной камере следует, что только четверть всех статей расхода при технологическом процессе тепловлажностной обработки бетона паром идет на пропаривание (25,9%). Основной статьей расхода является нагрев сырой воды до 40˚С при водоподготовке (31,3%), а также потери в котле при производстве пара (5,8%) и транспортировка теплоносителя от котельной до пропарочной камеры (0,9%). В сумме эти три статьи расхода составят 38,0%, что является большей частью расхода от всего технологического процесса тепловлажностной обработки бетона. Остальные статьи расхода происходят непосредственно в пропарочной камере за счет потерь в окружающую среду, сброса грязного конденсата и расхода тепла на нагрев технических частей. В сумме эти статьи расхода составят 36,1%.

Суммарные статьи расхода при тепловлажностной обработке бетона представлены на рисунке 1.

Для беспарового способа обработки бетона продуктами сгорания природного газа рассмотрим тепловую камеру. Для поддержания необходимого влажностного режима используется «водяная ванна», обогреваемая снизу продуктами сгорания природного газа. Все технологические процессы тепловлажностной обработки бетона происходят в одной камере.

Из данных теплового баланса камеры тепловой обработки продуктами сгорания природного газа следует, что основная статья полезного расхода тепловой энергии, как и следовало бы ожидать, идет на тепловую обработку бетона (45,5 %). Однако большая часть статей расхода связана в первую очередь с потерями тепла через ограждающие поверхности камеры тепловой обработки (15,0%), и с уходящими газами с температурой продуктов сгорания 85˚С (2,4 %). Для поддержания высокой влажности в тепловой камере (90…100% во время изотермического прогрева) тепловая энергия расходуется на нагрев воды до 85˚С в «водяной ванне» (1,9%) и ее испарения (16,2%). Остальные статьи расхода тепловой энергии остаются постоянными и связаны с особенностями тепловой камеры – идут на нагрев ограждающих конструкций (7,7%), арматуры, закладных частей (2,6%) и форм (8,7%).

Рис.1. Суммарные статьи расхода каждой из технологических установок при тепловлажностной обработке бетона.

Статьи расхода в камере тепловой обработки бетона продуктами сгорания природного газа представлены на рисунке 2.

Согласно расчету теплового баланса технологического процесса тепловлажностной обработки бетона в традиционной пропарочной камере получили, что на 1 м3 бетона расходуется 0,55*106 кДж тепловой энергии, а в камере тепловой обработки бетона продуктами сгорания природного газа – 0,31*106 кДж тепловой энергии.

В результате сравнения двух тепловых балансов тепловлажностной обработки бетона получаем, что в камере тепловой обработки бетона продуктами сгорания природного газа экономия составляет 0,24*106 кДж с каждого кубического метра бетона, что представляет собой 44% от общего технологического процесса обработки бетона в традиционных пропарочных камерах.

Рис.2. Статьи расхода технологического процесса в камере тепловой обработки бетона продуктами сгорания природного газа.

Для сравнения прочностных характеристик бетона, полученных в экспериментальной камере, проводились серии экспериментов. В результате проведения опытов по производству бетона в экспериментальной камере тепловой обработки продуктами сгорания природного газа при 5-часовом цикле тепловлажностной обработки бетона получили, что прочностные свойства бетона улучшились на 10%, по сравнению с традиционной пропарочной камерой.

На основании вышеизложенного следует, что переход на беспаровые способы тепловой обработки бетона экономически выгоден и энергетически эффективен.

СПИСОК литературЫ

1. , Комар бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1984. – 672 с., ил.

2. , Журба установки в производстве строительных материалов и изделий: Учебное пособие для строительных вузов по спец. «Производство строительных изделий и конструкций». – М.: Высш. шк., 1991. – 160 с., ил.

3. Пособие по тепловой обработке железобетонных изделий продуктами сгорания природного газа (к СНиП 3.09.01-85) / НИИЖБ Госстроя СССР. – М.: Прейскурантиздат, 1988. – 32 с.

4.  , Черкасов твердения бетона в газовой среде с пониженной и низкой влажностью // Вопросы эффективности производства сборного железобетона: Сб. докл. обл. конф. по бетону и железобетону. – Воронеж. – 1988. – с.35-40.

УДК 691.3

канд. техн. наук, с. н. с.

Белгородский государственный технологический университет им.

НОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ
В ЯДЕРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ

Составной частью любой ядерной установки является биологическая защита [1]. Основное назначение биологической защиты реактора – замедление быстрых нейтронов и поглощение всех видов ионизирующего излучения как реактора, его технологическом оборудовании, так и в самой защите для обеспечения безопасных условий работы обслуживающего персонала. Сверхтяжёлый радиационнозащитный бетон используют как в монолитных, так и сборных элементах [2].

Ослабление потоков γ-квантов и нейтронов происходит в результате взаимодействий с электронами атомов или ядрами материала защиты. Поглощающая способность излучений различного вида и энергий у различных материалов различна, следовательно, создание высокоэффективной биологической защиты возможно только при комплексном применении соответствующих высокоэффективных поглотителей ионизирующих излучений.

Ослабление потоков нейтронов происходит в результате замедления быстрых нейтронов и поглощения замедлившихся и медленных нейтронов.

Для увеличения вероятности захвата тепловых нейтронов без выхода жёсткого γ-излучения желательно в бетон ввести бор или литий. Однако большинство доступных соединений бора растворимы в воде, и введение их в бетон вызывает отрицательные эффекты: замедляется твердение, снижается прочность.

Введение в состав бетонов карбида бора в количестве 1...5 масс. % не вызывает нежелательных последствий. Однако карбид бора, как и литий, – дорогостоящие материалы, поэтому использование их в бетоне ограничено. При монтаже толстых монолитных защит необязательно вводить бор в бетон.

Наиболее эффективным замедлителем тепловых нейтронов является водород, так как уменьшение энергии нейтронов в результате одного столкновения обратно пропорционально массе сталкивающихся частиц. Вследствие равенства масс нейтрона и ядра водорода (протона) в одном акте рассеяния энергии нейтрона на водороде в среднем теряется половина энергии нейтрона.

Процесс захвата тепловых и надтепловых нейтронов ядрами практически всех элементов сопровождается γ-излучением. Желательно не применять в защите элементов, испускающих γ-кванты высоких энергий и в большом количестве на один захват. Захватившее нейтрон ядро становится радиоактивным, поэтому желательно не применять элементы, образующие при захвате нейтронов долгоживущие изотопы, что сильно затрудняет ремонтные работы, связанные с демонтажом защиты. Все эти требования трудно реализуемы, поэтому целесообразно вводить в защиту элементы с высоким сечением захвата тепловых и надтепловых нейтронов, захват нейтронов которыми не сопровождается испусканием γ-излучения.

В качестве дешёвого тяжёлого элемента в защите обычно применяют железо, которое обладает высокими защитными свойствами по отношению и к γ-излу-чению, и к быстрым нейтронам, потому что имеет большое сечение неупругого рассеяния быстрых нейтронов. Но захват железом тепловых или надтепловых нейтронов сопровождается вторичным жёстким γ-излучением. Присутствие бора в защите в значительной степени снижает выход этого захватного γ-излучения.