В настоящее время 5 предприятий Минстройархитектуры производят 359,8 млн шт. условного кирпича в год и потребляют около 76 тыс. т технологического топлива. В соответствии с Указом Президента Республики Беларусь от 25 августа 2005 г. № 399 предусматривается сокращение потребления природного газа за счет увеличения доли местных топливноэнергетических ресурсов: древесного топлива, торфа и т.п.
Дрова, лесосечные отходы и отходы деревообработки являются основным источником местных возобновляемых топливных ресурсов, которыми обладают все области страны. Их ежегодный текущий прирост составляет 32,37 млн м3, однако объем промышленного использования не превышает 85 %. По данным Минлесхоза, к концу 2012 г. можно довести объем заготовок древесного топлива до 11 млн м3 (3,1 млн т у.т.).
Повышение требований к теплозащите наружных ограждающих конструкций с целью экономии тепла на отопление обусловливает расширенное производство и применение в строительстве различных теплоизоляционных материалов. Для стен гражданских зданий предпочтительны экологически чистые материалы с неизменными теплотехническими свойствами в процессе длительной эксплуатации.
Среди современных теплоизоляционных материалов наибольшей стабильностью теплотехнических свойств во времени и долговечностью отличаются стеновые поризованные керамические блоки. Они обладают высокими теплозащитными (l=0,18–0,26 Вт/м·К), огнезащитными и звукоизоляционными (индекс изоляции воздушного шума при толщине материала 100 мм составляет R = 43 дБ) свойствами, химической стойкостью, низкой сорбционной влажностью (0,2–0,4 %). Во время укладки в строительную конструкцию и в процессе эксплуатации блоки не изменяют свойств и геометрических размеров. По показателю комфортности они уступают только дереву.
В соответствии с Программой развития производства поризованных керамических блоков на предприятиях Республики Беларусь, утвержденной министром архитектуры и строительства 01.12.2006 г., предусмотрена организация их производства в ОАО “Радошковичский керамический завод”, а также ОАО “Минский ЗСМ”, ОАО “Керамика” (г. Витебск), Обольском керамическом заводе.
Развитие и расширение выпуска поризованных керамических стеновых материалов на действующих кирпичных заводах – важный резерв экономии топливных и сырьевых ресурсов. Оценка техникоэкономических показателей изготовления отечественными предприятиями высокопустотных поризованных керамических стеновых изделий по сравнению с выпуском традиционных керамических материалов показала следующие преимущества: снижение расхода топлива на 10 % и более, снижение расхода сырья на 20–30 %, сокращение трудовых затрат на 15 %, уменьшение себестоимости продукции на 10–20 % [1]. Затраты ТЭР для производства керамических пустотелых поризованных камней по сравнению с распространенными газосиликатными блоками приведены в табл. 1.
Как видно, снижение ТЭР на 1 м3 керамических поризованных камней по сравнению с газосиликатными блоками может достигать 27 кг у.т. и более.
Таким образом, решить проблему экономии топливноэнергетических ресурсов, а также повышения уровня теплоизоляции и поддержания оптимального влажностного режима наружных стен кирпичных зданий возможно с помощью нового поколения эффективных мелкопустотных поризованных керамических стеновых материалов – крупноформатных керамических блоков с пониженной плотностью за счет создания пустот рациональных размеров и форм и повышенной пористости керамического черепка за счет введения выгорающих добавок. Ими могут быть отходы производств: древесные опилки, бумага, полистирол, лесосечные отходы, лигнин, накопленный в отвалах Речицкого и Бобруйского гидролизных заводов, отходы сельскохозяйственного производства (солома, шелуха и т.п.).
Большое значение при введении выгорающих добавок в шихту имеет их гранулометрический состав. Выбор выгорающего материала в качестве порообразователя для керамических стеновых блоков базируется на требованиях низкой стоимости, возможности гранулирования с образованием гранул размером 1,0–2,5 мм, обладающих достаточной прочностью во влажной среде, невысокой зольностью.
Для эффективного использования горючих отходов в производстве поризованных керамических материалов необходимо оборудование по соответствующей подготовке порообразователей.
Практика применения в ОАО “Радошковичский керамический завод” опилок в качестве порообразующих добавок показала, что при их кондиционировании образуется около 20 % щепы, дробление которой до получения оптимального гранулометрического состава (менее 3 мм) позволило бы использовать в производстве и эти отходы.
С целью определения оптимальной конструкции измельчителя для кондиционирования опилок и дробления крупных фракций (щепы, стружки) использовалась опытная лабораторная установка, оснащенная системой многоступенчатой ударной резки со стальными ножами на подвижных шарнирах, закрепленных на вертикальном вращающемся валу. Мощность приводного электродвигателя установки 11,0 кВт при 2910 об/мин., измельченный материал отбирается из верхней части корпуса вентилятором.
Лабораторные испытания установки по измельчению древесных отходов – стружки с относительной влажностью 12,3 % и щепы с влажностью 18,4 и 54,5 % – показали эффективность многоступенчатой ударной резки со стальными ножами на подвижных шарнирах, закрепленных на вертикальном вращающемся валу. Зависимость гранулометрического состава древесной стружки от времени измельчения приведена на рис. 1.
На опытной лабораторной установке измельчали также отходы полистирола в виде кусков крупностью до 250 мм, полученные результаты иллюстрирует рис. 2. Испытания показали, что для этой цели целесообразнее использовать установку роторного типа, изготовление которой осуществляет СП “ЭкосфераМ” (г. Могилев).
При применении горючих отходов в производстве керамических поризованных материалов уменьшается расход природного газа на обжиг. Поэтому важно провести сравнительный анализ энергоэффективности различных видов отходов. Теплотворная способность местных горючих материалов в зависимости от влажности приведена на рис. 3.
Анализ топливных характеристик местных горючих материалов показывает, что лигнин обладает высокой гигроскопической влажностью и водопоглощением, а это снижает его топливную эффективность. Топливные свойства опилок и торфа аналогичны.
При сжигании опилок, если не контролируется или повышена влажность, их теплотворная способность невысока (Qr=6,4–9,1 МДж/кг, W=45–60 %), в то время как после высушивания теплотворная способность повышается (Qd=16,5–17,2 МДж/кг, W=10 %). То есть при сжигании влажных опилок используется не более 50 % энергетического потенциала, кроме того, образуется примерно 1 % золы, которую необходимо утилизировать. Достижение энергетического эффекта от применения древесных опилок в качестве топлива наступает при влажности, не превышающей 10 %, значит, их необходимо сушить. При вводе опилок в керамическую массу для получения поризованного керамического стенового материала и для снижения расхода топлива на обжиг влажность опилок значения не имеет.
Для расчета количества вводимых поризующих добавок необходимо учитывать, что средняя объемная плотность непоризованного полнотелого керамического кирпича 1980 кг/м3. За счет технологических пустот (40ё50 %) объемная плотность кирпича может быть снижена до 990ё1188 кг/м3.
Экономическую эффективность применения местных горючих материалов для производства поризованных керамических стеновых материалов можно оценить на примере использования древесной биомассы в энергетических целях в Австрии и Чехии, которые, как и Беларусь, являются лесными странами. Площадь лесов Австрии составляет 3,9 млн га (46,5 % территории). Ежегодный прирост древесины – 27,3 млн м3, заготавливается 21 млн м3. В общем объеме энергопотребления 23 % составляют возобновляемые источники энергии, среди которых доминирует биомасса (дрова, щепа из отходов деревообработки и лесозаготовок, кора, солома). Средний уровень цен на основные виды топлива для крупных ТЭЦ в Австрии и Чехии по состоянию на 2007 г. представлен в табл. 2 [3].
Из приведенных данных видно, что получение энергии из древесной биомассы экономически выгодно. Поэтому в Австрии и Чехии с 1995 г. интенсивно ведутся работы по стимулированию использования древесной биомассы и развитию рынка топливной щепы, созданию системы сбора, доставки, измельчения древесных и других горючих отходов для получения энергии.
С этой целью активно используются различного вида субсидии, преференции, льготные тарифы и кредиты, совершенствуется законодательная база. Все это стимулирует широкомасштабное применение горючих отходов для уменьшения доли невозобновляемых природных ресурсов в энергобалансе, повышения энергетической безопасности [3].
По расчетам УП “НИИСМ”, при организации производства поризованных керамических блоков расход технологического топлива не превысит 61 тыс. т, в пересчете на природный газ экономия составит 13 391 300 м3. Экономия электроэнергии – 10 546 200 кВт·ч, в пересчете на природный газ – 3 395 800 м3. Общая экономия ТЭР – примерно 16,8 млн м3 природного газа в год. При возрастании цены на природный газ (до 130 евро/1000 м3) экономический эффект достигнет 2,184 млн евро.
Литература
1. Мелешко В.Ю. Некоторые аспекты разработки, производства и потребления керамических пустотелых поризованных блоков. Мн.: Международный семинар “Научнотехнические проблемы производства и повышения потребительских свойств строительных материалов и изделий”, УП “НИИСМ”. 30.09.2004 г. С. 44–49.
2. Мелешко В.Ю. Освоение производства стеновой поризованной керамики и расширение объемов производства // Строительный рынок, 2006. № 21–22. С. 2–3.
3. Войтехович В.Н., Федоренчик А.С., Ледницкий А.В. Использование древесной биомассы в энергетических целях в Австрии и Чехии // Энергоэффективность, 2007. № 6. С. 16–22.