Александр Проценко - Энергетика сегодня и завтра

А если в теплообменниках, машинах и другом оборудовании перейти на керамические материалы, те самые окислы, которые разлагают, извлекая из них металлы?

Увы, пока для получения керамик с требуемыми хорошими свойствами нужно потратить энергии больше, чем на выделение из них металлов.

Если нижняя строка таблицы — это цель далекого будущего, то во второй строчке отражен уровень энергетических расходов, достижимый в ближайшие годы. Так, при производстве стали и цемента энергопотребление можно снизить в полтора-два раза.

Сначала о цементе — хлебе строительства. Изобретен он был в 1824–1825 годах почти одновременно каменщиком из английского города Лидса Джозефом Эспдином и русским инженером Егором Герасимовичем Челиевым, одним из авторов проекта восстановления Москвы после пожара 1812 года. Когда смесь известняка и глины прокаливается при температуре 1400–1500 градусов, то образуются различные сплавы окислов кальция и двуокиси кремния, которые и есть цемент.

У нас в стране ежегодно производится 130 миллионов тонн цемента. Согласно таблице при этом расходуется 40 миллионов тонн условного топлива. А производство цемента должно еще наращиваться. Как снизить энергопотребление?

Со времени изобретения цемента прошло более 150 лет, а, по сути дела, способ его производства почти не изменился. Сами изобретатели применяли так называемый «сухой» способ. Потом в смесь известняка и глины стали добавлять воду, благодаря чему получалась более однородная сметанообразная масса и улучшалось качество цемента. Но резко возросли затраты энергии на выпаривание воды. На это долгое время не обращали внимания — ведь топливо было дешевым. Подавляющая часть цемента у нас в стране производится таким «мокрым» способом.

А во Франции, ФРГ, Японии почти все заводы уже перешли на «сухой» способ. В этом случае затраты энергии могут быть уменьшены в полтора-два раза. Некоторые заводы в нашей стране тоже работают по «сухому» методу.

Однако он пока не получил массового распространения, хотя у 75 процентов заводов страны имеется подходящая для этого сырьевая база.

Для производства некоторых марок цемента можно использовать цементный клинкер — почти готовую цементную массу, требующую только размельчения и введения некоторых добавок. Применение клинкера — побочного продукта черной и цветной металлургии — также дает существенное уменьшение энергопотребления.

Несколько лет назад сотрудники Ташкентского института строительных материалов открыли новый способ получения цемента — холодный. Они изучали влияние различных добавок на скорость образования цементною клинкера. Наилучшие результаты дал хлористый кальций. Оказалось, в его присутствии можно обжигать цемент при температуре около 1000 градусов, то есть снизить ее на 400 градусов. Топлива экономится почти на треть. Кроме того, в полтора раза возрастает производительность печей — громадных 30-метровых вращающихся барабанов, в которых сжигается нефть или газ.

Как показали дальнейшие исследования, ташкентские ученые создали фактически новый вид цемента, названный алинитом. От обычного кристалла цемента алинит отличается тем, что в него вкраплен еще и атом хлора.

Алинитовый цемент в полтора-два раза легче измельчается и значительно быстрее твердеет при замешивании с водой, песком и щебнем. Значит, и здесь экономятся время и энергия!

На VII Международном конгрессе по химии цемента в Париже в 1980 году сообщение советских специалистов вызвало необычайный интерес. В Ташкент зачастили гости из ФРГ, Финляндии, Индии и других государств.

Судя по всему, в ближайшие годы удастся заметно понизить уровень энергопотребления в производстве цемента, уменьшить потребность в энергии более чем вдвое.

В полтора раза можно также уменьшить потребление энергии на производстве стали, если комплексно использовать различные новые технологические процессы металлургического производства, совершенствовать все его многочисленные технологические цепочки. Чтобы снизить удельный расход кокса, этого самого дефицитного топлива металлургии, целесообразно применять в доменном производстве природный газ, обогащать доменное дутье кислородом или повышать температуру дутья. В домнах будет потребляться на пять-десять процентов энергии меньше, если их объем увеличить с 2000 до 5000 кубометров.

Применение непрерывной разливки стали на 20 процентов увеличивает выход годного металла и тем самым также снижает расход энергоресурсов. Если увеличить долю лома как первичного сырья, то опять-таки существенно экономится энергия — энергозатраты при производстве стали изменятся в десять, а алюминия даже в пятнадцать раз.

В некоторых газетных статьях иногда встречаются неточности, создающие неправильное представление о возможных масштабах экономии энергии в черной металлургии. Например, утверждается, будто «применение кислородно-конвертерного способа позволяет в десять раз уменьшить потребление топлива при производстве стали по сравнению с мартеновским». Слов нет, кислородно-конвертерный способ очень прогрессивен и позволяет сократить потребление природного газа раз в десять. Но только природного газа. Общее же потребление энергии в конвертере иногда выше, чем в мартене.

Уже сейчас кислородно-конвертерное производство в промышленно развитых капиталистических странах обеспечивает около двух третей выпуска металла. У нас — существенно меньше. Дело в том, что сохранение постоянных цен на жидкое и газообразное топливо в 70-х годах не стимулировало внедрение этого метода.

«Четверть всей экономии в ближайшие пятилетия можно получить за счет совершенствования внутриотраслевой и межотраслевой структур» — таковы сухие строчки Энергетической программы СССР. А это означает, что замена металлов менее энергоемкими конструкционными материалами приводит к энергетическим выигрышам в масштабах всего народного хозяйства. Здесь для конструкторов и производственников безграничный простор новаторского поиска.

Десять граммов условного топлива нужно израсходовать, чтобы перевезти по железной дороге одну топну груза на расстояние в один километр. Много это или мало? С чем сравнить эту величину?

Теоретически вообще не нужно затрачивать никакой энергии для того, чтобы при равномерном движении без трения переместить груз по горизонтальной поверхности. Затраты необходимы при ускорении и торможении.

Другая причина энергетических потерь — трение. Без него не смог бы существовать наш мир, но за использование сил трения нужно платить дорогой ценой. Рельсы, асфальт, вода, воздух препятствуют движению. Расход энергии зависит от типа двигателя, его КПД и, конечно, от вида транспортного средства, его размеров и формы.