СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ДЛЯ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD FOR PRODUCTION OF HEAT CARRIER FOR HEAT AND MOISTURE TREATMENT OF CONCRETE AND REINFORCED CONCRETE PRODUCTS

Изобретение относится к технологиям производства бетона, бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а именно к способам, предусматривающим воздействие на процесс формирования структуры бетона и на свойства изделий из бетона парогазовоздушной среды, и может найти применение в промышленности строительных материалов.
Известно, что для формирования структуры бетона при производстве бетонных и железобетонных изделий весьма важным являются влажностные условия твердения бетона. Поэтому при разработке технологий производства изделий из бетона весьма широко используют их тепловлажностную обработку (ТВО). ТВО бетонных и железобетонных изделий сокращает время набора прочности бетона, позволяет получить бетонные изделия высокого качества, но является достаточно затратным технологическим процессом, влияющим на себестоимость производимой продукции (см. Баженов Ю.М. «Технология бетона» Учебное пособие для технологических специальностей строительных вузов. Издание второе, переработанное. Издательство «Высшая школа». 1979, с. 207, Богомолов О.В., Малышев А.А, журнал «ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНОВ» №1-2, 2012, с. 26).
Известен способ ТВО железобетонных изделий в среде насыщенного пара, производимого централизованными паропроизводящими котельными, работающими на углеводородном топливе (см. Марьямов Н.Б. «Тепловая обработка изделий на заводах сборного железобетона». Москва. «Стройиздат», 1970, стр. 5).
Недостатком данного способа является подача насыщенного водяного пара в пропарочные камеры под давлением от 2 до 6 атм, в чем нет технологической необходимости и экономической целесообразности. Более того, перед поступлением в пропарочную камеру давление пара должно быть снижено, в противном случае, в камеру поступит острый пар, что приведет к пересушиванию изделий в пропарочных камерах и ухудшению их прочностных характеристик. В любом случае, использование насыщенного пара под давлением в процессах ТВО бетонных и железобетонных изделий является неэкономичным и приводит к снижению качества бетонных и железобетонных изделий.
Известен способ изготовления бетонных и железобетонных изделий, включающий тепловую обработку изделий при атмосферном давлении теплоносителем в виде дымовых газов (см. В.В. Перегудов, М.И. Роговой. «Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей». Москва, «Стройиздат», 1983, с. 142-144).
Недостатком данного способа является высокая температура теплоносителя в пропарочной камере, что приводит к интенсивному испарению влаги с поверхностных слоев бетона, его высушиванию и, как следствие, снижению прочности изделий.
Известен способ получения теплоносителя при изготовлении в термосекциях железобетонных изделий, включающий подачу в объем термосекции горючего газа и воды, распыляемой посредством форсунок по объему термосекции, поджиг горючего газа и образование теплоносителя в виде продуктов сгорания горючего газа и пара, образуемого за счет испарения подаваемой в объем термосекции воды (см. патент РФ №2211139, кл. B28B 11/24, 2003 г.).
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что теплоноситель получают в одном объеме (объеме термосекции), используя для его получения горючий газ и воду, что позволяет обеспечить ускоренное твердение бетонной смеси в термосекции. Однако в известном способе горючий газ подается в объем термосекции одним средством, а вода - другим. Таким образом, в известном способе используются разные средства (устройства) для получения теплоносителя, расположенные в разных точках термосекции. Это приводит к неполному перемешиванию газа и воды, образованию в объеме термосекции зон с высокой температурой (горючий газ) и низкой температурой (вода) и, как следствие, образованию термических напряжений в пропариваемых изделиях, потере прочностных характеристик и снижению качества продукции.
Известен способ ТВО железобетонных изделий при атмосферном давлении теплоносителем, в качестве которого используют дымовые газы, которые перед тепловой обработкой изделий в пропарочной камере насыщают водяными парами в слоевом теплообменнике (см. патент РФ №2214330, кл. B28B 11/24) - наиболее близкий аналог.
Данный способ предполагает получение теплоносителя для ТВО в двух разных физических объемах и в разное время - получение дымовых топочных газов в теплогенераторе и их последующее увлажнение при фильтрации через слоевой теплообменник. Это приводит к тому, что поток топочных газов увлажняется неравномерно, возможен проскок высокотемпературного неувлажненного газа в пропарочную камеру, что приводит к неравномерным температурам и химическому составу теплоносителя в пропарочной камере и, как следствие, пересушиванию части поверхности бетонного изделия, возникновению термических напряжений в изделии и, соответственно, снижению прочностных характеристик бетона. Кроме того, топочные газы могут попадать в рабочую зону производственного цеха, что недопустимо с точки зрения экологической безопасности и требует дополнительных затрат на создание систем вентиляции.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение теплоносителя, обеспечивающего повышение качества продукции, снижение эксплуатационных затрат при ТВО бетонных и железобетонных изделий в пропарочных камерах за счет подачи теплоносителя оптимального состава и температуры.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения теплоносителя для тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий, включающем сжигание газообразного или жидкого топлива, увлажнение продуктов его сгорания водяным паром и подачу полученного таким образом теплоносителя в пропарочную камеру для тепловлажностной обработки изделий, новым является то, что получение теплоносителя осуществляют в топочной камере котлоагрегата, причем подачу воды для получения пара осуществляют в зону горения топочной камеры котлоагрегата, при этом температуру теплоносителя перед подачей его в пропарочную камеру поддерживают в интервале 100-200°C за счет регулирования количества подаваемой в зону горения воды в количестве от 2 до 60 л/мин.
Заявленный способ реализуют следующим образом.
Весь процесс получения (приготовления) теплоносителя осуществляют в едином замкнутом объеме, например, в топочной камере (камере сгорания) котлоагрегата, работающего на газообразном или жидком топливе (природный газ, пропан, дизельное топливо и др.).
Для получения теплоносителя в топочную камеру котлоагрегата подают приготовленную по стандартной технологии топливную смесь (например, смесь природного газа с воздухом), осуществляют ее поджиг, при этом в зону горения топочной камеры подают (впрыскивают) воду, которая практически мгновенно испаряется и полученный в результате испарения пар смешивается с продуктами сгорания топливной смеси, в результате чего образуется гомогенная парогазовоздушная смесь (теплоноситель).
При получении теплоносителя перед подачей его в пропарочную камеру постоянно контролируют его температуру и регулируют ее значение в пределах от 100 до 200°C. Регулирование температуры теплоносителя осуществляют изменением количества подаваемой в зону горения воды. При регулировании температуры теплоносителя в указанных выше пределах количество подаваемой в зону горения воды составляет от 2 до 60 л/мин в зависимости от паропроизводительности котлоагрегата и конкретного значения температуры теплоносителя, регламентированного технологическим процессом для конкретного изделия, загруженного в пропарочную камеру. При этом влажность среды в пропарочной камере зависит от конкретной заданной температуры для осуществления ТВО бетонных и/или железобетонных изделий.
Регулирование температуры теплоносителя осуществляют стандартной системой управления работой котлоагрегата. В процессе работы котлоагрегата в его топочную камеру (после цикла ее продувки) поступает топливовоздушная смесь, которая воспламеняется, например, электроподжигом. Температура в топочной камере измеряется термодатчиками и ее значение передается в контроллер системы управления работой котлоагрегата. При разогреве камеры до заданной температуры по команде контроллера срабатывает электромагнитный клапан, открывающий подачу воды в зону горения топочной камеры котлоагрегата. Поступившая вода практически мгновенно испаряется, смешиваясь с продуктами сгорания топливовоздушной смеси, образуя теплоноситель (парогазовоздушную смесь). Температура теплоносителя постоянно контролируется и регулируется в заданных технологических пределах количеством подаваемой воды в зону горения топочной камеры котлоагрегата.
Полученный теплоноситель подают в пропарочные камеры для проведения ТВО бетона, бетонных и/или железобетонных изделий. Сам процесс ТВО является стандартным, он не является предметом патентной охраны и поэтому в материалах заявки не раскрыт.
Особенностями предлагаемого способа, непосредственно влияющими на достижение указанного технического результата, является получение теплоносителя в одном физическом объеме (топочной камере сгорания котлоагрегата), что позволяет создать гомогенную парогазовоздушную смесь с одинаковыми теплотехническими характеристиками, чему также способствует подача воды непосредственно в зону горения топочной камеры, а также то, что температура теплоносителя регулируется в широких пределах за счет количества впрыскиваемой воды в зону горения, которое составляет от 2 до 60 л/мин. Это позволяет варьировать температурой теплоносителя в диапазоне от 100 до 200°С. При температуре теплоносителя ниже 100°C из парогазовоздушной среды в паропроводах начинает образовываться конденсат, что приводит к резкому изменению теплофизических свойств теплоносителя и снижению эффективности ТВО изделий в пропарочной камере. Повышение температуры теплоносителя выше 200°C может привести к пересушиванию изделий, а также удорожанию системы ТВО: перерасходу топлива; необходимости применения для конструктивных элементов системы (уплотнителей, задвижек, запорной арматуры и пр.) жаропрочных материалов.
Предложенный способ позволяет получать гомогенный теплоноситель (парогазовоздушная смесь) с заданными теплотехническими характеристиками: температурой, влажностью, теплосодержанием.
Заявленный способ поясняется приведенным ниже примером его осуществления.
3
Пример. Для ТВО в пропарочную камеру на металлических стеллажах загружали 30 м бетона в виде блоков, изготовленных методом полусухого вибропрессования. По условиям технологического процесса ТВО оптимальная температура теплоносителя для этого процесса составляет 125-130°C. Для получения теплоносителя систему управления котлоагрегата (парогенератора) настраивали на заданную температуру теплоносителя. Для получения теплоносителя с заданной температурой определяли расход воды, подаваемой в топочную камеру котлоагрегата. С учетом загруженного в пропарочную камеру объема бетона для ТВО и оптимальной температуры теплоносителя, расход воды для получения теплоносителя с заданной температурой составлял 3 л/мин. Определение расхода воды производят по известным методиками, как правило, он не представляет сложностей для специалистов. Значение расхода воды для получения и поддержания заданной температуры теплоносителя может быть определено и опытно-экспериментальным путем. Включают котлоагрегат в работу. Подают в топочную камеру смесь природного газа и воздуха и осуществляют ее поджиг. В зону горения впрыскивают воду. В соответствии с объемом загруженного в камеру бетона для ТВО и значения температуры теплоносителя, расход воды для получения теплоносителя с заданной температурой составлял 3 л/мин. В процессе получения теплоносителя постоянно осуществляли контроль его температуры, которую поддерживали в интервале 125-130°C. Сбор теплоносителя осуществлялся в топочной камере котлоагрегата. В установленное технологическим процессом время по команде контроллера системы управления открывали клапан и подавали теплоноситель в пропарочную камеру для ТВО. Количество подаваемого теплоносителя регулировали проходным сечением клапана. ТВО изделий в пропарочной камере осуществляли в течение 6 часов в парогазовоздушной среде при заданной температуре и влажности среды в камере 60%.
В результате такой ТВО все изделия приобретали не менее 70% отпускной прочности и были готовы к отгрузке потребителю.