ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОНЕЙТРАЛИЗАЦИИ В ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Н.Ф. Глухарев, кан. тех. наук
Генеральный директор ООО “ЭКОФОР”
Идеология электронейтрализации
Материалы, поступающие в переработку, находятся в состоянии термодинамического равновесия и стремятся его сохранить. Они не “желают” измельчаться, расплавляться, испаряться и тому подобное. Однако за счет использования внешних энергетических воздействий в разнообразных технологических процессах производятся изменения их состояния. При этом они оказывают противодействие, направленное на компенсацию внешнего воздействия и ухудшающее ход технологического процесса. Одним из видов такого противодействия является электризация перерабатываемых неоднородных материалов. В них активизируются носители электрического заряда, происходит перемещение заряженных дислокаций, переориентация диполей, преобразование двойных электрических слоев. Такое противодействие предложено рассматривать как электростатическую составляющую реакции материалов на энергетическое воздействие. С помощью оригинального электронейтрализатора «ЭКОФОР» удалось в ряде случаев снизить это противодействие и таким путем интенсифицировать ряд технологических процессов.
Электронейтрализация оказалась в достаточной степени универсальным способом улучшения переработки неоднородных материалов. Она апробирована для интенсификации следующих процессов:
- Спекание и обжиг материалов
- Повышение активности углеродного восстановителя
- Литье сплавов
- Сухое измельчение
- Удаление накипи в котлах
- Ректификация
- Пылегазоочистка
- Производство оптического волокна
- Полимерное порошковое покрытие
- Повышение КПД турбины
Исследования и продвижение этой технологии в перерабатывающих отраслях промышленности продолжаются.
1. Спекание и обжиг
1.1. Первое макетное электронейтрализующее устройство ЭКОФОР (в дальнейшем устройство) было изготовлено в сентябре 1994 года. Оно испытывалось на 60 – метровой вращающейся печи обжига клинкера на ОАО «Пикалевское объединение «Глинозем» в производстве цемента.
При непродолжительном испытании было замечено, что подключение устройства к корпусу печи в зоне спекания приводит к изменению активной нагрузки двигателя печи в результате увеличения высоты подъема в ней ставшей менее вязкой спекаемой массы. Выявилась возможность влияния устройства на процесс спекания.
1.2. В январе 1995 года устройство было испытано при обжиге образцов красного кирпича в НИИ Строммаш, Гатчина. Обжиг проводился в лабораторной муфельной печи. Прочность образцов была повышена на 33% со снижением температуры обжига на 50 оС. Водостойкость кирпича была улучшена на 30%, пористость его также увеличилась. К сожалению, на промышленной печи не удалось обеспечить контакт с обжигаемым кирпичом, лабораторный результат не подтвердился.
1.3. В мае 1996 года устройство было испытано в Египте на цементном заводе Tourah Portland Cement. Устройства было подключено к печи обжига клинкера производительностью 25 т/час. Через четыре часа обжиг стал более крепким – вес литра клинкера увеличился на 200 г, а содержание СаО упало на 0,9%. Пять тонн дополнительного питания печи обжигаемым материалом вернули эти показатели на прежний уровень. Выявилась возможность повышения производительности печи обжига клинкера.
1.4. В январе 1997 года в Китае на заводе “Suzhou Nanxin Cement” после подключения устройства в зоне спекания печи обжига клинкера производительность 26 т/час печи была повышена на 14% со снижением удельного расхода топлива на 16%.
1.5. Работы по интенсификации обжига клинкера, учитывая предварительные положительные результаты испытания устройств в Египте и Китае, были продолжены в России и Беларуси.
В феврале – марте 1998 года они проводились на 180 метровой печи обжига клинкера ОАО «Пикалевское объединение «Глинозем». В результате соединения устройства с опорным роликом в зоне спекания печи расход газа был снижен на 3,9% или на 200 нм3 /час при сохранении прежней производительности печи.
Устройство испытывалось также в основном производстве на печи спека глинозема в зоне топочного устройства. Оно снизило потребление топлива на 1,5% или на 120 нм3/час.
1.6. В июле 2005 года проводились испытания устройства на ОАО «Красносельскстройматериалы», республика Беларусь. В результате четыре печи обжига были оборудованы устройствами. При этом на двух печах производительностью 16 т/час достигнута экономия топлива 8 -12%, а на печах 25 т/час – 4 – 6% без изменения их производительностей.
1.7. Некоторые специалисты считают, что невозможно за счет использования устройства, потребляющего только 90 ВА, настолько изменить тепловой баланс печи, чтобы получить заметную экономию топлива. Но не дополнительные 90 ВА увеличивают её баланс, а устройство уменьшает потери энергии в печи, идущие на тепловую электризацию спекаемого материала. Оно дает возможность эту часть высвободившейся тепловой энергии использовать для ускорения спекания клинкера.
2. Производство углеродного восстановителя
2.1. В феврале 1995 года устройство испытывалось на Пермском заводе сорбентов на пиролизере периодического действия производства древесного угля. Оно было подключено к ретортам, в которых подвергалось пиролизу березовое сырье. В результате вместо древесного угля был получен уголь БАУ с активностью по йоду 30%, который обычно получают из древесного угля сырца дополнительной паровой активацией.
В мае 1995 года в ВАМИ, Санкт-Петербург было проведено исследование по вопросу использования этого древесного активного угля в качестве восстановителя при производстве металлургического кремния. Поскольку содержание нелетучего углерода в таком угле было по сравнению с обычным углем-сырцом выше на 30%, то он, обладая к тому же повышенной пористостью, на 20% лучше улавливал моноокись кремния в процессе производства. Появилась возможность повысить извлечение кремния из сырья, снизить удельный расход энергии в среднем на 750 кВт час на тонну кремния, улучшить экологическую обстановку за счет сокращения количества выбросов кремнеземистой пыли.
2.2. В августе 1995 года в Лодейном поле на пиролизере периодического действия при воздействии устройства получен из торфяного брикета активный торфяной кокс. Было организовано малотоннажное производство такого кокса.
3. Литье и обработка металла
3.1. В августе 1995 года было проведено испытание устройства на токарном станке ремонтного цеха завода «Красный треугольник», Санкт-Петербург. Устройство подключалось к суппорту станка. В результате улучшилась шероховатость поверхности детали, пошла сливная стружка, то есть произошло изменение режима резания.
3.2. В сентябре 1995 года в СПбГТУ произведена серия испытаний устройства на разрывной машине. Пластичность образцов из сплавов железа и алюминия увеличилась.
3.3. В октябре 1995 года в СПбГТУ проводились испытания по исследованию воздействия устройства при кристаллизации на структуру и свойства сплавов алюминия. Получена более однородная структура, со значительным уменьшением межосевых расстояний дендритов второго порядка. Пластичность металла увеличилась на 40%, отмечено снижение характеристики сопротивления пластической деформации до 12-16% на уровне предела текучести. То есть текучесть при этом начиналась легче и длилась дольше.
3.4. В феврале 1996 года устройство было испытано на ОАО «Иркутский алюминиевый завод», на кристаллизаторе литейной машины роторного типа. Качество поверхности катанки улучшилось, её удельное сопротивление было снижено на 2%. На 15% снизилась мощность, потребляемая прокатным станом.
3.5. В декабре 2004 года проводилось испытание устройства на ООО “СУАЛ- Порошковая металлургия». Устройство было подключено к форсунке, распыляющий горячим газом расплавленный металл. Алюминиевый порошок стал при этом более однородным по размерам, на 60% в нем снизилась доля мелочи.
4. Сухое измельчение
4.1. В ноябре 1995 года проводились испытания устройства на шаровой мельнице опытного завода Гипроцемент, Санкт-Петербург. Остаток на сите 80 мкм был снижен с 11% до 7%. Появилась перспектива интенсификации помола в производстве цемента.
4.2. В декабре 1995 года проводились испытания устройства на конусно-инерционной дробилке института «Механобр». Производительность дробилки увеличена на 15-20%. Подтвердилась возможность интенсификация дробления.
4.3. В феврале 1996 года проводились испытания на шаровой мельнице в производстве силикатного кирпича на АО «Стройматериалы», г. Белгород. Производительность при помоле извести была повышена на 19% с увеличением активности вяжущего.
4.4. В марте 1996 года устройство было испытано на дробилке КИД-300 в поселке Редкино Тверской области, на АОЗТ «Юнвист» при дроблении алюминиево-палладиевого катализатора. Почти в два раза был увеличен выход тонких фракций. При этом обеспечен непрерывный режим работы дробилки, без остановок её на охлаждение подшипника.
4.5. В апреле 1996 года на АООТ «Бокситогорске глинозем» устройство было испытано на конусной дробилке КМДТ-1750 при дроблении спека глинозема. Возврат материала на повторное дробление после грохочения был уменьшен в 2,5 раза, сузилось распределение фракционного состава.
4.6. В мае 1996 года устройство было испытано в Египте на Tourah Portland Cement на старом и новых цементных заводах. На открытой системе помола устройство способствовало постепенному опустошению мельницы со значительным увеличением звука её камер и очисткой мелющих тел при неизменном качестве помола. Увеличенное питание мельницы перевело её работу в новую рабочую точку. Был сделан вывод о перемещении под воздействием устройства оптимальной зависимости качества помола от содержания материала в мельнице в область большего её наполнения, что свидетельствовало об интенсификации мельницы. Питание мельниц открытых систем помола: старого завода была повышена на 24%, а нового на 20%.
4.7. В октябре 1996 года были проведены испытания на Навоийском цементном заводе, Узбекистан. При этом использовалась разработанная система интенсификации открытых систем помола цемента. Впервые проводилось испытание на замкнутой системе помола сырьевой муки, которая при этом значительно увеличила производительность. При этом даже наружная поверхность сырьевой мельницы очистилась от налипшей оболочки.
4.8. В декабре 1996 года в Египте на Alexandria Portland Cement испытание устройства проводились на замкнутой системе помола производительностью 50 т/час. При этом была выявлена необходимость одновременного и разнонаправленного регулирования питания мельницы и частоты вращения ротора сепаратора. Производительность мельницы была повышена на 12,5%.
4.9. Во время испытаний нам время от времени задавали вопросы о вероятности негативного влияния устройства на подшипники мельниц, к которым мы присоединялись. В декабре 1996 года испытание устройства было проведено на стенде для исследования подшипников скольжения в СПбГТУ. В режиме полужидкостного трения, при скорости 15 об/мин момент трения под действием устройства уменьшился на 12,4%. Было выявлено, что устройство снижает трение в подшипниках в режиме полужидкостного трения.
4.10. В январе 1997 года проходили испытания на цементных заводах Китая на мельницах помола цемента. Так на заводе “Китай” производительность открытой системы повышена на 26%, на заводе «Джан Нан» замкнутой системы – на 25%, а на заводе «Хуей Хе» замкнутой системы на 15%. Подтвердилась правильность выработанной методики интенсификации открытых и замкнутых систем помола.
4.11. В феврале 1998 года при испытаниях на Raysut Cement в Султанате Оман на замкнутой системе помола цемента производительностью 55 т/час, из-за невозможности увеличить подачу гипса, были полностью без ущерба для качества цемента и при сохранении производительности сняты жидкие интенсификаторы помола (ПАВ). Выявилась антистатическая природа этого расходного материала и возможность замены их устройством. Однако исключение использования ПАВ возможно только для мельниц производительностью меньше 60 т/час, при больших производительностях целесообразно работать совместно с ПАВ, добиваясь суммарного эффекта. Кроме того, исключение ПАВ чаще всего воспринимается негативно.
4.12. В ноябре 1998 года началось использование пяти устройств на Vassiliko Сement Works, Кипр на трех замкнутых системах помола цемента суммарной производительностью 190 т/час, которая была повышена в среднем на 12%. Эксплуатация пяти устройств в течении 12 лет показала дополнительно снижение износа мелющих тел в два-три раза.
4.13. В августе 2000 года на Hanil Cement в Южной Корее устройство было впервые подключено к роллер-прессу. Производительность замкнутой системы помола была повышена на 10,6%. Было установлено, что устройство снижает сопротивление материала при прохождении его через роллеры.
4.14. В феврале 2010 года на Akcansa Cimento Buyukcekmece в Турции впервые было проведено испытание устройства на V- сепараторе. При испытании достигнуто значительное улучшение селективности этого сепаратора, уменьшение возврата годной фракции на повторный помол и рост производительности всей помольной системы.
4.15. Устройство показало высокую эффективность на вибрационных мельницах:
– в январе – марте 2000 года проводились испытания устройства при тонком измельчении мела на ООО «Мехаконъ» СПб. Производительность модельной вибрационной мельницы была повышена на 50%, удельная поверхность увеличена на 2500 см2/г до 15000 см2/г.
– в сентябре 2001 года проводились испытания устройства на торовой вибрационной мельнице АООТ «Абразивный завод «Ильич». Время измельчения керамической шихты при достижении удельной поверхности 4500 см2/г было сокращено в шесть раз.
– в апреле 2004 года проводились испытания устройства на вибрационных мельницах непрерывного действия СВМ. Получены позитивные результаты при измельчении: доломита, кокса непрокаленного, полифосфата аммония, серы гранулированной, полистирола ПСН.
4.16. Таким образом, начиная с 1996 года в течении двадцати лет проводилось внедрение технологии электронейтрализации при сухом измельчении с использованием устройств как на открытых системах – 60 испытаний, так и на замкнутых – 140 испытаний, всего в 42 странах мира. С 2000 года устройства широко используются на роллер-прессах, а с 2010 года на V- сепараторах.
5. Нагрев и испарение жидкости
5.1. В 1997 году было обнаружено, что устройство при кипячении воды постепенно очищает внутренние поверхности нагревательных трубок котла от накипи, что снижает потери при теплопередаче.
5.2. В октябре-декабре 1997 года проводились испытания устройства на паровом котле производительностью 45 т/час ГП «Адмиралтейские верфи», Санкт-Петербург. По результатам испытаний экономия топлива составила 8%.
5.3. В октябре-ноябре 1998 года на ОАО «Красный химик», Санкт-Петербург проводились испытания на паровом котле ДЕ производительностью 50 т/час. В ходе демонстрации работы устройства расход условного топлива снижен на 5,2%.
5.4. В феврале 1999 года в котельной №2 г. Колпино проводились испытания устройства на паровом котле ДЕ производительностью 25 т/час. Удельный расход топлива снижен на 3,4%.
5.5. В период с ноября 2000 года по сентябрь 2001 года Юго-Западным филиалом ГУП «ТЭК СПб» проводилось испытание устройства на 4-й Красносельской котельной. За этот период четырежды производился осмотр парового котла ДКВр-20/13. Результаты внутреннего осмотра котла показали, что процесс очистки в пределах верхнего и нижнего барабанов и кипятильных труб завершился полным удалением отложений. На всей поверхности металла образовалось тонкое, плотное, магнетитовое покрытие, предотвращающее металл от коррозии. КПД котла повышен на 1,15%.
5.6. В период с августа 2004 года по февраль 2005 года испытание устройства проводилось на ОАО «Мытищенская теплосеть» на водогрейном котле ПТИМ-50. За время испытания гидравлическое сопротивление питательного тракта котла снизилось на 15%, температура отходящих газов понизилась на 10-12%, а температура подогрева воды увеличилась на 5 оС. КПД водогрейного котла вырос на 2-3%. Накипь толщиной до 7мм была полностью удалена.
5.7. С декабря 2005 года по май 2007 года испытание устройств проводилось на МУП «ЖКХ г. Ступино» на водоводяных подогревателях системы горячего водоснабжения. Имевшая место накипь толщиной 2-3мм была полностью удалена устройством.
Второе устройство было установлено на водогрейном котле КВГМ-20. В результате действия устройства температура отходящих газов снизилась на 8 оС, а температура воды на выходе из котла увеличилась на 6 оС.
5.8. В январе 2013 года устройство было установлено на теплообменник линии дезодорации растительного масла ЗАО «ОЙЛ Продакшн». В результате действия устройства была исключена ежедекадная химическая очистка теплообменника от накипи.
5.9. Внедрение и производство устройств для предотвращения накипи в водогрейных, паровых котлах и теплообменниках передано сообладателю патента RU 2503747 C2 – ООО «Инновации и сервис».
6. Ректификация
В марте 1999 года проводилось испытание устройства в АООТ «ВНИИНефтехим», Санкт-Петербург. Изучалось воздействие устройства на ректификацию системы этанол-вода и н-гептан-толуол. Испытания показали, что при использовании устройства близкие составы продуктов разделения для системы этанол-вода были получены при флегмовых числах на 30-40% ниже, чем без устройства. А для системы н-гептпн –толуол (аналог нефти) на 25-30% ниже. Использование устройства позволяет снизить расходы греющего пара или увеличить производительность ректификационного оборудования при заданном качестве на 25-35%.
7. Пылегазоочистка
7.1. В октябре 1996 года были проведены испытания устройства на Навоийском цементном заводе, Узбекистан. Дополнительно к испытаниям на шаровых мельницах на этом заводе впервые устройство было подключено к осадительным электродам электрофильтра, в результате чего выбросы пыли в атмосферу были снижены на 15%. Появилась перспектива использования устройств в системах пылегазоочистки.
7.2.В ноябре 2016 года проводилось испытание устройства на системе пылеудаления ООО «Группа «Магнезит», г. Сатка. Испытания показали, что с использованием устройства не происходит налипание аспирационной пыли на шнеках, увеличивается её текучесть, не происходит зависание пыли в пересыпных устройствах, появляется возможность возвращать аспирационную пыль в производство.
8. Оптическое волокно
В июле 1998 года на ЗАО «СЕВКАБЕЛЬ-ОПТИК» проводились испытания устройства на участке производства оптического волокна. Устройством было устранено негативное воздействие статического электричества при намотке окрашенного оптического волокна и скорость его подачи была увеличена на 80%.
9. Полимерное порошковое покрытие
В июне 2001 года проводилось испытание устройства при нанесении полимерных порошковых покрытий на ООО «Сирена». По результатам испытаний расход порошковых красок снижен на 25% за счет снижения их потерь.
10. Турбина
В феврале 2013 года проводились испытание устройства в лабораторных условиях на кафедре «Турбины, гидромашины и авиационные двигатели» «СПбГПУ». Устройство подключалось к модельной турбине МДГ-20. Целью испытаний была проверка возможности снижения потерь на трение в направляющем аппарате турбоагрегата за счет предотвращения электризации рабочего тела в направляющем аппарате и лопатках турбины. После включения устройства было зафиксировано повышение КПД турбины. Полученные результаты целесообразно рассматривать как предварительные, требующие дальнейшего углубленного исследования.