Если абстрагироваться от маркетинговых названий штучных изделий заводского изготовления для кладки стен домов, зданий, сооружений, то на текущий момент по форматам, виду, способу производства материалов можно (условно) выделить:

• кирпичи (керамические по ГОСТ 530, силикатные по ГОСТ 379 полнотелые, пустотелые – в типовых нормальных форматах (одинарные) стандартизованного размера 250x120x65 мм);
• камни - керамические по ГОСТ 530, только пустотелые, часто на сленге «многопустотные», «теплая керамика» с толщиной более 140 мм и силикатные по ГОСТ 379 с размером 250x120x138 мм со сквозными или несквозными пустотами;
• блоки – силикатные по ГОСТ 379 с шириной тычка более 130 мм, как правило пустотные и бетонные или железобетонные из тяжелого, легкого, автоклавного ячеистого и плотного силикатного бетона по ГОСТ 19010 (общий стандарт).

Газосиликат согласно формализованной в ГОСТ 25485 классификации относится к газобетонам, в которых порообразование происходит за счет выделения газа при химической реакции, но на известковых вяжущих, состоящих из извести-кипелки более 50 % по массе и добавки цемента до 15 % по массе. В действительности газосиликаты правильно обозначать, как газосиликатбетоны, а традиционные «чистые» газобетоны на цементных вяжущих – газобетоносиликатами.

Главным отличием газосиликатов от газобетонов можно считать превалирующую долю извести в вяжущем, а в целом газобетонный или газосиликатный блок – штучный материал для ручной кладки стен, перегородок, малых архитектурных форм и т.д., отличающийся:

• довольно большими габаритами и объемом при сравнительно малом весе, что значительно ускоряет кладку стен, снижает нагрузку на фундамент и сокращает расход раствора в сравнении с кладкой из силикатного кирпича.
• высокими теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами благодаря ячеистой макроструктуре типа «пористой губки», но преимущественно с закрытыми порами небольшого и достаточно стабильного размера (только автоклавные газобетоны).
• способом парообразования – поры или ячейки закрытого типа формируются в смеси за счет газов (в основном СО2 и Н2), выделяемых в результате химических реакций. В случае автоклавных газобетонов (твердеющие в среде насыщенного пара при давлении выше атмосферного) газообразование происходит при гашении извести затворной водой и реакции алюминия в щелочной среде с образованием газообразного водорода.

Производство автоклавных газоблоков и специфика нагрузок на заводах.

Автоклавные газоблоки изготавливаются из песка, негашеной извести (вяжущее), портландцемента (вяжущее), гипсового ангидрита (вяжущее), алюминиевой пудры/пасты и воды – все компоненты состава стандартизированы по физическим, химическим свойствам, загрязнениям и удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

На заводах автоклавного газобетона нормируемый по примесям кварцевый песок размалывается в мельницах и смешивается в смесителе с вяжущими (негашеной известью, портландцементом, гипсовым ангидритом), часто с измельченными отходами производства, затворной водой стандартизованного качества и алюминиевым порошком/пастой (по ГОСТ 5494).

Полученная смесь заливается в форму, где происходит вспучивание смеси газами, выделяющимися при гашении извести и реакции алюминия с щелочными соединениями, причем размер образуемых пор контролируется добавками и механическим воздействием (вибрацией).

После вспучивания и схватывания отливка режется на линиях и направляется в автоклав, где при высоком давлении и температуре происходит окончательное твердение с образованием алюмосиликатных гидратов кальция 3CaO*Al2O3*6H2O, характеризующихся высокой стабильностью при изменении температурно-влажностного режима и, по сути, определяющих пожаростойкость и морозостойкость материала.

Заводы по производству автоклавных газоблоков подключаются к ТП распределительных сетей 10-6/0.4 кВ, почти все имеют автоматическую систему управления (АСУ) полным циклом, а смесители, мельницы, конвейерные линии цехов подготовки смеси приводятся в действие асинхронными двигателями, питаемыми от силовой сети через комплектные преобразователи для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью.

Процессы формовки газоблоков на современных заводах роботизированы, а манипуляторы, агрегаты работают на ШИМ преобразователях, что определяет высокий спрос на реактивную энергию и значительную эмиссию гармоник. Аналогично на комплектных преобразователях для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью построены резательные линии и толкатели вагонеток с блоками для загрузки в автоклавные печи, где используются компрессорные группы для создания разреженной атмосферы и индукционные нагревательные элементы. Рециклинг оборотной воды обеспечивается насосными станциями, упаковка пакетов готовой продукции выполняется на роботизированных линиях.

В дополнение к этим мощным потребителям реактивной энергии на фундаментальной частоте, большинство из которых является и источниками эмиссии гармоник, деятельность производственных цехов поддерживается ремонтными участками со станками ЧПУ, системами вентиляции/кондиционирования, отопления, освещения.

Производство кирпича и специфика нагрузок на заводах

Несмотря на конкурентные способности силикатных, композитных, «пористых» и т.п. стеновых материалов производство глиняного кирпича продолжает занимать лидирующие позиции в отрасли, как по объемам изготовления, продаж и, соответственно востребованности продукции, так и, к сожалению, по энергоемкости, что связано с многоступенчатым полным циклом и специфическим оборудованием.

Если рассматривать полный производственный цикл в аспекте электроэнергии, то потребление и потери начинаются с первого этапа – добычи сырья на карьерах, энергоемкость которых скачкообразно возросла после внедрения экскаваторов-драглайнов, электровозов, скиповых, клетьевых подъемников, конвейеров, электропогрузчиков и т.д., работающих совместно с типовыми системами освещения, вентиляции/кондиционирования, очистки воздуха, водоснабжения, водоотведения. Причем использование комплектных преобразователей для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью с одной стороны снизило энергозатраты, но с другой – повысило потери электроэнергии за счет увеличения потребности в реактивной мощности и значительной (по объемам) эмиссии гармоник.

С карьеров сырье для производства направляется на склады для резервирования в объемах, обеспечивающих беспрерывную работу производственных мощностей заводов, комбинатов, объединений, где требуемые условия хранения создаются с помощью специальных осушителей, систем вентиляции. На заводах по производству сырьевые компоненты проходят калибровку для получения составов с определенным (по объему, массе) содержанием частиц определенных размеров и смешиваются (между собой и водой) с жестким контролем содержания влаги путем выдержки в вакуумных камерах, определяющим способ изготовления готовых изделий (экструзией, литьем или прессованием в формах).

Наиболее энергоемкими в изготовлении глиняного кирпича продолжают оставаться процессы экструзии, сушки и отжига, где используются:

• современные роботизированные экструдеры с мощными приводами асинхронных двигателей. Как правило, роботизированные агрегаты для резки, сортировки и электродвигатели питаются от комплектных преобразователей для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью, подключаемых к силовым трансформаторам распределительных устройств;
• электрические или рекуперативные сушильные камеры, причем перекачка теплоносителя в рекуперативных камерах (и от печей отжига) осуществляется насосными агрегатами, опять же с комплектными преобразователями для электроприводов переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью;
• электрические (редко на газовом, жидком топливе - в связи с современным трендом снижения выброса парниковых газов) печи для отжига непрерывного (проходные «тоннельные») или периодического действия, питаемые от силовых трансформаторов ТП (или распределительных устройств) 10/6 или 6/0.4 кВ.

Если характер нагрузки в процессах сушки и отжига в основном монотонный индуктивный, то практически все другие этапы производства глиняного кирпича отличаются сравнительно быстрым изменением нагрузки, что обусловлено использованием комплектных преобразователей для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью. Кроме того, роботизированные линии с контролем и управлением АСУ требуют минимально возможного времени отклика на управляющие сигналы, а сами АСУ чрезвычайно чувствительны к параметрам качества электроэнергии, на которые влияют перетоки, как реактивной мощности, так и гармоник, включая интер- и свер- гармоники.

Добавляет существенных проблем трансмиссия гармонических искажений и негативов переходных процессов из распределительной сети, причем здесь важно понимать, что ТП, трансформаторы вводных распределительных устройств, распределительных щитов не блокируют ни переток реактивной энергии (мощности на фундаментальной частоте и неактивной мощности нефундаментальных частот), ни трансмиссию гармоник.

Компенсация реактивной мощности и нивелирование гармоник в производстве глиняного кирпича и автоклавных ячеистых бетонов.

Выбор способа компенсации реактивной мощности (индивидуальный, групповой, смешанный или централизованный), числа, типа конденсаторных установок и места их интеграции в силовую сеть определяется с помощью анализа данных полного энергетического аудита объекта, который дополнительно даст достоверное представление об уровне загрязнения силовой сети гармоническими искажениями, амплитуде и порядках гармоник.

Если завод, объединение, комбинат по изготовлению глиняного кирпича или автоклавного газобетона, газосчиликата имеет производство с контролем и управлением АСУ, то важно понимать, что любое техническое средство компенсации реактивной мощности и/или нивелирования гармонических возмущений в силовой сети должно иметь встроенный программно-логический контроллер (ПЛК) с программной платформой, адаптируемой с программным обеспечением ПЛК и серверов АСУ. Причем в зависимости от требований АСУ и ПЛК, и коммутационные аппараты конденсаторной установки должны обеспечивать требуемое время отклика на управляющие сигналы контроллера более высокой ступени иерархии, т.е. в подавляющем большинстве случаев оптимальными будут установки с коммутацией ступеней тиристорными свитчами (вентилями).

Вместе с тем, для компенсации:

• потребности в реактивной энергии монотонно изменяющихся нагрузок могут использоваться и релейные конденсаторные установки повышения коэффициента мощности, но с максимально возможной дискретностью ступеней, что позволит избежать рисков пере- или недо- компенсации;
• фоновой (постоянной, стабильной) потребности в реактивной энергии целесообразно применение релейных неавтоматических конденсаторных установок коррекции коэффициента мощности или конденсаторных батарей, модулей.

Для нивелирования гармоник экономичным вариантом остается использование «пассивных» фильтров – колебательных контуров реактор-конденсатор с демпфирующим резистором – которые настраиваются на резонансную частоту критической (по амплитуде) гармоники. Для двух и более гармоник могут применяться двухзвенные (или более) пассивные резонансные фильтры, а также гибридные сборки их пассивного фильтра и АФГ с «урезанным» (по числу звеньев) силовым блоком на IGBT-транзисторах.

В случаях значительного (по объему и спектру) засорения силовой сети гармоническими искажениями может быть целесообразным использование активного фильтра гармоник, но:

• с пассивным фильтром на «входе», демпфирующим эмиссию гармоник преобразователем АФГ;
• после скрупулезного анализа гармонического спектра, что позволит подобрать оптимальный по мощности и цене АФГ.