До и после Победы. Книга 4. Прорыв. Часть 2

Впрочем, наши инженеры и техники пытались что-то еще выжать и из торфа. Так, его газификация, но под давлением, делает процессы значительно интенсивнее (под давлением вообще все интенсивнее) — из-за того, что при повышенном давлении молекул воздуха больше в том же объеме и они чаще сталкиваются с молекулами топлива, реакций проходит гораздо больше. Например, слоевой газогенератор площадью 1 квадратный метр и высотой 8 метров мог при давлении в 20 атмосфер обработать 2 тонны торфа в час — в пять раз больше чем при обычном давлении — и выдать 2,5 тысячи кубов генераторного газа, которого хватало для работы газотурбинной установки мощностью 3 мегаватта — 3 тысячи киловатт — это даже если не учитывать описанных ранее ухищрений с повышением КПД. И еще мегаватт мы снимали с паровой установки, работавшей на выхлопных газах, всего — 4 мегаватта, что лишь на треть меньше, чем было в Белоруссии в 1913 году. То есть с 2,5 тонн торфа мы получали 4 тысячи киловатт электроэнергии. И на киловатт мы тратили уже 600 грамм торфа, а не килограмм, как с дизелями при газификации торфа под обычным давлением. Соответственно, при работе установки 6 тысяч часов в год (из 8670 часов) мы с одной установки получим 24 миллиона киловатт электроэнергии, затратив 15 тысяч тонн торфа, то есть 45 тысяч кубометров — это снять метр торфа с 4,5 гектаров, или с площадки 100 на 450 метров — для визуальной оценки погрузочно-разгрузочных работ, необходимых только для одной турбины. И чтобы получить за год мои вожделенные 48 миллиардов киловатт, нам потребуется всего две тысячи таких установок и 30 миллионов тонн торфа. Хотя по установленной мощности мы и не дотянем до нужных мне показателей — так мы получим всего 8, а не 11 миллионов киловатт, но, в принципе, увеличив время использования установок — с 3900 до 6000 часов, нужную электроэнергию мы все-равно получим — а это ведь главное. По крайней мере — на бумаге все будет выглядеть хорошо, а сможем ли действительно увеличить коэффициент годового использования полной мощности установок — это отдельный вопрос. Но мне главное — что нужную выработку я обеспечил (ну, обеспечу когда все выстроим), а уж как этими возможностями воспользуются конкретные руководители организаций — это вопрос не ко мне. Ко мне, конечно — все-таки я их руководитель, но это уже тема отдельного разговора, а тему электрификации я выполнил. Ну, выполню когда все это построим. То, что построим — в этом я не сомневался, сомневался я, опять же, в одобрении из Москвы — все-таки на паровых котлах и турбинах было построено много научных и производственных карьер, поэтому лобби может образоваться немалое. Могут найтись и те, кто, наоборот, захочет построить карьеры на новой технике, но при этом они будут иметь доступ к нужным ушам в правительственных кабинетах. Делиться я согласен, полностью отдавать — нет, прекращать — тем более. Проскользнуть бы.

ГЛАВА 18.

А ведь десятимегаваттные установки выглядели еще привлекательнее. В секунду они требовали уже только пять кубометров генераторного газа, то есть 0,5 кубометра на мегаватт мощности, а не 0,83 как трехмегаваттные. Соответственно, им потребуется уже 4 тонны торфа в час, но выдадут они 10 мегаватт-часов, еще три — паровой придаток, итого за час на 4 тоннах торфа установка выдаст электроэнергии в 13 мегаватт-часов — 13 тысяч киловатт-часов. Соответственно, при тех же 6000 часах в год установка даст 78 миллионов киловатт-часов и затратит 24 тысячи тонн торфа, но на 48 миллиардов киловатт-часов их потребуется уже всего 600 штук, а не две тысячи, и затратят они торфа всего 15 миллионов тонн, а не 30. В принципе, что две тысячи, что шестьсот установок — все это выглядело вполне подъемным, на большее мы пока не замахивались.

Хотя, могли бы и замахнуться — все эти расчеты-прикидки мы делали осенью-зимой сорок второго, когда стало понятно, что без прорывных технологий мы будем бодаться с немцами очень долго. Но некоторые прорывные технологии у нас тогда уже были — автоматическая сварка, роторные линии для производства патронов, массовое автоматическое оружие, РПГ, самоходки, самолеты из стеклопластика — и они показали хорошие и отличные результаты, поэтому и к новой технологии народ отнесся в общем с энтузиазмом — ну, кроме профессионалов-энергетиков, которым все эти штуки были вновинку, тем более что они еще переваривали идею массовой генерации электроэнергии на газогенераторных ДВС. Конечно, энтузиазм этот возник не без моей помощи — как-то в интернете мне попалась реклама реактивного движка для авиамоделей — так вот — при весе в пару килограммов, длине 30 сантиметров и диаметре 10 он выдавал тягу в 17 кгс, тогда как воздушный винт диаметром 2 метра и на мощности двигателя в 20 лошадей выдавал всего в пять раз больше. Но — малыш размером с бидон и размашистый винт с немаленьким движком — вещи несопоставимые. Я, конечно, когда рассказывал об этом, про интернет даже не упоминал, но так как я и до этого рассказывал про удивительные вещи, которые мы потом смогли реализовать, то народ даже не усомнился что такое возможно, а потому загорелся, да так, что приходилось притормаживать. Начинали, как я уже отмечал, с небольших установок, но к осени 1943 у нас уже работали двенадцать трехмегаваттных установок и в разной степени изготовления в ближайшие два месяца были еще восемнадцать — мы отлаживали техпроцессы, оснастку, а потому пока решили делать таких малышей, и заодно уже нацелились на десятимегаваттники.

Причем первый опыт производства и эксплуатации подтвердил, что дело выгодное. Так, размеры газотурбинной установки мощностью 3МВт со всей обвязкой — 3 метра высотой, 2 — шириной и 5 — длиной, масса — 15 тонн. Сравнимый по мощности дизель будет чуть пошире и процентов на двадцать длиннее, зато весить он будет уже в три раза больше — а это не только более сложная подготовка площадки для его установки, но и тупо больше металла. Да и система охлаждения ГТУ — минимальна — она ведь может охлаждать сама себя прокачиваемым воздухом, тогда как в дизелях система охлаждения со всеми этими каналами, трубками, радиаторами — отдельная и внушительная песня — что в плане изготовления, что — эксплуатации. Что еще немаловажно — газовая турбина расходовала столько же масла в год, сколько дизель такой же мощности — в неделю. Да, по КПД наши турбины пока отставали от дизелей — у нас получалось в среднем процентов 28-32 — в зависимости от нагрузки, тогда как дизеля могли дать и 35, и 40 процентов. Но это — чистая турбина, за ней ведь шла паровая часть. Да и впрыскивание пара в турбину также повышало и КПД, и мощность, так что резервы были — об этом я ранее уже рассказывал.

Вот и по топливу для этих ГТУ были разные варианты, которые все надо бы проработать чтобы иметь свободу маневра — помимо газификации под давлением таких же результатов, но при обычном давлении, можно достичь, если внутрь газогенератора вдувать не воздух, а кислород — ведь в горении участвует только он, поэтому балласт в виде азота воздуха лишь мешается, так что если его исключить — будет достаточно и обычных конструкций, рассчитанных на нормальное давление — собственно, давление и нужно чтобы повысить концентрацию кислорода, и если вдувать только его, то его будет уже в пять раз больше даже при нормальном давлении. Тут естественный минус — требуется сам кислород, где-то 0,2 кубометра на каждый килограмм сырья. Впрочем, производство кислорода мы и так развивали — он много где требовался — и для выплавки чистых металлов, и для резки-сварки, и в химии. Конечно, давался он недешево. Так, на установках с производительностью в 60 литров жидкого кислорода в час — это где-то 55 килограмм, 45 кубометров в газообразном виде — на получение килограмма кислорода — это 0.7 кубометра — затрачивалось 2 киловатт-часа — на привод насосов. Правда, более крупные установки были уже экономичнее — так, установки производительностью 500 килограммов в час тратили уже полтора киловатт-часа на килограмм, а трехтонные обещали и вовсе киловатт, но такие установки у нас были только в проекте. Электролиз воды — дело еще более затратное, на получение кубометра кислорода может уйти и 20 киловатт-часов электроэнергии. Впрочем, тут все зависит от размера установки, способности поддерживать в ней стабильные параметры — так, в наших промышленных электролизерах на кубометр кислорода тратилось 12 киловатт-часов электроэнергии. Но это была уже не лабораторная установка — ее размеры были восемь на три метра и шесть метров высотой, с отводом тепла, механизмами перемешивания электролита — серьезная техника, которая могла выдать в час всего 125 кубометров кислорода. Ну и еще 250 кубометров водорода, который также был нужен. Да и в криогенных аппаратах мы получали не только кислород, но и азот, аргон — также все нужные вещества. Так что, если на тонну торфа требуется 200 кубометров кислорода, то на его производство будет затрачено в лучшем случае 200 киловатт-часов электроэнергии, а с тонны торфяного газа можно получить тысячу киловатт-часов — то есть в плане использования кислорода для генерации электричества — это не слишком выгодный способ его использования — понастроить дополнительных газогенераторов — это будет менее трудоемко чем тратить пятую часть электроэнергии на саму генерацию электроэнергии, точнее — топлива для нее, еще точнее — окислителя для топлива, да еще строить и кучу кислородных установок. И дедовский способ — подавать пары воды на раскаленный уголь — нам тоже не подходил, так как при этом также получаются угарный газ и водород — практически то же самое, что и в газогенераторах, но при этом требуется еще и сам раскаленный уголь, который надо получать либо из торфа, либо из древесины — и расход сырья становился невыгодным да и процессы были более трудоемки.

В плане интенсификации обработки сырья гораздо выгоднее была газификация во взвешенном состоянии, когда через сырье пропускают раскаленные газы или твердые частицы. При обычной газификации в слоевых газогенераторах торф лежит слоями, в которых он, опускаясь сверху вниз, проходит разные стадии — сушка, нагревание, собственно пиролиз. В аппаратах же со взвешенными частицами торф находится в стадии пиролиза по всему объему аппарата. Соответственно, скорость его обработки резко возрастает — на квадратном метре печи можно обработать уже 10 тонн торфа в час — в 25 раз больше чем в обычных послойных газогенераторах, причем безо всякого повышенного давления и кислородного дутья, хотя с ними процессы пойдут еще быстрее.

И мы сейчас активно исследовали процессы такого быстрого пиролиза. Если при обычном пиролизе нагрев и разложение сырья происходят сравнительно медленно, то при быстром пиролизе скорость нагрева составляет тысячи градусов, то есть до температур начала пиролиза в 400-500 градусов сырье нагревается за десятую долю секунды и меньше. На выходе получаем — в зависимости от вида и температуры теплоносителя, тонкости помола и прочих факторов — 30-90% пиролизного газа, 10-70% нефти, 10-20% качественного угля ну и немного всякого мусора типа золы — результатов сплавления выделившихся микроэлементов и оставшегося в сырье песка. Все из-за того, что при таком быстром нагревании молекулы сырья распадаются очень быстро, они не успевают пройти ряд стадий с образованием все более мелких молекул, а сразу разрываются на мельчайшие элементарные составляющие, которые имеют высокую реакционную способность и потому если и соединяются, то в сравнительно легкие вещества. Поэтому из такой нефти, например, можно получить до 60% топлива светлых фракций. А газ имеет в два раза большую теплоту сгорания, чем обычный генераторный газ, полученный стандартным медленным пиролизом — там образуется больше метана и меньше более тяжелых газов и тем более органических кислот типа уксусной, да и углерод сравним с коксом или как минимум с отличным антрацитом. Причем за счет высокой скорости в том же объеме реакционной камеры можно обрабатывать в два, три, даже в пять раз больше сырья чем при стандартном процессе.

И жаль, что у быстрого пиролиза есть недостатки. Первый — исходное сырье надо максимально высушить и перемолоть как можно мельче и однороднее, чтобы удельная площадь его поверхности была наивысшей. И второе — сложности с таким высоким нагревом. Ведь нагрев должен быть без доступа воздуха, соответственно, требуется либо пускать нагретый инертный газ, либо раскаленный песок — первый вариант ведет к высокому расходу такого газа, который трудно отделить от газообразных продуктов, а второй — к износу всех частей, хотя облицовка из спеченной керамики давала неплохие результаты. Но — таким образом можно переработать любую органику — не только уголь, торф или дерево — даже скошенные сорняки, отбросы, шины и навоз.

И получить очень много, и очень качественного топлива — за счет практически полного отсутствия углекислого газа теплота сгорания нефтяных фракций в полтора раза выше, чем при меленном пиролизе. Таким образом из одного и того же объема торфа можно получать совершенно разное количество энергии. Например, при обычном сжигании тонны торфа можно получить 15 тысяч мегаджоулей энергии, при сжигании продуктов медленного пиролиза той же тонны — уже 18-25 тысяч, а при быстром пиролизе — 30-32 тысячи мегаджоулей — в два раза больше чем из исходного сырья. Даже тонна нефти — и та даст только 26 тысяч, а тысяча кубометров природного газа — 36 тысяч. А там еще выделяется много теплоты, которой хватает не только для сушки сырья и нагрева сыпучего или газообразного теплоносителя до раскаленного состояния, но и на подогрев значительных объемов воды. Но — все это выжимание дополнительных мегаджоулей потребует производства сложного оборудования, природный газ все-таки проще.

Да и в повышении коэффициента использования установленных мощностей электрогенераторов были свои проблемы — пока у нас просто не было потребителей, способных тратить энергию круглые сутки. Тут, конечно, ограничивающими факторами были неудобство работы в ночное время, что мы в дальнейшем рассчитывали нивелировать не только множеством тепловых и холодовых накопителей для обогрева и охлаждения помещений, но и автоматизацией работ. Скажем, та же электрошлаковая выплавка деталей и заготовок была довольно подходящим процессом для автоматизации — в качестве топлива служило электричество, поэтому дозировать его было удобно, и контроль мог вестись на основе косвенных признаков — потребляемого тока, температуры формы и отходящей воды — а все это отлично снималось датчиками, причем народ разрабатывал и какие-то датчики на основе электролитов, чувствительных к определенным веществам и устойчивым к высоким температурам, и на полном серьезе собирался размещать их в слое расплавленного шлака и даже чуть ли не внутри зоны плавления и контролировать ими ход процесса в режиме реального времени, без забора проб в лабораторию и возможных последующих подшихтовок и повторных переплавок. Ну тогда автоматизация еще больше становится нужна, тем более что управление тоже можно было автоматизировать даже на основе уже существующих параметров — увеличение и уменьшение силы тока, частоты вращения насосов, давления охлаждающих жидкостей. Чем мы и занимались — осенью у нас работало уже пять установок автоматического электрошлакового переплава, правда, пока все-таки под присмотром — требовалось отладить контроль самого расплавленного шлака — чтобы он не начал бурлить от избытка теплоты — этого мы пока отлавливать не умели, и ориентироваться на температуру было нельзя, так как составы шлаков все-таки могут различаться, соответственно, будет разной и температура кипения — требовалось набрать статистику для разных типов шлаков, повысить точность навесок и чистоту исходных материалов шихты. Впрочем, пока мы сосредоточились на трех типах автоматических аппаратов переплавки — для бронестали и еще пары ответственных и массовых отливок для двигателей и КПП — даже если удастся отладить только их, это уже повысит равномерность загрузки энергомощностей в течение суток, а значит даст возможность генерировать больше электроэнергии на тех же мощностях.