蒸壓廢汽二級(jí)回收利用高效節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

蔡 軍（海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗(yàn)所 海口 570203）

蒸壓廢汽二級(jí)回收利用高效節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

蔡 軍
（海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗(yàn)所 ?？?570203）

蒸壓混凝土建材的生產(chǎn)是傳統(tǒng)粗放型、高能耗產(chǎn)業(yè)，長(zhǎng)期以來(lái)鍋爐供熱系統(tǒng)能效較低、蒸壓廢汽排放熱能浪費(fèi)大且產(chǎn)生較大異味和噪音污染等已經(jīng)成為行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。本文就研發(fā)的蒸壓廢汽二級(jí)回收利用節(jié)能技術(shù)達(dá)到22%～31%的節(jié)能效果從原理和應(yīng)用進(jìn)行論述，并提出技術(shù)推廣應(yīng)用和促進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排的建議。

蒸壓廢汽 梯級(jí)利用 二級(jí)回收 分段排放 顯熱 熱能品位

蒸壓混凝土建材的生產(chǎn)是我國(guó)傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，目前，蒸壓混凝土產(chǎn)品（加氣砌塊、灰砂磚、預(yù)應(yīng)力管樁等）已廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的建設(shè)項(xiàng)目，據(jù)了解，我國(guó)現(xiàn)有大小蒸壓混凝土建材生產(chǎn)廠近4000家，每年生產(chǎn)各類(lèi)蒸壓混凝土產(chǎn)品超過(guò)2.5億m3，總能耗達(dá)500萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。蒸壓混凝土建材的生產(chǎn)長(zhǎng)期表現(xiàn)為粗放型、高能耗、高排放的特點(diǎn)，尤其是鍋爐供熱系統(tǒng)能效低、蒸壓廢汽排放熱能浪費(fèi)大且產(chǎn)生異味和噪音污染等已經(jīng)成為行業(yè)亟待解決的突出問(wèn)題。筆者經(jīng)過(guò)6年多的研究與實(shí)踐，在蒸壓廢汽的回收利用與環(huán)保方面取得成效，蒸壓廢汽二級(jí)回收利用節(jié)能技術(shù)獲得國(guó)家專(zhuān)利（ZL201220451250.3）。

1　供熱系統(tǒng)能效背景

1.1蒸壓生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

蒸壓混凝土建材的生產(chǎn)最后工序是蒸壓，即將成型的產(chǎn)品在蒸壓釜中利用蒸汽進(jìn)行高溫蒸壓，加強(qiáng)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，蒸汽壓力一般保持在1.0～1.3MPa，溫度180～200℃，根據(jù)產(chǎn)品不同保溫時(shí)間5～8h。產(chǎn)品出釜前釜內(nèi)蒸汽一般經(jīng)1～2次倒汽利用，余汽（且稱(chēng)蒸壓廢汽）壓力約0.5MPa左右排空，有時(shí)常常為了趕產(chǎn)量趕時(shí)間，余汽甚至未經(jīng)倒汽利用，壓力1.0 MPa左右就直接排放，造成熱能的巨大浪費(fèi)，給周?chē)h(huán)境也帶來(lái)異味和噪音污染。

1.2鍋爐供熱系統(tǒng)能效狀況

鍋爐供熱系統(tǒng)能效高低主要取決于兩個(gè)方面：鍋爐運(yùn)行熱效率和系統(tǒng)熱損失。

鍋爐運(yùn)行熱效率主要受三個(gè)因素影響：一是燃料質(zhì)量；二是燃燒工況；三是散熱損失。中小型燃煤蒸汽鍋爐設(shè)計(jì)熱效率一般在75%左右，因蒸壓生產(chǎn)的用汽是間歇性的，負(fù)荷變化較大，鍋爐燃燒工況較差，鍋爐實(shí)際運(yùn)行熱效率一般不超過(guò)65%。

系統(tǒng)熱損失在蒸壓混凝土建材生產(chǎn)中主要是廢汽的排空熱損失。經(jīng)測(cè)算，排空廢汽量約占鍋爐供蒸汽量的20%～30%，數(shù)量驚人。還有管道系統(tǒng)散熱損失、冷凝水排放熱損失等也會(huì)降低系統(tǒng)熱效率3%～5%。

綜上分析，蒸壓混凝土建材行業(yè)鍋爐供熱系統(tǒng)熱效率僅在30%左右，能效極低。

2　蒸壓廢汽技術(shù)特性及熱力價(jià)值

長(zhǎng)期以來(lái)，蒸壓廢汽的排放已經(jīng)成為行業(yè)生產(chǎn)的必須過(guò)程，大部分企業(yè)基本沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這部分廢汽余熱的價(jià)值所在，更沒(méi)有采用有效的技術(shù)措施加以利用。

首先，來(lái)了解蒸壓廢汽的熱力特性，蒸壓廢汽是飽和蒸汽，它具有和飽和蒸汽一樣的熱力特性，表1摘錄是0.1～1.3MPa飽和蒸汽基本熱力參數(shù)，顯然，蒸汽的含熱量是很大的，而且壓力變化對(duì)含熱量沒(méi)有較大影響，另外飽和蒸汽具有可通過(guò)相變換熱釋放巨大潛熱的性質(zhì)，是工藝上最有價(jià)值的熱力性能，因此蒸壓廢汽和飽和蒸汽一樣不管壓力大小都是可利用的高品位熱能。

表1　飽和蒸汽熱力特性表（摘錄）

其次，蒸壓廢汽還有以下特點(diǎn)：廢汽帶有較強(qiáng)烈的石灰異味，其凝結(jié)水含白色石灰乳，呈堿性，pH值10～12；廢汽直接排放噪音非常大，石灰異味對(duì)大氣環(huán)境也有一定影響。

3　蒸壓廢汽二級(jí)回收利用節(jié)能技術(shù)

3.1技術(shù)原理

蒸壓廢汽二級(jí)回收利用節(jié)能技術(shù)的基本原理是熱能梯級(jí)利用。即設(shè)置一、二兩級(jí)廢汽余熱回收器，第一級(jí)為承壓容器，工作壓力1.6MPa，第二級(jí)為常壓容器。蒸壓廢汽排放時(shí)分成高低壓兩個(gè)階段進(jìn)行排放，分兩次對(duì)鍋爐給水進(jìn)行梯級(jí)加熱：鍋爐給水在二級(jí)廢汽余熱回收器中第一次被加熱至60～80℃，后進(jìn)入一級(jí)廢汽余熱回收器第二次被加熱至120～160℃（溫度高低取決于廢汽第一階段的排放壓力，此時(shí)給水在承壓容器中是不飽和高溫水）后進(jìn)入鍋爐，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐節(jié)能。給水流向與廢汽流向形成相逆換熱流程，增強(qiáng)了換熱效果。此外，換熱結(jié)構(gòu)、蓄熱容積、材料選用以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是其技術(shù)不可忽視的重要環(huán)節(jié)，本文在此且不作詳解。其技術(shù)原理圖如圖1所示。

圖1　蒸壓廢汽技術(shù)原理圖

蒸壓廢汽二級(jí)回收利用節(jié)能技術(shù)不改變?cè)猩a(chǎn)工藝和流程，對(duì)生產(chǎn)無(wú)造成任何影響。蒸壓廢汽的換熱回收時(shí)間可根據(jù)企業(yè)具體生產(chǎn)情況設(shè)計(jì)，一般為0.5h內(nèi)。蒸壓廢汽分段排放可由人工操作閥門(mén)來(lái)控制，也可通過(guò)PLC智能系統(tǒng)自動(dòng)控制以減少人為因素影響。

3.2節(jié)能率熱力學(xué)計(jì)算

設(shè)鍋爐運(yùn)行熱效率65%，蒸汽壓力1.3MPa，分別計(jì)算鍋爐給水從常溫25℃提高至120℃和160℃兩情形的節(jié)能率：

1）鍋爐給水從常溫25℃加熱至120℃的情形：

蒸汽壓力1.3MPa，含熱量為2785.13kJ/kg；25℃水含熱量（顯熱）105.42kJ/kg，120℃水含熱量（顯熱）506.1kJ/kg。

鍋爐節(jié)能率=[(506.1-105.42)÷2785.13]÷65% =22%

2）鍋爐給水從常溫25℃加熱至160℃的情形：蒸汽壓力1.3MPa，含熱量為2785.13kJ/kg；25℃水含熱量（顯熱）105.42kJ/kg，160℃水含熱量（顯熱）678.72kJ/kg。

鍋爐節(jié)能率=[(678.72-105.42)÷2785.13]÷65%=31%

因此，鍋爐給水提高到120～160℃，鍋爐可節(jié)能22%～31%（生產(chǎn)量越大，廢汽排量越大，節(jié)能率就越高）。

3.3節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益

以年產(chǎn)30萬(wàn)m3加氣混凝土砌塊為例，單位產(chǎn)品能耗～18kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m3，應(yīng)用本技術(shù)后能耗節(jié)約按26%計(jì)算，單位產(chǎn)品能耗可減少4.7kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m3，每年可減少能耗1410t標(biāo)準(zhǔn)煤，換算原煤為1974t，每年可節(jié)省燃料資金約150萬(wàn)元。

此外，鍋爐節(jié)能26%，在燃料消耗不變情況下，鍋爐出力會(huì)同比增加，蒸汽供應(yīng)更加充足，蒸壓釜升壓時(shí)間明顯縮短，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升。

3.4環(huán)保社會(huì)效益

應(yīng)用與實(shí)踐證明，蒸壓廢汽二級(jí)回收利用節(jié)能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)約90%蒸壓廢汽被換熱利用，廢汽凝結(jié)水（帶石灰乳）回收到配料車(chē)間使用，變廢為寶，蒸壓廢汽造成的石灰異味及噪音污染基本消除，減排效果非常顯著。

4　應(yīng)用實(shí)例

實(shí)例1：?？谀承滦徒ú墓灸戤a(chǎn)20萬(wàn)m3加氣混凝土砌塊項(xiàng)目，2013年7月采用合同能源管理節(jié)能效益分享模式，由節(jié)能服務(wù)公司投資建設(shè)一套蒸壓廢汽二級(jí)回收利用裝置，鍋爐給水溫度達(dá)146℃入爐，裝置投入使用1個(gè)月后，雙方對(duì)改造前后進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，燃煤鍋爐節(jié)能率達(dá)26.7%，2014年實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃煤1200t，當(dāng)年收回技改投資，按合同約定三年后節(jié)能設(shè)備無(wú)償移交歸用戶(hù)所有。

實(shí)例2：海南某環(huán)保建材廠年產(chǎn)8000萬(wàn)塊蒸壓灰砂磚項(xiàng)目，2012年通過(guò)節(jié)能技改建設(shè)一套蒸壓廢汽二級(jí)回收利用裝置，改造后鍋爐給水溫度達(dá)131℃，經(jīng)對(duì)比測(cè)試，鍋爐節(jié)能25.3%，每年鍋爐節(jié)省燃煤超過(guò)600t，技改項(xiàng)目當(dāng)年獲得政府節(jié)能獎(jiǎng)勵(lì)。

圖2　蒸壓廢汽二級(jí)回收利用節(jié)能技術(shù)

5　結(jié)論與建議

蒸壓廢汽二級(jí)回收利用節(jié)能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)蒸壓廢汽梯級(jí)充分利用和鍋爐節(jié)能22～31%，有效解決蒸壓混凝土建材生產(chǎn)中鍋爐供熱系統(tǒng)能效低、蒸壓廢汽排放熱能浪費(fèi)大且產(chǎn)生異味及噪音污染等問(wèn)題，對(duì)帶動(dòng)行業(yè)技術(shù)升級(jí)和節(jié)能減排發(fā)揮積極作用。按平均節(jié)能26%測(cè)算，本技術(shù)的應(yīng)用每年可為蒸壓混凝土建材行業(yè)節(jié)約能源130萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳330萬(wàn)t。

建議通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)平臺(tái)的作用，開(kāi)展技術(shù)交流與宣傳，加強(qiáng)技術(shù)與企業(yè)的對(duì)接，在蒸壓混凝土建材產(chǎn)業(yè)集中地區(qū)建立技術(shù)應(yīng)用示范點(diǎn)，以點(diǎn)帶面，逐步推廣；加強(qiáng)與節(jié)能服務(wù)公司合作，通過(guò)合同能源管理模式加快技術(shù)推廣；充分利用各地政府節(jié)能補(bǔ)貼政策，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，促進(jìn)技術(shù)應(yīng)用。

［1］ 吳文浩，吳來(lái)興.工業(yè)鍋爐司爐工讀本［M］.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

［2］ 范北巖，管堅(jiān).工業(yè)鍋爐節(jié)能技術(shù)培訓(xùn)教材［M］.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009.

［3］ TSG G0003—2007 工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則［S］.

［4］ GB/T 3486—93 評(píng)價(jià)企業(yè)合理用熱技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［5］ GB/T 28750—2012 節(jié)能量測(cè)量和驗(yàn)證技術(shù)通則［S］.

Study on High Efficiency Energy-saving Technology “Autoclaved Waste Steam Recycling Use” and its Application

Cai Jun
(Hainan Boiler Pressure Vessels and Special Equipment Inspection Institute Haikou 570203)

Autoclaved concrete building materials production industry is a traditional extensive and high energy consumption estate. The low boiler heating system efficiency and the large autoclave exhaust waste with a greater odor and noise pollution have become the industry problems to be solved for a long time. In this paper, principles and applications of the secondary autoclave waste gas recycling energy-saving technologies with 22%～31% energy-saving effect are discussed, meanwhile, technology applications and recommendations on promoting energy saving are proposed.

Autoclaved waste gas Cascade utilization Secondary recovery Segmented emissions Sensible heat Heat energy quality

X959

B

1673-257X（2016）07-0041-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.07.010

蔡軍（1965～），男，碩士，高級(jí)工程師，從事鍋爐節(jié)能技術(shù)與新能源開(kāi)發(fā)利用工作。
（

2016-01-21）