加氣磚生產(chǎn)系統(tǒng)凝結(jié)水回收利用系統(tǒng)改造設(shè)計*

魏 紅，馬順海，景勤智，劉 民

(甘肅紅峰機(jī)械有限責(zé)任公司，甘肅 平?jīng)?744000)

0 引 言

加氣砌塊是目前建筑行業(yè)的新型建材，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、抗?jié)B防水、防火阻燃、隔音吸音等優(yōu)點(diǎn)，但該制品在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)裂紋、粘連、爆裂等質(zhì)量問題。優(yōu)品率很低，而且該類生產(chǎn)廠的能耗很大，工作環(huán)境污染非常嚴(yán)重。

針對以上問題，通過對該生產(chǎn)流程及工藝過程的詳細(xì)了解及探討，得出：釜內(nèi)凝結(jié)水沒有完全排出上下溫差較大，坯體靜停時表面因內(nèi)部溫度升高，壓力增大膨脹而產(chǎn)生不同程度裂紋、粘連、爆裂等缺陷是造成產(chǎn)品質(zhì)量問題的主要原因；釜內(nèi)凝結(jié)水及排汽的余壓蒸汽對大氣排放是造成能耗大，工作環(huán)境污染嚴(yán)重的主要原因。因此，解決這些問題的主要思路是：迅速排出釜內(nèi)凝結(jié)水并將其回收利用的同時將泄壓蒸汽分路回收以降低能耗，改善工作環(huán)境。

分路回收的具體思路：①釜內(nèi)凝結(jié)水的排出回收思路：采用疏水系統(tǒng)將凝結(jié)水排入閃蒸處理，低壓閃蒸汽供給預(yù)養(yǎng)室散熱片進(jìn)行二次利用，閃蒸后的低壓凝結(jié)水經(jīng)過換熱降溫后，進(jìn)入凝結(jié)水處理系統(tǒng)凈化處理，水質(zhì)達(dá)到低壓小型鍋爐給水國家標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)入鍋爐給水水箱，做為鍋爐補(bǔ)給水進(jìn)行循環(huán)利用；②蒸壓釜排汽的余壓蒸汽回收思路：采用乏汽回收系統(tǒng)將排汽冷凝成高溫凝結(jié)水，同時加熱鍋爐給水實(shí)現(xiàn)熱能回收利用。解決問題方式需要進(jìn)行較大的改造工程，具體是：蒸壓釜疏水系統(tǒng)改造、凝結(jié)水的閃蒸利用、凝結(jié)水的處理和回用以及蒸壓釜排汽的回收。

筆者實(shí)踐中，通過對某企業(yè)年產(chǎn)40萬m3蒸壓輕質(zhì)加氣砌塊及60萬m2蒸壓輕質(zhì)加氣板材的生產(chǎn)線實(shí)施上述節(jié)能技術(shù)改造后，優(yōu)品率達(dá)到90%的同時節(jié)省了約25%的燃料，達(dá)到了節(jié)能減排良好效果，而且生產(chǎn)環(huán)境和公司整體環(huán)境有了極大改觀。以該生產(chǎn)線為例簡述其改造及調(diào)試過程。

1 釜內(nèi)凝結(jié)水的排出回收

1.1 蒸壓釜疏水系統(tǒng)改造

1.1.1 疏水閥的選用

蒸壓釜的運(yùn)行過程比較特殊，運(yùn)行過程中蒸汽的壓力、溫度、凝結(jié)水的產(chǎn)生量都是變化的。而且每條釜都是間歇運(yùn)行的。蒸壓釜的運(yùn)行過程是：釜內(nèi)進(jìn)磚、抽真空(大部分工藝)、倒汽升壓、加汽升壓、恒壓恒溫、保壓、保壓補(bǔ)汽、繼續(xù)保壓、倒汽降壓、排汽降壓、開釜出磚等階段，用時近10 h。從倒汽升壓開始、加汽升壓、恒壓恒溫、恒壓保壓、保壓補(bǔ)汽、倒汽降壓、到排汽降壓的每一個階段凝結(jié)水的產(chǎn)生量都是變化的，凝結(jié)水量隨著壓力溫度的上升，逐漸增多。釜內(nèi)升壓到0.35時，凝結(jié)水量開始快速上升，當(dāng)釜內(nèi)壓力由0.6～1.0 MPa,溫度升到175～185 ℃時，凝結(jié)水量會突然增加很多倍。到了恒壓階段，隨時間的延長，凝結(jié)水量逐漸減少，直到降壓排汽階段，凝結(jié)水排出量越來越少。如圖1所示。

圖1 蒸壓釜運(yùn)行過程凝結(jié)水產(chǎn)生量圖

由于蒸壓釜的這種特殊運(yùn)行特性，應(yīng)該選擇設(shè)計鐘形浮子式蒸汽疏水閥閥組才可滿足壓力、排量變化巨大工作特性。

1.1.2 疏水閥閥組的科學(xué)設(shè)計

蒸壓釜內(nèi)的被加熱物體是加氣磚，是一種相對粗糙的物體，無論怎樣都會有顆?；蚧曳垲愇镔|(zhì)混入到排出蒸壓釜的凝結(jié)水中，因此凝結(jié)水的濁度高，很混濁，且有較大的顆粒狀固體物質(zhì)，為了保證疏水閥能夠正常使用，對疏水閥必須采取必要的保護(hù)措施。另外、高溫高壓的凝結(jié)水需要回收并利用，這就需要對排放凝結(jié)水系統(tǒng)的疏水閥門及疏水配管進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，如圖2所示。

圖2 撬裝體-簡易疏水閥閥組

本撬裝體疏水閥閥組是為該類加氣磚制造企業(yè)回收凝結(jié)水而專門設(shè)計的結(jié)構(gòu)，適用于現(xiàn)有工廠的改造。

1.1.3 疏水回收管道的設(shè)計

每條蒸壓釜須配兩套疏水閥閥組，分布在蒸壓釜兩端，回收凝結(jié)水的管道的管徑設(shè)計必須要滿足凝結(jié)水最大排放量及閃蒸空間的需要。管道的設(shè)計壓力必須滿足疏水閥失效時的蒸汽壓力的等級。管道焊接的標(biāo)準(zhǔn)按蒸汽和凝結(jié)水輸送管道的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行焊接和檢驗(yàn)。管道上必須要設(shè)計高位空氣排放點(diǎn)和低位污水排放點(diǎn)，以便于清掃管道和緊急排放。如圖3所示。在設(shè)計回收中管道中還應(yīng)該考慮管道的安裝問題。

圖3 高位空氣排和低位污水排放示意圖

1.1.4疏水系統(tǒng)閥門及管道的安裝

蒸壓釜的疏水系統(tǒng)包括：蒸壓釜兩端的凝結(jié)水集水槽、排污閥、疏水閥閥組、凝結(jié)水收集管道、管道閥門。如圖4所示。

圖4 蒸壓釜水系統(tǒng)安裝示意圖

管道安裝時方向有一個1/200的坡度，以利于凝結(jié)水的正向流動。凝結(jié)水收集管道可以低位安裝，也可以高位安裝。每組疏水閥組出口管與收集管道的連接時，出口管與收集管的流向成30°～45°傾角從收集管頂部接入，以防止凝結(jié)水阻截。蒸壓釜兩側(cè)的凝結(jié)水收集管道在釜的底部(或頂部)平臺約中間位置匯合，并入閃蒸罐的凝結(jié)水入口管道。匯合前分別安裝止回閥及切斷閥。匯合處安裝凝結(jié)水匯流器，防止兩路凝結(jié)水相互沖擊。或閃蒸罐設(shè)計兩個進(jìn)水口，兩路凝結(jié)水分別引入閃蒸罐。

1.2 凝結(jié)水的閃蒸利用

1.2.1 閃蒸系統(tǒng)的合理設(shè)計

高壓高溫蒸汽凝結(jié)水含有大量的熱值，對其進(jìn)行閃蒸利用，可實(shí)現(xiàn)最大價值。加氣行業(yè)蒸壓釜排出的高溫高壓凝結(jié)水，因水質(zhì)和設(shè)備運(yùn)行的特殊性，在設(shè)計回收管路及閃蒸罐時就要考慮適應(yīng)其特殊性。

閃蒸系統(tǒng)對設(shè)備及管路都要進(jìn)行保溫，一是保證高溫下人員的安全性，二是減少熱量損失，回收利用更多熱能，降低熱輻射對環(huán)境的危害。如圖5所示。

圖5 閃蒸系統(tǒng)示意圖

1.2.2 閃蒸系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行

閃蒸系統(tǒng)的運(yùn)行需要認(rèn)真細(xì)致的調(diào)試，結(jié)合上游來水的壓力、溫度、流量，下游對閃蒸汽的溫度壓力流量需求的范圍，以及后續(xù)凝結(jié)水處理裝置的溫度要求等進(jìn)行測試和調(diào)整。經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行，得到寶貴的經(jīng)驗(yàn)，連續(xù)產(chǎn)生的閃蒸汽用于預(yù)養(yǎng)間的散熱片，給預(yù)養(yǎng)間的空間進(jìn)行加熱，預(yù)養(yǎng)間做好封閉，盡量不通風(fēng)對流，室溫達(dá)到55～65 ℃。通過壓力溫度的熱量平衡調(diào)試，調(diào)整得到了一個最佳的壓力平衡點(diǎn)0.13 MPa，將這個壓力點(diǎn)設(shè)定為目標(biāo)值。閃蒸蒸汽的實(shí)際壓力在0.13 MPa上下0.01～0.02 MPa之間波動。這樣即能將閃蒸罐內(nèi)的凝結(jié)水輸送出去，又能獲取閃蒸汽最大限度的熱量送往預(yù)養(yǎng)間0.13 MPa的飽和蒸汽的溫度是124.87 ℃，熱焓2 712.93 kJ/kg，蒸汽潛熱2 188.40 kJ/kg。

由表1可知，低于0.15 MPa的飽和蒸汽能夠提供的熱量多。且凝結(jié)水中的熱量明顯少于相對高壓力的。因?yàn)轭A(yù)養(yǎng)室需要的是熱量，而大部分的熱量是由蒸汽的潛熱提供的。所以選擇較低壓力的蒸汽供熱反而能提供更多的熱量。同時閃蒸汽的壓力低，閃蒸率會更高些，閃蒸汽的質(zhì)量流量會相應(yīng)增大，這樣更能保證利用閃蒸汽就可以提供足夠的熱量給預(yù)養(yǎng)室加溫。

表1 低壓飽和蒸汽性質(zhì)參數(shù)對比

1.2.3 預(yù)養(yǎng)室散熱片疏水狀況對閃蒸汽壓力的影響

預(yù)養(yǎng)室散熱片采用管道式結(jié)構(gòu)，其疏水選擇溫控式疏水閥效果會更好，排水溫度可以任意設(shè)定。這樣既能利用蒸汽的潛熱，還能利用一部分凝結(jié)水的顯熱。經(jīng)過試驗(yàn)調(diào)試，排放溫度設(shè)定在85～90 ℃為最佳。疏水閥運(yùn)行正常的情況下，閃蒸罐內(nèi)閃蒸汽的壓力十分穩(wěn)定，凝結(jié)水趨向設(shè)定值0.13 MPa，壓力波動范圍在±0.01～0.02 MPa之間，閃蒸罐內(nèi)的液位會穩(wěn)定在設(shè)定值325 mm的高度，后續(xù)的凝結(jié)水水處理系統(tǒng)的換熱機(jī)組進(jìn)水壓力也會穩(wěn)定在0.08 MPa，出水溫度控制在45～55 ℃的范圍內(nèi)。

因此，閃蒸系統(tǒng)運(yùn)行正常的條件除了蒸壓釜排出來的凝結(jié)水的條件參數(shù)以外，還必須要保證預(yù)養(yǎng)室用汽系統(tǒng)的疏水正常，才能確保預(yù)養(yǎng)質(zhì)量。蒸壓釜排出來的凝結(jié)水不可直接作為鍋爐，須進(jìn)行水質(zhì)處理。

1.3 凝結(jié)水的處理和回用

工業(yè)企業(yè)回收來的凝結(jié)水是不能直接用作鍋爐的給水的，必須經(jīng)過水處理措施處理才能回用。加氣行業(yè)的凝結(jié)水水質(zhì)狀況不同于石油化工或電廠或其它行業(yè)的凝結(jié)水，如何選擇合適的水處理工藝及技術(shù)設(shè)備，須對凝結(jié)水的水質(zhì)情況進(jìn)行綜合跟蹤檢測，根據(jù)水質(zhì)情況以及現(xiàn)場安裝空間進(jìn)行工藝路線及設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

加氣行業(yè)蒸壓釜生產(chǎn)過程中蒸汽和物料直接接觸，而且物料在高溫下會自產(chǎn)一部分蒸汽，物料內(nèi)的物質(zhì)會有少量析出，還有部分顆粒狀的無機(jī)物質(zhì)會溶解在凝結(jié)水中，因此，回收來的凝結(jié)水水質(zhì)比較復(fù)雜，不同地區(qū)的企業(yè)采用的原料物質(zhì)不同，水質(zhì)是不完全相同的。但是共同的特點(diǎn)是PH值都在12～13間，濁度高，硬度相對較低，含鐵較高，含油，二氧化硅含量較高。從調(diào)查了解的情況分析部分凝結(jié)水電導(dǎo)率超高，含氯鹽超高。與其使用海砂關(guān)系較大，腐蝕性強(qiáng)。正常的砂加氣或灰加氣磚生產(chǎn)過程的凝結(jié)水水質(zhì)特點(diǎn)都相差不多。

表2 回收的凝結(jié)水水質(zhì)檢測結(jié)果

表3 中低壓鍋爐給水水質(zhì)指標(biāo)(GB1576-2008)1.0≤P≤1.6(MPa)(25 ℃)

表4 處理后的凝結(jié)水水質(zhì)檢測結(jié)果(25℃)

從水質(zhì)分析的結(jié)果和國家標(biāo)準(zhǔn)的對比來看，PH高、電導(dǎo)、鐵、濁度、油、氣味、等。收集的蒸壓釜凝結(jié)水影響水質(zhì)指標(biāo)的主要是鐵和濁度。因此降濁度，除鐵及除油是必須措施。

依照凝結(jié)水除鐵原理，過濾法除鐵可劃分為化學(xué)法和物理法。物理法除鐵更適合本行業(yè)特殊要求。其通過濾料的物理吸附作用除鐵，關(guān)鍵在于濾料選擇。理想的濾料對鐵離子應(yīng)有良好過濾能力和耐高溫性能。通過對錳砂濾料、粉末樹脂濾料和陶瓷濾料三種常用濾料進(jìn)行分析，從處理效果、處理工藝、投資成本、運(yùn)行成本等方面綜合比較，選用陶瓷濾料過濾技術(shù)。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，分別從蒸汽凝結(jié)水的排放流量、溫度、含鐵量和反沖洗方式等方面進(jìn)行工藝路線的選擇設(shè)計確定除鐵除油及深度凈化處理技術(shù)設(shè)備方案。通過分析，結(jié)合除鐵設(shè)備規(guī)格，采用兩臺流量10 t/h、溫度120 ℃、處理含鐵量10 mg/L的過濾設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行方案，選用壓縮空氣加軟水反沖洗方式清洗濾料。凝結(jié)水經(jīng)除鐵處理后直接送入鍋爐給水備用水箱，減少二次污染，同時便于設(shè)備操作與巡視。

凝結(jié)水經(jīng)過處理后，連續(xù)三個月對其含鐵量進(jìn)行檢測，檢測到最大值為0.10 mg/L，低于鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)(0.30 mg/L)，濁度降低到2.0以下。設(shè)備除鐵效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

由于加氣行業(yè)凝結(jié)水水質(zhì)的特殊性，含 泥沙量大，在預(yù)處理罐內(nèi)蓄積凝結(jié)水的過程中，罐底會有泥沙，需要定時排污或增大預(yù)處理罐的體積。

對于凝結(jié)水電導(dǎo)率超高，含氯鹽超高。腐蝕性強(qiáng)水質(zhì)，對管道及閥門都有較強(qiáng)的腐蝕性，因此其水處理工藝流程相對的就比較復(fù)雜一些，選用的設(shè)備必須耐腐蝕，需要化學(xué)方法進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，必須先進(jìn)行降溫處理，然后進(jìn)行加化學(xué)藥劑，通過絮凝沉淀，多級過濾，離子交換或反滲透處理，才能作為回用水。

2 蒸壓釜排汽的余壓蒸汽回收

2.1 乏汽回收裝置的選擇和排汽管道的設(shè)計

乏汽回收裝置，是一種新型的用于回收低壓無用蒸汽設(shè)備，分間接換熱吸收和直接吸收兩種形式。根據(jù)現(xiàn)場條件分析確定采用更合理的一種。根據(jù)現(xiàn)場條件，如更有利于采用間接換熱吸收形式的乏汽回收裝置。現(xiàn)場用附近的河水作為冷源，通過設(shè)計校核，確定換熱量，從而確定設(shè)備規(guī)格。采用如圖6的回收工藝流程，順利完成回收蒸壓釜排汽，從0.38 MPa開始排汽操作，到0.08 MPa，用時25 min，比原來直接排放用時少12 min，從而提高生產(chǎn)效率。

圖6 水處理系統(tǒng)示意圖

圖7 乏氣回收系統(tǒng)示意圖

回收蒸壓釜排汽應(yīng)調(diào)試好合適的排放壓力，才可滿足生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 蒸壓釜排汽壓力的合理設(shè)定

從蒸汽能源節(jié)約的角度來講，蒸壓釜排汽壓力的確定需要經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐來設(shè)定一個合理的壓力。蒸壓釜倒汽過程中從一個1.35 MPa的高壓釜將蒸汽排入到一個0.4～0.6 MPa的低壓釜，當(dāng)高壓釜壓力降低到0.8～0.9 MPa時，再切換到0.001 MPa的低低壓釜，使壓力降低到0.3～0.35 MPa時，再行排放，通過乏汽回收裝置的負(fù)壓室的抽吸，以較快的速度使蒸壓釜內(nèi)的壓力降低到可以打開釜門的壓力。這樣既節(jié)約了蒸汽熱能降低了開釜時間而且消除了人工開釜的危險性。

2.3 蒸壓釜排汽時間對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響

大多數(shù)廠家為了保證生產(chǎn)效率，通過縮短排汽時間來提高蒸壓釜的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，但是排汽時間不能過短，否則影響磚的質(zhì)量。排汽時間過長，影響蒸壓釜的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，影響產(chǎn)量。一般情況不同的蒸壓釜排汽時長是不相同的。比如直徑2～2.1 m，長32 m的釜，排汽時間約25～35 min，直徑2.65～2.85 m，長38 m的釜，排汽時間30～40 min。合理確定排汽時長，是保證制品質(zhì)量的重要因素。

2.4 蒸壓釜排汽到低低壓時釜內(nèi)余氣的組成

蒸壓釜排汽在0.35～0.15 MPa時間段，排汽速度很快，用時約8～10 min，0.15～0.01 MPa時間段，用時約20～25 min。蒸壓釜內(nèi)壓力下降，蒸汽流速降低，排汽時間延長。到低低壓區(qū)時，釜內(nèi)除了水蒸汽外，是否還有其它氣體呢，經(jīng)過大量調(diào)研，排汽到了末端，釜內(nèi)排出的氣體中含有大量的有臭味的氣體，經(jīng)過冷凝后，這些氣體部分變成了礦物油，由此可以判斷，蒸壓釜內(nèi)余壓蒸汽中含有揮發(fā)性的有機(jī)物質(zhì)，這此有機(jī)物質(zhì)，是大量回用到制漿池中脫模油，制成磚坯后，混合在磚坯內(nèi)。經(jīng)過高溫高壓蒸壓過程后，從磚坯中析出并汽化，混合在水蒸汽中，最后輕質(zhì)的有機(jī)物隨排汽過程和水蒸汽一起快速排放出釜外，重質(zhì)的有機(jī)物氣體，排放相對緩慢，氣味較濃，冷凝較慢，因此延長了開釜出釜的時間。這一問題還需進(jìn)一步探討找到更為合適的脫模油。

3 結(jié) 語

通過對蒸壓釜的疏水及排汽的余熱回收利用，凝結(jié)水回收率95%以上，廢熱利用率超過60%，產(chǎn)能提高了110%，同時極大的改善了生產(chǎn)環(huán)境，減輕了員工勞動強(qiáng)度，為加氣磚行業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)改善生產(chǎn)環(huán)境、節(jié)能降耗具有示范意義。