加氣磚生產系統凝結水回收利用系統改造設計*

魏 紅，馬順海，景勤智，劉 民

(甘肅紅峰機械有限責任公司，甘肅 平涼 744000)

0 引 言

加氣砌塊是目前建筑行業的新型建材，具有輕質高強、保溫隔熱、抗滲防水、防火阻燃、隔音吸音等優點，但該制品在生產過程中容易出現裂紋、粘連、爆裂等質量問題。優品率很低，而且該類生產廠的能耗很大，工作環境污染非常嚴重。

針對以上問題，通過對該生產流程及工藝過程的詳細了解及探討，得出：釜內凝結水沒有完全排出上下溫差較大，坯體靜停時表面因內部溫度升高，壓力增大膨脹而產生不同程度裂紋、粘連、爆裂等缺陷是造成產品質量問題的主要原因；釜內凝結水及排汽的余壓蒸汽對大氣排放是造成能耗大，工作環境污染嚴重的主要原因。因此，解決這些問題的主要思路是：迅速排出釜內凝結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，改善工作環境。

分路回收的具體思路：①釜內凝結水的排出回收思路：采用疏水系統將凝結水排入閃蒸處理，低壓閃蒸汽供給預養室散熱片進行二次利用，閃蒸后的低壓凝結水經過換熱降溫后，進入凝結水處理系統凈化處理，水質達到低壓小型鍋爐給水國家標準后，進入鍋爐給水水箱，做為鍋爐補給水進行循環利用；②蒸壓釜排汽的余壓蒸汽回收思路：采用乏汽回收系統將排汽冷凝成高溫凝結水，同時加熱鍋爐給水實現熱能回收利用。解決問題方式需要進行較大的改造工程，具體是：蒸壓釜疏水系統改造、凝結水的閃蒸利用、凝結水的處理和回用以及蒸壓釜排汽的回收。

筆者實踐中，通過對某企業年產40萬m3蒸壓輕質加氣砌塊及60萬m2蒸壓輕質加氣板材的生產線實施上述節能技術改造后，優品率達到90%的同時節省了約25%的燃料，達到了節能減排良好效果，而且生產環境和公司整體環境有了極大改觀。以該生產線為例簡述其改造及調試過程。

1 釜內凝結水的排出回收

1.1 蒸壓釜疏水系統改造

1.1.1 疏水閥的選用

蒸壓釜的運行過程比較特殊，運行過程中蒸汽的壓力、溫度、凝結水的產生量都是變化的。而且每條釜都是間歇運行的。蒸壓釜的運行過程是：釜內進磚、抽真空(大部分工藝)、倒汽升壓、加汽升壓、恒壓恒溫、保壓、保壓補汽、繼續保壓、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、保壓補汽、倒汽降壓、到排汽降壓的每一個階段凝結水的產生量都是變化的，凝結水量隨著壓力溫度的上升，逐漸增多。釜內升壓到0.35時，凝結水量開始快速上升，當釜內壓力由0.6～1.0 MPa,溫度升到175～185 ℃時，凝結水量會突然增加很多倍。到了恒壓階段，隨時間的延長，凝結水量逐漸減少，直到降壓排汽階段，凝結水排出量越來越少。如圖1所示。

圖1 蒸壓釜運行過程凝結水產生量圖

由于蒸壓釜的這種特殊運行特性，應該選擇設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 疏水閥閥組的科學設計

蒸壓釜內的被加熱物體是加氣磚，是一種相對粗糙的物體，無論怎樣都會有顆粒或灰粉類物質混入到排出蒸壓釜的凝結水中，因此凝結水的濁度高，很混濁，且有較大的顆粒狀固體物質，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措施。另外、高溫高壓的凝結水需要回收并利用，這就需要對排放凝結水系統的疏水閥門及疏水配管進行科學合理的設計，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回收凝結水而專門設計的結構，適用于現有工廠的改造。

1.1.3 疏水回收管道的設計

每條蒸壓釜須配兩套疏水閥閥組，分布在蒸壓釜兩端，回收凝結水的管道的管徑設計必須要滿足凝結水最大排放量及閃蒸空間的需要。管道的設計壓力必須滿足疏水閥失效時的蒸汽壓力的等級。管道焊接的標準按蒸汽和凝結水輸送管道的標準要求進行焊接和檢驗。管道上必須要設計高位空氣排放點和低位污水排放點，以便于清掃管道和緊急排放。如圖3所示。在設計回收中管道中還應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疏水系統閥門及管道的安裝

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

圖4 蒸壓釜水系統安裝示意圖

管道安裝時方向有一個1/200的坡度，以利于凝結水的正向流動。凝結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，以防止凝結水阻截。蒸壓釜兩側的凝結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。匯合處安裝凝結水匯流器，防止兩路凝結水相互沖擊。或閃蒸罐設計兩個進水口，兩路凝結水分別引入閃蒸罐。

1.2 凝結水的閃蒸利用

1.2.1 閃蒸系統的合理設計

高壓高溫蒸汽凝結水含有大量的熱值，對其進行閃蒸利用，可實現最大價值。加氣行業蒸壓釜排出的高溫高壓凝結水，因水質和設備運行的特殊性，在設計回收管路及閃蒸罐時就要考慮適應其特殊性。

閃蒸系統對設備及管路都要進行保溫，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，降低熱輻射對環境的危害。如圖5所示。

圖5 閃蒸系統示意圖

1.2.2 閃蒸系統的調試運行

閃蒸系統的運行需要認真細致的調試，結合上游來水的壓力、溫度、流量，下游對閃蒸汽的溫度壓力流量需求的范圍，以及后續凝結水處理裝置的溫度要求等進行測試和調整。經過調試運行，得到寶貴的經驗，連續產生的閃蒸汽用于預養間的散熱片，給預養間的空間進行加熱，預養間做好封閉，盡量不通風對流，室溫達到55～65 ℃。通過壓力溫度的熱量平衡調試，調整得到了一個最佳的壓力平衡點0.13 MPa，將這個壓力點設定為目標值。閃蒸蒸汽的實際壓力在0.13 MPa上下0.01～0.02 MPa之間波動。這樣即能將閃蒸罐內的凝結水輸送出去，又能獲取閃蒸汽最大限度的熱量送往預養間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。且凝結水中的熱量明顯少于相對高壓力的。因為預養室需要的是熱量，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，閃蒸汽的質量流量會相應增大，這樣更能保證利用閃蒸汽就可以提供足夠的熱量給預養室加溫。

表1 低壓飽和蒸汽性質參數對比

1.2.3 預養室散熱片疏水狀況對閃蒸汽壓力的影響

預養室散熱片采用管道式結構，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定。這樣既能利用蒸汽的潛熱，還能利用一部分凝結水的顯熱。經過試驗調試，排放溫度設定在85～90 ℃為最佳。疏水閥運行正常的情況下，閃蒸罐內閃蒸汽的壓力十分穩定，凝結水趨向設定值0.13 MPa，壓力波動范圍在±0.01～0.02 MPa之間，閃蒸罐內的液位會穩定在設定值325 mm的高度，后續的凝結水水處理系統的換熱機組進水壓力也會穩定在0.08 MPa，出水溫度控制在45～55 ℃的范圍內。

因此，閃蒸系統運行正常的條件除了蒸壓釜排出來的凝結水的條件參數以外，還必須要保證預養室用汽系統的疏水正常，才能確保預養質量。蒸壓釜排出來的凝結水不可直接作為鍋爐，須進行水質處理。

1.3 凝結水的處理和回用

工業企業回收來的凝結水是不能直接用作鍋爐的給水的，必須經過水處理措施處理才能回用。加氣行業的凝結水水質狀況不同于石油化工或電廠或其它行業的凝結水，如何選擇合適的水處理工藝及技術設備，須對凝結水的水質情況進行綜合跟蹤檢測，根據水質情況以及現場安裝空間進行工藝路線及設備結構的設計。

加氣行業蒸壓釜生產過程中蒸汽和物料直接接觸，而且物料在高溫下會自產一部分蒸汽，物料內的物質會有少量析出，還有部分顆粒狀的無機物質會溶解在凝結水中，因此，回收來的凝結水水質比較復雜，不同地區的企業采用的原料物質不同，水質是不完全相同的。但是共同的特點是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。從調查了解的情況分析部分凝結水電導率超高，含氯鹽超高。與其使用海砂關系較大，腐蝕性強。正常的砂加氣或灰加氣磚生產過程的凝結水水質特點都相差不多。

表2 回收的凝結水水質檢測結果

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

表4 處理后的凝結水水質檢測結果(25℃)

從水質分析的結果和國家標準的對比來看，PH高、電導、鐵、濁度、油、氣味、等。收集的蒸壓釜凝結水影響水質指標的主要是鐵和濁度。因此降濁度，除鐵及除油是必須措施。

依照凝結水除鐵原理，過濾法除鐵可劃分為化學法和物理法。物理法除鐵更適合本行業特殊要求。其通過濾料的物理吸附作用除鐵，關鍵在于濾料選擇。理想的濾料對鐵離子應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行分析，從處理效果、處理工藝、投資成本、運行成本等方面綜合比較，選用陶瓷濾料過濾技術。結合生產實際情況，分別從蒸汽凝結水的排放流量、溫度、含鐵量和反沖洗方式等方面進行工藝路線的選擇設計確定除鐵除油及深度凈化處理技術設備方案。通過分析，結合除鐵設備規格，采用兩臺流量10 t/h、溫度120 ℃、處理含鐵量10 mg/L的過濾設備并聯運行方案，選用壓縮空氣加軟水反沖洗方式清洗濾料。凝結水經除鐵處理后直接送入鍋爐給水備用水箱，減少二次污染，同時便于設備操作與巡視。

凝結水經過處理后，連續三個月對其含鐵量進行檢測，檢測到最大值為0.10 mg/L，低于鍋爐用水標準(0.30 mg/L)，濁度降低到2.0以下。設備除鐵效果達到了預期目標。

由于加氣行業凝結水水質的特殊性，含 泥沙量大，在預處理罐內蓄積凝結水的過程中，罐底會有泥沙，需要定時排污或增大預處理罐的體積。

對于凝結水電導率超高，含氯鹽超高。腐蝕性強水質，對管道及閥門都有較強的腐蝕性，因此其水處理工藝流程相對的就比較復雜一些，選用的設備必須耐腐蝕，需要化學方法進行化學預處理，必須先進行降溫處理，然后進行加化學藥劑，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計

乏汽回收裝置，是一種新型的用于回收低壓無用蒸汽設備，分間接換熱吸收和直接吸收兩種形式。根據現場條件分析確定采用更合理的一種。根據現場條件，如更有利于采用間接換熱吸收形式的乏汽回收裝置。現場用附近的河水作為冷源，通過設計校核，確定換熱量，從而確定設備規格。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，從而提高生產效率。

圖6 水處理系統示意圖

圖7 乏氣回收系統示意圖

回收蒸壓釜排汽應調試好合適的排放壓力，才可滿足生產的經濟性。

2.2 蒸壓釜排汽壓力的合理設定

從蒸汽能源節約的角度來講，蒸壓釜排汽壓力的確定需要經過長期的生產實踐來設定一個合理的壓力。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壓室的抽吸，以較快的速度使蒸壓釜內的壓力降低到可以打開釜門的壓力。這樣既節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系統的影響

大多數廠家為了保證生產效率，通過縮短排汽時間來提高蒸壓釜的運轉周期，但是排汽時間不能過短，否則影響磚的質量。排汽時間過長，影響蒸壓釜的運轉周期，影響產量。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，是保證制品質量的重要因素。

2.4 蒸壓釜排汽到低低壓時釜內余氣的組成

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。蒸壓釜內壓力下降，蒸汽流速降低，排汽時間延長。到低低壓區時，釜內除了水蒸汽外，是否還有其它氣體呢，經過大量調研，排汽到了末端，釜內排出的氣體中含有大量的有臭味的氣體，經過冷凝后，這些氣體部分變成了礦物油，由此可以判斷，蒸壓釜內余壓蒸汽中含有揮發性的有機物質，這此有機物質，是大量回用到制漿池中脫模油，制成磚坯后，混合在磚坯內。經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，最后輕質的有機物隨排汽過程和水蒸汽一起快速排放出釜外，重質的有機物氣體，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。這一問題還需進一步探討找到更為合適的脫模油。

3 結 語

通過對蒸壓釜的疏水及排汽的余熱回收利用，凝結水回收率95%以上，廢熱利用率超過60%，產能提高了110%，同時極大的改善了生產環境，減輕了員工勞動強度，為加氣磚行業生產系統改善生產環境、節能降耗具有示范意義。