蔡 軍（海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗所 ?？?570203）

蒸壓廢汽二級回收利用高效節(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)，長期以來鍋爐供熱系統(tǒng)能效較低、蒸壓廢汽排放熱能浪費大且產(chǎn)生較大異味和噪音污染等已經(jīng)成為行業(yè)亟待解決的問題。本文就研發(fā)的蒸壓廢汽二級回收利用節(jié)能技術(shù)達到22%～31%的節(jié)能效果從原理和應(yīng)用進行論述，并提出技術(shù)推廣應(yīng)用和促進行業(yè)節(jié)能減排的建議。

蒸壓廢汽 梯級利用 二級回收 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)用于各個領(lǐng)域的建設(shè)項目，據(jù)了解，我國現(xiàn)有大小蒸壓混凝土建材生產(chǎn)廠近4000家，每年生產(chǎn)各類蒸壓混凝土產(chǎn)品超過2.5億m3，總能耗達500萬t標準煤。蒸壓混凝土建材的生產(chǎn)長期表現(xiàn)為粗放型、高能耗、高排放的特點，尤其是鍋爐供熱系統(tǒng)能效低、蒸壓廢汽排放熱能浪費大且產(chǎn)生異味和噪音污染等已經(jīng)成為行業(yè)亟待解決的突出問題。筆者經(jīng)過6年多的研究與實踐，在蒸壓廢汽的回收利用與環(huán)保方面取得成效，蒸壓廢汽二級回收利用節(jié)能技術(shù)獲得國家專利（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行高溫蒸壓，加強混凝土內(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（且稱蒸壓廢汽）壓力約0.5MPa左右排空，有時常常為了趕產(chǎn)量趕時間，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，給周圍環(huán)境也帶來異味和噪音污染。

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方面：鍋爐運行熱效率和系統(tǒng)熱損失。

鍋爐運行熱效率主要受三個因素影響：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)計熱效率一般在75%左右，因蒸壓生產(chǎn)的用汽是間歇性的，負荷變化較大，鍋爐燃燒工況較差，鍋爐實際運行熱效率一般不超過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)特性及熱力價值

長期以來，蒸壓廢汽的排放已經(jīng)成為行業(yè)生產(chǎn)的必須過程，大部分企業(yè)基本沒有認識到這部分廢汽余熱的價值所在，更沒有采用有效的技術(shù)措施加以利用。

首先，來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，而且壓力變化對含熱量沒有較大影響，另外飽和蒸汽具有可通過相變換熱釋放巨大潛熱的性質(zhì)，是工藝上最有價值的熱力性能，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：廢汽帶有較強烈的石灰異味，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，石灰異味對大氣環(huán)境也有一定影響。

3　蒸壓廢汽二級回收利用節(jié)能技術(shù)

3.1技術(shù)原理

蒸壓廢汽二級回收利用節(jié)能技術(shù)的基本原理是熱能梯級利用。即設(shè)置一、二兩級廢汽余熱回收器，第一級為承壓容器，工作壓力1.6MPa，第二級為常壓容器。蒸壓廢汽排放時分成高低壓兩個階段進行排放，分兩次對鍋爐給水進行梯級加熱：鍋爐給水在二級廢汽余熱回收器中第一次被加熱至60～80℃，后進入一級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，此時給水在承壓容器中是不飽和高溫水）后進入鍋爐，從而實現(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

蒸壓廢汽二級回收利用節(jié)能技術(shù)不改變原有生產(chǎn)工藝和流程，對生產(chǎn)無造成任何影響。蒸壓廢汽的換熱回收時間可根據(jù)企業(yè)具體生產(chǎn)情況設(shè)計，一般為0.5h內(nèi)。蒸壓廢汽分段排放可由人工操作閥門來控制，也可通過PLC智能系統(tǒng)自動控制以減少人為因素影響。

3.2節(jié)能率熱力學(xué)計算

設(shè)鍋爐運行熱效率65%，蒸汽壓力1.3MPa，分別計算鍋爐給水從常溫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)濟效益

以年產(chǎn)30萬m3加氣混凝土砌塊為例，單位產(chǎn)品能耗～18kg標準煤/m3，應(yīng)用本技術(shù)后能耗節(jié)約按26%計算，單位產(chǎn)品能耗可減少4.7kg標準煤/m3，每年可減少能耗1410t標準煤，換算原煤為1974t，每年可節(jié)省燃料資金約150萬元。

此外，鍋爐節(jié)能26%，在燃料消耗不變情況下，鍋爐出力會同比增加，蒸汽供應(yīng)更加充足，蒸壓釜升壓時間明顯縮短，生產(chǎn)效率進一步提升。

3.4環(huán)保社會效益

應(yīng)用與實踐證明，蒸壓廢汽二級回收利用節(jié)能技術(shù)可實現(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)用實例

實例1：海口某新型建材公司年產(chǎn)20萬m3加氣混凝土砌塊項目，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)一套蒸壓廢汽二級回收利用裝置，鍋爐給水溫度達146℃入爐，裝置投入使用1個月后，雙方對改造前后進行測試對比，燃煤鍋爐節(jié)能率達26.7%，2014年實現(xiàn)節(jié)約燃煤1200t，當年收回技改投資，按合同約定三年后節(jié)能設(shè)備無償移交歸用戶所有。

實例2：海南某環(huán)保建材廠年產(chǎn)8000萬塊蒸壓灰砂磚項目，2012年通過節(jié)能技改建設(shè)一套蒸壓廢汽二級回收利用裝置，改造后鍋爐給水溫度達131℃，經(jīng)對比測試，鍋爐節(jié)能25.3%，每年鍋爐節(jié)省燃煤超過600t，技改項目當年獲得政府節(jié)能獎勵。

圖2　蒸壓廢汽二級回收利用節(jié)能技術(shù)

5　結(jié)論與建議

蒸壓廢汽二級回收利用節(jié)能技術(shù)可實現(xiàn)蒸壓廢汽梯級充分利用和鍋爐節(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大且產(chǎn)生異味及噪音污染等問題，對帶動行業(yè)技術(shù)升級和節(jié)能減排發(fā)揮積極作用。按平均節(jié)能26%測算，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t標準煤，減排二氧化碳330萬t。

建議通過行業(yè)協(xié)會平臺的作用，開展技術(shù)交流與宣傳，加強技術(shù)與企業(yè)的對接，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，以點帶面，逐步推廣；加強與節(jié)能服務(wù)公司合作，通過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)能補貼政策，減輕企業(yè)負擔(dān)，促進技術(shù)應(yīng)用。

［1］ 吳文浩，吳來興.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.工業(yè)鍋爐節(jié)能技術(shù)培訓(xùn)教材［M］.北京：中國計量出版社，2009.

［3］ TSG G0003—2007 工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則［S］.

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

［5］ GB/T 28750—2012 節(jié)能量測量和驗證技術(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，高級工程師，從事鍋爐節(jié)能技術(shù)與新能源開發(fā)利用工作。
（

2016-01-21）