石膏板烘房節(jié)能減排技術(shù)改造

徐麗華　錢惠國(guó)

摘 要： 節(jié)能減排正以越來(lái)越嚴(yán)峻的態(tài)勢(shì)成為制約各行業(yè)發(fā)展的瓶頸，也是促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、走可持續(xù)發(fā)展是企業(yè)求生存的必由之路.目前常用的建材干燥烘房干燥后產(chǎn)生的水分及其汽化潛熱隨廢氣排放至大氣環(huán)境中，既對(duì)大氣環(huán)境造成熱污染又浪費(fèi)了能源.介紹了石膏板的生產(chǎn)工藝，簡(jiǎn)述了烘房的熱平衡測(cè)試結(jié)果及煙氣帶走熱量的計(jì)算結(jié)果，提出了采用烘房熱交換器冷凝水回收技術(shù)的可行性.計(jì)算結(jié)果表明，該技術(shù)具有較好的節(jié)能效果，在建材行業(yè)中具有較廣闊的推廣應(yīng)用前景.

關(guān)鍵詞： 烘房； 熱平衡測(cè)試； 熱交換器； 節(jié)能減排

中圖分類號(hào)： TQ 021.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Energy saving and emission reduction technological

transformation of gypsum board drying room

XU Lihua1， QIAN Huiguo2

（1.SaintGobain Gypsum（Shanghai） Co . ， Ltd . ， Shanghai 201201， China；

2.School of Urban Construction and Safety Engineering， Shanghai

Institute of Technology， Shanghai 201418，China）

Abstract： Energy conservation and emission reduction has turned into a massive barrier in the way of development in every field.Therefore，sustainable development has become a must for the survival of a company.The weakness of the widelyused drying room is that the moisture and its latent heat will be emitted into the air，which is both a thermal pollution and a waste of energy.The manufacturing process of the gypsum board is introduced.The results of the thermal balance test for the drying room and the amounts of heat drawn off by the flue gas are provided.The condensate recovery technology based on the drying room heat exchanger is put forward.The results show that the new technology has a good performance of energy saving and has a broad application prospect in the building materials industry.

Keywords： drying room； thermal balance test； heat exchanger； energy conservation and emission reduction

能源與環(huán)境是當(dāng)今世界的熱門課題，它不僅影響本國(guó)人民的生存與發(fā)展，而且將對(duì)人類賴以生存和發(fā)展的地球產(chǎn)生影響.節(jié)能減排正以越來(lái)越嚴(yán)峻的態(tài)勢(shì)成為制約各行業(yè)發(fā)展的瓶頸，也是促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境相協(xié)調(diào)、走可持續(xù)發(fā)展的必由之路.

在建材、化工等領(lǐng)域的生產(chǎn)加工過(guò)程中，其產(chǎn)品常需進(jìn)行干燥處理，且干燥量大、能耗高.目前常用的建材干燥烘房干燥后產(chǎn)生的水分及其汽化潛熱隨廢氣一起排放至大氣環(huán)境中，既對(duì)大氣環(huán)境造成熱污染又浪費(fèi)了能源.

1 建材石膏板烘房干燥原理

紙面石膏板是以天然石膏和護(hù)面紙為主要原材料，按照一定的比例摻加適量纖維、淀粉、促凝劑、發(fā)泡劑和水等，經(jīng)混合、成型、凝結(jié)、分切、烘干、包邊等工序制成的輕質(zhì)建筑板材.石膏板生產(chǎn)工藝主要流程如圖1所示[1-2].

圖 1 石膏板生產(chǎn)工藝主要流程

Fig.1 The manufacturing process of gypsum board

石膏板成型工藝過(guò)程為：攪拌機(jī)的料漿落到振動(dòng)平臺(tái)的下紙上進(jìn)入成型機(jī)，在成型機(jī)上擠壓成要求規(guī)格的石膏板，并將其與上紙復(fù)合，然后依次在凝固皮帶上完成初凝，在輸送輥道上完成終凝，并經(jīng)過(guò)定長(zhǎng)切斷機(jī)切成需要的長(zhǎng)度，最后經(jīng)分配機(jī)進(jìn)入干燥機(jī)（烘房）干燥.燃?xì)夂娣炕窘Y(jié)構(gòu)如圖2所示.烘房設(shè)有二個(gè)加熱段，以天然氣作為能源介質(zhì)，通過(guò)燃燒室將天然氣燃燒成高溫廢氣產(chǎn)物，再抽回一部分排放廢氣和預(yù)熱空氣，并進(jìn)行一定配比的混合，以滿足送入烘房溫度要求.石膏板剛進(jìn)入一段加熱時(shí)，板內(nèi)水分高，干燥時(shí)水分蒸發(fā)量大，所以該段供氣量較大，一般占烘房總供氣量的60%～70%，排出的廢氣中水分含量高；二段加熱主要是縮小石膏板芯部及表面溫差，并利用二段燃燒室中含濕量低的廢氣提高干燥石膏板

通過(guò)對(duì)烘房進(jìn)行熱平衡測(cè)試可獲得其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)，通過(guò)對(duì)烘房運(yùn)行情況的測(cè)試分析可及時(shí)了解烘房的運(yùn)行工況，診斷烘房的“病情”，找出其節(jié)能潛力.結(jié)合烘房的實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，可使烘房的效率及干燥能力得到提高，單耗進(jìn)一步下降.烘房的熱平衡測(cè)試是工業(yè)企業(yè)了解烘房運(yùn)行情況的一個(gè)有效途徑，是現(xiàn)代企業(yè)節(jié)能管理的一個(gè)主要手段.在條件成熟的情況下，本文對(duì)烘房進(jìn)行了熱平衡測(cè)試，結(jié)果如表1所示，表中：Q1為燃料燃燒化學(xué)熱量；Q2為助燃空氣帶入的熱量；Q1′為出烘房石膏板帶出的熱量；Q2′為石膏板水分汽化蒸發(fā)帶出的熱量；Q3′為出烘房煙氣帶出的熱量；Q4′為化學(xué)不完全燃燒損失的熱量；Q5′為烘房表面散熱量；輸出與輸入熱量的差值為-272.3 kW.

從測(cè)試結(jié)果可看出，天然氣供熱的絕大部分熱量用于蒸發(fā)石膏板內(nèi)的水分.測(cè)試期間隨煙氣排出的蒸發(fā)水量為9.6 t · h-1，此時(shí)的排煙平均溫度為126℃，帶走熱量7 416.67 kW（包括干煙氣和水蒸氣的汽化潛熱）.經(jīng)空氣換熱器后，排出煙氣平均溫度為74.6℃，煙氣中約含有8.9 t · h-1的水蒸氣隨煙氣排出.這既浪費(fèi)了水資源和熱能，又污染了大氣環(huán)境.

3 烘房熱交換器冷凝水回收技術(shù)

石膏板在冬季生產(chǎn)過(guò)程中由于工藝水溫度偏低，導(dǎo)致石膏板進(jìn)入烘箱的板溫偏低.這不僅會(huì)增加烘箱的天然氣耗量，而且使烘箱出口石膏板的合格率下降.若能使冬季工藝水在一定溫度范圍內(nèi)保持恒定，則能較好地改善烘箱的運(yùn)行工況.

在各排煙口后加裝二組氣水換熱器，采用循環(huán)水冷卻煙氣回收熱量，并在換熱器底部設(shè)置集水盤回收冷凝水.當(dāng)排放煙氣被循環(huán)水冷卻后，煙氣中的部分水蒸氣開始釋放潛熱并冷卻成冷凝水，煙氣溫度愈低冷凝水析出愈多.各類輸送水管均采用玻璃棉保溫包扎，工藝循環(huán)水泵采用變頻控制以控制排煙溫度，石膏板用水由冷凝水和循環(huán)冷卻水聯(lián)合供給.循環(huán)換熱工藝水溫度控制流程如圖3所示，圖中：TT00、TT01均表示溫度變速；TTC01表示溫度控制；TY01表示溫度控制執(zhí)行機(jī)構(gòu).

圖3 循環(huán)換熱工藝水溫度控制流程

Fig.3 Temperature control logic of the circulating

water for heat transfer

4 節(jié)能量計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題

測(cè)試期間排放煙氣量為10 882 Nm3 · h-1 ，折合質(zhì)量為14 000 kg · h-1 ，設(shè)定氣水換熱器的出口煙氣溫度為60℃ ，74.6℃時(shí)煙氣含濕量為390.370 g · kg-1 ，60℃時(shí)含濕量為154.82 g · kg-1，平均每小時(shí)能收集凝結(jié)水3.2 t· h-1，蒸汽的潛熱回收熱量為2 069.44 kW，可使流量為51 t · h-1的循環(huán)冷卻水的溫度從5℃提高至40℃，完全滿足石膏板工藝用水的溫度和用水量需求.

如果采用天然氣對(duì)工藝用水進(jìn)行加熱，根據(jù)工藝水量27 t · h-1，熱水鍋爐的轉(zhuǎn)換效率90%計(jì)，天然氣熱值為35 530 kJ · Nm-3，則需要天然氣108 Nm3 · h-1.以每年冬季運(yùn)行4個(gè)月、運(yùn)行時(shí)間1 920 h計(jì)，1 Nm3天然氣價(jià)格為4.8元，則每年節(jié)省費(fèi)用為100萬(wàn)元.按照節(jié)能服務(wù)公司報(bào)價(jià)，整套冷凝水回收設(shè)備總投資65萬(wàn)元，投資回收期僅8個(gè)月.

5 結(jié) 論

石膏板烘房煙氣冷凝水回收技術(shù)經(jīng)技術(shù)改造后，既能回收煙氣中水蒸氣的潛熱和將冷卻的凝結(jié)水返回至工藝水中，減少了新水的用量，又能在冬季提高工藝水溫度，使產(chǎn)品合格率提高至夏季的水平.烘房煙氣水蒸氣凝結(jié)回收技術(shù)改造工藝簡(jiǎn)單，投資回收期短，僅需要8個(gè)月，并且只要在各排煙管道上割去部分后嵌入氣水換熱器即可.該技術(shù)在建材行業(yè)中具有較廣闊的推廣應(yīng)用前景.

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