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小气量蒸汽压缩机在新建材领域的应用

  在新型建材行业中,加气混凝土建材通常被称为“砌块”,因其具有质量轻、密度高、透气性、吸水性高、隔热保温性强、成型率高等诸多优点,从上世纪八十年代末开始引入国内后,现在已经成为国内主要建筑用材,替代了大量的“小红砖”和“板式”四孔板材料。无论是从建筑成本,还是从环境保护等多方面而言,这种新型建材都是有利而无害的,不仅可以节约大量的原料用材,而且降低了建筑和施工成本,对建筑整体行业发展都起到了推动作用。

  在这种建材生产过程中,“加气”是非常重要的一环,在高温蒸汽的作用下,大量的高温蒸汽分子进入材料分子间,通过高温高压的定型作用,将分子间距控制在一定的距离。高压蒸汽不停作用在分子之间,使得分子之间的“链接”变得更加稳固,材料分子变成镶嵌在一个个正方体网格上的点,而这些点支撑成正方体,一块“砌块”又是由无数个这样的正方体堆积而成。这样就具有了非常好的透气性、吸水性和隔热性,同时强度又非常高,而质量很轻的建筑材料。“加气”最主要的作用体现在烘干过程,蒸汽高温蒸汽不断通过换热将砖坯中水分挤压出来,使得砖坯变干、变硬,定型成坯。

  “加气”在烘干釜内完成,将150度、4公斤饱和蒸汽通入烘干釜中,根据最终使用方性能参数指标要求不同,要分别保温4-6小时,当烘干釜中蒸汽温度降低到110度左右时,开始将烘干釜中蒸汽通过管道引出到外面的冷凝罐中进行冷却,然后等釜中温度降低到与冷凝罐中温度差不多持平,压力也保持在零压(或微负压-0.06MPaG)时,将烘干釜打开取出砌块,自然冷却。然后再向釜中送入待烘干的砌块,重复上述工作。在有些企业中,采用多个烘干釜串联形式,然后将蒸汽逐个通过烘干釜进行梯次利用,以充分将蒸汽中热值取出利用,但最后还是都将余热蒸汽进行冷凝。

  我们通过对加气建材行业的调研,发现上述工艺有如下几个特点:一是烘干釜每次工作时需要的蒸汽量不大;二是烘干过程时间比较长;三是最后要放空或冷凝下来的蒸汽量小但温度不低,有一定的热值可以利用;最后一点是烘干釜从进气—保温烘干—排气—平衡—再次进气,实际上是一个连续+间歇的操作过程,每个釜的工作时间是6个小时,然后排气+进气大概是2个小时,所以就形成了一个既不是连续,又不是间歇的操作过程。同时,加气建材行业中烘干釜,一般每次所需的加热蒸汽量在130-150m3/次,一天的蒸汽消耗量在3吨左右。按照这个规模推算,一个中等规模的建材厂,按照10个烘干釜的拥有量计算,一天下来需要消耗蒸汽30吨左右,也是非常大的消耗了。所以,如何把烘干釜最后冷凝的这些零散的余热蒸汽回收起来再次利用,以降低新鲜蒸汽的消耗,是建材行业面对的一个技术难题。

  根据上述工况特点,现在通用型的几种蒸汽压缩机,都有不适用之处。单螺杆式蒸汽压缩机适合于输送介质是纯净、无杂质的,而烘干釜中蒸汽与建材材料直接换热烘干,在换热烘干过程中有大量的微细颗粒直接被蒸汽吹出来,裹挟在蒸汽中,这些微细颗粒对后面设备的磨损是非常厉害的。我们经过现场检测,每立方米蒸汽中含有大概30-40g的微细颗粒。如果这些颗粒沉积到一定时候,会卡死压缩机转子;双螺杆式蒸汽压缩机的通用型流量范围一般在500kg以上,如气量过小时转速就要很低,压缩机效率就降低、能耗增加,得不偿失了;在入口流量很小和入口状态不断变化的工况下,离心式蒸汽压缩机也无法胜任,所以很多建材生产企业都想通过增加蒸汽循环利用来节能减排,但是苦于无法选择合适的机型。

  针对上述问题,我们开发研制生产了一种新型小气量的双螺杆式单支撑蒸汽压缩机。该型式蒸汽压缩机具有如下几个特点:气量小,从100kg/h到350kg/h,输出压力最高是5barG,也就是压差5公斤,输送温度低于150℃,适合于小温差,转子采用变形SRM线型的4-4齿形,长径比是1.1,采用单侧支撑,即转子的吸入端采用悬臂型式,从轴向吸入,吸入端无轴承支撑,轴封则采用水密封型式,通过循环冷却水冷却单端面机械密封。

  齿轮箱置于传动端,输送转速可以在1000-2000转之间,极限转速在2000rpm,正常转速在1500rpm左右,可以通过变频调整转速来适应气量的变化。

  我们通过与一家新型建材生产企业达成合作开发意向,验证一台175kg—200kg/h的样机运行试验,入口蒸汽温度从129℃~99℃,输出蒸汽压力不低于2barG,将A烘干釜中余热蒸汽通过压缩机加压输送到B釜中,最后B釜中蒸汽压力从0压到2barG,而A釜中余热蒸汽压力从2barG减低到0压。经过8个月的连续工作运行,压缩机运行非常平稳,性能稳定,克服了烘干釜中余热蒸汽中含尘颗粒、压力温度变化范围大、气量不稳定等多重因素的影响。机组运行一直非常稳定,达到使用方要求。后期我们将逐步完善和改进结构设计,将这种小气量紧凑型蒸汽压缩机做成一种适用于新型建材行业和类似行业的产品,达到节能减排和降耗的目的。


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