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关于冷凝与干燥的思考
文献:《砖 家》2013年8月 总第7期 返回索引
添加日期:2014/7/22 14:26:47   浏览次数:1281   文章来源:本站原创   作者:陈荣生
 摘要:大气中的水蒸汽,可因温度改变冷凝结露为水,形成降雨。同样,较高温度的水蒸汽,在冷媒体表面饱和结露,产生冷凝现象,形成冷凝水。烧结砖湿坯干燥蒸发过程中,废烟气中饱和水蒸汽结露,产生冷凝水现象,对湿砖坯干燥产生危害。分析水蒸汽冷凝的条件,对烧结砖干燥具有一定的启示。
 
 关键词:水蒸汽、冷媒体、冷凝水
 
1.冷凝的妙用——土法酿酒
上世纪70年代,贵州农村还保留一种酿酒的方法,大致如下:
玉米或大米蒸熟后,洒水冷却,然后拌入酒曲,发酵数天后,得到酒酿,酒酿盛入灶上的大锅内,锅上用锥形木甑罩住,锥形木甑上方,再放一口铁锅,铁锅内放满冷水。三者接头处,用湿布条填实,不让漏气。锥形木甑侧壁上,穿壁安装有一根斜管,一端处于木甑上方铁锅下的中心位置,一端处于木甑外。木甑上是天锅,木甑下是地锅,地锅装酒酿,天锅装冷水。
加热地锅,酒酿逐渐沸腾,产生含酒精的水蒸汽,蒸汽在天锅底部冷却,产生冷凝结露,液滴沿天锅锥壁汇集,正好滴入下方锥形木甑侧壁上的斜管,再沿斜管,流入木甑外容器内,得到米酒。
随着时间的增加,天锅内冷水,因不断吸收水蒸气的热量,水温逐渐提高。为有利水蒸气的冷凝效果,需要不断将天锅内的温水,换为冷水。
地锅内酒酿水分减少后,水蒸汽浓度降低,含酒精冷凝水也逐渐减少。
地锅加热,天锅冷凝,木甑收集,如此巧妙。
农村的这种酿酒方法,辈辈相传,现代蒸馏法酿酒工艺,想必与它一脉相承。
 
2.冷媒体的实例——地面返潮
2013年2月,贵阳市气温持续较低,降雨天数达到15天,相对湿度较大,气温阴冷难耐。春节后上班,气温却急速升高,不过几天时间,最高气温即由7°上升到21°,见下表。
 
贵阳市二月部分时间气温  °C
 
   气温升高的期间,我院五层办公大楼内,却依然阴冷。走在大楼的楼梯间、卫生间等处,地面好像被刚刚被清洗过,地面湿漉漉的,特别是一楼卫生间,光滑的瓷砖地面,好似积水一样。一楼、二楼地面潮湿最重,而三、四、五楼,则依次递减。其实,这不是清洁工清扫卫生的结果,是大气返潮,与水蒸汽、冷媒体、冷凝相关。
  二月的持续低温,使得建筑物内物体温度较低,当大气温度急速升高时,建筑物内物体温度升高速度较慢,一楼、二楼的楼梯间、卫生间等处,地面温度始终低于大气温度,成为冷媒体,冷媒体对潮湿空气冷却,空气中水蒸汽达到饱和状态时,水蒸汽结露产生冷凝水,地面出现细小水珠,产生冷凝返潮,使得地面湿漉漉的。
  随着楼层向上,三、四、五楼楼梯间、卫生间等处温度提高,同时,大气的流动作用,水蒸汽浓度相对一、二楼减少。因此,办公楼内三、四、五楼水蒸汽的冷凝返潮现象减缓,地面水分逐楼层减少。
  在气压一定时,水蒸汽饱和时露点温度的高低,只与空气中的水蒸汽含量有关,水蒸汽含量愈多,水蒸汽饱和露点温度愈高,在较高温度时,既开始冷凝结露。
  冷媒体的温度越低,水蒸汽含量越多,冷凝结露越厉害,地面水分也越多。
 
3.砖坯干燥过程中的冷凝结露现象
  烧结砖生产工艺中,湿坯成型含水量约16~18%,按照烧成工艺参数的要求,需将其中10~12%的水分干燥蒸发排出。干燥工艺中,一般采用烧成隧道窑的余热和高温烟气,作为湿砖坯的干燥介质。利用离心风机,将热气体送入湿坯干燥室内,经热交换后,砖坯脱水干燥,而含水蒸汽的废气,通过烟囱或排风机由干燥室内排出。
  湿砖坯水分的蒸发排出,与水蒸汽的冷凝结露析出,前者是水变汽,后者是汽变水,过程正好相反。但是,两种相反的现象,在干燥室内会同时出现。当干燥蒸发速度大于冷凝结露速度时,干燥室内干燥效果良好。水变汽过程有利于干燥过程的进行,而干燥蒸发速度小于冷凝结露速度时,干燥室内干燥效果恶化,汽变水对砖坯有较大危害。
  干燥室内汽变水的现象,同样与水蒸汽含量、冷媒体温度、冷凝结露相关。
  贵州省大部分烧结砖企业,年末停火检修,重新组织生产均在春节过后的2月份陆续点火生产。此时,环境气温较低,相对湿度较高,干燥室与烧成窑停火时间较长,窑体温度与环境气温相当。这些不利条件,对湿坯的干燥影响很大,常常造成干燥窑内湿坯垮塌。特别是一次码烧工艺,这类湿坯垮塌现象,较为普遍。
  某烧结砖企业,采用截面为3.6m隧道窑的一次码烧工艺,挤出成型含水量为16%。挤出湿坯后,直接码放在窑车上,然后顶入干燥室干燥。烧成隧道窑内,点火大灶车将隧道窑内年前预留干坯点火升温,离心风机将烟气送入干燥室,对湿坯进行干燥。此时,窑车、干燥室温度,基本与环境温度相同,湿砖坯温度也较低。码放湿坯的窑车由进车端进入干燥室后,与冷的干燥室墙体一同形成冷媒体。而离心风机将烧成窑内热气体送入干燥室后,通过热交换,产生含水蒸汽的废气,废气逐渐向干燥室进车端流动,遇上冷媒体后,废气中水蒸汽逐渐饱和,产生冷凝结露,一部分冷凝水吸附进入湿坯表面,一部分在干燥室内顶面聚集,然后滴下。严重时,干燥窑内进车端2~8车位,像下小雨一样。湿坯吸水后强度降低,造成垮塌。这其中主要的原因,就是水蒸汽含量较高,即便干燥室进车端温度较高,同样会冷凝结露,而且冷凝水数量较多。
 
4.防止冷凝结露
  烧结砖生产工艺中,湿坯干燥环节,必须防止或避免冷凝结露现象在干燥室内出现,否则,湿坯的干燥质量及产量,均会受到较大的影响。
  常压条件下,根据干燥蒸发与冷凝结露产生的原理分析,有利于冷凝结露过程的因素,必然不利于干燥蒸发过程。因此,在湿坯干燥环节中,避免冷凝过程出现的因素,对干燥过程必然有利。
   土法酿酒过程中,对冷凝有利的因素,一是天锅内水的温度,越低越好,二是酒酿水蒸汽浓度,越高越好。对冷凝不利的因素,正好相反。
   地面返潮过程中,对冷凝有利的因素,一是楼梯间、卫生间等处的温度,越低越好;二是大气相对湿度,越高越好。对冷凝不利的因素,正好相反,此外,大气流动性增加,空气不饱和程度提高,是对冷凝不利的因素之一。
  物体表面吸水率低时,冷凝水数量较多。  
  总体而言,较高水蒸汽含量,较低的表面温度对冷凝有利。对干燥蒸发有利的条件,正好与之相反。
  因此,针对以上二例的分析,在干燥室内的干燥过程中,特别是一次码烧工艺点火初期,应采取如下措施,必然对干燥过程有利:
 
(1)减少水蒸汽的含量    
  A减少入窑湿坯数量
  烧结砖干燥过程中,湿坯进入干燥窑室,干燥蒸发的水蒸汽量,与企业每天烧结砖产量有关,产量越高,湿坯数量也越多,蒸发的水蒸汽总量也越多。因此,在环境温度较低,一次码烧工艺点火初期,短时间内需要减少窑车的码坯数量,使得湿坯带入干燥室内的水蒸气含量降低,从而避免干燥室内冷凝结露;
  B 控制湿坯成型含水量
  湿坯生产过程中,成型含水量的高低,对带入干燥室内的湿坯水蒸汽总量有较大的关系,同时,与湿坯强度也有关。降低成型含水量,水蒸汽含量降低,可避免冷凝结露产生。成型含水量越低,泥条越硬,湿坯强度提高,少量的冷凝水,即便吸附进入湿坯,也不会造成坯垛垮塌;
  C适当延长干燥周期,延长进车时间
  正常条件下,湿坯在干燥室的干燥过程,是按照一定的干燥周期进行的。但是在点火初期,干燥周期的参数会发生较大的改变,如热气体温度、相对湿度、干燥室三带的波动等。因此,短期内,延长干燥周期,增加干燥时间是必要的,借以避免湿坯垮塌的危害。
 
(2)避免冷媒体的存在
  A提高湿坯温度
  通过风机,将烧成隧道窑冷却段的余热,送到干燥室前湿坯窑车,进行预干燥,提高湿坯的温度,避免湿坯成为冷媒体,从而避免饱和水蒸汽在湿坯表面冷凝结露;
  B提高热气体温度
  点火初期,环境温度及热工设备温度低,吸热较多,因此,短期内,需要适当增加外投煤的数量、或提高内燃掺配料的比例,提高热气体温度避免冷凝。
  必要时,考虑增加热风炉,提供额外的热风来源,保证干燥窑内所需温度,避免水蒸汽在干燥室顶及湿坯表面冷凝结露。
 
(3)提高气体流动速度
  A提高送热风机转速
  烧成隧道窑的余热和高温烟气,通过离心风机或轴流风机,送入干燥室内,热气体内所含水蒸汽分压较低,热交换后,湿坯表面水蒸气分压大于热气体内水蒸气分压,湿坯表面水分干燥蒸发,随着干燥的持续进行,水蒸汽与热气体混合,热气体内水蒸汽分压逐渐提高,当与湿坯表面水蒸汽分压平衡时,湿坯表面水分干燥蒸发即停止。如果热气体内水蒸汽达到饱和状态,将产生结露。因此,提高气体流速,除增加热气体内水蒸汽不饱和度,加速湿坯干燥外,还可加快水蒸汽的及时排出,从而有效地避免水蒸气冷凝现象;
  B改善干燥室内温度分布
  在提高送热风机转速的条件下,干燥热气体输送长度增加,调整送热风闸阀,使得干燥室进车端2~8车位温度提高,减少水蒸汽的结露,减少冷凝水。
 
(4)加快干燥室排潮
  A提高排潮风机转速,从而提高干燥室内水蒸汽的排出速度,可有效地避免水蒸汽的冷凝现象;
  B调整干燥室排潮口的闸阀开度,增加排潮口的数量,加大排潮能力,降低管道系统阻力;
  C加强干燥室进车端、截止门、砂封槽等处的密封,防止外界冷空气进入干燥室内,影响排潮风机的工作效率。
 
 5、干燥室顶的设计构想
  点火初期,一次码烧工艺中,干燥室进车端3~8车位,水蒸汽在窑体顶板冷凝结露现象经常发生,湿坯损失严重,甚至造成点火失败。对此,干燥室进车端3~8车位窑体顶板的设计,能否采用坡形结构,当水蒸汽冷凝结露后,沿坡形斜面流淌的干燥室直墙外,从而避免冷凝水直接滴到湿坯上。
 
 6、结束语
  针对烧结砖湿坯的干燥过程分析,干燥室内同时存在着水分的干燥蒸发与水蒸汽的冷凝结露,只有当坯体干燥环境高于水蒸汽的冷凝结露条件时,湿坯才能得到逐步干燥。因此,在湿坯干燥环节,首先需要减少水蒸汽的含量,避免冷凝结露产生。其次,提高热风速度及热风量,避免干燥室进车端和湿坯温度偏低,从而提高湿坯干燥蒸发速度。同时,应加大干燥室进车端的排潮,避免湿坯垮塌。这些措施,对于烧结砖企业点火初期,尤为重要。
  自然界中,干燥蒸发与冷凝结露现象无处不在,即便在冰箱里,这样的现象也会发生。各种工业项目中,干燥工艺过程的应用十分普遍,因此,为了提高干燥效率,抑制冷凝结露产生的条件,必然对干燥过程及干燥质量有利。