硅酸鈉生產時外排蒸汽用回收裝置的研究

紀發達 王敬偉 山東龍港硅業科技有限公司 濰坊 261300

硅酸鈉，俗稱泡花堿、水玻璃，有固體和液體兩種形態，化學式為Na2O·nSiO2，是一種可溶性的無機硅酸鹽，是無機硅化物的母體產品，產量較大。目前，其產量占整個可溶性硅酸鹽的90%以上。

但在硅酸鈉生產過程中,會有部分蒸汽外排，造成大量蒸汽外冒，蒸汽余熱資源被浪費，能源利用率偏低，并且會產生噪音污染及安全隱患。鑒于此，本文介紹一種可對外排蒸汽進行回收和合理再利用的新型回收裝置，闡明其結構、原理、效果及推廣價值。

1 硅酸鈉生產過程現狀

目前，無機硅生產行業中，液體硅酸鈉(泡花堿)生產需要石英砂和燒堿混合，在反應釜內加溫、加壓到一定狀態，反應生成硅酸鈉；反應過程為放熱反應，在反應過程中要排出一部分蒸汽以維持反應壓力穩定；且放料時也會有部分蒸汽排出。這部分蒸汽一般是直接排放，汽水損失明顯，造成能源浪費，且排放蒸汽時會產生較大噪音，會影響工人的工作環境。此外，在冬季時，此部分汽水很容易導致設備和路面結冰，給生產帶來安全隱患。

2 同行業外排蒸汽用回收裝置簡介

同行業結合各自設備的實際情況，提出過不同的改造、利用外排蒸汽的裝置及工藝，給企業帶來明顯的效益，操作的可行性也都得到有效驗證。

趙增彬文獻[2]在儲水脫氣罐的內部固定設置內空腔，在內空腔的頂部安裝冷凝板，通過冷凝板可以使流入內空腔的蒸汽快速冷卻變成冷凝水，從而使蒸汽得到回收利用；在集汽罩的內部，固定安裝活性炭過濾網，通過活性炭過濾網可以使流入的蒸汽先進行吸附過濾，減少有刺激性氣味的產生，避免了對環境造成污染。

周從文，徐志新，馬芳偉文獻[3]在外殼內，從蒸汽入口到出口依次設置氣液換熱層、噴淋器、換熱盤管和破沫網。通過結構設計，實現了對定排擴容罐排汽連續、波動工況的排汽回收，且避免了霧沫夾帶現象，從根本上消除了“冒白龍”現象，降低了汽水損失。常壓的定排擴容罐也未因增設此消汽措施而壓力明顯增加。

涂凱，涂錦文，劉敏文獻[4]在反應釜的外壁套設置與其相配合的功能套，功能套的內部設置與反應釜相配合的蒸汽管，蒸汽管遠離反應釜的一端設置中轉泵，中轉泵與蒸汽管之間設置循環管，中轉泵的一側設置與功能套相配合的功能管，功能管遠離功能套的一端設置回收殼，功能管與回收殼之間設置與其相配合的閥門，回收殼的內部設置回收室。保證了設備在整個使用期間，能夠將蒸汽的熱能再次利用。當蒸汽利用完后，通過熱脹冷縮的原理，加速蒸汽的凝結，實現對蒸汽進行快速收集回收。

3 新研制外排蒸汽用回收裝置的結構

反應釜上料前，每次都需要先進行充汽試壓，試壓后的蒸汽壓力為0.3MPa左右，試壓完畢需排出釜內蒸汽；反應過程為放熱反應，反應壓力超過1.0MPa時，需要進行排汽泄壓，防止出現超壓運行。試壓及泄壓產生的大量蒸汽，以前是通過安全泄壓裝置直接排放。為解決生產過程中存在的外排蒸汽浪費等問題，我公司研制出一種硅酸鈉生產時，外排蒸汽用回收裝置，利用該回收裝置可將排放的蒸汽進行回收利用，降低了能源浪費，解決了噪音問題，還消除了存在的安全隱患。

為了節約能源和降低生產成本，決定對現有凝結水系統進行改造，選擇閉式凝結水回收技術。該技術取代了原來的開放式排放，最大限度地利用了熱能。

硅酸鈉生產時外排蒸汽用回收裝置的結構見圖1。

圖1 硅酸鈉生產時外排蒸汽用回收裝置的結構示意圖

該裝置包括：與蒸汽排放管道相連通的第一蒸汽吸收裝置、第二蒸汽吸收裝置(包括罐體，罐體的一側上方設置溢流口，罐體的內部設置冷卻水，罐體的內部上方設置塑料材質的蒸汽收集部，蒸汽收集部的形狀為漏斗狀，蒸汽收集部的頂部設置進氣管，蒸汽收集部的底部設置蒸汽出口，進氣管與第一蒸汽吸收裝置的排氣口相連通)，以及與第一蒸汽吸收裝置和第二蒸汽吸收裝置相連通的冷凝水收集罐。第一蒸汽吸收裝置包括筒體，筒體的上部一側設置蒸汽進口，筒體的下部一側設置蒸汽出口，蒸汽進口連通蒸汽排放管道，蒸汽出口連通第二蒸汽吸收裝置，筒體的頂部設置封頭，筒體的內部設置冷凝水收集板(冷凝水收集板為圓形，冷凝水收集板位于筒體的中部位置，冷凝水收集板與筒體內壁焊接連接，且冷凝水收集板的板體套設在換熱管上)。和多根換熱管(其中封頭的內壁垂直設置隔板，封頭與筒體之間設置管板，隔板將封頭與管板圍成的空間分隔為冷卻介質進入室和冷卻介質排出室，管板的底部設置多個換熱管，換熱管的一端連通冷卻介質進入室，換熱管的另一端連通冷卻介質排出室)。冷凝水收集板上設置多個微孔，多根換熱管分別沿著筒體高度方向垂直設置，筒體的底部設置漏斗狀冷凝水排出口，冷凝水排出口連通冷凝水收集罐。

硅酸鈉生產時外排蒸汽用回收裝置，主要是通過第一、第二蒸汽吸收裝置以及冷凝水收集罐來實現蒸汽回收。其中，第一蒸汽吸收裝置包括筒體，筒體的上下部各設置蒸汽進口與出口，蒸汽進口連通蒸汽排放管道，蒸汽出口連通第二蒸汽吸收裝置。筒體的頂部設置封頭，筒體的內部設置冷凝水收集板和多根換熱管，筒體的底部設置冷凝水排出口，多根換熱管分別沿著筒體高度方向垂直布置，冷凝水收集板上設置多個微孔，冷凝水排出口連通冷凝水收集罐。

封頭的內壁垂直設置隔板，封頭與筒體之間設置管板，隔板將封頭與管板圍成的空間分隔為冷卻介質進入室和冷卻介質排出室，管板的底部設置多個換熱管，換熱管的一端連通冷卻介質進入室，另一端連通冷卻介質排出室，換熱管的形狀為U形。

筒體的內部還設置了多個折流板，折流板水平放置，其板體套設在換熱管上。

冷凝蒸汽排出口的形狀為漏斗狀，冷凝水收集板為圓形，位于筒體的中部位置，與筒體內壁焊接連接，且其板體套設在換熱管上。

第二蒸汽吸收裝置包括罐體，罐體上方設置溢流口，罐體的內部設置冷卻水。罐體內部上方設置漏斗狀蒸汽收集部，蒸汽收集部的頂部設置進氣管，底部設置蒸汽出口，進氣管與第一蒸汽吸收裝置的排氣口相連通。

4 新型外排蒸汽用回收裝置的工作原理及有益效果

(1)在硅酸鈉生產時排出的蒸汽沿著蒸汽排放管道進入第一蒸汽吸收裝置的筒體內部，冷卻介質從冷卻介質進入室進入換熱管道，換熱管中的冷卻介質吸收部分蒸汽的熱量，蒸汽逐漸被冷凝成水，冷凝水滴落至冷凝收集板上，換熱管道內的冷卻介質從冷卻介質排出室排出；蒸汽排氣結束后打開防水閥，冷凝水穿過冷凝收集板上的微孔后從冷凝水排出口進入冷凝水收集罐內部。未被第一蒸汽吸收裝置冷卻的蒸汽沿著管道進入罐體的蒸汽收集部內部，被罐體內部的冷卻水吸收后從溢流口進入冷卻水收集罐。通過上述回收裝置，可將硅酸鈉生產過程中的蒸汽進行回收，蒸汽冷凝成水可循環利用，避免了能源浪費，同時還解決了蒸汽排放時存在的噪音問題。

(2)冷卻介質進入室進入換熱管道，吸收筒體內部蒸汽的熱量后，換熱管道內的冷卻介質從冷卻介質排出室排出。上述裝置結構簡單，設計合理，通過換熱管道能很好地吸收蒸汽的熱量，將蒸汽冷凝成水進行收集。

(3)筒體的內部還設置多個折流板，折流板的設計可降低蒸汽在筒體內部的流動速度，增加換熱管和蒸汽的換熱時間，更有助于對蒸汽的冷凝，便于收集更多的冷凝水。

(4)冷凝蒸汽排出口的形狀為漏斗狀。漏斗狀的排出口更有助于冷凝水的排出。

(5)蒸汽經過換熱管吸收熱量后，蒸汽冷凝成水滴沿著U形管的管壁滴落至冷凝水收集板上，最后，穿過微孔從冷凝水排放口進入冷凝水收集罐。冷凝水收集板采用這一設計，結構簡單，便于冷凝水的收集和排出。

(6)第二蒸汽吸收裝置采用上述設計，結構簡單，實現了對未冷凝蒸汽的回收。

(7)通過蒸汽回收利用，每天產生熱水3噸，可節約蒸汽約0.6噸，主要用于設備清洗及工藝用水；采用本裝置后，減小噪音至70分貝左右。

5 結語

新研制的硅酸鈉生產時外排蒸汽用回收裝置，通過換熱管道能有效地吸收蒸汽的熱量，快速將蒸汽冷卻變成冷凝水，把氣體轉變成液體，從而使蒸汽得到回收利用；折流板的設計可降低蒸汽在筒體內部的流動速度，增加換熱管和蒸汽的換熱時間，有助于蒸汽的冷凝。該裝置通過改進，實現了外排蒸汽的完全回收，具有結構簡單、設計合理、回收效率高、操作簡單、運行穩定的特點，可達到節能降耗、減排增效的目的[5]，使用效果好，是一種節能、增效、降耗、綠色環保設備。不僅利用了外排蒸汽的熱能，還充分回收了外排蒸汽冷凝液，也對工藝用水進行了加熱，可循環利用，避免了能源浪費，降低了生產成本，同時還解決了蒸汽排放時存在的噪音及環境污染問題，實現了清潔生產，現已取得良好的綜合社會經濟效益，具有推廣應用價值。