利用太阳能养护混凝土砌块

利用太阳能养护混凝土砌块
何水清;何劲波
【摘要】介绍2种利用太阳能养护混凝土砌块的方法—一太阳能热水喷雾养护法和太阳能动态养护法.具体介绍了太阳能热水喷雾养护法的改造措施和节能减排效果,以及太阳能集量室和自行爬升式转运设备有机结合的太阳能动态养护法的技术特性和效益.
【期刊名称】《新型建筑材料》
【年(卷),期】2011(038)008
【总页数】3页(P41-43)
【关键词】太阳能;混凝土砌块;养护;热水喷雾;集量室;自行爬升式转运设备
【作者】何水清;何劲波
【作者单位】徐州市新型建筑技术应用中心,江苏徐州221004;徐州市墙改办,江苏徐州221002
【正文语种】中文
【中图分类】TU522.3+4
1 采用太阳能热水喷雾养护混凝土砌块
混凝土砌块喷雾养护需要温度和湿度2个基本条件，可利用太阳能将水温升高，再通过特殊工艺将热水雾化，给养护窑增湿、增温，同时充分利用水泥水化反应热进行养护，可满足混凝土砌块养护的条件，达到养护目的。

1.1 验算分析
主要立足于以下2个基本点：采用太阳能热水喷雾养护工艺，充分利用制品中水
泥水化反应所释放出的水化热，以满足混凝土制品养护所需温度和湿度的部分要求。

一般情况下，1 kg 42.5级普通硅酸盐水泥完全水化产生的水化热约300 kJ。

目前使用的养护窑，每个窑一次养护混凝土砌块所“带入”的水泥总量为4～6 t，如
其中约50%水泥水化热被利用，可使养护窑内环境温度升高约15℃。

生产实践也证实，室温25℃时，免蒸汽养护（不通蒸汽），窑温最高可升至40～45℃。

通
常情况下，水泥水化热可使窑温长期保持在20～40℃。

1.2 技术改造措施
首先利用太阳能将处理过的自来水加热到70℃左右，再以耐热泵加压经特殊喷嘴
将热水在窑中雾化。

由于热水瞬间雾化，水的表面积瞬间增大上千倍，热水中的热量很快传递给周围空气介质，使养护窑内的温度上升；雾化的水雾同时又使养护窑内湿度提高，窑中蒸汽逐渐趋于饱和。

可根据窑中制品所需的湿度，营造出既有一定温度，又有足够湿度的窑内环境，使混凝土制品的强度较快增长，达到养护目的。

整个太阳能热水喷雾养护系统由太阳能热水供应系统和热水喷雾养护系统2部分
组成。

（1）太阳能热水供应系统。

采用清华大学太阳能利用技术，由联接管式太阳能集热器、2个热水箱及1个管理控制系统组成。

在晴好天气，系统每天可供应65～70℃的热水约15 t。

该系统以太阳能为主要能源，当阴雨天时，采用辅助电能加热，以确保阴雨天混凝土砌块养护所需的热水供应。

（2）热水喷雾养护系统。

采用江苏大学水应用技术，由加压泵、管道、阀门和特殊喷嘴组成。

该系统将太阳能供热系统提供的热水通过耐热加压泵加压后，经特殊喷嘴在窑中雾化喷出，提供养护必需的温度和湿度。

具体做法是在养护窑的两侧和顶部安装8根排水管，水管上每隔130 cm安装1组喷嘴，相邻2根排水管上的
喷嘴错位安装，整窑共计安装107组喷嘴。

养护窑尺寸17 m×3.6 m×3 m，顶面和两侧面积150 m2，平均1.4 m2就有1组喷嘴，可以充分保证喷嘴工作后窑内温度传递迅速而均匀，雾化水汽无间隙地充满整个养护窑空间。

泵的选型要保证107组喷嘴充分将热水雾化，水压过大会对管路、接头和阀门造成损害；水压过
小则热水雾化不充分，降低养护效果。

经过一系列试验，太阳能热水喷雾养护工艺参数确定为：混凝土砌块生产满窑后放下窑门帘，先静置3 h，然后打开养护窑的热水进水阀，启动热水加压喷雾，时间为3 min；以后每间隔1 h再次启动热水泵喷雾，一共进行8～10次循环工艺操作，完成制品在养护窑内的养护工序。

1.3 改造效果
将传统的燃煤蒸汽养护工艺改造为太阳能热水喷雾养护工艺，在春、夏、秋3季
可满足混凝土砌块的养护工艺要求，夏季热水供应还有富余。

冬季由于光照不足、环境温度较低，养护窑内温度偏低，光靠太阳能热水量不够，可采用白天利用太阳能提供热水，晚上利用夜间波谷低价电，采用电加热补充热水，以保证养护所需的热水供给。

另外，冬季通常是混凝土砌块（砖）销售的淡季，可通过适当延长养护时间达到养护目的，以保证产品质量（降低部分产量）。

如果产品需求旺盛，为提高产量也可考虑用小型燃煤锅炉向窑内补充部分蒸汽，以满足砌块对温度和湿度的养护要求。

某公司原来采用蒸汽养护，使用2台2 t燃煤蒸汽锅炉，每年消耗煤炭1000多t，1 m3混凝土砌块的综合养护成本在5元以上。

采用太阳能热水喷雾养护工艺后，1 m3混凝土砌块养护成本降低到2元以下，1年节省养护费近60万元。

某公司关停了2台燃煤锅炉，改用太阳能，全年仅养护可减排二氧化碳2000多t、二氧化硫25多t、烟尘约12 t，对改善所在地的环境起到积极作用，具有较明显
的社会效益和环境效益。

2 太阳能动态养护混凝土砌块
2.1 太阳能动态养护法的技术特性和工作机理
（1）技术特性
太阳能动态养护法的技术特征：充分利用太阳能，实施制品动态养护，这是与燃煤供热、静置式养护工艺的本质区别。

动态养护是将坯体转运与养护在同一个过程中进行，可充分利用太阳能实现节能减排，降低运营费用，且投资小、占地少、建设费用低。

（2）工作机理
砌块养护过程是从低温到高温再到低温，由脱水到增水的渐进过程。

太阳能动态养护法巧妙地将砌块养护特性与自然形成的养护条件结合起来。

①太阳能集量室
太阳能属于稀薄能源，用于养护砌块必须集量使用，即将太阳能热量收集、储存以满足砌块养护所需。

太阳能集量室也就是太阳房，由阳光板、骨架、基础墙、密封门组成一个密闭空间，用于收集、储存太阳能热量。

经太阳光照射，太阳能集量室内的温度呈高、中、低垂直梯度分布。

由于坯体在太阳能集量室内的水分蒸发，形成了垂直梯度湿度区，这2个垂直分布的温度区和湿度区大体重合。

以日产200 m3混凝土砌块为例，其养护所需总热量为25～31 MJ，依据阳光板导热系数、透光率等有关数据及结合实践计算，太阳能集量室集热面积应不少于700 m2，根据光照条件不同可略作调整。

需要说明的是，太阳能集量室所收集的太阳能热量是随时收集随时消耗的，并非一次性收集达到总量而逐步消耗。

②自行爬升式转运设备
砌块的动态养护主要通过转运设备实现，由前后推进器、前后升降架、双体24层运行滑道、钢托板、干湿区运行架、液压动力系统、PLC电控系统及调整装置构成。

当砌块坯体由成型机的出砖口经湿区运行架自动运行进入太阳能集量室后，由低温区向中、高温区爬行，爬行速度为15～20 cm/s。

前2 h制品在低温、低湿区向
上爬行，所处位置温度为20～30℃，湿度约65%；2 h后制品继续向上爬行到中温区，所处位置温度为30～45℃，湿度约80%；4 h后制品向上爬行到高温区，所处位置温度为45～80℃，湿度90%以上；6 h后制品向下爬行到中温区；8 h
后向下爬行到低温区，逐渐降温、降湿；10 h后制品经干区运行架导出，即可打包、码垛、放置堆场养护，15 d后即可出厂。

坯体在太阳能集量室内由下而上、再由上而下运行，就相当于先在低温、低湿区养护，接着转入高温、高湿区养护，然后进入低温、低湿区缓慢降低产品温度与湿度，巧妙合理地将砌块养护特性与自然形成的养护条件结合在一个流程内。

太阳能集量室和自行爬升式转运设备的有机结合实现了混凝土砌块动态养护，取代静置式养护，可节约资源、环保生产。

2.2 太阳能养护法的社会效益和经济效益
（1）节能降耗
减少企业经常性开支，降低能耗是最直接的手段。

太阳能养护法就是一种典型的节能降耗型养护工艺。

①低煤耗
由于太阳能养护法直接利用太阳能集量供热作为主要热源，在光照理想条件下可完全满足养护需要，且制品在密闭窑体内运行养护，无开关窑门带来的热散失，使热能得以充分利用，供热费用几乎为0。

当光照不理想，环境温度为15～20℃时，
尽管养护室内温度远远高于环境温度，仍需补充热量。

实践表明，年生产期平均日耗标煤约0.1 t，1 m3砌块补热煤耗0.5 kg标煤，仅相当于锅炉蒸汽供热煤耗的
3.1%左右，大幅度降低了煤耗。

②低水耗
太阳能养护法集热装置的作用，不仅是吸收太阳能进行光热转换，而且将养护室封闭起来，使砌坯体蒸发的大量水分集中并贮留在养护室内，相对湿度可保持在70%～80%，形成了较好的湿热养护条件。

接日产200 m3砌块计算，与自然养
护相比，日节水5.5 t，年生产期若为300 d，则可节水1650 t，节水率55%左右。

从砌块太阳能养护全周期用水量来看，与静置式蒸汽养护窑日耗水及产生的蒸汽冷凝水几乎不可再利用相比，太阳能养护法的节水效果非常可观。

③低电耗
太阳能养护法由于取消了原工序的子母车转运系统和升降板机等其它机械设备，总装备功率降至100 kW左右。

按8 h/班计算，每班节省电能94 kW·h，折合节约
电费94元，按年生产期300 d计，单班节约电费2.82万元，节能效果明显。

据考察，国内一些大型企业1 m3砌块的养护能源成本在10～20元，而采用太阳能养护法养护能源成本仅相当于前者的15%～20%。

（2）减少建设投资
采用太阳能养护法及相关设备，若以班产200 m3砌块和10 h出窑的生产能力计算，与静置养护窑相比具有以下优势：
①降低设备初期投资。

太阳能养护法生产线取代了升降板机、子母车等一系列转运设备，在整个生产过程中，生产线首尾相接，制品边成型边养护。

制品无需人工或其它设施转运搬动、清板、入板、出砖、上料，全部自动化。

每条生产线仅需4人。

太阳能集量室属于单体连续同转式动态养护窑，替代了多座断续周转式静置养护窑。

二者相比，设施利用率或周转率相差十几倍，其设备初始投资与同等规模的其它设备相比，节约设备投资55%以上。

②减少土地占用面积和厂房投资。

采用太阳能养护法，生产线既可按一字型也可按L型或U型布置，无需另建窑和转运场地。

建1条太阳能养护生产线只需300 m2左右，厂区占地1万m2即可，与其它生产线相比，可节省土地60%、建设费用
70%。

（3）减少经常性开支
与竹、木、塑托板相比，钢托板具有较高的性价比。

由于是动态养护，转运与养护同处一个过程，从养护方式不同决定托板配置数量多少来比较，太阳能养护法托板配置数量明显少于其它养护方式。

而子母车转运与室式静置养护（包括自然养护法）由于处于承载转运与养护2个不同过程，托板在
这2个不同过程中与制品不可能实现分离，因此，为保证连续生产周转所需，托
板的配置数量至少相当于太阳能养护法所需托板的1.2倍。

采用高性价比的钢托板比采用其它托板要节省更新费用。

（4）减排环保
由于传统燃煤热效利用率较低，采用燃煤供热养护工艺能耗很高。

按环境温度为20℃，日养护200 m3混凝土砌块，窑内温度需60℃计，提高40℃需耗能32 MJ，耗用标煤约2.8 t。

以年生产时间为300 d计算，企业每年仅养护砌块就要耗用标煤840 t。

年生产期排放二氧化碳2200 t、二氧化硫7.14 t、氮氧化物6.22 t，对环境产生不利影响。

采用太阳能动态养护法可实现节能减排、环保生产。

经黄河以北多家用户实际统计，日均耗标煤0.1 t。

每年生产期排放二氧化碳78 t、二氧化硫0.25 t、氮氧化物
0.22 t，仅为燃煤锅炉蒸汽供热的4.3%左右。