关于冷凝与干燥的思考

摘要：大气中的水蒸气，可因温度改变冷凝结露为水，形成降雨。同样，较高温度的水蒸气，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，烟气中饱和水蒸气结露，产生冷凝水现象，对湿砖坯干燥产生危害。分析水蒸气冷凝的条件，对烧结砖干燥具有一定的启示。

关键词：水蒸气、冷媒体、冷凝水

1、土法酿酒

上世纪70年代，贵州农村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，产生含酒精的水蒸气，蒸气在天锅底部冷却，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，水蒸气浓度降低，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、地面返潮

2013年2月，贵阳气温持续较低，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

日期	20	21	22	23	24	25	26	27	28	3.1	备注
最低气温	2	3	3	4	7	11	10	9	11	3
最高气温	7	8	9	11	16	17	16	18	21	15
相对湿度	75～85%

气温升高的期间，我院五层办公大楼内，却依然冷浸。走在大楼的楼梯间、卫生间等处，地面好像被刚刚清洗过，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，与水蒸气、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,空气中水蒸气达到饱和状态时,水蒸气结露产生冷凝水,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，水蒸气浓度相对一、二楼减少。因此，办公楼内三、四、五楼水蒸气的冷凝返潮现象减缓，地面水分逐层减少。

在气压一定时，水蒸气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，水蒸气饱和露点温度愈高，在较高温度时，既开始冷凝结露。

冷媒体的温度越低，水蒸气含量越多，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，湿坯成型水分约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。工艺中，一般采用烧成隧道窑的余热烟气，作为湿砖坯的干燥介质，利用离心风机，将烟气送入湿坯干燥窑内，经热交换后，砖坯脱水干燥，而含水蒸气的废气，通过烟囱或排风机由干燥窑内排出。

湿砖坯水分的干燥蒸发排出，与水蒸气的冷凝结露析出，前者是水变气，后者是气变水，过程正好相反。但是，两种相反的现象，在干燥隧道窑内会同时出现。当干燥蒸发速度大于冷凝结露速度时，干燥窑内干燥效果良好。水变气过程有利于烧结砖的干燥生产，而干燥蒸发速度小于冷凝结露速度时，干燥窑内干燥效果恶化，气变水对砖坯有较大危害。

干燥隧道窑内气变水的现象，同样与水蒸气含量、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2月春节过后，再陆续点火生产。此时，环境气温较低，相对湿度较高，干燥窑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坯。特别是一次码烧工艺，这类湿坯垮坯现象，较为普遍。

某烧结砖企业，采用截面为3.6米隧道窑的一次码烧工艺，挤砖机成型水分为16%，挤出湿坯后，直接码放在窑车上，然后顶入干燥窑干燥。烧成隧道窑内，点火大灶车将隧道窑内前年预留干坯点火升温，离心风机将烟气送入干燥窑，对湿坯进行干燥。此时，窑车、干燥窑体温度，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窑后，与冷的干燥窑窑体一同形成冷媒体。而离心风机将烧成窑内烟气送入干燥窑后，通过热交换，产生含水蒸气的废气，废气逐渐向干燥窑进车端流动的，遇上冷媒体后，废气中水蒸气逐渐饱和，产生结露冷凝，一部分冷凝水吸附进入湿坯表面，一部分在干燥窑顶面聚集，然后滴下，严重时，干燥窑内进车端2～8车位，象下小雨一样。湿坯吸水后强度降低，造成垮坯。这其中主要的原因，就是水蒸汽含量较高，即便干燥窑进车端温度较高，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窑内产生，否则，湿坯的干燥质量及产量，均受到较大的影响。

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，避免有利于冷凝过程的因素存在，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，二是酒酿水蒸气浓度，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，较高水蒸气含量，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，在干燥窑内的干燥过程中，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）减少水蒸气的含量

A减少入窑湿坯数量

烧结砖干燥过程中，湿坯进入干燥窑，干燥蒸发的水蒸气量，与企业每天烧结砖产量有关，产量越高，湿坯进窑数量也越多，蒸发的水蒸气总量也越多。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，使得湿坯带入干燥窑内的水蒸气含量降低，从而避免干燥窑内冷凝结露产生。

B 控制湿坯成型水分

湿坯生产过程中，成型水分的高低，对带入干燥窑内的湿坯水蒸气总量有较大的关系，同时，与湿坯强度也有关。降低成型水分，水蒸气含量降低，可避免冷凝结露产生。成型水分越低，泥条越硬，湿坯强度提高，少量的冷凝水，即便吸附进入湿坯，不会造成垮窑。因而，烧结砖企业中有“一硬遮百丑”的说法。

C延长干燥周期，延长进车时间

正常条件下，湿坯在干燥窑的干燥过程，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，如烟气温度、相对湿度、干燥窑三带的波动等。因此，短期内，延长干燥周期，增加干燥时间是必要的，避免湿坯垮坯的危害。

（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，送到干燥窑前湿坯窑车，进行预干燥，提高湿坯的温度，避免湿坯成为冷媒体，从而避免饱和水蒸气在湿坯表面冷凝结露。

B提高烟气温度

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，提高烟气温度避免冷凝。

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，避免水蒸气在干燥窑顶及湿坯表面冷凝结露。

（3）提高烟气流动速度

A提高送热风机转速

烧成隧道窑的烟气，通过离心风机或轴流风机，送入干燥隧道窑内，烟气内水蒸气分压较低，热交换后，湿坯表面水蒸气分压大于烟气内水蒸气分压，湿坯表面水分干燥蒸发，随着干燥的持续进行，水蒸气与烟气混合，烟气内水蒸气分压逐渐提高，当与湿坯表面水蒸气分压平衡时，湿坯表面水分干燥蒸发将停止。如果烟气内水蒸气到达饱和，将产生结露。因此，提高烟气流速，除增加烟气内水蒸气不饱和度，加速湿坯干燥外，还可加快水蒸气的及时排出，从而有效地避免水蒸气冷凝现象。

B改善干燥窑内温度分布

在提高送热风机转速的条件下，烟气输送长度增加，调整送热风闸阀，使得干燥窑进车端2～8车位窑体温度提高，减少水蒸气的结露，减少冷凝水。

（4）加快干燥窑排潮

A提高排潮风机转速，从而提高干燥窑内水蒸气的排潮速度，可有效地避免水蒸气的冷凝现象。

B调整干燥窑排潮口的闸阀开度，增加排潮口的数量，加大排潮能力，降低管道系统阻力。

C加强干燥窑进车端、截止门、砂封槽等处的密封，防止外界冷空气进入干燥窑内，影响排潮风机的工作效率。

5、干燥窑顶的设计构想

点火初期，一次码烧工艺中，干燥窑进车端3～8车位，水蒸气在窑体顶板冷凝结露现象经常发生，湿坯损失严重，甚至造成重新点火。对此，干燥窑进车端3～8车位窑体顶板的设计，能否采用坡形结构，当水蒸气冷凝结露后，沿坡形斜面流淌的干燥窑直墙外，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，因干燥窑内同时存在着水分的干燥蒸发与水蒸气的冷凝结露，只有当水分的干燥蒸发速度大于水蒸气的冷凝结露时，湿坯才能逐步干燥。因此，在湿坯干燥环节，首先需要减少水蒸气的含量，避免冷凝结露产生。其次，提高热风风速及热风风量，避免干燥窑进车端窑体和湿坯温度偏低，从而提高湿坯水分干燥蒸发速度。同时，应加大干燥窑进车端的排潮，避免湿坯垮坯。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。

参考文献：

[ 1 ] 殷念祖,烧结砖瓦工艺 北京：中国建筑工业出版社， 1982.

通讯地址：贵州省贵阳市沙冲南路60号

贵州省建材科研设计院   550007

陈荣生   13985433832