于 勇

(中國(guó)鋁業(yè)山東分公司第二氧化鋁廠, 山東 淄博 255051)

低溫拜耳法管道化預(yù)熱溶出器的節(jié)能改造

于 勇

(中國(guó)鋁業(yè)山東分公司第二氧化鋁廠, 山東 淄博 255051)

某廠在建廠初期采用的是新蒸汽直接加熱壓煮罐間斷溶出的氧化鋁生產(chǎn)工藝，能耗高，經(jīng)濟(jì)性較差。隨后自行設(shè)計(jì)建設(shè)的單套管管道化預(yù)熱溶出器，自動(dòng)化程度低，二次乏汽沒(méi)有得到充分利用。在此基礎(chǔ)上，又設(shè)計(jì)建造了三套管管道化預(yù)熱溶出器，革除了原單套管預(yù)熱溶出器的不足之處，蒸汽消耗顯著降低。

管道化預(yù)熱溶出器； 溶出； 結(jié)疤； 乏汽； 蒸汽消耗

中鋁公司山東分公司第二氧化鋁廠在原氧化鋁廠的進(jìn)口鋁土礦試驗(yàn)車間的基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展成為國(guó)內(nèi)第一家利用進(jìn)口三水鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的企業(yè)。建廠初期采用的是燒結(jié)法壓煮罐間斷溶出工藝，勞動(dòng)強(qiáng)度大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益差。

1994年該廠自行設(shè)計(jì)、建設(shè)、投用了第一組單套管管道化預(yù)熱溶出器，并在隨后的使用中，充分體現(xiàn)出其操作簡(jiǎn)便，較壓煮法生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)約蒸汽的特點(diǎn)。1996年該廠增建了第二組該設(shè)備。1998年擴(kuò)建第三組時(shí)，自蒸發(fā)器由并聯(lián)改為串聯(lián)；自動(dòng)化控制較第一、二組有所改進(jìn)，但在乏汽利用上未做大的更新改進(jìn)。1999年和2004年大修了第一、二組管道化預(yù)熱溶出器，但因條件限制，以上兩次大修也僅是第三組管道化預(yù)熱溶出器的翻建[1]。

雖然相比壓煮罐間斷溶出，將間接加熱套管式管道化預(yù)熱溶出器應(yīng)用于拜耳法低溫溶出工藝中具有間接加熱連續(xù)生產(chǎn)，節(jié)能降耗，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但因是國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用該設(shè)備，經(jīng)驗(yàn)不足，管道化設(shè)計(jì)的加熱面積富裕度不足并受后期預(yù)熱溶出器結(jié)疤的影響，產(chǎn)能低于設(shè)計(jì)值，二次乏汽沒(méi)有得到充分利用。

在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，2004年該廠設(shè)計(jì)建造了三套管管道化預(yù)熱溶出器，消除了原有弊端，大幅降低了蒸汽消耗。

1 單套管管道化預(yù)熱溶出器的不足

1.1 產(chǎn)能低

(1) 加熱面積不足。原設(shè)計(jì)單管管道化預(yù)熱溶出器進(jìn)料量為120 m3/h，料管管道長(zhǎng)1 360 m。但由于加熱面積不足，受蒸汽壓力和運(yùn)行末期結(jié)疤影響，產(chǎn)量?jī)H為100 m3/h左右。

(2) 運(yùn)行周期短。120～140 ℃是鈉硅渣顯著析出的溫度區(qū)間，但覆蓋在料管內(nèi)壁上致密的結(jié)疤使溶出效果變差，蒸汽消耗增加，導(dǎo)致運(yùn)行周期僅有25～30 d。

1.2 乏汽利用率低

(1) 乏汽未得到有效利用。第一組管道化預(yù)熱溶出器的自蒸發(fā)器實(shí)際是借用原亞煮溶出出料緩沖槽，承壓能力僅為0.05 MPa，相當(dāng)于常壓容器7～8 t/h的乏汽無(wú)法有效利用，礦漿加熱幾乎全部為新蒸汽，蒸汽消耗很高。

(2) 乏汽外排現(xiàn)象比較突出。大修改造后的第二組和擴(kuò)建的第三組管道化預(yù)熱溶出器和配套自蒸發(fā)器由并聯(lián)改為串聯(lián)，操作控制系統(tǒng)也有所改進(jìn)，但蒸汽冷凝水和乏汽冷凝水槽水位仍依靠手動(dòng)控制，乏汽外排現(xiàn)象比較突出。當(dāng)產(chǎn)量提高或新蒸汽壓力降低時(shí)，溶出溫度難以提高。加大蒸汽用量提溫的方法使大量乏汽不得不外排，致使其利用效率低，汽耗仍較高。

(3) 乏汽冷凝水沒(méi)有得到合理利用。因電導(dǎo)率儀配套設(shè)備質(zhì)量不過(guò)關(guān)，運(yùn)行不穩(wěn)定，使得合格乏汽冷凝水不能供送熱電廠，僅作為赤泥和氫鋁洗水使用。

1.3 料管磨損

(1) 內(nèi)層管壁磨損嚴(yán)重。由于受長(zhǎng)期物料磨損和酸洗及蒸汽和冷凝水沖刷侵蝕，管道化預(yù)熱溶出器內(nèi)層磨損嚴(yán)重，嚴(yán)重處的管壁僅厚2 mm，存在巨大安全隱患。

(2) 產(chǎn)生腐蝕性砂眼。現(xiàn)行的清除結(jié)疤的方法是采用一定濃度的稀硫酸，添加緩蝕劑對(duì)其進(jìn)行酸洗。運(yùn)行3年以上的管道化預(yù)熱溶出器，在管道焊接縫處、管壁物料沖刷嚴(yán)重處易產(chǎn)生腐蝕性砂眼且難以檢查發(fā)現(xiàn)，使運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)漏點(diǎn)，導(dǎo)致非計(jì)劃停車。

1.4 保溫罐的效果差

(1) 保溫時(shí)間短。管道化預(yù)熱溶出器進(jìn)料量由原設(shè)計(jì)120 m3/h提高到140～150 m3/h以后，保溫時(shí)間縮短，原有效容積45 m3壓煮罐4臺(tái)一組串聯(lián)構(gòu)成的保溫溶出罐不能保證有足夠的脫硅深度。

(2) 罐底積料多。保溫罐為球形罐底，物料進(jìn)入時(shí)采用下進(jìn)上出的工藝保證滿罐操作，以盡可能延長(zhǎng)保溫時(shí)間。但粗顆粒物料和罐壁掉落的結(jié)疤塊在罐底大量沉積，罐內(nèi)沉積物料可達(dá)8～10 t，清理工作量增大，作業(yè)環(huán)境差。

2 管道化預(yù)熱溶出器的節(jié)能改造

2.1 提升產(chǎn)能

原有單套管管道化預(yù)熱溶出系統(tǒng)已不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。管道化預(yù)熱溶出器的改造不再是對(duì)原有單套管管道化預(yù)熱溶出器的改建或擴(kuò)建，而是按照新的生產(chǎn)要求，結(jié)合原有不足之處進(jìn)行系統(tǒng)提產(chǎn)節(jié)能改造。

新設(shè)計(jì)建造的管道化預(yù)熱溶出器的汽室內(nèi)置3根料管即3套管道化預(yù)熱溶出器，每根單管進(jìn)料量提高到140 m3/h以上；加熱管長(zhǎng)度由1 360 m增加到1 500 m，增大了換熱面積；并對(duì)管道化預(yù)熱溶出器各層蒸汽聯(lián)通管處和新蒸汽進(jìn)口處內(nèi)管外壁進(jìn)行耐蒸汽沖刷磨損處理。

2.2 充分利用乏汽

增加了一級(jí)乏汽預(yù)熱和冷凝水閃蒸系統(tǒng)，有效提高了乏汽和冷凝水余熱的利用效率。從下向上，進(jìn)料的1、2層采用三級(jí)乏汽、冷凝水末級(jí)閃蒸乏汽進(jìn)行預(yù)熱；第3層用二級(jí)乏汽和冷凝水二級(jí)閃蒸乏汽進(jìn)行預(yù)熱；第4層使用一級(jí)乏汽和冷凝水一級(jí)閃蒸乏汽進(jìn)行預(yù)熱；第5～8層使用新蒸汽進(jìn)行加熱提溫，使物料乏汽和冷凝水乏汽得到了有效利用。

2.3 加強(qiáng)冷凝水的監(jiān)測(cè)，充分利用冷凝水

在預(yù)熱汽各層設(shè)置冷凝水監(jiān)測(cè)孔，用于檢測(cè)冷凝水、物料自蒸發(fā)器乏汽帶堿火料管磨蝕透漏料情況，便于快速判斷和處理。

新蒸汽冷凝水，乏汽冷凝水分別進(jìn)入各自水封槽，經(jīng)電導(dǎo)率儀檢測(cè)后，合格水送往合格水罐，供送電廠；不合格水，作為氫氧化鋁赤泥洗滌用水。更加充分合理的利用了冷凝水。

2.4 實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制

改造后的三套管管道化預(yù)熱溶出器將礦漿槽的液位、單根管的物料流量、各預(yù)熱段溫度以及蒸汽和乏汽的壓力、冷凝水的溫度、各種控制閥門的開(kāi)度等全部引入微機(jī)控制，操作更簡(jiǎn)單，調(diào)正控制更及時(shí)到位，改善并減輕了操作工的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)強(qiáng)度。

2.5 保溫罐的擴(kuò)建改造

(1) 增建一個(gè)中部進(jìn)料緩沖罐。保溫罐有效容積增加為78.5 m3，預(yù)熱提溫后的礦漿在保溫罐中停留1.5 h以上，實(shí)際選用9個(gè)保溫罐，并增建一個(gè)中部進(jìn)料緩沖罐[2]，以降低因壓力降低較大、物料快速自蒸發(fā)對(duì)保溫罐出料管路的磨損，可有效降低因管路磨損漏料停車的幾率。

(2) 改進(jìn)進(jìn)出料方式。保溫罐的物料采用上進(jìn)下出的進(jìn)出料方式，如圖1。保溫罐底改為錐底，解決了保溫罐的物料沉積問(wèn)題，降低了清理工作量和強(qiáng)度。

圖1 壓力平衡管示意圖

(3) 實(shí)現(xiàn)罐內(nèi)高液面操作。采用壓力平衡管滿罐操作法， 此法簡(jiǎn)單易行,穩(wěn)定可靠，見(jiàn)圖1。

各保溫罐排不凝性氣體管道用Φ57 mm管道連接到下一級(jí)保溫罐的進(jìn)料管彎頭切線方向上，利用物料自身的高流速在管口產(chǎn)生的局部真空，將前罐的不凝性氣體引入后罐，末級(jí)罐不凝性氣體引入自蒸發(fā)器，并用閥門調(diào)節(jié)，使保溫罐頂部汽壓降低，罐內(nèi)液面上升達(dá)到液面平衡，實(shí)現(xiàn)了罐內(nèi)高液面操作，延長(zhǎng)了保溫溶出時(shí)間。

2.6 自動(dòng)化控制

改造后的三套管單套管管道化預(yù)熱溶出器采用DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)控制；實(shí)現(xiàn)了礦漿槽、稀釋槽液面顯示，新蒸汽、乏汽冷凝水、流量、溫度和壓力顯示，電動(dòng)門開(kāi)度顯示、送出冷凝水流量顯示等；實(shí)現(xiàn)了單套管管道化溶出溫度與進(jìn)料量、新蒸汽量邏輯控制。使得物料槽位、流量和蒸汽壓力、溫度以及各級(jí)乏汽的調(diào)整可控、可視，穩(wěn)定了料路和汽路的調(diào)控，乏汽利用率得以相應(yīng)提高。

3 管道化預(yù)熱溶出器改造后實(shí)際運(yùn)行效果

三套管預(yù)熱溶出器運(yùn)行周期達(dá)到了45 d。經(jīng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，按每15 d一個(gè)階段，各級(jí)乏汽利用運(yùn)行情況與設(shè)計(jì)值相比較，運(yùn)行效果達(dá)到甚至優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，新蒸汽消耗與單套管比較有明顯降低[3]，見(jiàn)表1。

表1 管道化預(yù)熱溶出器改造后運(yùn)行效果

表1表明各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)指標(biāo)控制平穩(wěn)。

3.1 蒸汽消耗降低

通過(guò)管道化預(yù)熱溶出器改造后實(shí)際運(yùn)行，實(shí)際產(chǎn)能較設(shè)計(jì)值高，單位礦漿汽耗由原0.161 t/m3降至0.122 t/m3，單位礦漿耗用蒸汽量較原單套管管道化預(yù)熱溶出器降低了24.22%，較設(shè)計(jì)值降低了15.28%，節(jié)汽效果明顯。

3.2 乏汽冷凝水得到合理利用

原乏汽冷凝水達(dá)不到電廠用水標(biāo)準(zhǔn)，全部作為洗滌用水。由于自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，現(xiàn)在水溫在75～80 ℃左右的約35%(4.5～5.0 t/h)合格乏汽冷凝水量可直送電廠作為發(fā)電用水，余熱得到進(jìn)一步利用。

3.3 運(yùn)行周期延長(zhǎng)

改造后的預(yù)熱溶出器運(yùn)行周期明顯延長(zhǎng)。停車后檢查預(yù)熱器料管結(jié)疤情況，結(jié)疤厚度為0.8～1.5 mm，與原來(lái)情況相當(dāng)。單管流量達(dá)到163.11 m3/h顯著高于原單管120 m3/h流量，相當(dāng)于流速提高了35.93%。這也說(shuō)明，增加換熱面積，提高流速(量)后，有利于延緩預(yù)熱器的結(jié)疤，也有利于提高換熱效率和蒸汽利用率。

3.4 生產(chǎn)指標(biāo)穩(wěn)定

與原單套管預(yù)熱溶出器的溶出指標(biāo)比較，溶出液濃度相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)幅度降低，溶出液鋁硅比A/S提高8～10這與保溫溶出時(shí)間延長(zhǎng)(約延長(zhǎng)10 min)，物料溶出混合更均勻有關(guān)。

4 結(jié)論

(1) 改造后的管道化預(yù)熱溶出器，產(chǎn)能大幅提高，乏汽和冷凝水的利用率提高，有效降低了新蒸汽的消耗。

(2) 通過(guò)改造，革除了原有管道化預(yù)熱溶出器的弊端，延長(zhǎng)了運(yùn)行周期，同時(shí)穩(wěn)定了生產(chǎn)指標(biāo)控制。

(3) 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程操作，提高了裝備水平，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

Energy Saving Modification of Pipeline Preheating Digester with Low Temperature Bayer Process

YU Yong

The production process of discontinuous digesting alumina with live steam to directly heat autoclave was adopted in a plant at the beginning of plant building, which is high in energy consumption and poor in economy. The pipeline preheating digester with single casting tubes designed by itself is low in automation, and the secondary steam exhaust cannot realize optimum use. On the basis of that, the pipeline preheating digester with three casting tube was designed, it overcome the inadequacy of old preheating digester with single casting tubes, and the steam consumption is obviously reduced.

pipeline preheating digester; digestion; scaling; steam exhaust; steam consumption

2013-06-03

于 勇(1970—)， 男，山東萊西人， 碩士，高級(jí)工程師， 研究方向：低溫拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制以及燒結(jié)法溶出與脫硅工藝控制。

TF821

B

1008-5122(2014)01-0019-03