王建橋

(中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司中州分公司， 河南 焦作 454174)

優(yōu)化氧化鋁生產(chǎn)溶出工藝降低蒸汽消耗的實(shí)踐

王建橋

(中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司中州分公司， 河南 焦作 454174)

介紹了拜耳法氧化鋁生產(chǎn)溶出工藝。針對(duì)溶出工藝乏汽預(yù)熱的套管面積低，末級(jí)閃蒸器出料溫度高，礦漿和堿液的預(yù)熱溫度低，蒸汽消耗高等問(wèn)題提出了工藝優(yōu)化方案，實(shí)踐證明優(yōu)化改造方案效果顯著。

氧化鋁溶出； 閃蒸； 預(yù)熱面積； 優(yōu)化

0 前言

中國(guó)鋁業(yè)中州分公司選礦拜耳法氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)從第一條生產(chǎn)線2002年開工建設(shè)，到3、4條生產(chǎn)線2011年10月建成投產(chǎn)，共設(shè)計(jì)產(chǎn)能130萬(wàn)t/a，經(jīng)過(guò)改造以及優(yōu)化生產(chǎn)組織，目前整個(gè)溶出機(jī)組的選礦拜耳法產(chǎn)能為175萬(wàn)t/a。

溶出是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)的核心工藝之一，目的就是用苛性堿溶液將鋁土礦中的氧化鋁溶出，生成鋁酸鈉溶液，有效地提取鋁土礦中的氧化鋁。溶出過(guò)程控制關(guān)系著后續(xù)各工序的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)氧化鋁產(chǎn)量、各種消耗起著決定性作用。

目前拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中蒸汽耗能占總能耗的60%以上，其中溶出過(guò)程汽耗占總汽耗的60%。為此，優(yōu)化溶出工藝降低溶出過(guò)程蒸汽消耗是氧化鋁生產(chǎn)降低能耗、節(jié)約成本的重要環(huán)節(jié)。

由于實(shí)際產(chǎn)能大于設(shè)計(jì)產(chǎn)能，導(dǎo)致高壓溶出系統(tǒng)出現(xiàn)乏汽預(yù)熱面積低，末級(jí)閃蒸器出料溫度高，礦漿和堿液的預(yù)熱溫度低，蒸汽消耗高等問(wèn)題，噸氧化鋁蒸汽消耗較同行業(yè)高出近0.3 t。通過(guò)增加閃蒸器、套管預(yù)熱面積等工藝優(yōu)化，蒸汽消耗量明顯降低。

1 高壓溶出工藝簡(jiǎn)介

溶出工藝為高溫“雙流法”(圖1)，其生產(chǎn)流程為：少量循環(huán)堿液和原礦漿配制成的高固含礦漿通過(guò)7級(jí)套管換熱器(Φ159/Φ273)預(yù)熱到155～170 ℃，每級(jí)套管長(zhǎng)度均為160 m，預(yù)熱蒸汽為第3級(jí)自蒸發(fā)器至第9級(jí)自蒸發(fā)器閃蒸的部分蒸汽。堿液流通過(guò)10級(jí)套管換熱器(3-Φ159/Φ480)預(yù)熱到165～180 ℃，前四級(jí)套管長(zhǎng)度依次為160 m、80 m、80 m和160 m，后六級(jí)套管長(zhǎng)度均為240 m。預(yù)熱蒸汽為第1級(jí)自蒸發(fā)器至第10級(jí)自蒸發(fā)器閃蒸的部分蒸汽。礦漿流與堿液流直接混合后進(jìn)入2臺(tái)停留脫鈦罐，混合溫度為175～185 ℃。在脫鈦罐內(nèi)直接通入5.2 MPa，480 ℃過(guò)熱新蒸汽加熱到205 ℃后停留脫鈦。脫鈦后的礦漿通過(guò)1級(jí)新蒸汽套管換熱器(3-Φ203/Φ630)加熱到235～245 ℃，套管長(zhǎng)度為640 m，加熱蒸汽為290 ℃飽和新蒸汽。加熱后礦漿進(jìn)入高壓溶出器，在高壓溶出器內(nèi)直接通入5.2 MPa，480 ℃過(guò)熱新蒸汽加熱到255～265 ℃，然后在保溫溶出器中保溫停留溶出。每一組溶出進(jìn)料量約為485 m3/h，其中礦漿流約為115 m3/h，堿液流約為370 m3/h。

圖1 溶出工藝圖

2 存在的問(wèn)題

由于實(shí)際產(chǎn)能遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)產(chǎn)能，導(dǎo)致生產(chǎn)中存在一系列問(wèn)題。主要問(wèn)題有：

(1)乏汽預(yù)熱面積低。溶出的乏汽預(yù)熱面積為3 216.4 m2，折合單位礦漿面積為6.63 m2/m3-礦漿，遠(yuǎn)低于其他氧化鋁廠所用溶出套管的換熱面積(11～13 m2/m3-礦漿)。

(2)末級(jí)自蒸發(fā)器閃蒸出料溫度高，礦漿和堿液的預(yù)熱溫度低。溶出機(jī)組運(yùn)行初期，末級(jí)自蒸發(fā)器出料溫度約為140 ℃，運(yùn)行末期高至155 ℃；礦漿預(yù)熱溫度由170 ℃降至約160 ℃，堿液預(yù)熱溫度由180 ℃降至約170 ℃。

(3)直接加熱用蒸汽消耗高，礦漿沖淡導(dǎo)致循環(huán)效率降低。第三組溶出機(jī)組運(yùn)行初期的直接加熱消耗約為24 t/h，機(jī)組運(yùn)行末期，直接加熱蒸汽消耗髙至74 t/h。

(4)自蒸發(fā)器調(diào)節(jié)閥開度小，料位高，套管換熱器面積無(wú)法充分利用。目前各組溶出的第1級(jí)自蒸發(fā)器的液位較高，調(diào)節(jié)閥開度控制在10%～30%，導(dǎo)致高溫乏汽產(chǎn)出較少。

3 工藝改造優(yōu)化方案

針對(duì)目前溶出系統(tǒng)存在的問(wèn)題，基于目前機(jī)組產(chǎn)能，主要從以下幾方面進(jìn)行改造：

(1)每組溶出增加1臺(tái)Φ4 600×9 700的自蒸發(fā)器作為第1級(jí)自蒸發(fā)器，增加4根套管換熱器(3-Φ203/Φ630，80 m/根)，用2備2，用于吸收新增自蒸發(fā)器產(chǎn)生的乏汽，自蒸發(fā)器和套管換熱器的增加在提高堿液和礦漿預(yù)熱溫度的同時(shí)，也可以降低末級(jí)自蒸發(fā)器的出料溫度，減少直接加熱用新蒸汽，降低溶出礦漿沖淡，提高溶出效果。自蒸發(fā)器位于原有第1級(jí)自蒸發(fā)器的北側(cè)，套管換熱器在原有套管框架上加層。

(2)改造自蒸發(fā)器過(guò)料管。將自蒸發(fā)器的礦漿進(jìn)出料管道由DN300改為DN350，有助于減少自蒸發(fā)器級(jí)間阻力，降低自蒸發(fā)器的液位。

(3)調(diào)整自蒸發(fā)器孔板及套管換熱器的各級(jí)面積。通過(guò)調(diào)節(jié)自蒸發(fā)器和各級(jí)套管換熱器的面積，使得自蒸發(fā)器閃蒸降壓均勻，預(yù)熱升溫平緩，提高了套管換熱器加熱面積的使用效率。

(4)進(jìn)料泵核算。根據(jù)混合礦漿的體積、新增套管長(zhǎng)度，計(jì)算新增換熱套管阻力增加為：

(1)

式中：0.02——摩擦系數(shù)； 160——套管換熱器長(zhǎng)度，m； 20——套管換熱器彎頭當(dāng)量長(zhǎng)度，m； 1.83——混合礦漿流量為485 m3/h時(shí)，套管換熱器內(nèi)結(jié)疤3 mm后料漿流速，m/s；

0.177——換熱器內(nèi)管結(jié)疤3 mm后管道內(nèi)徑，m；

1 450——礦漿的密度，kg/m3；

9.81——重力加速度，m/s2。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，高壓溶出的礦漿隔膜泵和堿液隔膜泵增加的阻力損失均為0.05 MPa。目前礦漿隔膜泵的標(biāo)定壓力為7.1 MPa，運(yùn)行壓力為5.5～6.4 MPa，堿液隔膜泵標(biāo)定壓力為7.7 MPa，運(yùn)行壓力為5.9～7.0 MPa，故原有進(jìn)料泵可以滿足改造要求，無(wú)需更換。

4 改造后的效果分析

機(jī)組改造后， 通過(guò)15天穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)比，溶出機(jī)組末級(jí)閃蒸壓力由0.22 MPa降至0.18 MPa(圖2),出料溫度降低3 ℃左右，每組新蒸汽消耗量降低5～10 t/h(圖3)，每組溶出年蒸汽消耗量至少降低45 000 t；每組直接加熱蒸汽量降低25 t/h,溶出進(jìn)料量提高近25 m3/h。

圖2 改造前后末級(jí)閃蒸壓力對(duì)比

圖3 改造前后新蒸汽用量對(duì)比

由于增加部分設(shè)施，電費(fèi)、折舊、修理等費(fèi)用相應(yīng)增加，綜合成本費(fèi)用如表1。

表1 改造后綜合成本費(fèi)用 單位：萬(wàn)元/a

四條生產(chǎn)線改造年化效益1 000萬(wàn)元以上，本改造投資近1 000萬(wàn)元，不到一年即可收回投資。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改造以后，溶出系統(tǒng)的礦漿預(yù)熱溫度和堿液預(yù)熱溫度升高，末級(jí)自蒸發(fā)器出料溫度降低，直接加熱用新蒸汽消耗量減少，不僅可以提高溶出率，還可以減少蒸發(fā)負(fù)荷，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 畢詩(shī)文,于海燕,氧化鋁生產(chǎn)工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.1.

[2] 郭煥雄.強(qiáng)化一水硬鋁石礦的拜耳法溶出[J].輕金屬，1997(10).

[3] 陳萬(wàn)坤,彭關(guān)才.一水硬鋁石型鋁土礦的強(qiáng)化溶出技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1997.

Practice on Reducing Steam Consumption in the Optimized Digestion Process of Alumina Production

WANG Jian-qiao

This paper introduces the Bayer digestion process of alumina production and puts forward the optimized digestion process scheme on the view of the problems such as low casing area of exhaust steam preheating tube, high discharging material temperature of last stage flash evaporator, low preheating temperature of slurry and caustic liquid, high steam consumption and so on. The practice shows that the effect of optimized digestion process scheme is remarkable.

alumina digestion； flash evaporation； preheating area； optimization

2015-07-20

王建橋(1979—)，男，河南桐柏人，冶煉工程師，從事氧化鋁生產(chǎn)管理工作。

TF821

B

1008-5122(2015)06-0020-03