夏 軍 楊國(guó)勛 滿永國(guó)

(江蘇樂(lè)科熱力節(jié)能科技股份有限公司, 江蘇 靖江 214500)

MVR系統(tǒng)在氧化鋁生產(chǎn)蒸發(fā)工段的應(yīng)用

夏 軍 楊國(guó)勛 滿永國(guó)

(江蘇樂(lè)科熱力節(jié)能科技股份有限公司, 江蘇 靖江 214500)

本文簡(jiǎn)要介紹了全國(guó)鋁行業(yè)蒸發(fā)裝備主要指標(biāo)，說(shuō)明了MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，探討分析了其在鋁行業(yè)蒸發(fā)工段應(yīng)用的方案。

MVR； 蒸水單耗； 綜合成本

0 前言

蒸發(fā)系統(tǒng)是氧化鋁生產(chǎn)的重要工序之一,隨著氧化鋁生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，蒸發(fā)工序能耗制約著氧化鋁工業(yè)的發(fā)展。由于蒸發(fā)工序的能耗占氧化鋁生產(chǎn)全部能耗的近1/3，因此降低蒸發(fā)工序能耗對(duì)于降低氧化鋁生產(chǎn)線整體能耗至關(guān)重要，故通過(guò)應(yīng)用新工藝實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)系統(tǒng)節(jié)能降耗對(duì)全國(guó)鋁行業(yè)降本增效意義重大。機(jī)械蒸汽再壓縮(mechanical vapor recompression，簡(jiǎn)稱MVR)是國(guó)外成熟的節(jié)能蒸發(fā)技術(shù)。該技術(shù)僅消耗一定的電量和少量外來(lái)蒸汽，對(duì)氧化鋁生產(chǎn)蒸發(fā)工段具有良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

1 國(guó)內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)主要蒸發(fā)裝備的技術(shù)指標(biāo)及種類

目前國(guó)內(nèi)主要氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)(集團(tuán))已超過(guò)20多家，氧化鋁年產(chǎn)量大于6 000萬(wàn)t，使用的蒸發(fā)裝備主要為六效四閃管式降膜蒸發(fā)器，蒸水能力一般在150～280 t/h，主流為220 t/h，加熱面積約15 000 m2,平均蒸水汽耗0.27t-汽/t-水，平均蒸水電耗(含循環(huán)水折算)30 kW·h/t-水。

蒸發(fā)器主要有以下兩種：(1)“五級(jí)預(yù)熱器、四級(jí)閃蒸罐”的六效管式降膜蒸發(fā)器，其加熱面積分配呈扁平化，即蒸發(fā)器的各效加熱面積差異不大,此類蒸發(fā)器多使用“Ⅵ進(jìn)料、四閃出料”或“Ⅳ、Ⅵ進(jìn)料、四閃出料”流程。(2)“兩級(jí)預(yù)熱器、四級(jí)閃蒸罐”的六效管式降膜蒸發(fā)器，其加熱面積分配呈啞鈴型，即蒸發(fā)器的加熱面積兩端大、中間小。此類蒸發(fā)器多使用“Ⅳ進(jìn)料、四閃出料,Ⅵ進(jìn)料、Ⅴ出料”的合流流程。

2 蒸發(fā)溶液的主要物理特性

對(duì)于拜耳法蒸發(fā)原液鋁酸鈉溶液，其物理特性主要包括溶液沸點(diǎn)和粘度的變化。該溶液的沸點(diǎn)升高值(Δ)等于一定壓強(qiáng)下溶液的沸點(diǎn)t1高于純水沸點(diǎn)T的差值，計(jì)算公式為：

Δ=t1-T

(1)

式中：Δ——溶液的沸點(diǎn)升高，℃；t1—溶液的沸點(diǎn)，℃；T——與溶液壓強(qiáng)相等時(shí)水的沸點(diǎn)，即二次蒸汽的飽和溫度，℃。

圖1 溶液沸點(diǎn)曲線圖

沸點(diǎn)升實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，初始1 000 mL(Nk100 g/L)溶液濃縮至380 mL(Nk260 g/L)后，沸點(diǎn)升高24 ℃，當(dāng)Nk≥220 g/L時(shí)，溶液沸點(diǎn)升速率加快。

圖2 濃縮液粘度曲線圖

動(dòng)力粘度實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果如圖2所示，由圖2可知物料濃縮液在30～80 ℃，動(dòng)力粘度為20～5 mPa·s。溶液冷卻無(wú)鹽析出。

對(duì)于燒結(jié)法蒸發(fā)原液(分解母液)鋁酸鈉溶液，其中碳酸鈉初始濃度為100 g/L，氧化鋁初始濃度為8 g/L。碳酸鈉濃度增加到230 g/L以上時(shí)沸點(diǎn)升為15 ℃，溶液有鹽(結(jié)晶)析出。

3 MVR蒸發(fā)技術(shù)原理及優(yōu)點(diǎn)

MVR蒸發(fā)技術(shù)重新利用了系統(tǒng)自身產(chǎn)出的二次蒸汽能量，從而減少了對(duì)外界能源的需求。其原理是對(duì)傳統(tǒng)蒸發(fā)器中被冷卻掉的二次蒸汽進(jìn)行壓縮，蒸汽溫度隨之升高，實(shí)現(xiàn)將低溫、低壓蒸汽變?yōu)楦邷亍⒏邏赫羝?，從而作為熱源再次加熱原液，達(dá)到循環(huán)回收利用蒸汽的目的，由于體積壓縮由機(jī)械式壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)，故稱為機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)。

MVR系統(tǒng)的蒸發(fā)量一般為25 kg/h～100 t/h，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)無(wú)需一次蒸汽蒸發(fā),僅靠回收的二次蒸汽就可維持正常運(yùn)行。(2)無(wú)需冷凝系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)的低溫蒸發(fā),蒸發(fā)溫度可在20～110 ℃之間任意設(shè)定,系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。(3)極低的電耗。蒸發(fā)每噸水僅耗電30 kW·h，一效MVR系統(tǒng)蒸發(fā)器的經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)于30效蒸汽蒸發(fā)器。(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。以氧化鋁行業(yè)100 t/h的蒸水系統(tǒng)為例,該系統(tǒng)僅占空間14×6×15 m。

4 MVR蒸發(fā)技術(shù)的適用范圍

MVR系統(tǒng)可放置在已有蒸發(fā)裝置或蒸發(fā)原液儲(chǔ)槽旁，可根據(jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)開(kāi)停，適用于化工企業(yè)中無(wú)蒸汽供應(yīng)的小型蒸發(fā)、濃縮液循環(huán)工序，如圖3所示。

MVR技術(shù)可應(yīng)用在以下情況：一是企業(yè)蒸發(fā)系統(tǒng)蒸水能力偏小，需要投資增加蒸水裝置時(shí)；二是企業(yè)蒸發(fā)系統(tǒng)的原液溫度遠(yuǎn)高于85 ℃，提高循環(huán)母液濃度到250 g/L運(yùn)行，傳統(tǒng)六效管式降膜蒸發(fā)器需要原液閃蒸降溫后蒸發(fā)，高濃度運(yùn)行效果差，宜采用二段蒸發(fā)，前段用MVR系統(tǒng)；三是企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)電富裕、蒸汽偏緊時(shí)有MVR系統(tǒng)蒸水需求。

5 MVR蒸發(fā)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益

理論上，六效四閃管式降膜蒸發(fā)器平均蒸汽價(jià)格100元/t、蒸水汽耗0.27t-汽/t-水、平均蒸水電耗(含循環(huán)水折算)30 kW·h/t-水、電價(jià)0.40元/kW·h，其蒸水成本為：0.27t-汽/t-水×100元/t+30 kW·h/t-水×0.40元/kW·h=39元/t-水；MVR系統(tǒng)蒸水成本為：60 kW·h/t-水×0.40元/kW·h=24元/t水，故MVR系統(tǒng)與傳統(tǒng)六效四閃管式降膜蒸發(fā)器相比可降低綜合成本15元/t-水，節(jié)能38%以上。MVR系統(tǒng)與傳統(tǒng)六效系統(tǒng)蒸水綜合成本比較，噸水能耗小于40 kW·h(壓縮機(jī)部分),按每小時(shí)蒸發(fā)量為70 t，每年工作8 000 h計(jì)算，年產(chǎn)生效益：70×15×8 000=840萬(wàn)元/a。

實(shí)際應(yīng)用中，蒸水量8 t/h的MVR系統(tǒng)已在某鋁業(yè)公司運(yùn)行，用于拜耳法原液濃縮，技術(shù)參數(shù)為：初始?xì)溲趸c濃度為100 g/L，氧化鋁濃度為50 g/L；終點(diǎn)氫氧化鈉濃度為245 g/L。MVR系統(tǒng)蒸水電耗

圖3 氧化鋁生產(chǎn)用六效管式降膜蒸發(fā)器+MVR機(jī)組并聯(lián)示意圖(改造后的結(jié)構(gòu)如粗線部分)

55 kW·h/t-水，與改造的四效管式降膜蒸發(fā)器相比可降低綜合成本25元/t-水。

6 結(jié)束語(yǔ)

MVR蒸發(fā)技術(shù)利用了二次蒸汽潛熱，避免使用新鮮蒸汽，從而大幅降低了能源消耗。由于無(wú)需冷卻循環(huán)水，降低了冷卻塔產(chǎn)生的耗水、耗電量。除此之外，該技術(shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高，對(duì)于氧化鋁生產(chǎn)節(jié)能降耗意義重大。

Application of MVR System in Evaporation of Alumina Production

XIA Jun, YANG Guo-xun, MAN Yong-guo

This paper briefly introduces the main indexes of evaporation equipment in domestic alumina industry, describes technical characteristics and application range of MVR evaporation system, and analyzes the scheme of MVR system applied in evaporation of alumina industry.

MVR; distilled water consumption; comprehensive cost

2015-07-20

夏 軍(1977—)，男，江蘇揚(yáng)州人，在職碩士，主要從事MVR技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用工作，現(xiàn)任江蘇樂(lè)科節(jié)能科技股份有限公司董事長(zhǎng)、總經(jīng)理。

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1008-5122(2015)06-0023-02