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        氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式

        2020-11-01 08:17:22李文斌
        世界有色金屬 2020年16期

        李文斌

        (東北大學(xué)設(shè)計研究院(有限公司),遼寧 沈陽 110000)

        氧化鋁原液蒸發(fā)是氧化鋁生產(chǎn)工藝中一個關(guān)鍵工序,在蒸發(fā)過程中需要利用蒸發(fā)器,蒸發(fā)器作為氧化鋁廠蒸汽系統(tǒng)中的核心裝置,其主要作用是利用蒸汽的熱量對氧化鋁原液進(jìn)行加熱蒸發(fā),是氧化鋁生產(chǎn)中的水量和排出雜質(zhì)鹽類得到平衡,進(jìn)而使其達(dá)到一定的濃度。根據(jù)國內(nèi)鋁土資源的特征以及生產(chǎn)需求,大部分氧化鋁廠均采用管式降膜蒸發(fā)器來對氧化鋁進(jìn)行生產(chǎn),根據(jù)蒸發(fā)方式的不同,氧化鋁廠蒸發(fā)技術(shù)分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā),而管式降膜蒸發(fā)器就屬于單效蒸發(fā)[1]。管式降膜蒸發(fā)器沒有靜壓區(qū)和過熱區(qū),在實際應(yīng)用過程中換熱效果比較好,并且蒸發(fā)效率比較快,工藝操作比較簡單,適用性較強(qiáng),這也是管式降膜蒸發(fā)器被廣泛應(yīng)用在氧化鋁生產(chǎn)領(lǐng)域中的主要原因[2]。但是管式降膜蒸發(fā)器屬于單效蒸發(fā),單效蒸發(fā)的特點是單位能力消耗較大,并且氧化鋁原液完成一次加熱蒸發(fā)后,如果氧化鋁濃度指標(biāo)不達(dá)標(biāo),還需要重新返回蒸發(fā)器繼續(xù)蒸發(fā),直到氧化鋁濃度符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),將會消耗大量能量,雖然管式降膜蒸發(fā)器經(jīng)過了多次升級和改造,但仍然存在耗能高、循環(huán)效率低等弊端[3]。據(jù)第十一屆氧化鋁廠蒸汽技術(shù)交流會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,氧化鋁廠蒸汽耗能占總生產(chǎn)耗能的35.4%~46.1%,蒸汽投資成本占總生產(chǎn)成本的26.4%~34.5%,由此可見基于傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)方式已經(jīng)無法滿足氧化鋁廠節(jié)能生產(chǎn)需求,為此提出氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式。MVR蒸發(fā)器作為一種多效蒸發(fā)設(shè)備,其能夠?qū)Χ握羝M(jìn)行回收利用,具有節(jié)能減排優(yōu)點,目前MVR蒸發(fā)器已經(jīng)成功用于醫(yī)藥、食品、造紙等生產(chǎn)領(lǐng)域中,但在國內(nèi)氧化鋁廠尚無使用先例,此次將MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)蒸發(fā)器相結(jié)合,形成一種新的蒸發(fā)方式。

        1 氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式

        此次根據(jù)氧化鋁廠生產(chǎn)需求,降低氧化鋁蒸發(fā)能量消耗,將MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器的優(yōu)點與缺點相結(jié)合,首先利用傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器對氧化鋁原液進(jìn)行首次加熱蒸發(fā),然后利用管式降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行收集,利用管束將蒸汽傳輸?shù)組VR蒸發(fā)器中,MVR蒸發(fā)器利用蒸汽的熱量對氧化鋁原液在進(jìn)而二次蒸發(fā),直到達(dá)到氧化鋁蒸發(fā)濃度要求。這種MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式可以節(jié)約能力消耗,以下將對這種新的蒸發(fā)方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

        1.1 傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器過濾氧化鋁原液雜質(zhì)

        MVR蒸發(fā)器對蒸汽溫度有一定的要求,蒸汽溫度通常為76℃~82℃左右,其不能達(dá)到氧化鋁蒸汽溫度標(biāo)準(zhǔn),并且氧化鋁原液中通常情況下會含有部分原料顆粒,MVR蒸發(fā)器管束半徑較小,容易造成堵塞,所以氧化鋁廠不能直接用MVR蒸發(fā)器對氧化鋁原液進(jìn)行蒸汽,因此首先利用傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器對氧化鋁原液中多余的雜質(zhì)過濾出去,同時將原液中的大量水分排除,然后再用MVR蒸發(fā)器對氧化鋁液體進(jìn)行多效蒸發(fā)。

        管式降膜蒸發(fā)器由加熱蒸發(fā)室、循環(huán)管束、氣流通道以及制冷劑分配器四部分組成,氧化鋁原液經(jīng)循環(huán)管束將其傳送到加熱蒸發(fā)室的頂部,然后由制冷劑分配器分布制冷劑后,在重量的作用下使氧化鋁原液自上而下流動,氧化鋁原液在加熱狀態(tài)下變成蒸汽,最后蒸汽經(jīng)過氣流通道流出體外[4]。管式降膜蒸發(fā)器在對氧化鋁原液雜質(zhì)進(jìn)行過濾之前,首先將蒸發(fā)器的循環(huán)管束采用叉排的方式進(jìn)行排列,并且降膜區(qū)的管束采用轉(zhuǎn)45°三角形排列,滿液區(qū)的管束采用矩形排列,這種排列方式可以降低滿液區(qū)的位置,以此減少制冷劑的使用量,降低管式降膜蒸發(fā)器的萃取成本[5]。此外,管束與管束之間的距離在條件允許的范圍內(nèi)進(jìn)行小,通常情況下在0.15m~0.18m之間,這樣可以取得良好的換熱效果。排列完管序之后,對管式降膜蒸發(fā)器的運行參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定,運行參數(shù)的設(shè)定將直接關(guān)系到氧化鋁原液蒸汽質(zhì)量,根據(jù)氧化鋁廠蒸汽需求,設(shè)定管式降膜蒸發(fā)器運行參數(shù)如下表所示。

        表1 管式降膜蒸發(fā)器運行參數(shù)

        除此之外,為了保證管式降膜蒸發(fā)器在運行過程中能夠形成連續(xù)的氧化鋁液膜,氧化鋁廠蒸汽物料的操作流量需要大于氧化鋁液膜最小成膜流量,如果物料的操作流量需要小于氧化鋁液膜最小成膜流量,則管式降膜蒸發(fā)器不能保持連續(xù)、穩(wěn)定的成膜,氧化鋁液膜最小成膜流量計算公式如下:

        公式(1)中,xmin為氧化鋁液膜最小成膜流量,單位為kg/(h.m);d為管式降膜蒸發(fā)器物料的黏度,單位為kg/(h.m);l為物料密度,單位為kg/m3;a為物料的表面張力,單位為N/m。利用上述公式計算出氧化鋁液膜最小成膜流量,對管式降膜蒸發(fā)器參數(shù)進(jìn)行設(shè)定[6]。在設(shè)定管式降膜蒸發(fā)器參數(shù)之后,將氧化鋁廠鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過管束傳輸?shù)焦苁浇的ふ舭l(fā)器中,對管式降膜蒸發(fā)器內(nèi)溫度進(jìn)行預(yù)熱,當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)溫度達(dá)到110℃時,將氧化鋁原液導(dǎo)入到蒸發(fā)器循環(huán)管束內(nèi),同時在蒸發(fā)器制冷劑分配器加入制冷劑,制冷劑的質(zhì)量流量取值要與制冷產(chǎn)生的蒸汽質(zhì)量流量相等,這樣可以使管式降膜蒸發(fā)器滿液區(qū)內(nèi)液體始終保持穩(wěn)定,進(jìn)而使管式降膜蒸發(fā)器性能達(dá)到最優(yōu)[7]。管式降膜蒸發(fā)器對氧化鋁原液過濾的時間最好保持在15min~25min之間,氧化鋁原液蒸汽經(jīng)過冷卻變成液體流出體外,多余的雜質(zhì)會滯留在蒸發(fā)器底部雜質(zhì)槽中,以此完成氧化鋁原液與雜質(zhì)的分離。

        1.2 MVR蒸發(fā)器多效蒸發(fā)氧化鋁原液

        當(dāng)氧化鋁原液經(jīng)過管式降膜蒸發(fā)器萃取之后,其濃度指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn),因此利用MVR蒸發(fā)器對加熱蒸發(fā)得到的氧化鋁液體進(jìn)行多效蒸發(fā)。首先利用蒸汽管將管式降膜蒸發(fā)器加熱蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸汽傳送到MVR蒸發(fā)器體中,管式降膜蒸發(fā)器加熱蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸汽溫度為70℃~80℃之間,正好符合MVR蒸發(fā)器對蒸汽的要求[8]。蒸汽管的長度需要根據(jù)管式降膜蒸發(fā)器到MVR蒸發(fā)器之間的直接距離來設(shè)定,為了降低蒸汽管管壁溫度對蒸汽溫度的影響,蒸汽管的半徑要控制在15cm~20cm之間,蒸汽管材質(zhì)選用耐熱性能良好的pom碳纖維塑料原料。MVR蒸發(fā)器屬于多效蒸發(fā)設(shè)備,共有六個效數(shù),其中一效面積為1400m2~1600m2;二校面積在1600m2~1800m2之間;三效面積為1800m2-2000m2之間;四效面積為2000m2~2200m2之間;五效面積為1800m2~2000m2之間;六效面積為1600m2~1800m2之間。這種多效蒸發(fā)設(shè)備在運行之前,需要對氧化鋁蒸發(fā)原液、氧化鋁蒸發(fā)母液、新蒸汽、新蒸汽冷凝水、二次蒸汽冷凝水、循環(huán)上水、循環(huán)回水等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,下表為MVR蒸發(fā)器參數(shù)設(shè)置表。

        表2 MVR蒸發(fā)器參數(shù)設(shè)置表

        設(shè)定完參數(shù)后,開啟蒸汽管閥門,將蒸汽順利流入MVR蒸發(fā)器內(nèi)對蒸發(fā)器內(nèi)溫度進(jìn)行預(yù)熱,當(dāng)溫度達(dá)到70℃~75℃時,將加熱蒸發(fā)后的氧化鋁液體倒入一效管束中,氧化鋁液體經(jīng)過多效蒸發(fā)后,將最后的蒸汽進(jìn)行冷卻流出蒸發(fā)器體外,對氧化鋁液體濃度進(jìn)行檢測,如果檢測濃度不符合標(biāo)準(zhǔn),繼續(xù)返回MVR蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā),直到符合標(biāo)準(zhǔn)為止,以此完成氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式研究。

        2 結(jié)束語

        此次結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料,將氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合,形成氧化鋁廠一種新的原液蒸汽方式,有利于提高氧化鋁廠生產(chǎn)效率,降低氧化鋁廠運營生產(chǎn)成本,節(jié)約能源消耗,為氧化鋁廠帶來實際的經(jīng)濟(jì)利益,同時還有利于優(yōu)化氧化鋁廠蒸發(fā)技術(shù),具有一定的工程應(yīng)用價值,對氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式研究具有一定的借鑒意義。由于此次研究時間有限,雖然取得了一定的研究成果,但在研究內(nèi)容上還存在一些不足之處,今后仍會對氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式進(jìn)行深一步研究,提高氧化鋁廠蒸發(fā)裝置的性能,以使用于更廣泛的蒸發(fā)領(lǐng)域。

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