陳 蓉 滿永國(guó)

(1.淄博市技師學(xué)院, 山東 淄博 255051; 2.張店?yáng)|淼節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)中心, 山東 淄博 255051)

工藝節(jié)能

高效蒸發(fā)節(jié)能技術(shù)在氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用

陳 蓉1滿永國(guó)2

(1.淄博市技師學(xué)院, 山東 淄博 255051; 2.張店?yáng)|淼節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)中心, 山東 淄博 255051)

針對(duì)全國(guó)鋁行業(yè)廣泛使用的管式降膜蒸發(fā)系統(tǒng)存在的不足，開(kāi)發(fā)了高效蒸發(fā)節(jié)能新技術(shù)。使用該技術(shù)對(duì)現(xiàn)有蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行改造后，可節(jié)汽、節(jié)電8%以上，改造后產(chǎn)能不降低，不增加操作人員。

降膜蒸發(fā)器； 高效蒸發(fā)； 節(jié)汽節(jié)電

1 全國(guó)氧化鋁生產(chǎn)及各企業(yè)蒸發(fā)系統(tǒng)概況

2013年底國(guó)內(nèi)氧化鋁已建產(chǎn)能為6 160萬(wàn)t，實(shí)際產(chǎn)量約為4 972.5萬(wàn)t，開(kāi)工率80.72%。氧化鋁產(chǎn)能在國(guó)內(nèi)呈明顯地域性分布，主要集中分布在河南、山東、山西、廣西、貴州等5省區(qū)，見(jiàn)表1。生產(chǎn)工藝主要為拜耳法，燒結(jié)法年產(chǎn)量(包括化學(xué)品用燒結(jié)法精液折氧化鋁)低于70萬(wàn)t。

目前國(guó)內(nèi)各氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)蒸發(fā)系統(tǒng)根據(jù)流程可分為以下兩大類。

1.1 信發(fā)集團(tuán)、魏橋鋁業(yè)等企業(yè)采用的降膜蒸發(fā)器組

(1)蒸發(fā)系統(tǒng)采用的六效蒸發(fā)、五級(jí)預(yù)熱、四級(jí)閃蒸的管式系統(tǒng)的主要設(shè)備有：6臺(tái)循環(huán)泵功率為110～132 kW,5臺(tái)過(guò)料泵功率為90～132 kW，合計(jì)約為1 110～1 400 kW。各加熱效的面積：最小效1 800 m2，最大效2 500 m2，分配差700 m2。

(2)蒸發(fā)系統(tǒng)使用的工藝流程有：六效進(jìn)料- 四閃出料;六、四效進(jìn)料- 四閃出料;雙進(jìn)雙出：六效進(jìn)料五效出料- 四效進(jìn)料閃蒸出料;先閃蒸后進(jìn)料- 閃蒸出料;七效蒸發(fā)的雙進(jìn)雙出流程。

(3)蒸發(fā)處理的堿液參數(shù)：原液Nk150～170 g/L，溫度80～89 ℃;母液Nk200～250 g/L，溫度82～87 ℃。

(4)蒸發(fā)水單耗：0.25～0.30 t汽/t水，折算到氧化鋁單耗：0.625～0.750 t/t-AO。

1.2 杭州錦江、齊星等生產(chǎn)企業(yè)采用的管式降膜蒸發(fā)器組

蒸發(fā)系統(tǒng)采用六效蒸發(fā)、二級(jí)預(yù)熱、四級(jí)閃蒸系統(tǒng)的循環(huán)泵、過(guò)料泵設(shè)備總功率與前述企業(yè)相比一般小300 kW左右，各加熱效的加熱面積分配差大，達(dá)1 700 m2。與前述企業(yè)相比，其蒸發(fā)流程短，投資少，蒸水的用電單耗小，在特定工藝條件下蒸水能力大,但不適合堿濃度偏高的蒸發(fā)母液，如Nk 250 g/L。

表1 國(guó)內(nèi)主要氧化鋁生產(chǎn)商及產(chǎn)能產(chǎn)量表 單位：萬(wàn)t/a

注：表中數(shù)據(jù)只統(tǒng)計(jì)了部分企業(yè)

2 原有蒸發(fā)系統(tǒng)的問(wèn)題及原因

目前各氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的蒸發(fā)原液溫度普遍達(dá)82～87 ℃，六效蒸發(fā)、五級(jí)預(yù)熱、四級(jí)閃蒸的管式降膜蒸發(fā)器組已經(jīng)無(wú)法滿足生產(chǎn)需要,具體表現(xiàn)如下：

(1)當(dāng)原液溫度由65 ℃提高到80 ℃以上時(shí)，在末效液室過(guò)量蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽逸出系統(tǒng)，浪費(fèi)潛熱。

(2)隨著原液溫度的提高，如果系統(tǒng)不增加水冷器的水量或不開(kāi)真空泵時(shí)，系統(tǒng)的真空度有所下降，各效溶液的沸點(diǎn)隨之升高。此時(shí)，前效的二次蒸汽往往不能順暢排出，表現(xiàn)為憋壓，影響蒸發(fā)器組的產(chǎn)能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響蒸發(fā)器組的生產(chǎn)運(yùn)行。

造成以上現(xiàn)象的根本原因是蒸發(fā)系統(tǒng)的熱負(fù)荷分配不合理，沒(méi)有充分利用蒸發(fā)原液、母液的熱焓。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果完全利用這部分熱焓，就能夠?qū)崿F(xiàn)蒸發(fā)系統(tǒng)無(wú)預(yù)熱、閃蒸的高效蒸發(fā)，蒸發(fā)器同比可節(jié)汽10%、節(jié)電7%～15%以上，這對(duì)氧化鋁企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效具有重大意義。

3 高效蒸發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

具有技術(shù)創(chuàng)新的高效蒸發(fā)系統(tǒng)已獲國(guó)家發(fā)明專利，可廣泛適用于新建氧化鋁企業(yè)或企業(yè)原有系統(tǒng)改造，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 投資少、占地省。原有一套蒸發(fā)系統(tǒng)的建設(shè)用地，可建設(shè)兩套系統(tǒng)?，F(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)行業(yè)通常采用六效五級(jí)預(yù)熱四級(jí)閃蒸出料(或加強(qiáng)制循環(huán)效)的蒸發(fā)系統(tǒng)，其配置剖面如圖1左圖所示，改進(jìn)后的高效蒸發(fā)器系統(tǒng)配置剖面如圖1右圖所示。

(2) 生產(chǎn)企業(yè)正在運(yùn)行的蒸發(fā)系統(tǒng)使用該技術(shù)進(jìn)行技改，具有投資小、實(shí)施時(shí)間短、見(jiàn)效快的優(yōu)點(diǎn)，并且不增加新設(shè)備，不影響系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。改進(jìn)方案僅對(duì)流程進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，如：主流程采用雙進(jìn)、雙出流程，五效、四閃出料運(yùn)行或主流程采用雙進(jìn)單出流程，如五、四效同時(shí)進(jìn)料，五效(或六效)出料運(yùn)行。經(jīng)過(guò)技改，原液溫度85 ℃、濃縮倍數(shù)≤1.35時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)汽10%、節(jié)電8%～15%以上；原液溫度85 ℃、濃縮倍數(shù)≥1.45時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)汽8%、節(jié)電7%～12%。

4 高效蒸發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐

高效蒸發(fā)系統(tǒng)已在多廠獲得應(yīng)用，取得了不同的節(jié)汽、節(jié)電效果。

(1) 2014年1月14日東方希望(三門(mén)峽)鋁業(yè)有限公司(240萬(wàn)t/a)對(duì)其240 t/h蒸發(fā)器組進(jìn)行改造，2014年1月25日一期改造完成并投入生產(chǎn)運(yùn)行，節(jié)汽達(dá)9%、節(jié)電達(dá)12%以上,達(dá)到了節(jié)能技術(shù)承諾的指標(biāo)。

圖1 傳統(tǒng)蒸發(fā)系統(tǒng)與高效蒸發(fā)系統(tǒng)剖面對(duì)比圖

(2) 2014年3月7日信發(fā)華宇(600萬(wàn)t/a)對(duì)其三廠二期220 t/h蒸發(fā)器組進(jìn)行改造， 2014年4月28日改造完成并投入生產(chǎn)運(yùn)行。當(dāng)期的運(yùn)行條件為原液溫度55 ℃，驗(yàn)證了流程運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，運(yùn)行結(jié)果表明：高效蒸發(fā)系統(tǒng)雖不節(jié)汽，但節(jié)電10%以上。企業(yè)暫切換回原有的蒸發(fā)流程運(yùn)行，提高原液溫度(≥75 ℃)后，再切換回改造的節(jié)能流程。

(3)2014年6月對(duì)錦江集團(tuán)的開(kāi)曼鋁業(yè)(三門(mén)峽)有限公司的220 t/h蒸發(fā)器組進(jìn)行改造，待運(yùn)行試車(chē)。開(kāi)曼鋁業(yè)(三門(mén)峽)有限公司當(dāng)前原液溫度82 ℃時(shí)，節(jié)能承諾技術(shù)指標(biāo)：節(jié)汽≥8%、節(jié)電8%。

實(shí)際生產(chǎn)表明，當(dāng)要求蒸發(fā)母液濃度Nk≥235 g/L(濃縮倍數(shù)1.42～1.52)、溫度要求80±3 ℃時(shí)，節(jié)能流程優(yōu)化改造使用五效出料，如果原液溫度≥80 ℃，則節(jié)汽、節(jié)電效果非常顯著；如果原液溫度≤75 ℃，節(jié)汽效果不明顯，但節(jié)電效果顯著。當(dāng)要求蒸發(fā)母液濃度≤Nk215 g/L(濃縮倍數(shù)1.25～1.32)、溫度不做要求時(shí)，節(jié)能流程優(yōu)化改造使用六效出料，如果原液溫度≥80 ℃，則節(jié)汽、節(jié)電效果顯著；如果原液溫度≤70 ℃，則節(jié)汽效果不明顯，但節(jié)電效果顯著。

5 節(jié)能效益分析

高效蒸發(fā)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)降低汽耗0.05 t/t-AO、電耗4 kW·h/t-AO，而已有生產(chǎn)線一次改造估算投資100萬(wàn)元，按氧化鋁生產(chǎn)規(guī)模100萬(wàn)t/a、蒸汽價(jià)格120元/t、電價(jià)0.50元/kW·h計(jì)，投資改造后合計(jì)年效益估算：

(0.05×120+4×0.5)×100=800萬(wàn)元/a，年投資回報(bào)率可達(dá)7倍。

按全國(guó)氧化鋁行業(yè)產(chǎn)能改造后潛力分析：2013年國(guó)內(nèi)氧化鋁產(chǎn)能為6 160萬(wàn)t，開(kāi)工產(chǎn)能4 972.5萬(wàn)t，開(kāi)工率80.72%，投資改造的市場(chǎng)潛力效益估算：節(jié)能800×4 972.5=39 780萬(wàn)元/a?？紤]到部分企業(yè)采用鋁電聯(lián)產(chǎn)，蒸汽價(jià)格90元/t、電價(jià)0.25元/kW·h，調(diào)減投資后，按行業(yè)最低值0.6計(jì)算，市場(chǎng)潛力效益為39 780×0.6=23 868萬(wàn)元/a。

6 結(jié)束語(yǔ)

管式降膜蒸發(fā)器降低汽、電耗優(yōu)勢(shì)明顯，潛力可挖，故高效蒸發(fā)節(jié)能技術(shù)在國(guó)內(nèi)氧化鋁行業(yè)具有推廣價(jià)值，對(duì)全行業(yè)節(jié)能減排具有重要意義。

[1] 畢詩(shī)文. 氧化鋁生產(chǎn)工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2] 滿永國(guó). 無(wú)預(yù)熱、無(wú)閃蒸的節(jié)能蒸發(fā)系統(tǒng)[P]. 技術(shù)專利號(hào)：201310505402.2.

Application of Evaporation Energy Saving Technology in Alumina Production

CHEN Rong, MAN Yong-guo

Aiming at the lacks of tube type falling-film evaporation system in domestic alumina industry, a new energy-efficient evaporation technology is developed. After the transformation of the existing evaporation system, more than 8% of steam and power in new system is saved with the capacity and operators number unchanged.

falling-film evaporator; efficient evaporation; steam and power saving

2014-07-25

陳蓉(1981—)，女，山東淄博人，工學(xué)碩士，講師，現(xiàn)為淄博市技師學(xué)院機(jī)械工程系教師，主要從事機(jī)械設(shè)備科研及教學(xué)工作。

TF821

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1008-5122(2014)06-0004-03