楊亮華

摘 ?要：某公司一期氧化鋁溶出機(jī)組，設(shè)計(jì)單系列年產(chǎn)40萬(wàn)噸，投產(chǎn)后就達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，但仍有很大的提產(chǎn)潛力。文章分析了溶出機(jī)組產(chǎn)能現(xiàn)狀及生產(chǎn)實(shí)踐，指出可以通過(guò)技術(shù)改造、優(yōu)化操作運(yùn)行、強(qiáng)化計(jì)劃?rùn)z修等措施，達(dá)到溶出機(jī)組單系列年產(chǎn)48萬(wàn)噸的能力。

關(guān)鍵詞：溶出機(jī)組;進(jìn)料量;運(yùn)轉(zhuǎn)率;產(chǎn)能;改造

前言

氧化鋁行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈處于高度市場(chǎng)化，生產(chǎn)成本的高低決定企業(yè)是否盈利、能否在行業(yè)中生存，提高氧化鋁產(chǎn)能是降低生產(chǎn)成本的重要手段。高壓溶出是氧化鋁生產(chǎn)的核心工序，提高溶出機(jī)組產(chǎn)能勢(shì)在必行。

1 工藝簡(jiǎn)介

高壓溶出工序是氧化鋁生產(chǎn)的核心工序，主要作用是將鋁土礦中的氧化鋁溶解到鋁酸鈉溶液中。

合格的原礦漿在單套管加熱器內(nèi)用壓煮溶出二次蒸汽加熱至100℃后進(jìn)入預(yù)脫硅槽，經(jīng)8小時(shí)預(yù)脫硅后補(bǔ)入適量合格的循環(huán)堿液，由隔膜泵送入壓煮溶出6級(jí)套管預(yù)熱器內(nèi)預(yù)熱至約160℃，再經(jīng)5級(jí)帶機(jī)械攪拌的預(yù)熱壓煮器和7臺(tái)加熱壓煮器間接加熱至260℃，最后保溫溶出60分鐘溶出。溶出后礦漿經(jīng)11級(jí)自蒸發(fā)降溫，自蒸發(fā)的二次蒸汽用于預(yù)熱礦漿，降溫后的溶出礦漿進(jìn)入稀釋槽，同時(shí)加入拜爾法赤泥洗液稀釋溶出礦漿。該公司為串聯(lián)法生產(chǎn)工藝，燒結(jié)法粗液也送入稀釋槽內(nèi)。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 產(chǎn)能分析

在溶出反應(yīng)中，礦石中的硅與部分氧化鋁形成鈉硅渣，最終作為赤泥排出，因此礦石中的鋁硅比和氧化鋁含量是影響溶出產(chǎn)能的重要因素。

該公司一期工程設(shè)計(jì)為串聯(lián)法生產(chǎn)工藝，溶出機(jī)組兩個(gè)系列，單系列年產(chǎn)量為40萬(wàn)噸。具體設(shè)計(jì)情況與運(yùn)行現(xiàn)狀，詳情見(jiàn)表1。

由表1可以看出，該公司由于循環(huán)效率遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，在進(jìn)料量和運(yùn)轉(zhuǎn)率不如設(shè)計(jì)的條件下產(chǎn)能仍達(dá)到45萬(wàn)噸。但是進(jìn)料量、運(yùn)轉(zhuǎn)率和溶出能力仍有很大提升潛力，如果解決這些問(wèn)題，產(chǎn)量可以進(jìn)一步提升。

2.2 存在問(wèn)題

2.2.1 溶出機(jī)組進(jìn)料量低。高壓溶出機(jī)組設(shè)計(jì)進(jìn)料量為510m3/h。投產(chǎn)后長(zhǎng)期保持進(jìn)料量為480m3/h，原因是投產(chǎn)初期礦石鋁硅比高，480m3/h的進(jìn)料量可以滿足整個(gè)拜爾法系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行。同時(shí)還有其他原因制約溶出機(jī)組進(jìn)料量提升，具體表現(xiàn)為：壓煮器過(guò)料管結(jié)疤嚴(yán)重，造成溶出機(jī)組運(yùn)行壓力過(guò)高，限制進(jìn)料量的進(jìn)一步增加;閃蒸槽孔板尺寸是按照480m3/h正常生產(chǎn)選擇的，進(jìn)一步提產(chǎn)后會(huì)造成前兩級(jí)閃蒸槽頻繁出現(xiàn)帶料。

2.2.2 溶出機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率低。該公司2012年與2013年的溶出機(jī)組平均運(yùn)轉(zhuǎn)率為91.83%，通過(guò)停車原因分析，影響運(yùn)轉(zhuǎn)率的主要因素為：周期性的溶出倒組停車時(shí)間長(zhǎng)，每次倒組停車需要30小時(shí)，每45天進(jìn)行一次倒組，對(duì)全年運(yùn)轉(zhuǎn)率影響3.08%;溶出系統(tǒng)事故停車多，平均每月3次，主要是閃蒸槽過(guò)料管和四套管磨漏造成的臨時(shí)停車，其次是輔機(jī)系統(tǒng)原因而被迫停車，影響運(yùn)轉(zhuǎn)率3.01%;其他外界因素影響機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率2.08%。

2.2.3 溶出率指標(biāo)不高。該公司氧化鋁溶出率偏低的主要原因是鋁土礦在堿液環(huán)境溶出過(guò)程中，反應(yīng)條件不理想，具體表現(xiàn)有：壓煮器攪拌封密頻繁泄漏，造成攪拌運(yùn)轉(zhuǎn)率低，降低了溶出反應(yīng)速率;加熱管束結(jié)疤清理效果差、換熱效率低，造成溶出溫度偏低;壓煮器聯(lián)排管堵塞嚴(yán)重，造成壓煮器滿罐率偏低，減少了溶出反應(yīng)時(shí)間。溶出率指標(biāo)完成不理想，間接的限制了溶出液αK的下降，影響了循環(huán)效率的提高。

3 提高溶出機(jī)組產(chǎn)能的有效途徑

3.1 提高進(jìn)料量

3.1.1 清理壓煮器過(guò)料管結(jié)疤。該公司溶出機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行7年，在高溫段的壓煮器過(guò)料管形成嚴(yán)重結(jié)疤，結(jié)疤最大厚度達(dá)到30mm，管道通過(guò)物料截面積減少44%，在壓煮器過(guò)料管中形成大量結(jié)疤在同行業(yè)中很少有，這與生產(chǎn)操作條件以及礦石成分等因素有關(guān)。通過(guò)化驗(yàn)，結(jié)疤主要成分為Ti、P、Ca、Si等，成份復(fù)雜。其中Ti、Ca、Si結(jié)疤產(chǎn)生的原因是在生產(chǎn)過(guò)程中添加一定量的石灰，在高溫下石灰與鈦礦物和部分未脫除的硅礦物反應(yīng)生成的，此結(jié)疤結(jié)晶致密、光滑堅(jiān)硬，主要物質(zhì)為“鈣鈦渣”與“鈣霞石”。結(jié)疤的存在使得管道過(guò)料面積減小，阻力損失增大，機(jī)組運(yùn)行壓力升高。該公司先后嘗試業(yè)內(nèi)多種常規(guī)清理方法如：酸洗、機(jī)械清理、高壓水清洗，效果都不明顯。最后通過(guò)與一家專業(yè)清理公司進(jìn)行合作，用一種新工藝干、濕相結(jié)合的技術(shù)進(jìn)行了處理。結(jié)疤消除后，機(jī)組運(yùn)行壓力下降0.65MPa，提產(chǎn)空間打開(kāi)。

3.1.2 調(diào)整閃蒸槽節(jié)流孔板尺寸。在高壓溶出機(jī)組中，通過(guò)閃蒸槽將系統(tǒng)壓力降至常壓，閃蒸槽進(jìn)、出料管中的節(jié)流孔板尺寸與機(jī)組產(chǎn)能密切相關(guān)，如果孔板過(guò)小會(huì)造成進(jìn)出料失衡，部分料漿通過(guò)乏汽管進(jìn)入冷凝水系統(tǒng)。該公司試車達(dá)產(chǎn)后進(jìn)料量穩(wěn)定在480m3/h，節(jié)流孔板也是根據(jù)此進(jìn)料量調(diào)整確定的，進(jìn)一步提產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整合適的孔板尺寸。在提高溶出機(jī)組進(jìn)料量過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，將第二級(jí)閃蒸槽進(jìn)料孔板直徑提高了7mm，第三級(jí)閃蒸槽進(jìn)料孔板尺寸提高了5mm，其他孔板也做了微調(diào)。目前進(jìn)料量提到500m3/h后，整個(gè)閃蒸系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

通過(guò)實(shí)施上面措施后，溶出機(jī)組進(jìn)料量從480m3/h提升至500m3/h。

3.2 提高運(yùn)轉(zhuǎn)率

3.2.1 縮短倒組時(shí)間。溶出機(jī)組倒組工作分為停車、檢修、開(kāi)車三部分。通過(guò)分析，倒組停車時(shí)間長(zhǎng)的原因主要是吹掃開(kāi)始時(shí)機(jī)組壓力過(guò)低、高排管堵塞泄壓時(shí)間長(zhǎng)、檢修時(shí)壓煮器進(jìn)料管平臺(tái)行車數(shù)量不足、機(jī)組填充時(shí)間長(zhǎng)、料漿預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)等。針對(duì)這些情況采取以下措施：（1）改變吹掃方式，吹掃開(kāi)始時(shí)機(jī)組壓力由1.5MPa提升至2.3MPa，并將原來(lái)由Tp101直吹到Ra222改變成在Ra118隔離分階段吹掃，維持料漿流動(dòng)中的高壓差，縮短總的放料時(shí)間。（2）清理或更換所有壓煮器高排管，保證高排管暢通，縮短泄壓時(shí)間。（3）改造檢修平臺(tái)，在壓煮器進(jìn)料管平臺(tái)新增葫蘆吊裝支架，提高工作效率。（4）改造填充流程，新增了一條填充管，與原來(lái)的填充流程同時(shí)進(jìn)行機(jī)組填充，縮短填充時(shí)間。（5）改變機(jī)組預(yù)熱過(guò)程中的新蒸汽提升梯度，將原來(lái)每20分鐘提壓0.5MPa，改為在原提升速度蒸汽壓力達(dá)到1.5MPa后，每20分鐘提壓1.0MPa，縮短料漿預(yù)熱時(shí)間。

3.2.2 加強(qiáng)管道監(jiān)測(cè)和計(jì)劃性檢修。在溶出系統(tǒng)造成的意外停車中，管道磨損和易損件故障造成的停車時(shí)間占事故停車的55.78%。通過(guò)對(duì)意外停車的分析，并在生產(chǎn)過(guò)程中不斷摸索和總結(jié)規(guī)律，該公司加強(qiáng)部分設(shè)備的管道測(cè)厚和計(jì)劃性檢修，具體為：將四套管彎頭、閃蒸槽過(guò)料管、閃蒸二次水管彎頭每個(gè)部位由2個(gè)測(cè)點(diǎn)增加至4個(gè)點(diǎn)，并增加了彎頭焊縫前后10cm范圍內(nèi)的測(cè)厚;新增了閃蒸槽孔板座噴射管測(cè)厚;將溶出機(jī)組放料管、末級(jí)閃蒸進(jìn)稀釋槽料漿管、隔膜泵進(jìn)溶出機(jī)組三通管測(cè)厚周期由90天1次改為45天1次;按周期更換孔板座、溶出機(jī)組閥門、離心泵過(guò)流件等易損件。經(jīng)過(guò)實(shí)施對(duì)應(yīng)措施，在2014年上半年杜絕了以上事故停車。

3.2.3 流程改造和新技術(shù)應(yīng)用。減少溶出機(jī)組意外停車的發(fā)生，一方面要控制事故發(fā)生的概率，另一方面要增強(qiáng)應(yīng)對(duì)事故的能力，通過(guò)進(jìn)行部分流程改造和新技術(shù)的投用，可以達(dá)到目的，具體為：（1）脫硅單管流程改造，新增脫硅單管進(jìn)脫硅末槽的流程，起到脫硅槽故障下溶出機(jī)組不用停車的作用，增強(qiáng)了應(yīng)對(duì)事故的能力。（2）改進(jìn)閃蒸槽內(nèi)襯固定鋼板，將固定板尺寸由55×50×10mm改成90×55×20mm、數(shù)量由每臺(tái)7個(gè)增加至10個(gè)，增加了內(nèi)襯固定強(qiáng)度，有效的減少閃蒸槽故障率。（3）閃蒸槽過(guò)料管耐磨材料改造，把材質(zhì)20#鋼的過(guò)料管改為雙金屬耐磨復(fù)合管，增加了耐磨強(qiáng)度，使用壽命將延長(zhǎng)4倍，不但減少閃蒸過(guò)料管磨漏事故的發(fā)生，而且每年單系列節(jié)約備件費(fèi)用4.7萬(wàn)元。

實(shí)施上述措施后，溶出倒組停車時(shí)間不斷下降，現(xiàn)在只需要22小時(shí)就可完成任務(wù)，比原來(lái)縮短了8個(gè)小時(shí)，見(jiàn)表2。溶出機(jī)組意外停車也明顯下降，2014年3月至5月，溶出系統(tǒng)造成的意外停車影響運(yùn)轉(zhuǎn)率由3.01%下降至0.6%，溶出機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率高達(dá)96.1%，達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。

3.3 提高溶出率

3.3.1 提高壓煮器攪拌運(yùn)轉(zhuǎn)率，強(qiáng)化溶出反應(yīng)。壓煮器攪拌對(duì)強(qiáng)化溶出反應(yīng)，改善傳熱效果有著至關(guān)重要的作用。以前壓煮器攪拌開(kāi)不起的主要原因是攪拌傳動(dòng)軸傳動(dòng)密封泄漏，根據(jù)此原因采取相應(yīng)措施：加強(qiáng)對(duì)輸出軸和填料的檢查和維護(hù)，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換;將潤(rùn)滑油的注油次數(shù)由3次/分鐘調(diào)整為5次/分鐘，并且專人定期檢查注油效果，提供密封面充足的潤(rùn)滑油;規(guī)范盤根更換制度，嚴(yán)格盤根更換標(biāo)準(zhǔn)，由專人使用專用工具取、裝盤根，避免對(duì)軸和密封面劃傷，并且上、下8道盤根一起更換，延長(zhǎng)密封壽命等措施，壓煮器攪拌運(yùn)轉(zhuǎn)率已經(jīng)從60%提升至100%。

3.3.2 調(diào)整聯(lián)排運(yùn)行方式，延長(zhǎng)溶出時(shí)間。溶出反應(yīng)生成的氣態(tài)物質(zhì)和進(jìn)入的空氣形成壓煮器料漿不凝性氣體，這些不凝性氣體是通過(guò)壓煮器聯(lián)排管逐級(jí)向后移動(dòng)，并在最后一臺(tái)壓煮器排出。由于管道內(nèi)長(zhǎng)期有料漿流動(dòng)，造成壓煮器聯(lián)排管結(jié)疤堵塞，料漿不凝性氣體不能及時(shí)排出，溶出時(shí)間減少。針對(duì)此情況采取以下措施：（1）逐臺(tái)清理或更換壓煮器堵塞的聯(lián)排管，并且每次壓煮器隔離時(shí)都要檢查管道情況。（2）改變聯(lián)排閥運(yùn)行開(kāi)度，將原來(lái)全開(kāi)運(yùn)行方式改為開(kāi)度20%運(yùn)行，使管道長(zhǎng)時(shí)間流動(dòng)的為氣體，減緩管道結(jié)疤的形成。

3.3.3 改進(jìn)加熱管束清理工藝，提升溶出溫度。隨著礦石品位下降和礦石成份的變化，壓煮器加熱管束的結(jié)疤成分和物理性質(zhì)發(fā)生了變化，需要改變?cè)瓉?lái)的清理工藝來(lái)滿足生產(chǎn)需求，具體操作為：將預(yù)熱段壓煮器管束結(jié)疤的清理方式由直接高壓水清洗改為先火燒再高壓水清洗;將加熱段壓煮器管束結(jié)疤火燒加高壓水的清理方式由1次改為2次，最后人工清理;將每次火燒結(jié)疤時(shí)間延長(zhǎng)1倍，改善火燒效果。措施實(shí)施后，結(jié)疤清理更為徹底，溶出溫度從250℃提升至260℃，增加了溶出反應(yīng)效果。

上面三個(gè)措施實(shí)施后，氧化鋁溶出率提高了1.21%。溶出率增高的同時(shí)，循環(huán)效率增加了3.67kg/m3。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采取相應(yīng)提產(chǎn)措施，溶出機(jī)組進(jìn)料量已經(jīng)接近設(shè)計(jì)水平，運(yùn)轉(zhuǎn)率超過(guò)設(shè)計(jì)要求，達(dá)到96%以上，再加上溶出率的提高，按現(xiàn)有礦石品位，純拜爾法具備50萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力。

參考文獻(xiàn)

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