拜爾法溶出壓煮器火燒結(jié)疤分析

張 健 李海東

（中電投山西鋁業(yè)，山西 原平 034100）

拜爾法溶出壓煮器火燒結(jié)疤分析

張 健 李海東

（中電投山西鋁業(yè)，山西 原平 034100）

火燒作業(yè)是壓煮器日常檢修清理結(jié)疤的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，火燒作業(yè)的優(yōu)良與否與壓煮器換熱效果息息相關(guān)，它是決定機(jī)組溫度高低的最重要因素。本文對(duì)壓煮器火燒作業(yè)的裝置結(jié)構(gòu)，火燒過(guò)程具體作業(yè)要求，火燒現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)描述和分析。

鋁工業(yè)；循環(huán)經(jīng)濟(jì)；火燒結(jié)疤；可持續(xù)發(fā)展

在拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的過(guò)程中，我國(guó)普遍使用的是一水硬鋁石型鋁土礦，伴隨著國(guó)內(nèi)氧化鋁工業(yè)的迅猛發(fā)展，礦石需求量的不斷增加，礦石品位呈日趨下降的趨勢(shì)。對(duì)于拜爾法生產(chǎn)中的溶出工序來(lái)說(shuō)，這種趨勢(shì)即表現(xiàn)為壓煮器管束結(jié)疤越來(lái)越厚，嚴(yán)重影響換熱效果。溫度作為溶出工序控制的重要參數(shù)之一，它的高低直接影響氧化鋁溶出效果的好壞，所以如何在線外壓煮器的檢修中較為徹底的解決結(jié)疤問(wèn)題，以保持機(jī)組溫度，保證溶出效果，降低蒸汽耗量，是我們現(xiàn)在不得不去考慮的一個(gè)重大問(wèn)題。火燒作為壓煮器結(jié)疤清理中的重要環(huán)節(jié)，地位就日益突出，這就要求我們必須要充分了解火燒作業(yè)的具體過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)火燒作業(yè)可控過(guò)程的精細(xì)化管理，以期火燒作業(yè)的最優(yōu)化操作，達(dá)到降本增效的目的。

火燒作業(yè)是壓煮器結(jié)疤清理工作中的第一環(huán)，如果火燒不徹底，結(jié)疤沒(méi)有裂縫脫落，將會(huì)對(duì)后續(xù)高壓清洗工作的開(kāi)展帶來(lái)很大困難，提高清理成本。

1 火燒機(jī)裝置結(jié)構(gòu)

1.1 油車部分

負(fù)責(zé)儲(chǔ)存火燒一次所需要的柴油，向噴頭裝置連續(xù)供應(yīng)一定壓力和一定流量的油泵；規(guī)格為1×1×2.2m的油箱，容量為900L。

1.2 升降系統(tǒng)

負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)噴頭裝置在壓煮器內(nèi)的上下自動(dòng)循環(huán)升降，使每一根管束都能完全得到清理，升降系統(tǒng)能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，控制升降速度；升降速度2～3m/min。

1.3 噴頭裝置

將柴油和氣壓按一定比例混合，點(diǎn)燃后噴出符合要求的火焰；流量2～3L/min，油泵噴出油壓為0.8Mpa。

1.4 排風(fēng)系統(tǒng)

用來(lái)排出燃燒產(chǎn)生的廢氣，空氣流量1m3/s。

2 火燒機(jī)用途和原理

2.1 用途

壓煮器加熱管束在生產(chǎn)運(yùn)行中表面會(huì)有結(jié)疤產(chǎn)生，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，結(jié)疤會(huì)逐漸變厚。結(jié)疤對(duì)加熱管束的傳熱系數(shù)影響很大，結(jié)疤越厚傳熱系數(shù)越低，熱效率就越低。當(dāng)熱效率很低時(shí)溶出溫度就達(dá)不到生產(chǎn)要求，同時(shí)還會(huì)增大汽耗。因此壓煮器在運(yùn)行一定時(shí)間后必須隔離清理結(jié)疤，而且這一工作是周期性的。

2.2 原理

利用火燒的辦法，使結(jié)疤受熱膨脹脹裂，從而使壓煮器加熱管束上的結(jié)疤脫落下來(lái)得以清理。我廠火燒配合高壓清洗車共同使用?；馃筮M(jìn)行高壓清洗作業(yè)，結(jié)疤清理率在90%以上。

3 火燒作業(yè)要求

3.1 軌道安裝

必須使用跟軌道鋼絲繩配套的鋼絲繩卡，鋼絲繩卡螺母要緊固牢。在火燒過(guò)程中，噴嘴安裝在軌道上，在電機(jī)的帶動(dòng)下，沿軌道上下移動(dòng)，加上噴嘴火焰的反沖力的作用，都對(duì)軌道產(chǎn)生作用力，安裝不好容易產(chǎn)生松動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí)噴嘴由于軌道的松動(dòng)，無(wú)法繼續(xù)上下移動(dòng)進(jìn)行火燒，且我廠使用的火燒機(jī)點(diǎn)火方式為人工點(diǎn)火，重新固定完軌道后需要退到側(cè)部人孔進(jìn)行重新點(diǎn)火，加大了工作量，且影響火燒效果。

3.2 儀表風(fēng)閥及油閥控制

3.2.1 油閥開(kāi)度

開(kāi)度過(guò)大，柴油用量過(guò)大，會(huì)增加火燒成本，且在供風(fēng)量一定的情況下容易燃燒不充分，產(chǎn)生黑煙，污染環(huán)境。用量過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致火燒效果不理想，結(jié)疤脫落不徹底，給后續(xù)高壓清洗的工作帶來(lái)困難。

3.2.2 儀表風(fēng)閥開(kāi)度

開(kāi)度過(guò)大，造成火焰不連續(xù)，呈間斷性一股一股的火焰，嚴(yán)重時(shí)會(huì)吹滅火焰；開(kāi)度過(guò)小，柴油供氧量不足，燃燒不充分，產(chǎn)生黑煙，污染環(huán)境，且造成火焰對(duì)管束的沖刷強(qiáng)度不夠，影響火燒效果，即風(fēng)量過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)使火焰不達(dá)標(biāo)，影響火燒效果。

3.2.3 閥門開(kāi)度控制方法

油閥及儀表風(fēng)閥的控制都對(duì)火燒作業(yè)有著至關(guān)重要的影響，是火燒過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。我們通過(guò)兩個(gè)方法來(lái)控制風(fēng)閥及油閥開(kāi)關(guān)大小。一是看風(fēng)機(jī)是否冒黑煙；二是看脫落結(jié)疤的表面。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)機(jī)不冒黑煙，煙為青黑色，結(jié)疤表面不濕潤(rùn)，不附著柴油，較為干燥，呈黑色，則為控制的剛好。但是要防止油量風(fēng)量均過(guò)大，此時(shí)雖然閥門控制可以達(dá)到上述要求，但會(huì)產(chǎn)生太多熱量，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)負(fù)荷加大，嚴(yán)重時(shí)燒壞風(fēng)機(jī)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，結(jié)疤以4mm左右為火燒界限，結(jié)疤厚度<4mm，不需要火燒，此時(shí)結(jié)疤太薄，燒不下來(lái)；在結(jié)疤厚度>4mm，因結(jié)疤量的不同，壓煮器Ra114～122耗油量約為800L～900L/臺(tái)，Ra123～125約400L～500L/臺(tái)。

3.3 噴嘴出油的選擇

3.3.1 噴油嘴結(jié)構(gòu)

噴嘴有七個(gè)孔，中間一個(gè)孔，周圍有六個(gè)孔呈三角形環(huán)繞中間孔。

3.3.2 出油方式

3.3.2.1 中間孔出油

中間孔出油，邊上六個(gè)孔出風(fēng)，風(fēng)包裹著油噴射而出，火焰噴射面較為集中，為一條直線，這種火焰噴射強(qiáng)度較大，對(duì)管束的沖擊力較大，即單位時(shí)間內(nèi)管束接受炙烤的時(shí)間較長(zhǎng)，但缺點(diǎn)在于噴射面較小，火焰由于噴射強(qiáng)度較大，射程較遠(yuǎn)在火焰碰到壓煮器壁后會(huì)產(chǎn)生反彈，反彈火焰雖然也能包裹管束進(jìn)行火燒但沖擊強(qiáng)度已降低，更嚴(yán)重在于火焰反吹會(huì)烘烤到油氣管總成，造成油氣管總成的損傷，這種出油方式不推薦，另外火焰包裹管束較少，則必然要求噴嘴上升下降速度要降低，攪拌攀車跨度要減少，即同樣的用油量增加了噴嘴在相同位置的停留時(shí)間，即相對(duì)中間孔出風(fēng)來(lái)說(shuō)會(huì)增加耗油量。

3.3.2.2 中間孔出風(fēng)

中間孔出風(fēng)，邊上六個(gè)孔出油，油噴射出來(lái)之后范圍較大，經(jīng)中間孔儀表風(fēng)的加強(qiáng)，火焰呈扇面狀，火焰覆蓋面積較大，包裹管束較多，相對(duì)來(lái)說(shuō)，噴頭上升下降速度要求及攪拌攀車跨度不是很嚴(yán)格，易于操作，且火焰的噴射強(qiáng)度相對(duì)來(lái)說(shuō)較低，不會(huì)產(chǎn)生火焰反彈的現(xiàn)象，火燒效果也較為理想。

3.4 配置經(jīng)驗(yàn)豐富的火燒隊(duì)伍作業(yè)

要求配置經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)過(guò)硬的火燒檢修人員進(jìn)行作業(yè)，保證每次隔離出來(lái)的加熱保溫段壓煮器都進(jìn)行火燒作業(yè)，要求火燒作業(yè)人員要盡職盡責(zé)，火燒徹底，以保證火燒作業(yè)呈良性循環(huán)。一次火燒不徹底，殘留結(jié)疤在兩根管束之間，則在下次投用之后這些結(jié)疤就會(huì)跟新的結(jié)疤粘合結(jié)死，結(jié)疤會(huì)更厚更多，很難清理。此時(shí)火燒有很大的困難，粘接部分很難脫落，當(dāng)火燒已經(jīng)不起作用時(shí)，最終只能重新更換管束，以保證換熱效果，大大增加生產(chǎn)成本。所以我們必須要保證火燒作業(yè)的連續(xù)性與嚴(yán)謹(jǐn)性，盡可能地避免人為原因造成的管束結(jié)疤過(guò)厚。

3.5 攪拌運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間

攪拌運(yùn)轉(zhuǎn)率也關(guān)系著管束結(jié)疤的多少，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間短，料漿容易沉淀，附著在管束上，形成結(jié)疤。線外壓煮器攪拌消缺的工作很重要，要盡可能的保證壓煮器攪拌的正常運(yùn)行，一方面保證換熱效果，一方面防止結(jié)疤。

3.6 壓煮器投用時(shí)間

壓煮器投用的時(shí)間越長(zhǎng)結(jié)疤越厚，合理安排壓煮器的隔離，有利于結(jié)疤的清理。我廠加熱段壓煮器兩個(gè)周期（90天）隔離出來(lái)一次，礦石A/S比在5.5左右，壓煮器結(jié)疤均不超過(guò)7mm，機(jī)組溫度一個(gè)周期下降約在8～12度，基本上能滿足溶出系統(tǒng)對(duì)溫度的要求。

4 現(xiàn)狀

4.1 壓煮器火燒區(qū)域分布

從火燒整體情況來(lái)看，Ra107～113為預(yù)熱段壓煮器，料漿仍為生料漿，結(jié)疤柔軟蓬松，不需要火燒作業(yè)，高壓清洗即可滿足要求，Ra114處于加熱段第一臺(tái)壓煮器，料漿仍為生料漿，結(jié)疤松軟，且我廠四個(gè)系列該壓煮器均為2012年大修壓煮器，結(jié)疤較薄，可根據(jù)實(shí)際情況是否火燒，自四月份以來(lái)有四臺(tái)目前未進(jìn)行火燒作業(yè)，高壓清洗狀況良好，結(jié)疤脫落也較為徹底。Ra114火燒從目前情況來(lái)看，結(jié)疤脫落依然很少。Ra115～125都需要火燒作業(yè)，其中Ra115～122為240排管束，又是換熱的重要壓煮器，對(duì)結(jié)疤清理要求較為嚴(yán)格，火燒要求較高，在火燒過(guò)程中，攀車需要三圈，即需要火燒三遍。Ra123-125為保溫段壓煮器，管排較少，兩排管束之間距離較大，火燒較為容易。

4.2 排風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

火燒機(jī)風(fēng)機(jī)安裝在頂部人孔處，在進(jìn)行火燒作業(yè)時(shí)，當(dāng)火燒機(jī)噴油嘴沿著軌道運(yùn)動(dòng)至壓煮器頂部時(shí)，由于風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)作用，火焰在頂部會(huì)向頂部人孔處靠攏，這就必然導(dǎo)致在壓煮器內(nèi)距離頂部人孔稍遠(yuǎn)的管束得不到足夠的火焰強(qiáng)度，火燒較為不理想，而在壓煮器內(nèi)部頂部人孔對(duì)面，安裝有高排連排及就地壓力表取壓管道，距離上環(huán)管較近，料漿在運(yùn)行過(guò)程中容易在這些相對(duì)狹窄的地方結(jié)疤，故清理上相對(duì)來(lái)說(shuō)較為困難，也是此處結(jié)疤稍厚的一個(gè)原因。

4.3 火燒作業(yè)初期現(xiàn)狀

管束結(jié)疤脫落原理是管束內(nèi)通水，外壁結(jié)疤火燒受熱，管束鋼材及結(jié)疤因膨脹率不同而導(dǎo)致結(jié)疤脫落，而在火燒作業(yè)初期，壓煮器內(nèi)是常溫，管束結(jié)疤受熱需要一個(gè)過(guò)程，此時(shí)結(jié)疤溫度未達(dá)到火燒要求溫度，結(jié)疤脫落較少，根據(jù)我廠現(xiàn)用火燒機(jī)的規(guī)格，一般在攪拌軸攀車至1/4圈時(shí)，管束結(jié)疤即升溫至火燒要求溫度，此時(shí)結(jié)疤才開(kāi)始大量脫落。

4.4 管束結(jié)疤現(xiàn)狀

在火燒作業(yè)中，并不是所有的結(jié)疤都能隨著火燒作業(yè)而脫落，管束結(jié)疤有一部分附著在管壁上不會(huì)脫落，這種現(xiàn)象導(dǎo)致在該壓煮器投用過(guò)程中，未清理掉的結(jié)疤處會(huì)繼續(xù)結(jié)疤，越來(lái)越厚，而兩根管束之間的距離為30mm，即若兩根管束的結(jié)疤都達(dá)到15mm，相鄰兩排管束的結(jié)疤就粘接在一起了，火焰此時(shí)已經(jīng)進(jìn)不到這兩根管束之間，無(wú)法火燒，人工清理又非常困難，只能重新更換管束。業(yè)內(nèi)壓煮器更換管束的周期為3年，從我廠更換抽離的舊管束結(jié)疤情況來(lái)看，結(jié)疤基本上跟這種情況吻合。

結(jié)論

通過(guò)以上分析，我們可以看出，火燒作業(yè)對(duì)壓煮器本身有使用要求，通過(guò)提高攪拌運(yùn)轉(zhuǎn)率，合理的安排壓煮器的隔離，盡量控制管束結(jié)疤在火燒要求的合理范圍內(nèi)，充分發(fā)揮火燒的優(yōu)勢(shì)，給火燒作業(yè)提供一個(gè)良好的環(huán)境；并且要求在火燒作業(yè)過(guò)程中充分考慮所有影響火燒的因素，包括軌道的安裝，油閥風(fēng)閥的調(diào)節(jié)以及選擇出風(fēng)孔，加熱段前兩臺(tái)壓煮器是否火燒等，以降本增效為著眼點(diǎn)，使火燒作業(yè)精細(xì)化操作，實(shí)現(xiàn)火燒作業(yè)的優(yōu)化控制?；馃鳂I(yè)本身有一定的局限性，但是瑕不掩瑜，火燒作業(yè)對(duì)壓煮器管束結(jié)疤的清理還是很有效果的。

只有優(yōu)化操作火燒作業(yè)，保證結(jié)疤清理量，才能提高溶出機(jī)組的溫度，保證了機(jī)組溫度，才能實(shí)現(xiàn)氧化鋁的較好溶出效果，為后續(xù)工序提供合格的物料，優(yōu)化后續(xù)工序的運(yùn)行環(huán)境。在工作中，要充分認(rèn)識(shí)到火燒作業(yè)對(duì)溶出機(jī)組運(yùn)行的重要性，保證結(jié)疤清理的效果，保證溶出率，為我山西鋁業(yè)氧化鋁的生產(chǎn)添上濃墨重彩的一筆。

[1]拜耳法溶出技術(shù)及裝備的比較選擇[J].有色礦冶，2007（06）.

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.115