閃蒸系統(tǒng)帶料的調(diào)整方法

【摘 要】廣西平果氧化鋁的溶出生產(chǎn)過程中，不間斷地出現(xiàn)閃蒸系統(tǒng)二次蒸汽帶料的異?，F(xiàn)象，此現(xiàn)象不僅使生產(chǎn)堿耗增加，成本增高，而且容易造成環(huán)境污染事件，是氧化鋁生產(chǎn)一直致力解決的難題。文章主要根據(jù)不同的閃蒸帶料情況，從閃蒸帶料機(jī)理出發(fā)進(jìn)行帶料原因分析，梳理出帶料的主要因素，提出具體的的控制帶料的調(diào)整方法，并通過生產(chǎn)實(shí)踐的總結(jié)，實(shí)現(xiàn)有效防治閃蒸帶料，對(duì)強(qiáng)化氧化鋁生產(chǎn)、節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】閃蒸;二次汽帶料;孔板;冷凝水;引汽

【中圖分類號(hào)】TF821 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）09-0140-03

中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司氧化鋁溶出工序的生產(chǎn)工藝采用法國(guó)AP公司提供的生產(chǎn)技術(shù)，閃蒸工藝是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵，通過十級(jí)閃蒸的減溫減壓，將閃蒸系統(tǒng)的壓力和二次蒸氣合理分配，使溶出礦漿由原來的溫度約260 ℃、壓力4.2 MPa降壓降溫到120 ℃、0.15 MPa左右。通過閃蒸槽前后級(jí)的合理控制與調(diào)整，使閃蒸出來的二次蒸汽送入對(duì)應(yīng)的預(yù)熱器去預(yù)熱礦漿，以最大限度地回收溶出礦漿內(nèi)蘊(yùn)含的熱量，在減溫減壓的閃蒸過程中，因閃蒸量少而出現(xiàn)閃蒸槽液位過高致使二次蒸汽帶料的現(xiàn)象。閃蒸系統(tǒng)二次汽帶料、冷凝水管道堵塞或磨損、換熱效率低，蒸汽消耗量大、堿耗增加，嚴(yán)重的還會(huì)造成停車等諸多不利影響。因此，防止閃蒸二次汽帶料是氧化鋁穩(wěn)定生產(chǎn)的重要保障。如何控制閃蒸系統(tǒng)帶料，是各氧化鋁廠長(zhǎng)期摸索的技術(shù)之一，對(duì)氧化鋁生產(chǎn)的安全經(jīng)濟(jì)具有重要的意義。

1 閃蒸工藝

閃蒸是ー個(gè)物理現(xiàn)象名詞，它描述了流體介質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的變化形式。根據(jù)享利定律P=EX，不同溫度與壓力下溶質(zhì)在液相溶劑中溶解度不同。當(dāng)溶劑壓力降低時(shí)，溶劑中的溶質(zhì)就會(huì)迅速地解吸而自動(dòng)放出熱量，形成閃蒸。高溫高壓的液體驟然降低壓力，部分液體迅速汽化，氣液兩相分開，產(chǎn)生的二次蒸汽從槽頂部出來（如圖1所示）。

閃蒸是溶出生產(chǎn)過程中料漿降溫降壓的一個(gè)環(huán)節(jié)，高壓溶出緊后是常壓的沉降工序，如此高的溫度和壓力條的料漿必須經(jīng)過降溫降壓使料漿溫度和壓力降低才能出料，這就是閃蒸的作用所在。閃蒸系統(tǒng)通過十級(jí)閃蒸（如圖2所示），使料漿溫度和壓力降至約140 ℃和1 Bar，由于壓力降低，礦漿在較低溫度時(shí)沸騰，放出的顯熱作為汽化部分液體的潛熱去預(yù)熱新一批的料漿，達(dá)到熱量的回收利用，降低生產(chǎn)能耗。溶出生產(chǎn)過程中熱量轉(zhuǎn)換的平衡，閃蒸工藝的控制起著關(guān)鍵作用，同時(shí)也是溶出操作的重點(diǎn)及難點(diǎn)。通常情況下，閃蒸液位要求低液位控制，充分利用閃蒸器的容積。若閃蒸工藝控制不好，會(huì)在某一級(jí)閃蒸中出現(xiàn)二次蒸汽中帶有料漿，即閃蒸帶料現(xiàn)象。

針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際，必須對(duì)閃蒸帶料原因進(jìn)行分析，找出帶料機(jī)理，從而有針對(duì)地制定及采取出有效的防治措施，達(dá)到確保安全生產(chǎn)的同時(shí)，盡量回收利用的熱量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

2 閃蒸帶料的原因分析

2.1 閃蒸的孔板尺寸不匹配

影響閃蒸工藝的首要因素是閃蒸槽孔板尺寸，尤其是首級(jí)孔板。溶出機(jī)組的進(jìn)料量由首級(jí)閃蒸槽孔板的選定尺寸決定，各級(jí)閃蒸槽的壓力由孔板壓力損決定，孔板的匹配與否決定閃蒸槽工藝的狀況。若孔板尺寸過大，級(jí)間壓差過小，就失去了降溫降壓的作用，同時(shí)會(huì)引起閃蒸過料管的磨損;若孔板尺寸過小，會(huì)造成閃蒸槽內(nèi)料漿不暢，閃蒸糟液位高而引起閃蒸二次汽帶料。

2.2 壓煮器出料溫度及壓力不合適

溶出出料溫度及壓力是閃蒸工藝的能量來源，直接影響閃蒸工藝狀況。在孔板尺寸已經(jīng)選定的生產(chǎn)中，首級(jí)閃蒸壓力低主要是壓煮器出料溫度、壓力低造成的，而首級(jí)閃蒸工作壓力低會(huì)引起首級(jí)閃蒸液位高，造成閃蒸帶料，影響整個(gè)閃蒸系統(tǒng)的運(yùn)行，從而影響壓煮器預(yù)熱效果，造成新蒸汽消耗的增加;當(dāng)壓煮器出料溫度、壓力過高又會(huì)造成首級(jí)閃蒸壓力過高，此時(shí)閃蒸槽低液位運(yùn)行，閃蒸出料出現(xiàn)料夾汽現(xiàn)象，造成閃蒸熱量后移，閃蒸出來的二次蒸汽不能充分利用，熱效率降低。

2.3 預(yù)熱段加熱表面結(jié)疤

預(yù)熱壓煮器加熱管束及套管的結(jié)疤是決定預(yù)熱段換熱效果好壞的關(guān)鍵，即決定閃蒸產(chǎn)生的二次蒸汽能否充分利用的關(guān)鍵。加熱管束結(jié)疤少，則換熱效果佳，閃蒸出來的二次蒸汽能充分利用，利于閃蒸系統(tǒng)液位、壓力分布的控制;相反，則換熱效果差，閃蒸產(chǎn)生的二次蒸汽不能充分利用，則不利于閃蒸壓力高、閃蒸液位的控制。

2.4 預(yù)熱段汽水系統(tǒng)不通暢

預(yù)熱段汽水路不暢是影響閃蒸控制常見的因素。若某一級(jí)預(yù)熱段汽水系統(tǒng)不暢，閃蒸生產(chǎn)的二次蒸汽無法充分利用，閃蒸工作壓力高，則致其上一級(jí)的閃蒸與本級(jí)壓力差減小，上一級(jí)使液位高而帶料;相反，若某一級(jí)二次蒸汽冷凝水出水過于暢通，則造成熱量快速后移，閃蒸壓力降低，從而引起本級(jí)閃蒸的帶料。

3 閃蒸帶料調(diào)整

閃蒸系統(tǒng)的運(yùn)行是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過程，孔板匹配的合理是閃蒸高效而穩(wěn)定運(yùn)行的前提。對(duì)某一級(jí)閃蒸的調(diào)節(jié)將導(dǎo)致其相鄰的閃蒸槽甚至整個(gè)系統(tǒng)操作壓力及溫度的變動(dòng)，所以調(diào)節(jié)過程需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)的變化進(jìn)行系統(tǒng)性的調(diào)整，方可得到較好且穩(wěn)定的效果。

3.1 調(diào)整閃蒸孔板尺寸

生產(chǎn)中，閃蒸孔扳尺寸一旦選定，生產(chǎn)運(yùn)行中將無法再改變。若前后級(jí)閃蒸的孔板尺寸差過大，則閃蒸出的蒸汽量就越大，二次汽不能被相應(yīng)的預(yù)熱級(jí)完全吸收而致使閃蒸槽內(nèi)的料位被逐漸地壓低;若同時(shí)級(jí)間壓差過小，則閃蒸出的蒸汽量就少，閃蒸槽內(nèi)的料位高而帶料。一般情況下，生產(chǎn)的工藝狀況基本穩(wěn)定于一定的參數(shù)，故閃蒸孔板尺寸的調(diào)整宜采取微調(diào)方式，每次縮小或擴(kuò)大的尺寸不宜大于2 mm。如果某級(jí)閃蒸帶料，根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際參數(shù)調(diào)整各級(jí)孔板的尺寸，增大或減小閃蒸級(jí)間的壓差，可以適當(dāng)縮小其孔板和擴(kuò)大其后一級(jí)閃蒸的孔板，為料漿流動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡提供良好的工藝基礎(chǔ)。

3.2 提高溶出溫度和壓力

生產(chǎn)中，閃蒸的首級(jí)壓力一般均大于2.1 MPa（絕壓），其對(duì)應(yīng)的飽和溫度為215 ℃，提高溶出礦漿溫度，使其比飽和溫度大于15～20 ℃，即通入蒸汽充分疏水、預(yù)熱，使溶出溫度達(dá)240 ℃左右，接近于正常生產(chǎn)工況時(shí)才出料，保證出料的同時(shí)即出現(xiàn)閃蒸，是杜絕帶料的根本。生產(chǎn)過程中，因各個(gè)閃蒸器的容積是固定的，通過加大新蒸汽通入量，經(jīng)過調(diào)節(jié)預(yù)熱器的蒸汽及冷凝水閥，提高料漿溫度后，使料漿溶出溫度前移，溶出系統(tǒng)達(dá)到更高溫度及壓力的平衡，保證溶出的出料溫度和壓力大于260 ℃和40 Bar，促成料漿閃蒸過程的產(chǎn)生充足的二次蒸汽，降低料位，從而可以控制閃蒸帶料。

3.3 調(diào)節(jié)閥門的開度，調(diào)整閃蒸壓力極差

3.3.1 二次汽的調(diào)整

若某級(jí)閃蒸槽帶料，將其二次汽閥關(guān)小，同時(shí)將其對(duì)應(yīng)預(yù)熱器的冷凝水出水閥關(guān)小，將其上一級(jí)和下一級(jí)閃蒸的二次汽及對(duì)應(yīng)預(yù)熱器的冷凝水出水閥門開大，閥門的操作應(yīng)以5%的進(jìn)度緩慢地進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過閥門的調(diào)節(jié)使其內(nèi)部壓力增加，相對(duì)降低其上下級(jí)的壓力，使帶料級(jí)的料漿流速加快，從而降低其液位，可抑制其帶料現(xiàn)象。

3.3.2 冷凝水的調(diào)整

帶料級(jí)閃蒸對(duì)應(yīng)預(yù)熱器的冷凝水，關(guān)小其冷凝水的疏水閥乃，開大其前后級(jí)預(yù)熱器的出水閥，從而使帶料級(jí)的冷凝水流速減緩，達(dá)到致閃蒸器內(nèi)余汽量增加，使料位降低，消除帶料現(xiàn)象。同理，若閃蒸料位過低則對(duì)應(yīng)地反向調(diào)節(jié)閥門開度，操作時(shí)閥門的開關(guān)幅度不宜過大，以避免造成系統(tǒng)的壓力、料位的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)致使系統(tǒng)狀況惡化造成超壓，安全閥啟跳而造成堿、料、能量的外泄損失。

3.4 使用30 Bar蒸汽控制帶料

閃蒸的二次蒸汽出現(xiàn)嚴(yán)重帶料且無法控制而影響正常生產(chǎn)時(shí)，使用通少許30 Bar蒸汽輔助控制帶料。若某級(jí)閃蒸槽帶料，主要是因閃蒸量不足、閃蒸槽內(nèi)汽少液多引起的，可采取在閃蒸器頂部通入30 Bar新蒸汽，外加新蒸汽的彌補(bǔ)，增大閃蒸器內(nèi)的汽液比，壓低閃蒸槽的料位，從而可以控制閃蒸帶料。但畢竟30 Bar新蒸汽使用即新增能耗，不宜長(zhǎng)時(shí)間使用，一般只作為生產(chǎn)異常時(shí)的輔助措施，生產(chǎn)恢復(fù)正常以后停止使用。

3.5 閃蒸引汽

若因孔板的不匹配造成的閃蒸帶料，操作調(diào)整不能彌補(bǔ)閃蒸工藝以控制帶料，可采取最后的極端調(diào)整措施：從更上一級(jí)高溫高壓且料位低的閃蒸，把其二次汽引到帶料級(jí)閃蒸，把高溫高壓級(jí)閃蒸的二次蒸汽直接引入帶料級(jí)閃蒸，此調(diào)整措施通過熱量的直接轉(zhuǎn)移，使系統(tǒng)重新平衡壓力、能量，最終達(dá)到壓低料位、抑制帶料現(xiàn)象。

高速前后的閃蒸生產(chǎn)工藝參數(shù)見表1、表2。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)閃蒸控制技術(shù)的分析，針對(duì)性地提出調(diào)整優(yōu)化措施：{1}調(diào)整閃蒸孔板尺寸;{2}提高溶出出料溫度和壓力;{3}閃蒸壓力極差調(diào)整;{4}使用30 Bar蒸汽調(diào)整;{5}閃蒸引汽調(diào)整。在生產(chǎn)實(shí)踐中，這些措施可以達(dá)到有效地控制閃蒸二次汽帶料的現(xiàn)象，滿足環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的要求，對(duì)氧化鋁生產(chǎn)的節(jié)能減排、提高綜合效益具有重要的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊重愚.氧化鋁生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京：治金工業(yè)出版社，1993.

[2]天津大學(xué).化工原理[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

[3]黃煌.閃蒸過料管磨損的原因分析[C].全國(guó)第十三次氧化鋁技術(shù)信息交流會(huì)論文集，2004.