溶出礦漿分流閃蒸工藝的應(yīng)用與實(shí)踐

姚元元

（國(guó)家電投集團(tuán)鋁電投資有限公司,廣西 北海 536000）

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)礦石供應(yīng)日趨緊缺，大量氧化鋁企業(yè)開始采用進(jìn)口礦石組織生產(chǎn)。受礦石特性的影響，高壓溶出工序的工藝條件發(fā)生巨大變化，溶出溫度由260℃降至145℃左右，作為溶出工序的重要組成部分，原有料漿閃蒸系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)需要，出現(xiàn)物料沉淀、結(jié)疤、堵塞工藝流程，乏汽帶料造成換熱器結(jié)疤，熱力系統(tǒng)不平衡降低系統(tǒng)產(chǎn)能等問(wèn)題，嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)組織。為了解決上述問(wèn)題，某廠開展了大量的考察調(diào)研和分析研究，開展閃蒸系統(tǒng)工藝流程優(yōu)化改造以解決各類問(wèn)題。

1 溶出礦漿閃蒸槽工作原理

閃蒸槽是拜耳法溶出工藝中的重要組成部分，與溶出熱熱器、保溫停留缺等共同組成高壓溶出系統(tǒng)。通常采用多級(jí)閃蒸槽串聯(lián)，高溫高壓料漿從閃蒸槽中部進(jìn)入，在進(jìn)料管末端裝有噴射管，高溫高壓料漿經(jīng)過(guò)孔板節(jié)流降壓后，料漿部分液體迅速沸騰汽化，形成二次乏汽。二次乏汽經(jīng)過(guò)閃蒸槽頂部氣液旋流擋板后進(jìn)入到對(duì)應(yīng)的預(yù)熱段套管或壓煮器加熱預(yù)熱段料漿。通過(guò)節(jié)流孔板控制每級(jí)閃蒸槽壓力，降壓后的料漿經(jīng)過(guò)閃蒸槽出料管，由閃蒸槽之間的壓差將礦漿壓入下一級(jí)閃蒸槽。通過(guò)閃蒸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高溫高壓料漿的降溫減壓和料漿余熱的回收利用，以滿足后續(xù)生產(chǎn)工藝的溫度和壓力要求。

2 切換低溫法生產(chǎn)工藝后存在的主要問(wèn)題

2.1 低溫法溶出機(jī)組壓力及溫度降低后，礦漿在閃蒸系統(tǒng)中的動(dòng)力降低，導(dǎo)致物料沉淀，堵塞過(guò)料管及容器出料口，造成過(guò)料不暢。

2.2 受原設(shè)計(jì)設(shè)備選型因素，切換至低溫法后，系統(tǒng)熱平衡被破壞，影響低溫法進(jìn)料量提升，不能滿足產(chǎn)能需求。

2.3 在生產(chǎn)過(guò)程中受低溫法進(jìn)口礦石物料特性影響，礦漿黏稠及脫硅工藝不足，導(dǎo)致閃蒸槽底部及出料管結(jié)疤嚴(yán)重，堵塞出料管的風(fēng)險(xiǎn)增加，在溶出機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)，清理工作量增加，檢修時(shí)間延長(zhǎng)，影響了生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率低。

3 初步改造及存在的問(wèn)題

低溫法生產(chǎn)氧化鋁工藝，溶出溫度一般控制在145攝氏度左右，較高溫法溶出溫度低了100多攝氏度，因此，將原有11級(jí)閃蒸系統(tǒng)改為3級(jí)閃蒸系統(tǒng)，即可達(dá)到減壓降溫的目的。改造之初，由于原有孔板尺寸選型不匹配造成閃蒸槽壓力高，降壓、降溫梯度差，閃蒸槽乏汽帶料、提料管堵塞等問(wèn)題頻發(fā)，無(wú)法滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求。

4 乏汽帶料及提料管堵塞的危害

4.1 乏汽帶料的危害

閃蒸槽乏汽主要用于料漿系統(tǒng)的預(yù)熱，在套管換熱器中，乏氣通過(guò)間接換熱，對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的脫硅礦漿進(jìn)行預(yù)熱，充分利用系統(tǒng)余熱，以減少新蒸汽的消耗，并通過(guò)換熱消耗閃蒸系統(tǒng)的能量，達(dá)到降溫的目的。乏汽帶料會(huì)在套管換熱器的夾層內(nèi)形成結(jié)疤，由于套管換熱器夾層結(jié)疤清理困難，長(zhǎng)期帶料將大幅度降低套管換熱器的換熱效率，即影響余熱回收利用，又導(dǎo)致閃蒸系統(tǒng)熱量無(wú)法有效吸收而引起超壓。此外，帶料乏汽經(jīng)冷卻后進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)，由于含有料漿，將會(huì)污染洗水，造成洗水堿度超標(biāo)，影響生產(chǎn)指標(biāo)控制。

表1 低溫法雙閃蒸系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

4.2 提料管堵塞的危害

閃蒸提料管堵塞對(duì)于氧化鋁生產(chǎn)具有嚴(yán)重的安全威脅，一量發(fā)生提料管堵塞，閃蒸槽料漿流程便封死，由于高壓溶出和閃蒸系統(tǒng)屬于正壓系統(tǒng)，料漿無(wú)法正常輸送則會(huì)導(dǎo)致閃蒸系統(tǒng)和高壓溶出系統(tǒng)整體超壓，給安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)得的危害。由于出料管堵塞，還會(huì)導(dǎo)致閃蒸槽內(nèi)積料，在停車過(guò)程中無(wú)法完成吹掃，給檢修閃菡槽帶來(lái)較大的安全隱患。

5 閃蒸帶料產(chǎn)生的原因

5.1 孔板孔徑

孔板孔徑對(duì)閃蒸系統(tǒng)起著關(guān)鍵影響，第一級(jí)閃蒸槽的孔板孔徑基本決定溶出機(jī)組的進(jìn)料量，各級(jí)的閃蒸槽的孔板孔徑則影響各級(jí)閃蒸槽的蒸發(fā)量和閃蒸槽的液位控制。孔徑過(guò)大則閃蒸槽各級(jí)之間無(wú)法達(dá)到所需要的壓差，降低閃蒸效果；孔徑過(guò)小則會(huì)導(dǎo)致閃蒸系統(tǒng)礦漿流動(dòng)不暢，致使閃蒸槽液位升高，引起閃蒸乏汽帶料，從而導(dǎo)致預(yù)熱系統(tǒng)管道結(jié)疤。雖然根據(jù)進(jìn)料量重新調(diào)整過(guò)孔板，但是受限于閃蒸槽過(guò)料管管徑的制約，依然存在較大的乏汽帶料風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 乏汽閥控制及料漿參數(shù)

第一級(jí)閃蒸槽進(jìn)料的壓力過(guò)低的情況下，由于料漿流動(dòng)動(dòng)力不足，極易造成第一級(jí)閃蒸槽出現(xiàn)高料位，嚴(yán)重影響閃蒸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。主要包括預(yù)熱系統(tǒng)礦漿預(yù)熱不足；閃蒸槽乏汽嚴(yán)重帶料導(dǎo)致預(yù)熱系統(tǒng)生成嚴(yán)重的料漿結(jié)疤并污染冷凝水系統(tǒng)導(dǎo)致熱水堿度超標(biāo)；出料管道發(fā)生汽夾料現(xiàn)象，加快閃蒸過(guò)料管的磨損，威脅閃蒸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。改造低溫法后，溶出機(jī)組溫度由原來(lái)的260℃下降為145℃，閃蒸槽首級(jí)壓力0.3Mpa，進(jìn)料量大，閃蒸量少，只能通過(guò)調(diào)節(jié)乏汽閥控制閃蒸系統(tǒng)不帶料。

5.3 二次汽冷凝水系統(tǒng)控制

二次汽冷凝水系統(tǒng)也是閃蒸控制的重要影響因素，一旦出現(xiàn)冷凝水不通暢的情況，則會(huì)直接導(dǎo)致閃蒸槽所產(chǎn)生的乏汽不能得到充分有效的利用，導(dǎo)致閃蒸料將的余熱無(wú)法充分吸收，閃蒸槽各級(jí)能量無(wú)法正常釋放，從而導(dǎo)致閃蒸槽發(fā)生憋壓現(xiàn)象。此外，由于冷凝水未能及時(shí)排出，還會(huì)影響加換熱器的換熱面積，嚴(yán)重影響到換熱效果，如果冷凝水系統(tǒng)憋壓導(dǎo)致冷凝水通過(guò)其它非正常流程的管道進(jìn)入后續(xù)閃蒸，則會(huì)大幅增加下一級(jí)閃蒸的流量和蒸發(fā)量，導(dǎo)致下一級(jí)閃蒸帶料或超壓。

6 優(yōu)化控制方案

6.1 實(shí)現(xiàn)閃蒸系統(tǒng)分流并聯(lián)運(yùn)行

將原3級(jí)閃蒸串聯(lián)運(yùn)行，改為2組3級(jí)閃蒸并聯(lián)運(yùn)行，將原高溫法閃蒸槽末級(jí)6級(jí)在06級(jí)和03級(jí)改為同時(shí)進(jìn)料，將04級(jí)和01級(jí)改為同時(shí)出料，形成兩級(jí)并聯(lián)運(yùn)行，有效解決在原有設(shè)計(jì)管徑不變的情況，降低閃蒸系統(tǒng)憋壓、帶料的現(xiàn)象，并促進(jìn)機(jī)組進(jìn)料量有效提升31%，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的。實(shí)踐證明，將溶出礦漿改為分流運(yùn)行，在機(jī)組預(yù)熱套管繼續(xù)投運(yùn)三級(jí)的情況下，兩臺(tái)閃蒸槽對(duì)應(yīng)一級(jí)套管，提升了乏汽熱量利用率，提高了預(yù)熱溫度，促進(jìn)溶出機(jī)組降低了汽耗。

6.2 利用閑置閃蒸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙閃蒸系統(tǒng)互備

將12級(jí)至07級(jí)線外6臺(tái)閃蒸槽兩兩聯(lián)通并聯(lián)投用，利用原有流程，新增乏氣管流程，將原有DN400乏氣管道改造為DN500乏氣管，解決了因閃蒸量不足，導(dǎo)致預(yù)熱單套管溫度低的困難。備用雙閃蒸系統(tǒng)投運(yùn)后蒸汽流量與切換前一致，預(yù)熱溫度97-100℃，出料溫度140-145℃。該改造進(jìn)一步縮短溶出倒組時(shí)間，流程改造前低溫法溶出機(jī)組倒組時(shí)間需要24個(gè)小時(shí)。雙閃蒸系統(tǒng)投運(yùn)后，溶出倒組時(shí)間可大幅縮短至18個(gè)小時(shí)，單系列提高年機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率0.4%。

6.3 強(qiáng)化精細(xì)化操作

對(duì)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)加強(qiáng)監(jiān)控，通過(guò)控制各級(jí)閃蒸槽之間、冷凝水罐之間的壓力變化，使二次蒸汽系統(tǒng)和冷凝水系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；通過(guò)控制溶出機(jī)組進(jìn)料量和新蒸汽的溫度和壓力等參數(shù)，來(lái)降低料漿系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)的參數(shù)波動(dòng)，保障加熱系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定的利用飽和蒸汽與礦漿進(jìn)行換熱；利用閥門調(diào)節(jié)，使冷凝水的罐液位保持穩(wěn)定，合利控制冷凝水管道的壓力，從而輔助調(diào)節(jié)閃蒸槽與套管換熱器之間的壓差，提高預(yù)熱段換熱的效果；在保證閃蒸乏汽不發(fā)生帶料的前提下，盡可能地調(diào)大乏汽閥開度，促使礦漿行到充分地閃蒸，以便換熱效果得到更好的發(fā)揮，并減輕后續(xù)工序液量平衡的壓力；平穩(wěn)各級(jí)閃蒸槽之間的壓力差，嚴(yán)格控制閃蒸系統(tǒng)帶料，更好利用二次蒸汽，充分發(fā)揮料漿的余熱作用，降低系統(tǒng)能耗。

7 結(jié)論

此項(xiàng)優(yōu)化流程改造，重在通過(guò)對(duì)已有流程的優(yōu)化改造，將單流閃蒸改造為雙流閃蒸系統(tǒng)，達(dá)到優(yōu)化閃蒸系統(tǒng)的熱平衡和物料平衡的目的，以解決原高溫法工藝切換至低溫工藝后閃蒸系統(tǒng)出現(xiàn)的溶出機(jī)組流量不足、閃蒸系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)疤等的弊端，通過(guò)原有閃蒸系統(tǒng)流程優(yōu)化，強(qiáng)化系統(tǒng)性操作后，不僅使原有問(wèn)題得到有效解決，而且實(shí)現(xiàn)大幅提產(chǎn)的目的。在高溫法向低溫法流程改造的過(guò)程中，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和借鑒作用。