降低氧化鋁生產(chǎn)中沉降系統(tǒng)汽耗的研究

鄭重陽

（國家電投集團(tuán)山西鋁業(yè)有限公司，山西 原平 034100）

目前我國大部分化工企業(yè)都使用拜耳法來對化學(xué)產(chǎn)品加工，以獲取需要的氧化鋁物質(zhì)。在實(shí)際的制造過程中，工作人員需要將經(jīng)過處理的礦漿運(yùn)輸?shù)杰囬g，對礦漿進(jìn)行固體和液體的分離，并且將分離出的鋁酸鈉液體放置在過濾機(jī)中進(jìn)行處理，在鋁酸鈉分離之后，再用溫度較高的水進(jìn)行沖洗，經(jīng)過沖洗之后的化學(xué)物質(zhì)在經(jīng)過過濾之后，將廢水處理之后排出。經(jīng)過沖洗之后的液體也可以在加入礦漿之后，對礦漿進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

蒸汽是氧化鋁化學(xué)企業(yè)的主要能源之一，蒸汽動力系統(tǒng)的開發(fā)和優(yōu)化對于降低處理成本，提高能源效率，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

近年來，由于對環(huán)保和發(fā)展的要求，氧化鋁廠的生產(chǎn)裝置不斷地進(jìn)行改造，蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)主要局限于滿足新項(xiàng)目的需求，缺乏相應(yīng)的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)。新設(shè)備投入生產(chǎn)后，氧化鋁企業(yè)的蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)往往建立了新的模型，并且出現(xiàn)了許多問題，主要是蒸汽流量附近的連接布置不合理，蒸汽系統(tǒng)壓力不一致蒸汽輸送過程損失大，降溫減壓個(gè)數(shù)大，氣壓能量損失，低壓蒸汽排放，凝結(jié)水排放系統(tǒng)不完善等大大降低了整個(gè)蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，大多數(shù)氧化鋁化工企業(yè)已經(jīng)開始在這一領(lǐng)域進(jìn)行優(yōu)化改造，對蒸汽系統(tǒng)改造的方向進(jìn)行了研究。[1]蒸汽消耗是總能耗的重要組成部分。因此在生產(chǎn)實(shí)踐中，采取有效措施降低蒸汽消耗，對于降低氧化鋁生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力具有重要意義。

1 影響單位蒸汽消耗的因素

氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)采用預(yù)干燥和高壓蒸汽加熱熔煉等方法。其中高壓熔煉采用58～60bar 的高壓蒸汽，其它工藝采用55bar～60bar 的低壓蒸汽。在沉降車間的工作流程中，工作人員應(yīng)該采用蒸汽加熱熱水。在實(shí)際的清洗過程中，工作人員一定要保證熱水的來源。當(dāng)熱水量滿足標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一些溶解系統(tǒng)的蒸汽就可能會存在不足的問題。[2]尤其是在沉降車間中，新增蒸汽后溫度只能維持在108℃以下，這顯然難以達(dá)到沉降需求熱水溫度，因此，在接下來的工作中，沉降車間必須使用蒸汽資源對熱水進(jìn)行加溫工作，除此之外，由于近年來企業(yè)為了適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的政策，所以進(jìn)一步降低了廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，所以沉降車間對于熱水溫度的控制要求也不斷提高。在生產(chǎn)過程中，非生產(chǎn)用水進(jìn)入生產(chǎn)過程，會由于系統(tǒng)堿度低，導(dǎo)致蒸發(fā)過程中低壓蒸汽消耗增加，一旦蒸汽發(fā)生器負(fù)荷增加，過濾液含量高的平濾液就會將分解母液與分解母液混合，使分解母液濃度降低，從而使蒸發(fā)過程中低壓蒸汽消耗量增加，并且導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器負(fù)荷增加。由于生產(chǎn)工藝中低壓蒸汽排水閥的質(zhì)量問題，它沒有起到阻汽排汽的作用，低壓蒸汽以較低的速度直接排放到大氣中，由于低壓蒸汽的損失很大，為了降低鋁或水分的損失，在常溫下，工作人員在回收和廢水在進(jìn)入沉降清洗系統(tǒng)前，應(yīng)利用低壓蒸汽將其提升至90℃以上，使沉降洗滌槽漿液溫度達(dá)到90℃以上，只有兩種零部件的低壓蒸汽消耗量達(dá)到90℃以上，才能確保低壓蒸汽管道有蒸汽泄漏點(diǎn)，保證低壓蒸汽消耗增加。高壓溶解過程中除濕系統(tǒng)第二次凝結(jié)水的工作裝置，在原料蒸發(fā)過程和工藝流程龐大，因此不可進(jìn)行重復(fù)利用，否則會造成嚴(yán)重浪費(fèi)部分發(fā)生壓溶系統(tǒng)的排氣再循環(huán)未被利用，直接排放影響高壓蒸汽單耗的因素。在供料過程中，由于磨礦的細(xì)致度不足，會出現(xiàn)大顆粒的鋁土礦不能完全溶解，溶出率低，高壓蒸汽單體消耗增加，分布不充分，導(dǎo)致溶出單元高壓蒸汽單耗增加，導(dǎo)致壓煮器罐內(nèi)充能率低，溶解率低，溶出單元容量下降，高壓蒸汽單位消耗增加。由于溶出單元的壓煮器管束換熱面污垢未及時(shí)清除，導(dǎo)致?lián)Q熱效果下降，溶出率低，導(dǎo)致溶出機(jī)組裝置生產(chǎn)能力下降，高壓蒸汽單耗增加。[3]從影響單一消耗的各種因素來看，可以看到減少能源消耗的措施，途徑和效果。

2 降低氧化鋁生產(chǎn)中沉降系統(tǒng)汽耗的措施

2.1 提高沉降系統(tǒng)的效率

在生產(chǎn)實(shí)踐中采取有目的的措施，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。在增加生產(chǎn)區(qū)污水管道的過程中，必須建立嚴(yán)格的管理制度，防止非生產(chǎn)性的水進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)，以滿足生產(chǎn)區(qū)污水處理的需求，以提高實(shí)施效果。[4]工作人員還要快速處理低壓蒸汽管網(wǎng)泄漏點(diǎn)，以快速調(diào)整生產(chǎn)，停止蒸汽處理的泄漏點(diǎn)，減少蒸汽浪費(fèi)，循環(huán)母液罐相互工作。使三組蒸發(fā)器可滿足四組溶出機(jī)組生產(chǎn)，節(jié)約蒸汽。對于母液來說，則要按每組進(jìn)行分解，并且計(jì)劃好蒸發(fā)器和噴淋鍵的維護(hù)和清洗，不要進(jìn)行水洗和酸洗，如此才能提高通風(fēng)效果，提高蒸發(fā)生產(chǎn)能力和噴淋速度。

2.2 提高熔化溫度

工作人員還要提高回收率，通過熔煉擴(kuò)容過程，充分回收不足的蒸汽熱。原設(shè)計(jì)回收率進(jìn)入工業(yè)廢水處理廠處理后，需要進(jìn)入沉降熱水廠加熱，并且將其放入沉淀清洗池，一方面，可以增加污水處理廠的負(fù)荷，并且增加低壓新鮮蒸汽的消耗。另一方面，氧化鋁溶出充分利用機(jī)組乏汽加熱沉降洗滌水，減少熱損失。通過一系列技術(shù)改造，減少了直接轉(zhuǎn)化的回流。通過與工業(yè)污水處理廠擴(kuò)容池的集成和進(jìn)水口的關(guān)閉，該技術(shù)改造取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。若回污水處理廠較少，則增加污水處理廠設(shè)施下限，由于堿度高和色度明顯，因此進(jìn)行少量回收但是難以處理，影響其它廢水處理質(zhì)量，所以在經(jīng)歷大雨和暴雨等惡劣天氣時(shí)，部分廢水排放會造成環(huán)境污染。少量污水不進(jìn)入污水處理廠，可大大降低污水處理難度。處理后的污水水質(zhì)完全能滿足工業(yè)檢修的需要，在暴雨情況下，部分污水排放不會對環(huán)境造成污染。工業(yè)廢水和少量廢水進(jìn)入回收膨脹罐前，常溫升高至90℃以上。滿足清洗要求，對氧化鋁廠其它換熱系統(tǒng)的余熱進(jìn)行回收利用，加熱洗滌水和其它補(bǔ)給水。由于低壓蒸汽管路中部分疏水閥堵塞，疏水效果不好。部分排水閥存在故障，不能充分發(fā)揮排水阻力作用，排水閥可集中清洗或更換，以節(jié)省竣工后的部分蒸汽。

2.3 進(jìn)程操作管理

在實(shí)際的沉降工作中，工作人員一定要重視機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作，為了最大程度減少設(shè)備組在工作過程中的非正常關(guān)機(jī)概率，工作人員必須要對蒸汽可能造成的消耗進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并且采取一定的措施來進(jìn)一步降低在溶解過程中對于蒸汽的浪費(fèi)，因此，工作人員必須要重視拜耳法的工作效率，通過反復(fù)檢查設(shè)備的安全性，來對相關(guān)科學(xué)操作規(guī)程進(jìn)行學(xué)習(xí)，以充分保證設(shè)備運(yùn)行效果。除此之外，提高機(jī)械設(shè)備蒸汽的循環(huán)效率，不僅可以提高產(chǎn)量，還可以起到保護(hù)環(huán)境的作用。在正常情況下，所有冷凝水通過鍋爐補(bǔ)給水回流到火力發(fā)電廠，為了提高蒸汽冷凝水的利用率，降低熱鍋爐的用煤量，通過嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝管理和一系列的技術(shù)改造，氧化鋁廠不能作為其他補(bǔ)給水。鋁生產(chǎn)在節(jié)能降耗方面取得了顯著效果。特別是通過一系列技術(shù)改造，大大減少了蒸汽消耗。

2.4 加強(qiáng)焙燒余熱回收

加強(qiáng)余熱回收主要是指加強(qiáng)余熱鍋爐余熱的回收，有效利用余熱鍋爐催化劑、重整裝置余熱，最大限度地提高蒸汽產(chǎn)量。近年來，大量氧化鋁廠擴(kuò)大了加工規(guī)模，不斷對現(xiàn)有裝置進(jìn)行改造。催化裝置余熱鍋爐的改造往往不到位。鍋爐排氣溫度高，過熱不均勻，采用壓力蒸汽降溫降壓，再生煙氣中CO 燃燒不充分，直接排入煙囪。降低了鍋爐的熱效率，降低了CO 煙氣的蒸汽產(chǎn)量和化學(xué)能，降低了煙氣的顯熱。[5]

充分利用熱源對熱水加熱后供沉降使用，如焙燒爐煙氣余熱對洗水加熱，從而減少沉降系統(tǒng)中低壓汽的使用。

氧化鋁的形成過程相對復(fù)雜，在煅燒氫氧化鋁時(shí)一定要達(dá)到超高的溫度，只有這樣才能去除其表面的附著水以及結(jié)晶水。一般情況下在生產(chǎn)氧化鋁時(shí)，大多采用煙氣熱，使其作為燃料的氣態(tài)懸浮式煅燒爐，該種爐子可以極大程度消耗熱量，在高溫下煅燒時(shí)，其含有的熱量極高。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，煙氣熱量大約占煅燒總煙量50%左右。利用好這些煙量可以進(jìn)一步降低對生態(tài)環(huán)境的危害。目前，應(yīng)用最多的方式是在煙氣外排時(shí)，用換熱器對水以及其它介質(zhì)進(jìn)行交換，然后再通過加熱的水對其它介質(zhì)進(jìn)行加熱，以此來進(jìn)行供暖，同時(shí)還能達(dá)到合理應(yīng)用煙氣熱量的目的。

2.5 對溶出系統(tǒng)今昔流程改造，充分利用乏汽

蒸汽散失的途徑有很多，既有設(shè)備選型不當(dāng)，也有人為操作失誤、調(diào)節(jié)滯后的原因。由于在氧化鋁企業(yè)溶出水冷器（利用汽、對流來實(shí)現(xiàn)余熱回收的設(shè)備之一）回收余熱時(shí)，加入的主要水量來源多為赤泥大壩回水與電廠除鹽水，而大壩回水含有一定量的氧化鋁，氧化鈉和其它雜質(zhì)，因此回水受熱至80℃以上就會產(chǎn)生結(jié)疤，附著于管道內(nèi)壁和水冷器槽壁，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生堵塞，不僅造成了沉降洗水不足，更降低了汽水的交換量，使余熱散失。

因此溶出由于水冷器及熱水泵管道結(jié)疤嚴(yán)重，導(dǎo)致汽、水換熱不充分，熱水送不出去，嚴(yán)重受到注水限制，影響了加注水量。沉降赤泥洗滌時(shí)，需用熱水，如果溶出送水量過低，則需要增加循環(huán)水補(bǔ)水，但循環(huán)水溫度約為16-28℃，要及時(shí)補(bǔ)入新蒸汽提高洗水溫度，造成新蒸汽的額外消耗。

改變熱水管出口管徑并架設(shè)熱水管道，由原來的雙泵單管改成現(xiàn)在的雙泵雙管，充分利用溶出機(jī)組乏汽，增大熱水量，節(jié)約新蒸汽對沉降熱水站的用量。

2.6 提高沉降洗滌效率，葉濾機(jī)濾餅流程改至稀釋后槽

氧化鋁生產(chǎn)過程中沉降車間用熱水的目的是對赤泥漿液進(jìn)行洗滌，使末次底流附堿達(dá)到要求后外排，進(jìn)入的高濃度物料為分離底流赤泥漿液，葉濾機(jī)濾布漿液及焙燒平盤氫氧化鋁洗液，其中分離底流NT 濃度為160-170g/l，固含為350-400g/l，流量為200-300m3/h，葉濾機(jī)濾餅中NT 濃度為160-170g/l，固含為70g/l，流量為30m3/h，近年來隨著生產(chǎn)中礦石不斷調(diào)整，尤其是進(jìn)口礦使用過程當(dāng)中有機(jī)物的析出，使得進(jìn)入沉降葉濾工序的粗制鋁酸鈉溶液浮游物含量也越來越高，由原來的0.3-0.8g/l 上升至0.5-1.2g/l，葉濾機(jī)精制鋁酸鈉溶液時(shí)產(chǎn)出的濾餅量也逐步增加，葉濾機(jī)濾餅原來固含120g/l，流量m3/h。現(xiàn)在固含為70g/l，流量為30m3/h，葉濾機(jī)濾餅一直進(jìn)入一洗槽，隨著濾餅量的加大導(dǎo)致沉降洗滌效率變低。[6]

沉降車間壓濾機(jī)濾液濃度為5.2g/L，流量為90m/h，二洗沉降槽濃度為36g/L，三洗沉降槽濃度為18g/L。壓濾機(jī)濾液原來進(jìn)入二洗沉降槽，主要是壓濾機(jī)濾液中經(jīng)常含有較多的濾液浮游物,浮游物含量為5-50g/L，沉降系統(tǒng)二洗沉降槽為中42×7 大型平底沉降槽。目前的三洗沉降槽是25×25 的深錐沉降槽，當(dāng)壓濾機(jī)濾液進(jìn)入三洗沉降槽后，其中存在的雜質(zhì)比較多，很容易讓三洗沉降槽渾濁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，再進(jìn)入二洗沉降槽，其對槽子的穩(wěn)定性影響相對比較小。當(dāng)壓濾機(jī)濾液到二洗沉降槽后，拉低了沉降系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率，通過分析可知，把壓濾機(jī)濾液改進(jìn)三洗洗沉降槽能夠拉高效率，并減小熱水的用量。經(jīng)計(jì)算得知，當(dāng)熱水用量減小到20m3/h 時(shí)，兩項(xiàng)改造之后，沉降系統(tǒng)用水量能夠降至45m3/h，可以適當(dāng)?shù)貙⑦@部分熱水從18℃提溫到85℃，新蒸汽比熱為2.1×10FJ/(t?℃)，熱水比熱為4.2×10FJ/(t?℃)，1t 飽和蒸汽(100℃）變成1t 開水可以放出2263.8×10J 的熱量，新蒸汽從145℃降至95℃熱水時(shí)綜合比熱理論計(jì)算為47.6×10J/(t?℃)。

3 結(jié)語

蒸汽消耗成本是氧化鋁產(chǎn)品總成本的重要組成部分，其潛力很大?？梢约訌?qiáng)管理，提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，減少蒸汽損失。通過對沉淀系統(tǒng)蒸汽消耗影響因素的分析，找出中鋁沉淀車間蒸汽消耗增加的原因，并進(jìn)行技術(shù)改造，如此可以保證沉淀車間蒸汽消耗量的減少。