高压溶出机组汽水系统的能量优化.pdf

高压溶出机组汽水系统的能量优化 侯炳毅， 卫津萍 （中铝山西分公司生产运行部， 山西河津 “ ） 摘要 对目前高压溶出系统的二次蒸汽跑冒严重、 汽水利用率差的现状进行分析， 提出了改善现状、 实现 汽水综合利用的优化方案， 并对方案的实施、 投资情况以及经济效益进行了阐述。 关键词 氧化铝； 高压溶出； 余热利用 中图分类号 3 4 6 A B C 3 40 E C 3 4F D C G D 4 C H I J E 4 K 3 2 E 4 B J HL J E M B ，/ D N 3 4，I J E 4 K 3 “ ） ; 3 - D 4 C O C E C A O HJ 3 5 J- D O O A D 3 5 D O C 3 4A 4 3 C 3 OE 4 E M 7 P D ，Q J 3 B JO D 3 A O M D E R E 5 D H O D B 4 E 7 O C D E GE 4 M QO C D E G-Q E C D A C 3 M 3 P E C 3 4E D D K 3 O C D J D ，E 4 C J D H A M H 3 M M G D 4 C，3 4 S D O C E 4 D B 4 G 3 BT D 4 D H 3 C O H C J D O B J D G D E D E M O D K 3* M A G 3 4 E；/ 3 5 J D O O A D 3 5 D O C 3 4；1 C 3 M 3 P E C 3 4 HQ E O C DJ D E C 作者简介侯炳毅 （ U , -） ， 男， 陕西乾县人， 工程师 在山西分公司二期氧化铝工程中， 我国首次从 法国 D B J 3 4 D 7公司引进了当时国际先进水平的拜 尔法生产氧化铝的关键技术 高压溶出机组。该 系统采用了十级预热、 十级闪蒸、 五级间接加热等先 进技术。与原来国内的直接加热溶出系统相比， 该 系统具有碱液浓度低、 溶液冲淡率低、 热效率高、 汽 耗低等优点。自 U U ’年投产以来， 整套系统逐步实 现了达产达标， 但从投产以来， 该系统一直存在二次 蒸汽大量跑冒的现象， 使得系统新蒸汽消耗增加， 能 源利用率下降。本文就这一问题进行了研究。 高压溶出系统设计及存在的问题 设计情况 山西铝厂设计有’组高压溶出器， 使用 V E、 ’ U W、 流量为 ’ C ／ J的新蒸汽。新蒸汽所产生的 ’ , . W合格的和不合格的高温冷凝水分别进入闪蒸 罐X C ’、 X C 进行扩容闪蒸。X C ’中出来的合 格冷凝水 （9 F ）（约 . W， ’ C ／ J） 回到热电重复利 用； 从X C 出来的不合格冷凝水送往赤泥热水 槽。X C ’中 产 生 的 二 次 扩 容 蒸 汽（ V E， . W，’ C ／ J） 送往预脱硅加热， 多余的蒸汽并入厂 区蒸汽管网。预脱硅设计用汽量为 . C／ J， 从预脱 硅出来的加热蒸汽产生的冷凝水 （ . W） 合格的 送往热电锅炉， 不合格的送往赤泥热水槽。 从高压溶出器中出来的料浆 （ W） 最终在稀 释槽 （ C ） 再次闪蒸， 所产生的二次蒸汽进入洗水 加热器 （X B 、 X B ’ ） ， 加热从四蒸发送来的循环 水 （约 G ／ J 组） ， 循环水被加热到U W后， 送往 赤泥热水槽。各级料浆闪蒸槽的二次蒸汽冷凝水 （9 F I） 经逐级闪蒸后从X 排出 （约 C／ J 组） ， 经检测合格后送往热电锅炉， 如不合格送往赤 泥热水槽。 根据设计值， 每开一组高压溶出器， 需赤泥洗水 量约为’ . C／ J。 “ 有色金属 （冶炼部分）’ “年“期 万方数据 “ 现状及存在的问题 从目前的现场情况来看， 高压溶出系统主要有 两处蒸汽大量跑冒， 分别为稀释槽后的安全受液槽 排汽筒、 赤泥热水槽上的排汽筒。经初步分析， 蒸汽 跑冒的主要原因是由于高压溶出器系统热量供需不 平衡造成的。自高压溶出投产以来， 由于压煮器管 束时常破裂， 新蒸汽冷凝水经常带料， 水质恶化， 不 能按设计情况送往热电， 故将 “ 的高温冷凝水 全部送往赤泥热水槽。这部分水量目前实际约为 ’ ／ 组。加上* 的冷凝水 （ ， ／ 组） 、 * , 的热水 （- 、 “ ／ 组） 、 预脱硅冷 凝水 （约 ／ 组） 以及部分蒸发不合格回水， 这样 送往赤泥热水槽的热水量将远大于. ／ 组的需 用量。为了平衡赤泥热水槽的水量， 现场被迫将 * , （. ）的循环进水关闭。这样使* , （. ） 经常处于缺水状态， 大量稀释槽二次乏汽未被吸收 即排空。在赤泥热水槽方面， 由于大量的 “ 冷 凝水加入， 混合后的热水温度远大于 ， 多余的 热量闪蒸为大量蒸汽排空。可见 系统中两处蒸汽 跑冒点的根本原因是由于新蒸汽高温冷凝水质不合 格、 不能正常回热电站所致。 由* .闪蒸出来的 / “ 0 1 2蒸汽， 设计上富 余的部分 （约 ／ /组） 并入新蒸汽管网， 现场中是 经过一组阀门和逆止阀接入四蒸发的新蒸汽母管。 以前由于高压溶出系统不稳定， 汽压波动， 为防止与 蒸发新蒸汽母管相互影响， 后将连接管切 断。 / “ 0 1 2蒸汽富余的部分改送往高压溶出后的赤泥 沉降槽和赤泥热水槽利用。 . 现场现状 “ 新蒸汽流量 目前， 由于工艺上的物料成份变化等原因， 高压 溶出机组的新蒸汽实际需用流量约为 ／ ， 比原 设计的流量约大. ／ 左右。 “ 新蒸汽冷凝水水质 新蒸汽冷凝水水质是整个系统汽水的能否按正 常设计运行的焦点。自高压溶出器投产运行以来， 分厂、 车间通过不断摸索、 总结经验， 目前采取一些 措施， 已经能够对压煮器管束泄漏进行有效地控制， 使新蒸汽高温冷凝水的水质趋于好转。如通过增加 压煮器的管壁厚度延长了管壁磨损周期； . .年“ 月份完成了溶出器加罐技术改造 （每组高压溶出器 增加.个溶出罐） ， 使压煮器的数量增加， 有利于设 备检修， 消除管束泄漏。 经查. .年 月份的车间月报， 新蒸汽加 热压煮器管束破损记录如下 月份，“系列加 热管束仅破损次，系列也仅为次。尤其是“ 月份每系列新增.台压煮器投入运行后， 连续个 月没有一次破损记录。 近期高压溶出新蒸汽冷凝水质情况以及相关水 质对比见表， 其中“、系列数据为. .年’月 车间多次抽查化验水样平均值， 蒸发回水、 3铝厂的 新蒸汽冷凝水为. 年平均值。从表可见， 目前 高压溶出新蒸汽冷凝水的水质与3铝厂相同工艺 的水质相近， 且正常时好于蒸发回水水质。3铝厂 的冷凝水是按设计回热电利用的， 这意味着山西公 司的冷凝水也是完全可以做到回收利用的。 表新蒸汽冷凝水质情况以及相关水质对比 ’ * ’ , - . / 0 1 2 3 / 4 , 5 4 , 6 . / 4 7 4 3 5 , 2 / 8 8 2 3 63 , 0 4 72 ’ , 4 95 , 2 “系列系列 一期除盐水 要求值 蒸发回水 国内3铝厂 高温冷凝水 * 2 4／ 5 “ ’ ／ “ ／ 电导率 ／ （ 6 , 75 ） / 8 / ’ / ’ 8 优化方案 “ 方案描述 方案流程见下图。 将原设计并联的* .、 * 8罐串联使用， 分 别闪蒸出 / “ 0 1 2、 / . 0 1 2的 饱 和 蒸 汽。其 中 / “ 0 1 2的汽仍然供预脱硅， 多余的约. ／ 蒸汽可 送往四蒸发某组首效加热室。 / . 0 1 2的低压蒸汽 作为补充汽源送往四蒸发该组的二效加热室。两罐 之间加装疏水阀， 确保冷凝水能够充分闪蒸。从 * 8出来的 8 的冷凝水在三水站经检测合格 后， 送往热电三水站； 不合格的切换至赤泥热水槽。 9 有色金属 （冶炼部分）. 9年9期 万方数据 合格水在三水站中与低温除盐水经过换热器换热后 降温到 “ 以下， 再与由新水制得的一级除盐水混 合后， 送往混床进行深度除盐。低温除盐水经换热 器吸收高温冷凝水的热量后送往锅炉。在四蒸发单 独拿出一个蒸发器组， 用来接纳多余的“ ’ 和 “ ’ 低压蒸汽。 “ 有关计算 * 闪蒸量的计算结果 （） , - 闪蒸汽量 进入罐的 . / 冷凝水量 0 “ “ - ／ 1组， “ ’ 的二次闪蒸汽量0 / - ／ 1 组 （） , - *闪蒸汽量 进入罐的 / 冷凝水量0 . /-／ 1，“ ’ 的二次汽量0 . -／ 1 组 * 闪蒸罐的容积校核 由于与设计相比， 目前的新蒸汽流量及冷凝水 量已增加约 “-／ 1， 冷凝水的闪蒸罐能否满足二次 合格蒸汽的闪蒸， 有必要对罐的容积、 闪蒸汽流进行 重新核算。 （） 闪蒸罐的基本参数 内径 2 3， 高. 3， 容积 4 3 *。 （） 计算结果 据文献 ［］ ， 闪蒸罐最小汽空间体积和罐内闪蒸 汽流速计算结果见表。 表闪蒸罐容积计算结果 ’ * ’ , - ’ - ’ . / * 01 2 ’ . 2 * 3 3 ’ 2 4 . 0 5 罐中闪蒸汽量 ／ （-15 ） 最小空间 体积 ／3* 实际需用 容积 ／3* 罐内流速 ／ （36 5 ） , - /2 “ 4 “ 4“ * . , - * .* * 2 * 4“ / 要求值 4 “ “ 表表明 台闪蒸罐在目前的闪蒸量的情况 下， 罐的容积完全满足闪蒸要求并可闪蒸出合格的 蒸汽。 * * 从, - *出来冷凝水至三水站的降温 三水站供锅炉除盐水为 “ “ -／ 1， 取 的系 数， 则制水量为 “ -／ 1， 其中新水量为* “ “ - ／ 1， 温度 为 / ； 高温冷凝水量取 “ -／ 1， 温度取 / （包 括散热降温/ ） 。设通过热交换器， 高温水由 / 下降到 “ 。 换热器采用热、 冷水逆向流动， 根据热平衡， 可 以计算出换热器面积为/ * 4 3 。 * “ ’ 、“ ’ 闪蒸汽的利用 “ ’ 富余蒸汽的利用 本次设计中， 单独从 四蒸 发 拿 出 一 个 蒸 发 器 组， 用 来 接 受 富 余 的 “ ’ 蒸汽。“ ’ 富余蒸汽约 “ - ／ 1直接供 首效加热， 不足的 “ -／ 1左右蒸汽通过调节新蒸汽 阀门来供给。 “ ’ 闪蒸汽的利用 本次设计拟将这部分 闪蒸汽接入上述同组蒸发器的效加热室， 用来加 热效的溶液。 投资及经济效益 6 “ 7 投资估算 整个优化方案投资共约* “ “万元 疏水阀台 （*万元） 、 电机及水泵共套 （/万元） 、 管道及附件 （ 万元） 、 自控系统 （/ “万元） 、 新增板式换热器 台 （ 2 “万元） 、 施工、 其它费等 （/ “万元） 。 6 “ 经济效益 回收“ ’ 二次闪蒸富余蒸汽 “ -／ 1， 高温冷 凝水热量折合蒸汽 . -／ 1， 优质冷凝水 “ - ／ 1。如 蒸汽价格按 元 ／ -， 回收的冷凝水可减少制水成本 按元 ／ -计， 则每年合计节约资金 / 2万元。 参考文献 ［］张昌煜工业蒸汽的有效利用 ［］ 上海 上海科学技 术出版社， 4 2 有色金属 （冶炼部分） “ “ 年期 万方数据