高效蒸发节能技术在氧化铝生产中的应用

陈 蓉 满永国

(1.淄博市技师学院, 山东 淄博 255051; 2.张店东淼节能技术开发中心, 山东 淄博 255051)

工艺节能

高效蒸发节能技术在氧化铝生产中的应用

陈 蓉1满永国2

(1.淄博市技师学院, 山东 淄博 255051; 2.张店东淼节能技术开发中心, 山东 淄博 255051)

针对全国铝行业广泛使用的管式降膜蒸发系统存在的不足，开发了高效蒸发节能新技术。使用该技术对现有蒸发系统进行改造后，可节汽、节电8%以上，改造后产能不降低，不增加操作人员。

降膜蒸发器； 高效蒸发； 节汽节电

1 全国氧化铝生产及各企业蒸发系统概况

2013年底国内氧化铝已建产能为6 160万t，实际产量约为4 972.5万t，开工率80.72%。氧化铝产能在国内呈明显地域性分布，主要集中分布在河南、山东、山西、广西、贵州等5省区，见表1。生产工艺主要为拜耳法，烧结法年产量(包括化学品用烧结法精液折氧化铝)低于70万t。

目前国内各氧化铝生产企业蒸发系统根据流程可分为以下两大类。

1.1 信发集团、魏桥铝业等企业采用的降膜蒸发器组

(1)蒸发系统采用的六效蒸发、五级预热、四级闪蒸的管式系统的主要设备有：6台循环泵功率为110～132 kW,5台过料泵功率为90～132 kW，合计约为1 110～1 400 kW。各加热效的面积：最小效1 800 m2，最大效2 500 m2，分配差700 m2。

(2)蒸发系统使用的工艺流程有：六效进料- 四闪出料;六、四效进料- 四闪出料;双进双出：六效进料五效出料- 四效进料闪蒸出料;先闪蒸后进料- 闪蒸出料;七效蒸发的双进双出流程。

(3)蒸发处理的碱液参数：原液Nk150～170 g/L，温度80～89 ℃;母液Nk200～250 g/L，温度82～87 ℃。

(4)蒸发水单耗：0.25～0.30 t汽/t水，折算到氧化铝单耗：0.625～0.750 t/t-AO。

1.2 杭州锦江、齐星等生产企业采用的管式降膜蒸发器组

蒸发系统采用六效蒸发、二级预热、四级闪蒸系统的循环泵、过料泵设备总功率与前述企业相比一般小300 kW左右，各加热效的加热面积分配差大，达1 700 m2。与前述企业相比，其蒸发流程短，投资少，蒸水的用电单耗小，在特定工艺条件下蒸水能力大,但不适合碱浓度偏高的蒸发母液，如Nk 250 g/L。

表1 国内主要氧化铝生产商及产能产量表 单位：万t/a

注：表中数据只统计了部分企业

2 原有蒸发系统的问题及原因

目前各氧化铝生产企业的蒸发原液温度普遍达82～87 ℃，六效蒸发、五级预热、四级闪蒸的管式降膜蒸发器组已经无法满足生产需要,具体表现如下：

(1)当原液温度由65 ℃提高到80 ℃以上时，在末效液室过量蒸发产生的二次蒸汽逸出系统，浪费潜热。

(2)随着原液温度的提高，如果系统不增加水冷器的水量或不开真空泵时，系统的真空度有所下降，各效溶液的沸点随之升高。此时，前效的二次蒸汽往往不能顺畅排出，表现为憋压，影响蒸发器组的产能，严重时会影响蒸发器组的生产运行。

造成以上现象的根本原因是蒸发系统的热负荷分配不合理，没有充分利用蒸发原液、母液的热焓。在实际生产中，如果完全利用这部分热焓，就能够实现蒸发系统无预热、闪蒸的高效蒸发，蒸发器同比可节汽10%、节电7%～15%以上，这对氧化铝企业节能降耗、降本增效具有重大意义。

3 高效蒸发系统简介

具有技术创新的高效蒸发系统已获国家发明专利，可广泛适用于新建氧化铝企业或企业原有系统改造，其具有以下优点：

(1) 投资少、占地省。原有一套蒸发系统的建设用地，可建设两套系统。现氧化铝生产行业通常采用六效五级预热四级闪蒸出料(或加强制循环效)的蒸发系统，其配置剖面如图1左图所示，改进后的高效蒸发器系统配置剖面如图1右图所示。

(2) 生产企业正在运行的蒸发系统使用该技术进行技改，具有投资小、实施时间短、见效快的优点，并且不增加新设备，不影响系统的正常生产。改进方案仅对流程进行调整优化，如：主流程采用双进、双出流程，五效、四闪出料运行或主流程采用双进单出流程，如五、四效同时进料，五效(或六效)出料运行。经过技改，原液温度85 ℃、浓缩倍数≤1.35时，实现节汽10%、节电8%～15%以上；原液温度85 ℃、浓缩倍数≥1.45时，实现节汽8%、节电7%～12%。

4 高效蒸发系统的应用实践

高效蒸发系统已在多厂获得应用，取得了不同的节汽、节电效果。

(1) 2014年1月14日东方希望(三门峡)铝业有限公司(240万t/a)对其240 t/h蒸发器组进行改造，2014年1月25日一期改造完成并投入生产运行，节汽达9%、节电达12%以上,达到了节能技术承诺的指标。

图1 传统蒸发系统与高效蒸发系统剖面对比图

(2) 2014年3月7日信发华宇(600万t/a)对其三厂二期220 t/h蒸发器组进行改造， 2014年4月28日改造完成并投入生产运行。当期的运行条件为原液温度55 ℃，验证了流程运行的可靠性和稳定性，运行结果表明：高效蒸发系统虽不节汽，但节电10%以上。企业暂切换回原有的蒸发流程运行，提高原液温度(≥75 ℃)后，再切换回改造的节能流程。

(3)2014年6月对锦江集团的开曼铝业(三门峡)有限公司的220 t/h蒸发器组进行改造，待运行试车。开曼铝业(三门峡)有限公司当前原液温度82 ℃时，节能承诺技术指标：节汽≥8%、节电8%。

实际生产表明，当要求蒸发母液浓度Nk≥235 g/L(浓缩倍数1.42～1.52)、温度要求80±3 ℃时，节能流程优化改造使用五效出料，如果原液温度≥80 ℃，则节汽、节电效果非常显著；如果原液温度≤75 ℃，节汽效果不明显，但节电效果显著。当要求蒸发母液浓度≤Nk215 g/L(浓缩倍数1.25～1.32)、温度不做要求时，节能流程优化改造使用六效出料，如果原液温度≥80 ℃，则节汽、节电效果显著；如果原液温度≤70 ℃，则节汽效果不明显，但节电效果显著。

5 节能效益分析

高效蒸发节能技术应用前景广阔。该技术能实现生产系统降低汽耗0.05 t/t-AO、电耗4 kW·h/t-AO，而已有生产线一次改造估算投资100万元，按氧化铝生产规模100万t/a、蒸汽价格120元/t、电价0.50元/kW·h计，投资改造后合计年效益估算：

(0.05×120+4×0.5)×100=800万元/a，年投资回报率可达7倍。

按全国氧化铝行业产能改造后潜力分析：2013年国内氧化铝产能为6 160万t，开工产能4 972.5万t，开工率80.72%，投资改造的市场潜力效益估算：节能800×4 972.5=39 780万元/a。考虑到部分企业采用铝电联产，蒸汽价格90元/t、电价0.25元/kW·h，调减投资后，按行业最低值0.6计算，市场潜力效益为39 780×0.6=23 868万元/a。

6 结束语

管式降膜蒸发器降低汽、电耗优势明显，潜力可挖，故高效蒸发节能技术在国内氧化铝行业具有推广价值，对全行业节能减排具有重要意义。

[1] 毕诗文. 氧化铝生产工艺[M].北京：化学工业出版社,2006.

[2] 满永国. 无预热、无闪蒸的节能蒸发系统[P]. 技术专利号：201310505402.2.

Application of Evaporation Energy Saving Technology in Alumina Production

CHEN Rong, MAN Yong-guo

Aiming at the lacks of tube type falling-film evaporation system in domestic alumina industry, a new energy-efficient evaporation technology is developed. After the transformation of the existing evaporation system, more than 8% of steam and power in new system is saved with the capacity and operators number unchanged.

falling-film evaporator; efficient evaporation; steam and power saving

2014-07-25

陈蓉(1981—)，女，山东淄博人，工学硕士，讲师，现为淄博市技师学院机械工程系教师，主要从事机械设备科研及教学工作。

TF821

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1008-5122(2014)06-0004-03