拜尔法溶出压煮器火烧清理技术分析及应用

蒋干

【摘 要】压煮器结疤清理效果的好坏直接影响压煮器换热效果，是决定溶出反应温度高低及蒸汽单耗的重要因素之一。溶出车间压煮器清理由高压水力清洗和火烧结疤作业两个部分组成。文章根据公司清理情况对压煮器清理作业、火烧结疤作业及设备装置的结构、实施过程及要求进行了详细描述和分析。

【关键词】铝工业;换热效果;火烧结疤;降本增效;可持续发展

【中图分类号】TF351 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）07-0085-03

0 前言

在拜尔法生产氧化铝的过程中，我国自产铝土矿以一水硬铝石型（Al2O3·H2O）铝土矿为主，随着国内氧化铝厂的大批新建，对品位高易溶解的矿石供应量的不断增加，导致优质矿石越来越少（进口矿石除外）。对于溶出工序来说（管道化溶出除外），因矿品下降导致压煮器管束结疤越来越严重，反之压煮器的换热效果降低。溶出温度作为关键指标参数，直接影响氧化铝回收率及高压新蒸汽消耗，所以如何提高压煮器换热能力的问题，保证溶出温度、氧化铝回收率，降低高压新蒸汽耗量，是目前氧化铝生产工艺急需解决的问题。火烧结疤作为压煮器清理中的重要环节，作业过程中要做好过程管控，实现精益管理，以达到降本增效的目的。

1 氧化铝溶出压煮器清理技术

目前，氧化铝生产企业溶出工序大部分为管道化溶出，但仍有部分是采用压煮器溶出，因此压煮器清理技术仍为此类生产企业的关键技术。压煮器清理技术包括高压水力清洗技术和火烧结疤清理技术。高压水力清洗技术是常用的技术，其优点是成本低，操作简单，但清理效果不佳，对顽固的结疤无法清除。火烧结疤清理技术是对高压溶出开发的清理技术，其优点是对顽固的结疤有很好的效果。

2 氧化铝溶出压煮器火烧技术

2.1 火烧技术原理和作用

（1）原理。利用热胀冷缩的原理使结疤膨胀，从管束上脱落下来得以清理，通过实验及火烧过程跟踪分析发现结疤内有充分的结晶水，一定时间内结疤受热发生物理变化，结疤从管束上脱落。因此，先对压煮器进行净化，去除余料，再利用火烧的办法去除结疤，压煮器有效换热面积在70%以上。

（2）作用。压煮器换热管束在生产过程中表面会产生致密不同成分的结疤，结疤成分在不同反应温度段各不一样，有硅结疤、钠结疤等。压煮器换热管束上的结疤对传热系数影响又很大。当换热效果降到一定值时会导致溶出温度偏低，闪蒸系统异常，汽耗偏高。因此，压煮器在使用一段时间后必须进行结疤清理，最终达到恢复换热效果的作用。

2.2 火烧结疤装置结构

（1）供油部分。供油部分是用于存放火烧作业使用的柴油，用油泵打出设定压力和流量的柴油;采用制作规格为0.6 m×1 m×1.5 m的油箱，可以存放柴油约900 L。根据各厂据实际情况进行制作，制作的同时考虑安全性能及防盗性能，采用顶部开门、可以上锁，并在顶部设置排空管用于散热，防止柴油过热。

（2）升降系统。升降系统是通过卷扬机驱动，带动喷头升降的装置，升降系统能自行上下行走、可以控制转速，升降速度为1～1.5 m/min。转动压煮器搅拌轴让喷头转动。本系统通过技改能上升至压煮器蒸汽上下环管处位置，从而提高过火面积，保证所有管束均可以清理。

（3）喷头装置及风机系统。根据实际设计的喷头，柴油和空气在喷头内混合，喷嘴直径为1.3～1.5 mm，流量为1.5～2.5 L/min，油泵喷出油压为0.28～0.4 MPa。喷头的选型决定火烧过程火焰的大小和柴油使用量，各单位根据结疤厚度进行调整。风机系统由电机和风机组成，作业过程中放置在压煮器顶部入孔处，用来抽出燃烧产生的废气，并保证罐内空气流动，风机设定的空气流量为1.16 m3/s左右，通过抽风系统保證压煮器内有足够的氧气跟柴油反应。

2.3 火烧结疤作业要求

（1）喷头安装。火烧结疤作业过程中，保证喷头能在压煮器罐内顺时针圈动且自由上下行走，喷头必须使用特定的支架安装，钢丝绳卡螺母要紧固牢，防止火烧过程碰头掉落出现安全事故。正确安装后，喷嘴在固定支架上，在卷扬电机的带动下，沿钢丝绳上下移动进行火烧作业。

（2）油阀及压缩空气进口阀控制。①油阀控制。油阀开度大小会直接影响火烧效果。开度过大或过小，喷头上升过程中均会熄火。通过观察发现，火烧作业时产生青烟，火焰长度刚好到达管壁时，效果最好。此处为火烧作业核心技术之一。②压缩空气阀及油阀开度控制方法。压缩空气阀门的开度大小直接影响火烧效果。开度过大，造成火焰不连续，严重时会吹灭火焰;开度过小，柴油无法完全雾化，此处为火烧作业核心技术之一。油阀及压缩空气阀的控制对操作人员有很高的要求，技术人员必须掌握化工原理等知识才能准确地操作。车间针对此项作业专门进行培训，保证大部分检修作业人员掌握此核心技术。

（3）喷嘴出油的选择。喷油嘴结构及出油方式。目前，主要采用双喷嘴设计，喷嘴中间喷出雾化后的柴油。同时，使用两种设计不一样的喷头，在使用过程中根据结疤严重情度来选择使用。喷头内风油混合后由喷头中心喷出，喷出时柴油需充分雾化。此类喷头的特点是火焰喷射面较为集中，为一条直线，优点为火焰喷射火力较大，管束的升温较快，即单位时间内管束火烧的时间较长，但缺点在于喷射面较小，每次火烧区域不足，作业时间长。

（4）人员配置。人员配置是火烧作业的核心环节，因此需要配置经验丰富、技术过硬及有责任心的作业人员，压煮器隔离出来后先进行净化工序，清理出管束与管束、管排与管排的余料，避免因清理不干净，火烧时余料脱水后成块，最终无法清理下来。

（5）压煮器使用时间。压煮器投用的时间越长结疤越厚，合理安排压煮器的隔离，有利于结疤的清理。针对没有预脱硅流程的氧化铝生产企业，其预热段大量硅结疤生产，所以预热段压煮器1个周期（42 d）隔离出来1次，其中预热段第三台压煮器结疤生产较多、较快;加热段2个周期（84 d）隔离出来1次，保证结疤在一定范围内，便于清理。

3 氧化铝溶出压煮器火烧清理技术应用

3.1 压煮器结疤清理现状

（1）压煮器火烧区域分布。结合工艺、设备，所有隔离的压煮器均进行火烧作业。前4台主加热压煮器，结疤较多，需84 d隔离出来火烧结疤作业1次。对于停留压煮器，因管束较少，计划168 d隔离出来火烧结疤作业一次。从目前清理质量来看，压煮器换热效果达到预期。

（2）抽风系统现状。风机放在压煮器上方入孔，在进行火烧作业时，火焰到达顶部会被往上吸，那么压煮器内顶部局部管束火烧不到，结疤脱落不好。压煮器上环管顶部因设计安全有附件，装有各种管道，顶部的管束又靠近进料管，大量料浆流动过程会产生结疤，所有这些部位清理很难，这也是上环管老结疤多的一个原因，因此必须安排大量人工清理。

（3）火烧作业及管束外结疤现状。火烧结疤的原理是利用热胀冷缩使结疤脱落。选择合适的喷头规格，管束火烧时间控制在0.03～0.50 min，管束结疤就能有效脱落。在火烧作业中，对结疤掉落量进行统计发现，仍有部分结疤粘连在管壁上，两排之间大部分是因为隔离时余料清洗不干净，火烧时粘接在一起，因此对于新更换管束的压煮器，火烧前必须清洗干净罐内的余料，避免余料火烧后结块，无法清理。

3.2 火烧结疤清理技术应用分析

广西某氧化铝企业对火烧结疤技术进行了试用，管束火烧时间按0.03～0.05 min控制，技术人员对溶出工序加热压煮器料浆温度上升情况进行统计。单台压煮器的料浆温升在10 ℃以下，远远满足不了生产需要，换热效果不佳（见表1）。可见需要进行改进优化。

通过对试用阶段分析，由于清理效果不好，导致结疤生成速度较快，致使压煮器换热效果不佳，因此对火烧结疤清理技术升级。首先，在火烧压煮器前增加了净化工序，有效地去除压煮器内余料;其次，适当延长了火烧的时间，按0.05～0.10 min控制。通过对压煮器料浆温升统计，温升平均达到13 ℃以上，说明清理效果得到提升（见表2）。

3.3 火烧结疤理清效果

经过对火烧结疤清理技术的固化，并进行了推广应用，技术人员对大量采用水力清理和火烧清理后的压煮器表面进行了对比，采用火烧清理技术的表面无残余结疤，清理效果好，其对比效果如图1、图2所示。

对压煮器管束结疤清理前后有效面积进行统计，清理面积提高40%以上（见表3）。

4 结语

（1）通过对火烧作业的喷头选型、喷头上下的速度、油阀风阀的合理调节，定期采用火烧作业对压煮器管束結疤进行清理，其效果显著。

（2）采取火烧作业进行煮器清理，可提高换热效果和溶出率，减少高压蒸汽消耗，降低生产成本。

参 考 文 献

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