分解分級中間降溫技術改造

羅振勇（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，貴州　貴陽　550081）

分解分級中間降溫技術改造

羅振勇
（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，貴州貴陽550081）

摘要：以氧化鋁生產規模為1 600 kt／a，分解分級工段為兩條生產線，分解分級單條線氧化鋁產能為800 kt／a的拜耳法氧化鋁廠為例，通過對新型分解分級中間降溫工藝技術進行熱平衡計算及設備選型計算，分別就建設投資和運營成本兩方面將新型分解分級中間降溫工藝與傳統中間降溫工藝進行對比。闡述了一種新型拜耳法氧化鋁廠分解分級工段中間降溫工藝技術，采用在中間降溫段的每臺分解槽內設置加熱管束式分解槽換熱器，代替傳統分解槽外置換熱器的方式，取消了中間降溫料漿泵。加熱管束式分解槽換熱器內的循環冷卻水通過間接換熱方式與分解槽內氫氧化鋁漿液進行熱交換，將分解槽內氫氧化鋁漿液溫度降低到生產所需溫度。

關鍵詞：分解分級；中間降溫；加熱管束；換熱器

0　引　言

氧化鋁生產根據礦石條件的不同主要有拜耳法、燒結法以及聯合法等。拜耳法生產氧化鋁工藝要求礦石鋁硅比≥7，而燒結法以及其它方法主要是針對鋁硅比較低的礦石，但其能耗遠遠高于拜耳法生產氧化鋁。雖然目前國內鋁土礦品位較之過去已經明顯下降，很多氧化鋁廠礦石鋁硅比都＜7，但為了節約能耗，降低成本，大部分工廠仍采用拜耳法生產氧化鋁。

分解分級是拜耳法生產氧化鋁工藝中重要的一個工段，根據工藝需求，拜耳法氧化鋁工藝中的分解分級首槽溫度一般為60～65℃，分解終溫一般為50～55℃，為了滿足分解終溫要求分解分級一般需設置中間降溫裝置。比較普遍的分解分級中間降溫裝置為將中間幾臺分解槽（一般從3＃槽以后開始）中料漿的1／3用泵送至換熱器與循環冷卻水進行換熱，換熱后的料漿再回到對應分解槽中，最終實現分解終溫要求。根據各廠實際情況，有些中間降溫裝置設置在分解槽頂，即采用液下泵和板式換熱器實現降溫目的（如中鋁遵義氧化鋁廠、中鋁平果氧化鋁廠）；有些中間降溫設置在分解槽下，即采用離心泵和板式換熱器完成降溫要求（如廣西田東氧化鋁廠）。

由于受氣候因素限制，某些地域的氧化鋁廠完全靠自然降溫根本無法滿足分解分級工藝要求，因此，中間降溫工藝是這些氧化鋁廠不可或缺的一個工序，而無論選擇上述哪一種中間降溫方案，其泵的功率消耗都是不可避免的，隨著氧化鋁產能不斷大型化，這一部分的能源消耗不容忽視，若能有一種新技術取消或降低這部分泵功率的消耗，對氧化鋁行業節能降耗、降本增效將具有重要的意義。

1　技術方案

1.1方案描述

新型中間降溫工藝技術是對分解槽內部結構進行改造，在分解槽內部設置加熱管束，管束內為冷卻循環水，管束外即為分解槽內料漿，原理上類似于傳統的列管式換熱器，此處我們稱作管束式分解槽換熱器。每臺分解槽的加熱管束根據計算選擇合適規格的無縫鋼管，根據對中間降溫的需要每臺槽可以設置多臺管束式分解槽換熱器。從總管來的循環水經循環水分管進入每臺分解槽下部槽內，進入管束式分解槽換熱器的進水總管，從進水總管再進入每根管束內，經與分解槽內料漿間接換熱升溫后進入到每臺換熱器的回水總管，再從分解槽頂部流出，進入循環水回水總管回水道。通過這種方式達到分解料漿降溫的目的。

為了更好地控制每一級中間降溫裝置的溫度制度，每臺分解槽換熱器的進水總管可設置多個進水點，每個進水分管上可安裝開關功能閥門。

1.2工藝流程圖

管束式分解槽換熱器中間降溫流程示意圖見圖1。

圖1　管束式分解槽換熱器中間降溫流程示意圖Fig.1　Intermediate cooling process flow diagram of pipe bundle type heat exchanger in decomposer

1.3可行性論證

為了驗證該新型中間降溫技術的可行性，我們以年產80萬t氧化鋁配套的分解分級工段為例，分別對新型中間降溫工藝進行了熱平衡計算和設備選型計算。

1）熱平衡計算

（1）計算條件

中間降溫第一級：3＃分解槽

單組分解進料量：2 400 m3／h料漿密度：1 700 kg／m3

中間降溫段料漿初溫：61℃

中間降溫段料漿終溫：51℃

循環水進水溫度：33℃

（2）計算結果：見表1～表7。

表1　第一級（3＃分解槽）換熱器熱平衡計算表Tab.1　Thermal equilibrium calculation for the first－stage heat exchanger（No.3 decomposer）

表2　第二級（4＃分解槽）換熱器熱平衡計算表Tab.2　Thermal equilibrium calculation for the second－stage heat exchanger（No.4 decomposer）

表3　第三級（5＃分解槽）換熱器熱平衡計算表Tab.3　Thermal equilibrium calculation for the third－stage heat exchanger（No.5 decomposer）

表4　第四級（6＃分解槽）換熱器熱平衡計算表Tab.4　Thermal equilibrium calculation for the fourth－stage heat exchanger（No.6 decomposer）

表5　第五級（7＃分解槽）換熱器熱平衡計算表Tab.5　Thermal equilibrium calculation for the fifth－stage heat exchanger（No.7 decomposer）

表6　第六級（8＃分解槽）換熱器熱平衡計算表Tab.6　Thermal equilibrium calculation for the sixth－stage heat exchanger（No.8 decomposer）

表7　第七級（9＃分解槽）換熱器熱平衡計算表Tab.7　Thermal equilibrium calculation for the seventh－stage heat exchanger（No.9 decomposer）

通過熱平衡計算，80萬t／a分解分級工段采用七級管束式分解槽換熱器對分解料漿進行中間降溫操作，可以將分解料漿從61℃降到50.5℃，得到循環水總量約980 m3／h，循環水支管平均水量為140 m3／h，管束式分解槽換熱器所需總的換熱面積為1677 m2，平均每一級換熱器的換熱面積為240 m2。為了保證不影響生產，共8臺分解槽設置管束式分解槽換熱器，生產時7臺運行，1臺備用。

2）設備選型計算

（1）計算條件

分解槽規格：Φ14 m×36.5 m

加熱管束單管規格：Φ60 mm×4 mm

（2）計算結果

根據分解槽規格及高度，設計選擇管束式分解槽換熱器的長度為33 m，通過計算我們得到每一級管束式分解槽換熱器總換熱面積為240 m2，為了便于控制分解槽的降溫梯度，每臺分解槽設置2臺管束式分解槽換熱器，則每臺換熱器的換熱面積為120 m2，加熱管束單管規格選用Φ60 mm×4 mm，每根管束的換熱面積為3.5 m2，詳細計算結果見表8。

表8　管束式分解槽換熱器設備選型計算表Tab.8　Equipment selection calculation for pipe bundle type heat exchanger in decomposer

通過設備選型計算，單組分解分級產能為80萬t／a氧化鋁廠生產所需的分解分級中間降溫新型工藝技術，可以選用總換熱面積為240 m2的管束式分解槽換熱器七級，每一級設置2臺管束式分解槽換熱器，換熱器的管束規格可選用Φ60 mm× 4 mm，長度為33 m，管束數量為20根，根據熱平衡計算每一級換熱器的循環水量為140 m3／h，管束內循環水流速為0.46 m／s。

2　與傳統中間降溫工藝經濟性比較

與傳統方案相比較，新型分解分級中間降溫技術方案同樣可以滿足氧化鋁生產對分解分級溫度梯度的要求，說明新型方案從技術角度分析是可行的。由于新型中間降溫技術取消了每一級中間降溫的料漿泵，因此，無論從建設投資還是從運營成本上新型中間降溫技術方案都要較傳統方案更經濟。下面以傳統的采用寬流道板式換熱器中間降溫方案為例，分別從建設投資和運營成本高2個方面將新型中間降溫技術方案與傳統方案進行對比。

2.1建設投資

表9　新型中間降溫技術方案與傳統技術方案建設投資對比表Tab.9　Construction investment comparison between the new intermediate cooling technical proposal and the traditional one

從表9可見，新型管束式分解槽換熱器中間降溫技術與傳統寬流道板式換熱器中間降溫方案從建設投資角度相比較，單組產能為80萬t／a分解分級新型技術方案可節約投資費用700余萬。

2.2運營成本

按照循環水運行費用2種技術方案相同進行計算，新型管束式分解槽換熱器技術方案取消了分解料漿泵，

因此，生產過程無工藝電耗、備件消耗和檢修費用等；而若采用傳統寬流道板式換熱器技術方案，每年的工藝電耗、備件消耗和檢修費用約200萬元以上。新型技術方案每年可節省運營成本約200萬元。

3　結　語

綜上所述，新型管束式分解槽換熱器中間降溫方案能滿足氧化鋁廠生產需要，技術可行。與傳統寬流道板式換熱器中間降溫方案相比，單組產能為80萬 t／a的分解分級若采用新型管束式分解槽換熱器中間降溫方案可節約建設投資700余萬元，每年可節省運營成本200余萬元，新型管束式分解槽換熱器中間降溫方案從經濟角度分析也是可行的。因此，氧化鋁生產若采用新型中間降溫技術方案對企業節能降耗、降本增效將具有重要的意義。

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中圖分類號：TF821

文獻標識碼：B

文章編號：1004－2660（2015）01－0022－05

收稿日期：2015－01－07.

作者簡介：羅振勇（1982－），男，遼寧人，工程師.主要研究方向：氧化鋁生產工藝設計及研究.

Intermediate Cooling Technological Reform of Decomposition and Classification

LUO Zhen－yong
（Guiyang Aluminium Magnesium Design＆Research Institute Co.Ltd，Guiyang 550081，China）

Abstract：Exampling by an alumina plant of Bayer process with production scale of 1600 kt／a，two production lines in decomposition and classification and alumina capacity of 800 kt／a for a single production line，thermal equilibrium and equipment selection of a new intermediate cooling technology in decomposition and classification were calculated.And the new technology was compared with the traditional one in the construction investment and operating costs.A new intermediate cooling technology for the decomposition and classification in alumina plants using Bayer process was introduced in this paper.Heat exchangers with heating pipe bundle were arranged in each decomposer in intermediate cooling stage to replace the traditional methods and thus slurry pumps for intermediate cooling were removed.The heat exchange between the circulating cooling water in the heat exchanger and aluminium hydroxide slurry in the decomposer was realized through indirect heat exchange.And then the temperature of aluminium hydroxide slurry in the decomposer was reduced to meet the production requirement.

Key words：decomposition and classification；intermediate cooling；heating pipe bundle；heat exchanger