降低氧化鋁生產中沉降系統汽耗的研究

鄭重陽

摘 要 近年來，隨著我國礦石質量不斷提高，礦石的產量也得到了有效的提升，與此同時，在氧化鋁生產過程中產生的廢棄物質產量也不斷增加。雖然拜耳法能夠有效提高化工產業的效率，但是使用拜耳法會造成氧化鋁產量的損失，導致礦產資源的浪費，從而加大氧化鋁生產的投資成本。我國有相關的統計結果，我們可以得知我國沉降系統對于蒸汽的需求量也不斷提高，但是這明顯和我國氧化鋁生產過程的降低成本和提高效率的目標相悖。因此，為了進一步提高我國化工行業的生產效率，本文分析了我國目前的氧化鋁生產現狀，對生產過程中的沉降系統進行整理，以期對進一步完善我國氧化鋁的生產系統有所裨益，進而使我國氧化鋁的生產系統得到進一步的優化。

關鍵詞 氧化鋁 沉降系統 汽耗

中圖分類號：TF11 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0115-03

目前我國大部分化工企業都使用拜耳法來對化學產品加工，以獲取需要的氧化鋁物質。在實際的制造過程中，工作人員需要將經過處理的礦漿運輸到車間，對礦漿進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中進行處理，在鋁酸鈉分離之后，再用溫度較高的水進行沖洗，經過沖洗之后的化學物質在經過過濾之后，將廢水處理之后排出。經過沖洗之后的液體也可以在加入礦漿之后，對礦漿進行進一步的處理。

蒸汽是氧化鋁化學企業的主要能源之一，蒸汽動力系統的開發和優化對于降低處理成本，提高能源效率，提高經濟效益具有重要意義。

近年來，由于對環保和發展的要求，氧化鋁廠的生產裝置不斷地進行改造，蒸汽供應系統主要局限于滿足新項目的需求，缺乏相應的整體規劃設計。新設備投入生產后，氧化鋁企業的蒸汽供應系統往往建立了新的模型，并且出現了許多問題，主要是蒸汽流量附近的連接布置不合理，蒸汽系統壓力不一致蒸汽輸送過程損失大，降溫減壓個數大，氣壓能量損失，低壓蒸汽排放，凝結水排放系統不完善等大大降低了整個蒸汽供應系統的運行效率，大多數氧化鋁化工企業已經開始在這一領域進行優化改造，對蒸汽系統改造的方向進行了研究。[1]蒸汽消耗是總能耗的重要組成部分。因此在生產實踐中，采取有效措施降低蒸汽消耗，對于降低氧化鋁生產成本，提高產品競爭力具有重要意義。

1 影響單位蒸汽消耗的因素

氧化鋁生產企業采用預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，工作人員應該采用蒸汽加熱熱水。在實際的清洗過程中，工作人員一定要保證熱水的來源。當熱水量滿足標準時，一些溶解系統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行加溫工作，除此之外，由于近年來企業為了適應環境保護的政策，所以進一步降低了廢水的排放標準，所以沉降車間對于熱水溫度的控制要求也不斷提高。在生產過程中，非生產用水進入生產過程，會由于系統堿度低，導致蒸發過程中低壓蒸汽消耗增加，一旦蒸汽發生器負荷增加，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，從而使蒸發過程中低壓蒸汽消耗量增加，并且導致蒸汽發生器負荷增加。由于生產工藝中低壓蒸汽排水閥的質量問題，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入沉降清洗系統前，應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到90℃以上，只有兩種零部件的低壓蒸汽消耗量達到90℃以上，才能確保低壓蒸汽管道有蒸汽泄漏點，保證低壓蒸汽消耗增加。高壓溶解過程中除濕系統第二次凝結水的工作裝置，在原料蒸發過程和工藝流程龐大，因此不可進行重復利用，否則會造成嚴重浪費部分發生壓溶系統的排氣再循環未被利用，直接排放影響高壓蒸汽單耗的因素。在供料過程中，由于磨礦的細致度不足，會出現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，導致溶出單元高壓蒸汽單耗增加，導致壓煮器罐內充能率低，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清除，導致換熱效果下降，溶出率低，導致溶出機組裝置生產能力下降，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 降低氧化鋁生產中沉降系統汽耗的措施

2.1 提高沉降系統的效率

在生產實踐中采取有目的的措施，取得了明顯的經濟效益。在增加生產區污水管道的過程中，必須建立嚴格的管理制度，防止非生產性的水進入生產區，以滿足生產區污水處理的需求，以提高實施效果。[4]工作人員還要快速處理低壓蒸汽管網泄漏點，以快速調整生產，停止蒸汽處理的泄漏點，減少蒸汽浪費，循環母液罐相互工作。使三組蒸發器可滿足四組溶出機組生產，節約蒸汽。對于母液來說，則要按每組進行分解，并且計劃好蒸發器和噴淋鍵的維護和清洗，不要進行水洗和酸洗，如此才能提高通風效果，提高蒸發生產能力和噴淋速度。

2.2 提高熔化溫度

工作人員還要提高回收率，通過熔煉擴容過程，充分回收不足的蒸汽熱。原設計回收率進入工業廢水處理廠處理后，需要進入沉降熱水廠加熱，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組乏汽加熱沉降洗滌水，減少熱損失。通過一系列技術改造，減少了直接轉化的回流。通過與工業污水處理廠擴容池的集成和進水口的關閉，該技術改造取得了良好的經濟效益和社會效益。若回污水處理廠較少，則增加污水處理廠設施下限，由于堿度高和色度明顯，因此進行少量回收但是難以處理，影響其它廢水處理質量，所以在經歷大雨和暴雨等惡劣天氣時，部分廢水排放會造成環境污染。少量污水不進入污水處理廠，可大大降低污水處理難度。處理后的污水水質完全能滿足工業檢修的需要，在暴雨情況下，部分污水排放不會對環境造成污染。工業廢水和少量廢水進入回收膨脹罐前，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的余熱進行回收利用，加熱洗滌水和其它補給水。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，不能充分發揮排水阻力作用，排水閥可集中清洗或更換，以節省竣工后的部分蒸汽。

2.3 進程操作管理

在實際的沉降工作中，工作人員一定要重視機械設備的運作，為了最大程度減少設備組在工作過程中的非正常關機概率，工作人員必須要對蒸汽可能造成的消耗進行嚴格的控制，并且采取一定的措施來進一步降低在溶解過程中對于蒸汽的浪費，因此，工作人員必須要重視拜耳法的工作效率，通過反復檢查設備的安全性，來對相關科學操作規程進行學習，以充分保證設備運行效果。除此之外，提高機械設備蒸汽的循環效率，不僅可以提高產量，還可以起到保護環境的作用。在正常情況下，所有冷凝水通過鍋爐補給水回流到火力發電廠，為了提高蒸汽冷凝水的利用率，降低熱鍋爐的用煤量，通過嚴格的生產工藝管理和一系列的技術改造，氧化鋁廠不能作為其他補給水。鋁生產在節能降耗方面取得了顯著效果。特別是通過一系列技術改造，大大減少了蒸汽消耗。

2.4 加強焙燒余熱回收

加強余熱回收主要是指加強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量。近年來，大量氧化鋁廠擴大了加工規模，不斷對現有裝置進行改造。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煙氣的蒸汽產量和化學能，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，從而減少沉降系統中低壓汽的使用。

氧化鋁的形成過程相對復雜，在煅燒氫氧化鋁時一定要達到超高的溫度，只有這樣才能去除其表面的附著水以及結晶水。一般情況下在生產氧化鋁時，大多采用煙氣熱，使其作為燃料的氣態懸浮式煅燒爐，該種爐子可以極大程度消耗熱量，在高溫下煅燒時，其含有的熱量極高。根據相關數據顯示，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一步降低對生態環境的危害。目前，應用最多的方式是在煙氣外排時，用換熱器對水以及其它介質進行交換，然后再通過加熱的水對其它介質進行加熱，以此來進行供暖，同時還能達到合理應用煙氣熱量的目的。

2.5 對溶出系統今昔流程改造，充分利用乏汽

蒸汽散失的途徑有很多，既有設備選型不當，也有人為操作失誤、調節滯后的原因。由于在氧化鋁企業溶出水冷器（利用汽、對流來實現余熱回收的設備之一）回收余熱時，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，因此回水受熱至80℃以上就會產生結疤，附著于管道內壁和水冷器槽壁，嚴重時會發生堵塞，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疤嚴重，導致汽、水換熱不充分，熱水送不出去，嚴重受到注水限制，影響了加注水量。沉降赤泥洗滌時，需用熱水，如果溶出送水量過低，則需要增加循環水補水，但循環水溫度約為16-28℃，要及時補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熱水管道，由原來的雙泵單管改成現在的雙泵雙管，充分利用溶出機組乏汽，增大熱水量，節約新蒸汽對沉降熱水站的用量。

2.6 提高沉降洗滌效率，葉濾機濾餅流程改至稀釋后槽

氧化鋁生產過程中沉降車間用熱水的目的是對赤泥漿液進行洗滌，使末次底流附堿達到要求后外排，進入的高濃度物料為分離底流赤泥漿液，葉濾機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，近年來隨著生產中礦石不斷調整，尤其是進口礦使用過程當中有機物的析出，使得進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，葉濾機精制鋁酸鈉溶液時產出的濾餅量也逐步增加，葉濾機濾餅原來固含120g/l，流量m3/h。現在固含為70g/l，流量為30m3/h，葉濾機濾餅一直進入一洗槽，隨著濾餅量的加大導致沉降洗滌效率變低。[6]

沉降車間壓濾機濾液濃度為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。壓濾機濾液原來進入二洗沉降槽，主要是壓濾機濾液中經常含有較多的濾液浮游物，浮游物含量為5-50g/L，沉降系統二洗沉降槽為中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，當壓濾機濾液進入三洗沉降槽后，其中存在的雜質比較多，很容易讓三洗沉降槽渾濁，嚴重影響生產系統的穩定性，再進入二洗沉降槽，其對槽子的穩定性影響相對比較小。當壓濾機濾液到二洗沉降槽后，拉低了沉降系統的運轉率，通過分析可知，把壓濾機濾液改進三洗洗沉降槽能夠拉高效率，并減小熱水的用量。經計算得知，當熱水用量減小到20m3/h時，兩項改造之后，沉降系統用水量能夠降至45m3/h，可以適當地將這部分熱水從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℃熱水時綜合比熱理論計算為47.6×10J/（t·℃）。

3 結語

蒸汽消耗成本是氧化鋁產品總成本的重要組成部分，其潛力很大。可以加強管理，提高技術標準，減少蒸汽損失。通過對沉淀系統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，并進行技術改造，如此可以保證沉淀車間蒸汽消耗量的減少。

參考文獻：

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[6] 張福慶，王貴梅，張軍杰，等.背表面氮化硅薄膜與氧化鋁薄膜制備工藝對單晶硅雙面太陽電池EL的影響[J].太陽能，2021（10）：46-51.