套管在氧化铝厂乏汽利用中的应用

[摘 要]拜耳法生产氧化铝在我国经过多年的生产应用，特别是管道化溶出技术的逐渐成熟及应用，较大的的提高了新蒸汽热能的利用率，降低了溶出工序的建设成本，提高了溶出工序操作的自动化程度。正是因为管道化溶出在热能利用上的极大优势，各个氧化铝厂都在对套管换热技术产生兴趣，尤其在利用溶出工序的乏汽项目上做了不少改造和应用。

[关键词]拜耳法 乏汽 套管换热 溶出工序

【分类号】：TF821

1 张村氧化铝厂现状

张村氧化铝厂是由一条十万吨生产线和40万吨生产线构成，十万吨生产线采用九级乏汽套管预热，一级熔盐套管加热，四级保温停留罐连续溶出的溶出方式；40万吨生产线采用六级乏汽套管预热，四级乏汽压煮器预热，12级压煮器用新蒸汽间接加热机械搅拌连续溶出的溶出方式。

两条生产线的溶出系统闪蒸乏汽均被利用于预热系统，有效提高了溶出乏汽利用率，但是稀释槽闪蒸的乏汽一直未得到有效充分的利用，每天都有大量乏汽经过热水换热器后对空排放。

2 套管换热应用的目的

张村氧化铝厂在与附近同行业对标中发现，40万吨生产线的蒸发器组与同行业相比汽耗明显偏高，经过与同行的进一步学习交流，确定了秋、冬季节张村氧化铝厂蒸发器原液的进料温度比同行的蒸发器原液进料温度低10℃，是蒸发站汽耗偏高的一个重要原因。

同时，张村氧化铝厂溶出二车间稀释槽乏汽经过热水加热器后，乏汽不能被完全吸收，很大一部分乏汽对空排放，张村氧化铝厂在汽耗方面较同行业有一定的差距，本着提高原液温度，更好的利用稀释槽乏汽，降低氧化铝生产中的汽耗为目的，张村氧化铝厂对原液管线和乏汽管线进行技术改造。

3 套管换热器的设计方案

将溶出二车间西头管道架原液管道改向至溶出二车间后槽北侧的管道架上，在后槽北侧的管道架上架设管道架并铺设套管，原液进套管经三程加热后再回到溶出二车间西头管道架上的原液管道上；乏汽从稀释槽的主乏汽管道上开一条旁路引至套管处。简易流程图如下：

套管主要参数：套管选用四套管三程形式，其中内管管径选用?219X7无缝钢管，外套管选用?630X8螺旋焊管，设计套管全长为180米，换热面积为452.16。

4 套管参数的选择设计与验证

4.1 套管尺寸的设计与验证

原液管道的原始尺寸为?377X8，原液流量为640m?/h，根据管道截面积计算得4根?219X7内管可满足原液流量。原液的Nk为160g/l，原液比重约为1.16，原液比热约为，3.696kj/kg℃，设计温升为10℃，根据设计条件下的坚壁传热速度，拟定套管加热的平均传热系数为2900kj・m-2・h-1・℃-1，套管的热效率η=0.95。加热套管乏汽的进汽温度为110℃，乏汽的出汽温度为95℃，原液的进料温度为75℃，出料温度为85℃，根据平均温差计算公式计算得换热过程中的平均温差Δtm=22.41℃

根据换热面积计算公式 ，得换热面积为444.5，套管的实际换热面积为452.16满足设计要求。

4.2 稀释槽乏汽量的计算与验证

原液温升每小时所需热量Q=mcΔt=27440870.9kj，稀释槽乏汽的热焓i为2690.8kj/kg，冷凝水热焓为667.04kj/kg，计算得每小时所需乏汽量为135544kg。

根据自蒸发水量的计算公式 ；矿浆比热c取3.55kcal/kg，矿浆的进料温度为135℃，出料温度为104℃，流量为415m?/h，矿浆比重为1.4，计算得稀释槽矿浆闪蒸的乏汽量为：26163.9kg，其中热水加热器利用4213kg， 加入稀释槽的洗液吸收3845kg，剩余乏汽量为：18105.9kg，大于计算所得乏汽量的1.1倍，满足设计要求。

5 套管投用后的效益分析

5.1套管投用的成本

加热原液套管改造的的材料、配件费用和人工费用共计约70万元。

5.2套管投用后的效益分析

加热套管投用前一个月蒸发站原液、新蒸汽数据情况：蒸发站平均新蒸汽蒸汽用量58.44 t/h，原液进料温度为74.9℃，投用加热套管后，蒸发站平均用汽量为51.52 t/h，原液平均进料温度为84.6℃，原液的平均进料温度提高了9.7℃（未考虑因天气原因造成的温度损失），基本达到了预期的目的。

因为原液温度的提高，蒸发站的平均汽耗降低了6.92 t/h，每年按照130天计算，年可节约蒸汽21590.4吨，张村氧化铝厂的蒸汽为本厂供热车间提供，每吨蒸汽按照90元/吨成本价计算，年可节约费用1943136元。

同时，投用套管后降低了供热车间的煤耗，减少了烟尘排放量，降低了氧化铝厂对当地的环境污染，产生了一定的社会效益。

6 结束语

加热原液套管的投用，有利证明了套管在氧化铝生产中的实用性强，投资少，热耗低，操作维护简单等优点，并且取得了良好的经济效益和社会效益。套管换热应用技术值得张村氧化铝厂以及周边的氧化铝厂在自身工艺布局特点上大力研究应用，以争取回收更多的乏汽，降低系统能耗，优化本厂氧化铝生产工艺，提高市场竞争力。

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