CN105540626A - 氧化铝母液mvr循环蒸发装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氧化铝母液MVR循环蒸发装置及工艺，其技术特点是：种分母液首先进入预热器与蒸汽冷凝水换热，之后进入蒸发器蒸发后进入汽液分离器；蒸汽从汽液分离器顶部流出并进入蒸汽压缩机，在蒸汽压缩机的作用下，温度和压力升高形成二次蒸汽，然后重新进入蒸发器从而形成蒸汽循环回路；同时，分离出的母液从汽液分离器底部流出，其中一部分重新流至蒸发器，形成母液循环回路，另一部分蒸发母液从出料口排出。本发明可使氧化铝母液循环蒸发，提高了氧化铝蒸发母液的品质；其中，二次蒸汽和冷凝水均可循环使用，有效降低了蒸发能耗，提高了蒸发工序的产能。

Description

氧化铝母液MVR循环蒸发装置及工艺

技术领域

本发明涉及氧化铝生产过程中分解母液的一种蒸发装置及其蒸发工艺，属于蒸发浓缩技术领域。

背景技术

母液蒸发是氧化铝生产中的重要工序之一，担负着保持循环系统中的液量平衡、为配制生料浆或溶出铝土矿提供合适浓度的碱液、排除生产过程中积累的碳碱和水分等作用，蒸发过程中产生的冷凝水可以供给热力锅炉。母液蒸发工序是氧化铝生产中的能耗大户，蒸汽消耗占整个氧化铝生产汽耗的40％以上，蒸发成本占整个氧化铝生产的10％左右，因此，降低蒸汽的消耗是降低蒸发成本的关键，也是降低氧化铝生产成本的关键。

MVR（mechanicalvaporrecompression）为机械式蒸汽再压缩技术的简称，是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，经蒸汽压缩机压缩做功，提升二次蒸汽的热焓，导进冷却塔，冷却塔的冷却水循环预热物料。如此循环向蒸发系统提供热能，从而减少对外界能源的需求。因为要实现传热，必须保证后一个蒸发器的压力较前一个蒸发器压力低，所以需要有抽真空的装置来保证末效蒸发器在很低的压力下操作。

目前，国内大部分氧化铝生产企业采用五效、六效错流蒸发系统对氧化铝母液进行处理，这类系统存在以下不足：工艺流程长，控制点繁琐，能耗依然较高；大量热量由末效二次蒸汽带出，通过冷却系统排放至环境中；化石燃料作为唯一能量来源，碳排放量大，易造成环境污染；生蒸汽为热源的能量利用效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化铝母液MVR循环蒸发装置及工艺，旨在对氧化铝母液进行高效蒸发，达到降低蒸发能耗、提高蒸发工序产能之目的。

本发明的技术解决方案是：一种氧化铝母液MVR循环蒸发装置，包括蒸发器、冷凝水缓冲罐、汽液分离器、蒸汽压缩机、预热器、冷凝水排空口、进料口和出料口，所述进料口与预热器之间通过管道相连，所述预热器与蒸发器的顶部之间通过管道相连，且在预热器与蒸发器之间的管道上安装有循环泵；所述蒸发器的底部与汽液分离器相连通，所述汽液分离器底部出水端设有两条管道，其中一条与循环泵相连通，另一条管道与出料口相连通；所述汽液分离器顶部出气端与蒸汽压缩机的入口之间通过管道相连，所述蒸汽压缩机的出口通过管道连接至蒸发器热源蒸汽入口，所述蒸发器下部设有冷凝水排水口，冷凝水排水口和冷凝水缓冲罐之间通过管道相连，所述冷凝水缓冲罐底部与预热器通过管道相连，所述预热器与冷凝水排空口通过管道相连。

进一步地，上述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其中：所述蒸汽压缩机出口和蒸发器之间的管道上设有喷水减温装置，所述冷凝水缓冲罐通过管道与喷水减温装置相连接。

进一步地，上述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其中：所述冷凝水缓冲罐和喷水减温装置之间的管道上设有喷水泵。

进一步地，上述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其中：所述蒸发器壳侧设置有不凝气排气管，另设有不凝气冷却器、真空泵和不凝气排空口，所述不凝气排气管连接至不凝气冷却器入口，所述不凝气冷却器出口与真空泵入口相连，所述真空泵出口与不凝气排空口相连。

更进一步地，上述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其中：所述进料口与预热器之间的管道上设有进料泵；所述出料口与汽液分离器之间的官道上设有出料泵；所述冷凝水缓冲罐与预热器之间的管道上设有排水泵。

更进一步地，上述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其中：所述蒸发器为降膜蒸发器。

此外，本发明还公开了一种氧化铝母液MVR循环蒸发工艺，采用前述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，按以下步骤进行操作：

（1）将种分母液由进料口引入装置，通过管道进入预热器，同时，冷凝水缓冲罐中的蒸汽冷凝水也进入预热器，种分母液与蒸汽冷凝水换热，吸收冷凝水部分热量之后通过循环泵进入蒸发器；

（2）步骤（1）换热后的种分母液到达蒸发器顶部，沿着蒸发器管内壁向下流动形成蒸发母液，蒸发母液和蒸汽沿着管束向下到达蒸发器底部后通过管道进入汽液分离器，进行汽液分离和充分闪蒸；

（3）蒸汽从汽液分离器顶部分离，通过管道进入蒸汽压缩机入口，在蒸汽压缩机的作用下，温度和压力升高，形成二次蒸汽，然后重新进入蒸发器壳侧，从而形成蒸汽循环回路，二次蒸汽自身在蒸发器壳侧冷凝，为蒸发过程供热；

（4）蒸发母液从汽液分离器底部流出，其中一部分通过管道经循环泵重新流至蒸发器，形成母液循环回路；另一部分蒸发母液通过管道连接至出料口，由出料泵送至下一级浓缩系统或者调配池；

（5）蒸发器内部部分蒸汽冷凝形成蒸汽冷凝水，蒸汽冷凝水收集于冷凝液缓冲罐中，大部分蒸汽冷凝水输送至预热器，供步骤（1）中给种分母液预热，然后排出系统。

再进一步地，上述氧化铝母液MVR循环蒸发工艺，其中：所述蒸汽压缩机出口和蒸发器之间的管道上设有喷水减温装置，所述冷凝水缓冲罐通过管道与喷水减温装置相连接；收集于冷凝液缓冲罐中的小部分冷凝水送至喷水减温装置中，为压缩后的蒸汽消除过热，从而形成冷凝水回路。

再进一步地，上述氧化铝母液MVR循环蒸发工艺，其中：所述蒸发器上设置不凝气排放口，不凝气排放口通过管道连接至不凝气冷却器，不凝气冷却器与真空泵相连，真空泵与排空口相连，不凝气经过不凝气冷却器冷作用，通过真空泵抽走并从排空口排空。

本发明突出的实质性特点和显著的技术进步体现为：本发明采用降膜蒸发器、汽液分离器、蒸汽压缩机、不凝气抽排系统等组合构成循环蒸发工艺流程，操作过程中，可以使得氧化铝母液循环蒸发，提高了氧化铝蒸发母液的品质；同时，二次蒸汽和冷凝水均可循环使用，有效地降低了蒸发能耗，提高了蒸发工序产能；此外，该工艺还可以起到为热力锅炉提供高品质的冷凝水的作用。

附图说明

图1是本发明氧化铝母液MVR蒸发浓缩装置结构示意图。

图中，各附图标记的含义为：1—降膜蒸发器，2—冷凝水缓冲罐，3—不凝气冷却器，4—排空口，5—真空泵，6—循环泵，7—出料口，8—出料泵，9—喷水减温装置，10—汽液分离器，11—蒸汽压缩机，12—喷水泵，13—预热器，14—冷凝水排放口，15—进料口，16—进料泵，17—排水泵。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

本发明提供的氧化铝母液MVR蒸发浓缩装置，如图1所示，包括：降膜蒸发器1、冷凝水缓冲罐2、液分离器10、蒸汽压缩机11、预热器13、冷凝水排空口14进料口15和出料口7，所述进料口15与预热器13之间通过管道相连，预热器13与降膜蒸发器1的顶部的布液器之间通过管道相连，且在预热器13与降膜蒸发器1之间的管道上安装有循环泵6。降膜蒸发器1的底部与汽液分离器10相连通，汽液分离器10底部出水端设有两条管道，其中一条与循环泵6相连通，另一条管道与出料口7相连通。汽液分离器10顶部出气端与蒸汽压缩机11的入口之间通过管道相连，蒸汽压缩机11的出口通过管道连接至降膜蒸发器1热源蒸汽入口，在蒸汽压缩机11出口和降膜蒸发器1热源蒸汽入口之间的管道上设有喷水减温装置9，二次蒸汽从分离器出来进入蒸汽压缩机11再经过喷水消过热之后进入降膜蒸发器1壳侧冷凝释放热量。降膜蒸发器1上设有冷凝水排水口，该冷凝水排水口和冷凝水缓冲罐2之间通过管道相连，冷凝水缓冲罐2底部管道分别接有排水泵17和喷水泵12，排水泵17与预热器13热物流入口通过管道相连，预热器13与冷凝水排空口通过管道相连；喷水泵12与喷水减温装置9通过管道相连。冷凝水经过冷凝水缓冲罐2收集后分别送至预热器13回收热量及送至喷水减温装置9为过热二次蒸汽减温。经过预热器13的冷凝水经冷凝水排放口14排出系统，送至喷水减温装置9的冷凝水汽化后和二次蒸汽一起进入降膜蒸发器1壳侧。

降膜蒸发器1壳侧上下部位设置不凝气排出口，通过管道连接至不凝气冷却器3入口，不凝气冷却器3出口与真空泵5入口相连，真空泵5排出口与不凝气的排空口4相连，不凝气通过经过冷却水冷却后由真空泵5抽出系统。

为了方便进料和出料，进料口15与预热器13之间的管道上设有进料泵16，在出料口7和汽液分离器10出水口之间的管道上设有出料泵8。此外，循环泵6和出料泵8分别以独立的管道与汽液分离器10连接，方便蒸发母液循环蒸发和出料。

本发明还公开了一种氧化铝母液MVR循环蒸发工艺，采用前述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，按以下步骤进行操作：

（1）将种分母液由进料口15进入系统，经进料泵16和管道进入预热器13，同时冷凝水缓冲罐2中的蒸汽冷凝水也进入预热器13中，种分母液与蒸汽冷凝水换热，吸收部分冷凝水热量后通过循环泵6进入降膜蒸发器1；

（2）经步骤（1）处理后的种分母液，到达降膜蒸发器1顶部布液器中，沿着降膜蒸发器1管内壁向下膜状流动形成蒸发母液，蒸发母液和蒸汽沿着管束向下到达降膜蒸发器1底部后经过连通管切向进入汽液分离器10进行汽液分离和充分闪蒸；

（3）汽液分离器10进行气液分离，汽液分离器10顶部设有除沫器，用于除去蒸汽中夹带雾沫，之后蒸汽从汽液分离器10顶部的流出通过管道进入蒸汽压缩机11入口，通过蒸汽压缩机11的作用，温度和压力升高，形成二次蒸汽，然后经过喷水减温装置9消除过热后重新进入降膜蒸发器1壳侧，从而形成蒸汽循环回路，二次蒸汽自身在降膜蒸发器1壳侧冷凝，为蒸发过程供热；

（4）蒸发母液从汽液分离器10底部流出，其中一部分通过管道经循环泵6重新流至降膜蒸发器1，从而形成母液循环回路；另一部分蒸发母液通过管道连接至出料口7，由出料泵8送至下一级浓缩系统或者调配池；

（5）同时，降膜蒸发器1内部分蒸汽冷凝形成冷凝水，冷凝水收集于冷凝液缓冲罐2中，大部分冷凝水经过排水泵17和管道输送至预热器13交换热量后排出系统，根据温度可进入多效凝水闪蒸罐；小部分冷凝水经过喷水泵12送至喷水减温装置9为压缩后的蒸汽消除过热，从而形成冷凝水回路。

优选地，在降膜蒸发器1上设有不凝气排出口，通过管道连接至不凝气冷却器3进行冷却，经过冷却的不凝气再由真空泵5抽走由排空口4放空。

以上操作过程中，母液循环回路、蒸汽循环回路和冷凝水循环回路三者同时工作、相互配合，从而构成整个母液循环蒸发工艺。其中：

所述氧化铝母液组成一般为Nk160～175g/L，Nc15～18g/L，SiO20.5～0.8g/L；所述降膜蒸发器1管内侧、汽液分离器10在负压条件下工作；所述冷凝水缓冲罐2、降膜蒸发器1壳侧在负压至微正压段工作；所述降膜蒸发器1将母液浓缩至180-240mg/L；所述喷水泵12定量喷入饱和冷凝水，为蒸汽压缩机11出口的蒸汽减热；所述汽液分离器10和降膜蒸发器1之间由连通管连接，蒸汽和液滴在分离器内充分分离，且汽液分离器10具有足够高度和高效除沫器装置，直径大于3μm～5μm的液滴分离效率大于98%，压强小于250Pa。

实施例

某氧化铝厂现有两组六效三闪母液蒸发器，实际运行蒸水量约360吨/小时，为配合生产，实际需要蒸水量为380吨/小时，有20吨的蒸水量缺口，为满足生产已经一再提高蒸汽压力，并以强制效为蒸发用来满足，造成总体能耗大幅度增加，汽水比达到0.28以上仍然难以满足生产，为此通过增加一套MVR母液浓缩设备，很好地解决了其面临的困境，并取得良好的经济和社会效益。

一组蒸发种分母液350m3/h从进料口15通过进料泵16泵送至板式预热器13，通过蒸发冷凝水进行预热，回收冷凝水热量，之后通过循环泵6送至降膜蒸发器1顶部。种分母液从降膜蒸发器1顶部降落到底部并吸收据降膜蒸发器1壳侧蒸汽的热量，约20吨/小时的水蒸发出来变成蒸汽，从而形成蒸发母液，在降膜蒸发器1底部的蒸汽和蒸发母液通过连通管进入汽液分离器10。汽液分离器10底部分别接有母液循环管道和母液排放管道，顶部有除沫器和二次蒸汽管道。一部分母液通过母液循环回路进行循环蒸发，约330m3/h的母液经过排料泵8和出料口7排出系统。

汽液分离器10顶部通过二次蒸汽管连接到蒸汽压缩机11入口，蒸汽压缩机11出口连接至降膜蒸发器1热源蒸汽入口，在蒸汽压缩机11出口和降膜蒸发器1热源入口之间的管道上加装喷水减温装置9，20t/h的二次蒸汽从汽液分离器10出来进入蒸汽压缩机11再经过喷水消过热之后进入降膜蒸发器1壳侧冷凝释放热量。

降膜蒸发器1壳侧上下部位设置不凝气排气管，通过管道连接至不凝气冷却器3入口，不凝气冷却器3出口与真空泵5入口相连，不凝气通过经过冷却后经由真空泵5从排空口4流出。降膜蒸发器1下部冷凝水排水口和冷凝水缓冲罐2相连，冷凝水缓冲罐2底部管道分别接有冷凝水排水泵17和喷水泵12，冷凝水排水泵17与预热器13热物流入口相连，喷水泵12与喷水减温装置9相连。冷凝水经过缓冲罐2收集后分别送至预热器13，用于回收热量及送至喷水减温装置9，用于为过热二次蒸汽减温。经过预热器13的冷凝水排出系统，送至喷水减温器9的冷凝水汽化后和二次蒸汽一起进入降膜蒸发器1壳侧。

通过以上描述可以看出，本发明氧化铝母液MVR循环蒸发装置及工艺，采用降膜蒸发器、汽液分离器、蒸汽压缩机、不凝气抽排系统等组合构成的循环蒸发工艺流程，操作过程中可以使氧化铝母液循环蒸发，提高了氧化铝蒸发母液的品质，同时，二次蒸汽和冷凝水均可循环使用，有效地降低了蒸发能耗，提高了蒸发工序产能；此外，该工艺还起到为热力锅炉提供高品质的冷凝水的目的。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其特征在于：包括蒸发器、冷凝水缓冲罐、汽液分离器、蒸汽压缩机、预热器、冷凝水排空口、进料口和出料口，所述进料口与预热器之间通过管道相连，所述预热器与蒸发器的顶部之间通过管道相连，且在预热器与蒸发器之间的管道上安装有循环泵；所述蒸发器的底部与汽液分离器相连通，所述汽液分离器底部出水端设有两条管道，其中一条与循环泵相连通，另一条管道与出料口相连通；所述汽液分离器顶部出气端与蒸汽压缩机的入口之间通过管道相连，所述蒸汽压缩机的出口通过管道连接至蒸发器热源蒸汽入口，所述蒸发器下部设有冷凝水排水口，该冷凝水排水口和冷凝水缓冲罐之间通过管道相连，所述冷凝水缓冲罐与预热器通过管道相连，所述预热器与冷凝水排空口通过管道相连。

2.根据权利要求1所述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其特征在于：所述蒸汽压缩机出口和蒸发器之间的管道上设有喷水减温装置，所述冷凝水缓冲罐通过管道与喷水减温装置相连接。

3.根据权利要求2所述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其特征在于：所述冷凝水缓冲罐和喷水减温装置之间的管道上设有喷水泵。

4.根据权利要求1所述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其特征在于：所述蒸发器壳侧设置有不凝气排气管，另设有不凝气冷却器、真空泵和不凝气排空口，所述不凝气排气管连接至不凝气冷却器入口，所述不凝气冷却器出口与真空泵入口相连，所述真空泵出口与不凝气排空口相连。

5.根据权利要求1所述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其特征在于：所述进料口与预热器之间的管道上设有进料泵；所述出料口与汽液分离器之间的管道上设有出料泵；所述冷凝水缓冲罐与预热器之间的管道上设有排水泵。

6.根据权利要求1所述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，其特征在于：所述蒸发器为降膜蒸发器。

7.一种氧化铝母液MVR循环蒸发工艺，采用权利要求1所述的氧化铝母液MVR循环蒸发装置，按以下步骤进行操作：

（1）将种分母液由进料口引入装置，通过管道进入预热器，同时，冷凝水缓冲罐中的蒸汽冷凝水也进入预热器，种分母液与蒸汽冷凝水换热，吸收冷凝水部分热量之后通过循环泵进入蒸发器；

（2）步骤（1）换热后的种分母液到达蒸发器顶部，沿着蒸发器管内壁向下流动形成蒸发母液，蒸发母液和蒸汽沿着管束向下到达蒸发器底部后通过管道进入汽液分离器，进行汽液分离和充分闪蒸；

（3）蒸汽从汽液分离器顶部分离，通过管道进入蒸汽压缩机入口，在蒸汽压缩机的作用下，温度和压力升高，形成二次蒸汽，然后重新进入蒸发器壳侧，从而形成蒸汽循环回路，二次蒸汽自身在蒸发器壳侧冷凝，为蒸发过程供热；

（4）蒸发母液从汽液分离器底部流出，其中一部分通过管道经循环泵重新流至蒸发器，形成母液循环回路；另一部分蒸发母液通过管道连接至出料口，由出料泵送至下一级浓缩系统或者调配池；

（5）蒸发器内部部分蒸汽冷凝形成蒸汽冷凝水，蒸汽冷凝水收集于冷凝液缓冲罐中，大部分蒸汽冷凝水输送至预热器，供步骤（1）中给种分母液预热，然后排出系统。

8.根据权利要求7所述的氧化铝母液MVR循环蒸发工艺，其特征在于：所述蒸汽压缩机出口和蒸发器之间的管道上设有喷水减温装置，所述冷凝水缓冲罐通过管道与喷水减温装置相连接；收集于冷凝液缓冲罐中的小部分冷凝水送至喷水减温装置中，为压缩后的蒸汽消除过热，从而形成冷凝水回路。

9.根据权利要求7所述的氧化铝母液MVR循环蒸发工艺，其特征在于：所述蒸发器上设置不凝气排放口，不凝气排放口通过管道连接至不凝气冷却器，不凝气冷却器与真空泵相连，真空泵与排空口相连，不凝气经过不凝气冷却器冷作用，通过真空泵抽走并从排空口排空。