CN107715492A - 蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置，包括与水冷器、真空泵、蒸发循环水系统和冷却罐，冷却罐的顶端、底端、中部侧壁均开设有管口；冷却罐中部侧壁管口的上方冷却罐顶端管口的下方还设置有孔板；水冷器的顶端、底端以及上部侧壁均开设有管口；真空泵，其与冷却罐圆柱体中部侧壁管口和水冷器顶端的管口均通过管道相连；蒸发水循环系统提供循环上水的管道分别与水冷器的侧壁、冷却罐顶端管口连接；蒸发水循环系统接收循环下水的两管道分别与水冷器底端、冷却罐顶端管口连接。本发明增设冷却罐，蒸发器组运行平稳后可利用冷却罐产生的真空效果代替真空泵，停止真空泵的运行，具有节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及氧化铝生产设备领域，具体涉及蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置。
背景技术
蒸发工序是我国氧化铝生产厂的主要工序之一。蒸发工序中需将铝酸钠母液中进行蒸发浓缩结晶，蒸发器组多效多段蒸发器组，主要有六效单段直接冷凝蒸发器组、或七效三段蒸发间接冷凝蒸发器组等等，蒸发器组产生的二次蒸汽需进入水冷器利用循环水进行冷凝排出，同时产生不凝性气体，产生的不凝性气体需用真空泵抽走，以维持水冷器内的真空度，现有技术中，水冷器连接的真空泵在生产作业中处于一直运行的状态，蒸发蒸发器组耗能大。且蒸发器组在运行的过程中由于进料温度、新蒸汽压力、温度、流量等因素波动会造成系统真空波动，导致蒸发器组二次水、循环下水跑碱，不利于指标和蒸发器组运行的平稳控制。
发明内容
本发明克服了上述蒸发器组在运行过程中系统真空波动大，蒸发器组运行难平稳控制，耗能大的技术问题，提供一种蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置。
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置包括：
竖直放置的冷却罐，用于收集喷射冷凝不凝性气体，其顶部和底部均为截顶圆锥体，中部为圆柱体；其截顶圆锥体顶端、底端、圆柱体中部侧壁均开设有管口；所述圆柱体中部侧壁管口的上方、截顶圆锥体顶端管口的下方还设置有孔板；
竖直放置的水冷器，其顶端、底端以及上部侧壁均开设有管口；
真空泵，其与冷却罐圆柱体中部侧壁管口和水冷器顶端的管口均通过管道相连；
蒸发循环水系统，包括回水池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池和冷水泵；所述回水池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池和冷水泵按照顺序依次相连，所述冷水泵的主管道分出两个分管道分别与所述水冷器侧壁管口、所述冷却罐顶端管口相连；所述回水池通过管道分别与所述冷却罐底端管口、所述水冷器底端管口相连。
进一步的，所述水冷器一侧设有通入蒸发器组中产生的二次蒸汽的通入口。
进一步的，所述的冷却罐与地面垂直距离为15～25米。
进一步的，蒸发循环水系统由回水池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池、冷水泵依次连接，所述冷水泵提供循环上水，所述回水池接收循环下水。
进一步的，所述冷却罐管上下两端管口以及冷却罐中部侧壁管口通过凸面板式平焊钢制管法兰与管道无缝焊接。
进一步的，所述焊接均经过热处理。
进一步的，冷却罐罐体厚度为10～15mm。
进一步的，所述孔板中圆孔的直径为30mm，所述圆孔圆心之间的距离为45mm。
所述的冷却罐罐体内壁涂有耐酸耐碱防腐涂料；所述耐酸耐碱防腐涂料由质量份的如下原料组成：环氧树脂40～42份、有机硅树脂28～31份、硅溶胶1～5份、丙烯酸乳液11～17份、石墨烯6～9份、流平剂1～5份、消泡剂2～3份、氧化硅3～10份、氧化铝5～9份、氧化锌6～8份、二甲苯1～3份、正丁醇3～8份、纤维素纳米晶体4～8份。其中，流平剂可为聚二甲基硅氧烷、硅油，但不限于此几种；消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，但不限于此几种。
本发明采用的涂料以硅溶胶、丙烯酸乳液以及环氧树脂和有机硅树脂成膜材料，添加纤维素纳米晶体后，纤维素纳米晶体表面的羟基可与成膜材料交联，而纤维素纳米晶体的生物相容性高，其提高养氧化硅、氧化铝、氧化锌的分散性，纤维素纳米晶体具有涂料的稳定性和成膜性，并提高涂料的附着力。
本发明的另一目的在于提供一种利用蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置去除蒸发器组生成的不凝性气体的方法，具体步骤为：
(1)向水冷器中通入温度为100℃以上,压力为1.0～1.6MPa的饱和蒸汽；
(2)同时开启真空泵和蒸发循环水系统中的冷水泵，对冷水泵和真空泵进行调节，保持水冷器的真空度为-0.06～-0.08MPa；进入水冷器的水流速为50～100m2/h；控制冷水泵的水流速，直至穿过冷却罐中孔板的水流速为400m3/h时完全关闭真空泵。
将蒸发器组生成的蒸汽通入水冷器，并打开真空泵和冷水泵，冷水泵将冷水从水冷器侧壁管口通入水冷器，冷水将蒸汽冷凝后从水冷器底端管口排至回水池，不凝性气体被真空泵抽走，同时，冷水泵也将冷水从冷却罐顶端送入冷却罐，冷水穿过冷却罐中的孔板形成不低于4002/h的水流速，在冷却罐中部侧壁管口形成真空，将不凝性气体抽走。此方法必须控制穿过孔板的水的流速不低于4003/h，才可保持水冷器的真空度为-0.06～-0.08MPa，才可替代真空泵的抽真空效果。
进一步的，本发明的蒸发器组为六效蒸发器，蒸发机组的作业原理是，新蒸汽经过蒸发器第一效加热作业后，产生的二次蒸汽进入下一效(以此类推)，至末效六效时二次蒸汽温度约有65℃左右，由真空吸入水冷器进行捕集、急剧冷却而产生真空以维持整个生产过程的正常运行，不凝性气体被排空，整个真空系统作业过程循环往复、周而复始。
进一步的，蒸发循环水系统由回水池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池、冷水泵依次连接，冷水池中的冷水由冷水泵抽向冷却罐和水冷器，为冷却罐和水冷器提供循环上水；冷却罐和水冷器排出的循环下水排入回水池后转移至热水池，并经热水泵将水送入冷却塔进行冷却，冷却后的冷水进入冷水池。
氧化铝生产工艺的蒸发工序中，蒸发器组产生的二次蒸汽需进入水冷器，蒸发循环水系统提供循环上水，循环上水由水冷器顶端进入将二次蒸汽冷凝后由循环下水带走排出水冷器，其中产生不凝性气体由真空泵抽走，以维持水冷器内的真空度，本发明根据喷射式真空泵的工作原理增设冷却罐。冷却罐顶端、冷却罐底端、冷却罐中部侧壁均设有管口；所述圆柱体中部侧壁管口的上方、截顶圆锥体顶端管口的下方还设置有孔板；冷却罐顶端通入循环上水，冷却罐底端排出循环下水，冷却罐侧壁管口与真空泵连接，当循环上水进入冷却罐中孔板的上部腔室后，经孔板高速喷射出，水流速不低于400m3/h，使得冷却罐孔板下部的侧壁管口产生真空，在此真空作用下，可吸走不凝性气体，不凝性气体与冷却罐中的水混合后排出循环下水，达到现有技术中采用真空泵抽走不凝性气体的目的。同时，所述冷却罐中，循环上水与不凝性气体混合，循环上水对蒸发器组排放的不凝性气体进行急剧冷却，也可产生真空效果。蒸发器组运行平稳后可利用冷却罐产生的真空效果代替真空泵，停止真空泵的运行，达到节能效果。
本发明与现有技术相比较具有以下有益效果：
(1)本发明根据文丘里原理，在蒸发器组现有的真空系统流程上增设用于收集喷射冷凝不凝性气体的冷却罐，一方面利用循环上水的平稳流量对蒸发器组排放的不凝性气体进行急剧冷却，使之产生真空效果，结合蒸发循环上水对蒸发器组排放的总二次汽量(包括可凝性气体和不凝性气体)的急剧冷却产生的真空量，来维持蒸发器组运行所需的真空度。另一方面，冷却罐结构根据文丘里原理进行设计，循环上水从冷却罐内的孔板高速喷出时也形成真空，可抽走不凝性气体，冷却罐可代替真空泵将不凝性气体抽走。本发明的设计可在蒸发器组平稳运行后可停下真空泵，具有节约能源的效果。
(2)本发明冷却罐的安装高度在与地面垂直距离为15～25米处，在此高度下可保持循环水的流速，使得冷却罐保持有足够的真空效果。
(3)本发明采用冷凝罐去除不凝性气体的方法，控制穿过冷却罐中孔板的水的流速不低于400m3/h，高速水流经冷却罐中部管口后形成高真空，可替代真空泵抽走不凝性气体。
(4)本发明的冷却罐内壁涂抹的涂料稳定性和成膜性好，具有耐酸、耐碱防腐的效果，大大提高可冷却罐的使用寿命。
附图说明
图1为蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置的连接示意图；
图2为蒸发循环水系统中设备的连接示意图；
其中，1-水冷器、2-冷却罐、3-真空泵、4-蒸发循环水系统、5-孔板。
具体实施方式
下面结合实施例和试验对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1，图2所示，蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置包括：
竖直放置的冷却罐2，用于收集喷射冷凝不凝性气体，其顶部和底部均为截顶圆锥体，中部为圆柱体；其截顶圆锥体顶端、底端、圆柱体中部侧壁均开设有管口；所述圆柱体中部侧壁管口的上方、截顶圆锥体顶端管口的下方还设置有孔板5；
竖直放置的水冷器1，其顶端、底端以及上部侧壁均开设有管口；
真空泵3，其与冷却罐2圆柱体中部侧壁管口和水冷器1顶端的管口均通过管道相连；
蒸发循环水系统4，包括回水池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池和冷水泵；所述回水池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池和冷水泵按照顺序依次相连，所述冷水泵的主管道分出两个分管道分别与所述水冷器1侧壁管口、所述冷却罐2顶端管口相连；所述回水池通过管道分别与所述冷却罐2底端管口、所述水冷器1底端管口相连。
所述水冷器1一侧设有通入蒸发器组中产生的二次蒸汽的通入口。所述的冷却罐2与地面垂直距离为20米(本实施例的冷却罐与地面垂直距离为20米为本发明的方案之一，但本发明并不限于此设计，15～25米范围内皆可)。蒸发循环水系统4由回水池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池、冷水泵依次连接，所述冷水泵提供循环上水，所述回水池5接收循环下水；其中，所述冷却罐2顶端和冷却罐2底端管口以及冷却罐2中部侧壁管口通过凸面板式平焊钢制管法兰与管道无缝焊接，所述焊接均经过热处理。
本实施例中，所述冷却罐2罐体厚度为12mm(本实施例的冷却罐2罐体厚度12mm为本发明的方案之一，但本发明并不限于此设计，冷却罐2罐体厚度为10～15mm范围内皆可)。
本实施例中，孔板5圆孔的直径为30mm，所述圆孔圆心之间的距离为45mm，孔板的孔径大小以及孔密度大小在此设计下，水穿过孔板时，水流速才不低于400m2/h，才具有可替代真空泵的产生的真空效果。
氧化铝蒸发工序中，蒸发器组产生的温度为100℃以上,压力为1.0～1.6MPa的二次蒸汽进入水冷器1，同时开启真空泵3和蒸发循环水系统4中的冷水泵，蒸发循环水系统4中的冷水泵向水冷器1和冷却罐2提供循环上水，循环上水流速为50～100m2/h，循环上水由水冷器1顶端进入水冷器1将二次蒸汽冷凝后由循环下水带走排出水冷器1，其中产生不凝性气体由真空泵1抽走，以维持水冷器1内的真空度为-0.06～-0.08MPa。本发明的冷却罐2顶端，冷却罐2底端为截顶圆锥体，中部为圆柱体；所述冷却罐2顶端，冷却罐2底端以及冷却罐2中部侧壁分别设有管口；冷却罐2顶端通入循环上水，冷却罐2底端排出循环下水进入回水池，冷却罐2侧壁管口与真空泵1连接，当循环上水进入冷却罐2中孔板5的上部腔室后，经孔板5高速喷射出，使得冷却罐2孔板5下部的侧壁管口产生真空，在此真空作用下，可抽走不凝性气体，不凝性气体与冷却罐2中的水混合后形成循环下水进入回水池，达到现有技术中采用真空泵1抽走不凝性气体的目的。本发明的作业需要蒸发循环水系统4提供循环水，冷水池中的冷水由冷水泵抽向冷却罐2和水冷器1，为冷却罐2和水冷器4提供循环上水；冷却罐2和水冷器1排出的循环下水排入回水池后转移至热水池，并经热水泵将水送入冷却塔进行冷却，冷却后的冷水进入冷水池，循环水如此循环流动。
冷却罐2中，循环上水与不凝性气体混合，循环上水对蒸发器组排放的不凝性气体进行急剧冷却，也可产生真空效果，再加上水冷器1对二次蒸汽的冷凝形成的真空效果，使得蒸发器组运行平稳后可利用冷却罐2产生的真空效果代替真空泵1，当穿过冷却罐中孔板的水流速为400m3/h时，完全停止真空泵1的运行，达到节能效果。
本实施例发明的技术效果：蒸发器组运行正常后停下真空泵，每年节约电费约20万元/组(电费为0.5元/千瓦时)。本发明冷却罐涂抹涂料后，冷却罐不易生锈，使用寿命可达5年。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (9)
1.蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置，其特征在于，所述装置包括：
竖直放置的冷却罐，用于收集喷射冷凝不凝性气体，其顶部和底部均为截顶圆锥体，中部为圆柱体；其截顶圆锥体顶端、底端、圆柱体中部侧壁均开设有管口；所述圆柱体中部侧壁管口的上方、截顶圆锥体顶端管口的下方还设置有孔板；
竖直放置的水冷器，其顶端、底端以及上部侧壁均开设有管口；
真空泵，其与冷却罐圆柱体中部侧壁管口和水冷器顶端的管口均通过管道相连；
蒸发循环水系统，包括回水池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池和冷水泵；所述回水池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池和冷水泵按照顺序依次相连，所述冷水泵的主管道分出两个分管道分别与所述水冷器侧壁管口、所述冷却罐顶端管口相连；所述回水池通过管道分别与所述冷却罐底端管口、所述水冷器底端管口相连。
2.根据权利要求1所述的蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置，其特征在于，所述水冷器一侧设有通入蒸发器组中产生的二次蒸汽的通入口。
3.根据权利要求1所述的蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置，其特征在于，所述的冷却罐与地面垂直距离为15～25米。
4.根据权利要求1所述的蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置，其特征在于，所述冷却罐底端管口、冷却罐顶端管口以及冷却罐中部侧壁管口通过凸面板式平焊钢制管法兰与管道无缝焊接。
5.根据权利要求4所述的蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置，其特征在于，所述焊接均经过热处理。
6.根据权利要求1所述的蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置，其特征在于，所述冷却罐罐体厚度为10～15mm。
7.根据权利要求1所述的蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置，其特征在于，所述孔板中的圆孔的直径为30mm，所述圆孔圆心之间的距离为45mm。
8.根据权利要求1所述的蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置，其特征在于，所述冷却罐罐体内壁涂有耐酸耐碱防腐涂料；所述耐酸耐碱防腐涂料由质量份的如下原料组成：环氧树脂40～42份、有机硅树脂28～31份、丙烯酸乳液11～17份、硅溶胶1～5份、石墨烯6～9份、流平剂1～5份、消泡剂2～3份、氧化硅3～10份、氧化铝5～9份、氧化锌6～8份、二甲苯1～3份、正丁醇3～8份、纤维素纳米晶体4～8份。
9.利用根据权利要求1所述的蒸发器组不凝性气体收集喷射节能装置去除蒸发器组生成的不凝性气体的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)向水冷器中通入温度为100℃以上,压力为1.0～1.6MPa的饱和蒸汽；
(2)同时开启真空泵和蒸发循环水系统中的冷水泵，对冷水泵和真空泵进行调节，保持水冷器的真空度为-0.06～-0.08MPa；进入水冷器的水流速为50～100m2/h；控制冷水泵的水流速，直至穿过冷却罐中孔板的水流速为400m2/h时完全关闭真空泵。
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