CN108529657A - 应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发装置，该多效蒸发装置包括闪蒸装置、热压缩机、蒸发效组、进料装置和冷凝装置；蒸发效组包括降膜蒸发器和蒸汽分离器，降膜蒸发器的蒸发器出口与蒸汽分离器的进料入口相连接，冷凝装置包括冷凝器；闪蒸装置的蒸汽出口与热压缩机的蒸汽入口相连接，热压缩机的蒸汽出口与降膜蒸发器的蒸汽入口相连接，蒸汽分离器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口相连接；降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口和冷凝装置的冷凝水出口分别与过程冷凝水管路相连。本发明的装置，其能有效利用氧化铝精炼厂的余热，其与可用闪蒸蒸汽余热耦合以取代选定蒸发单元，在中压蒸汽耗量、热性能、泵功耗和总体比资本成本比等方面均有显著优化。
Description
技术领域
本发明属于炼铝设备技术领域，具体涉及一种应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发装置及工艺。
背景技术
氧化铝是铝的前体，是地球质量的8％，通常以铝矾土的形式存在。铝是最丰富的金属，是世界第二大生产金属，仅次于钢铁，仅次于钢铁。铝矾土是生产氧化铝是生产氧化铝的基本原料。它含有约30％氢氧化铝形式的氧化铝，澳大利亚是世界领先生产商。2012年，澳大利亚从五个铝矾土矿生产了7940万吨铝矾土，比中国高出了65％，是第二大铝矾土生产国。
氧化铝是通过拜耳工艺生产的，该工艺由卡尔·约瑟夫·拜耳(Karl JosephBayer)在1887年发明并获得专利，在过去一个世纪该工艺并没有太大的变化。2012年中国氧化铝年中国氧化铝产量达到2030万吨，是世界最大的氧化铝生产国。在拜耳工艺中，使用热苛性钠至关重要因为它溶解氧化铝液与未解的废物分离，以进一步处理。在此过程中将粉碎铝矾土在浓缩苛性钠碱溶液中进行高温消解，然后将液体澄清并过滤以去除泥浆和其它不溶性残留物。澄清的液体被冷却并用固体氢氧化铝接种以沉淀。之后废液通过蒸发程浓缩并再循环用于铝矾土消解，这是氧化铝精炼厂中拜耳法的重要环节，既用于产生残留物洗涤过程中的水，又使废液再浓缩以用于铝矾土消解过程。
蒸发过程消耗大量的热能。部分还负责控制整个工厂的水量平衡。因此，其作用可以归结为平衡水和排放杂质。其主要热源是可用的低压蒸汽，与工厂的其他部分相比，它是最耗能过程约占每吨氧化铝能耗的25-30％。氧化铝精炼厂是天然气、煤炭和其他相关燃料的大用户。例如在氧化铝精炼厂是天然气、煤炭和其他相关燃料的大用户。例如在氧化铝精炼厂是天然气、煤炭和其他相关燃料的大用户。例如在2012年澳大利亚，氧化铝精炼厂消耗了221PJ的能源。改良蒸发部分能改良蒸发部分能减少蒸汽消耗，从而节省锅炉的燃料消耗，这将大减少温室气体排放和生产成本。的燃料消耗，这将大减少温室气体排放和生产成本。2012年，澳大利亚每吨氧化铝生产的二碳等值排放量为0.7吨。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中压蒸汽耗量低、热性能高、泵功耗低以及总体比资本成本比低的多效蒸发装置及蒸发工艺。
为了达到上述目的，本发明所采用的方案是：
一种应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发装置，其包括闪蒸装置、热压缩机、蒸发效组、进料装置、出料装置和冷凝装置；所述闪蒸装置包括物料入口、物料出口、蒸汽出口和闪蒸室，所述物料入口、物料出口、蒸汽出口分别与闪蒸室相连通，且蒸汽出口设置于闪蒸室上部以使得闪蒸室产生的蒸汽可以经由其排出；所述热压缩机用于对闪蒸室产生的蒸汽进行压缩升温，其具有蒸汽入口和蒸汽出口。
所述蒸发效组包括降膜蒸发器和蒸汽分离器，降膜蒸发器具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而蒸汽分离器具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；降膜蒸发器的蒸发器出口与蒸汽分离器的进料入口相连接；所述冷凝装置包括冷凝器，所述冷凝器具有冷却水入口、冷却水出口、蒸汽入口和冷凝水出口；进料装置包括进料管路，出料装置包括出料管路和过程冷凝水管路。
闪蒸装置的蒸汽出口与热压缩机的蒸汽入口相连接，热压缩机的蒸汽出口与降膜蒸发器的蒸汽入口相连接，蒸汽分离器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口相连接；降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口和冷凝装置的冷凝水出口分别与过程冷凝水管路相连；进料管路与降膜蒸发器的进料入口相连接，而蒸汽分离器的浓缩液出口与出料管路相连接。
优选地，所述蒸发效组包括第一效组和第二效组。所述第一效组包括第一降膜蒸发器和第一蒸汽分离器，所述第一降膜蒸发器具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第一蒸汽分离器具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第一降膜蒸发器的蒸发器出口与第一蒸汽分离器的进料入口相连接；所述第二效组包括第二降膜蒸发器和第二蒸汽分离器，所述第二降膜蒸发器具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第二蒸汽分离器具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第二降膜蒸发器的蒸发器出口与第二蒸汽分离器的进料入口相连接。
闪蒸装置的蒸汽出口与热压缩机的蒸汽入口通过管道相连接，热压缩机的蒸汽出口与第一降膜蒸发器的蒸汽入口通过管道相连接，第一蒸汽分离器的蒸汽出口与第二降膜蒸发器的蒸汽入口通过管道相连接，第二蒸汽分离器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口通过管道相连接；第一降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口、第二降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口以及冷凝装置的冷凝水出口分别与过程冷凝水管路相连。
所述多效蒸发装置被配置为(更具体来说是第一效组和第二效组的关系被配置为)：所述进料装置分别与第一降膜蒸发器的进料入口和第一降膜蒸发器的进料入口相连接，所述第一蒸汽分离器的浓缩液出口和第二蒸汽分离器的浓缩液出口分别与出料管路相连接；或，所述进料装置与第一降膜蒸发器的进料入口相连接，第一蒸汽分离器的浓缩液出口与和第一降膜蒸发器的进料入口相连接，第二蒸汽分离器的浓缩液出口与出料管路相连接。
优选地，所述多效蒸发装置还包括至少一个泵，所述泵包括设置于冷却水进水端的一号泵、设置于过程冷凝水管路的二号泵、设置于出料管路的三号泵、设置于进料口的四号泵和设置于第一降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口的五号泵。
优选地，所述热压缩机可以是机械热压缩机，也可以是蒸汽压缩机。
优选地，所述闪蒸装置还包括蒸汽分流管路，其设置于闪蒸室和压缩机之间；也就是说闪蒸室产生的蒸汽一部分进入压缩机内处理而进入后续工序，另一部分可以用于其他用途；这样可以使得闪蒸装置所回收的热量更大程度地被使用，以提高能量回收率。
优选地，所述多效蒸发装置还包括中压蒸汽源，其与热压缩机相连并为其提供动力，所述中压蒸汽源为蒸汽管道或蒸汽锅炉。
优选地，所述五号泵后还设有中压蒸汽冷凝水回流管路，其用于将蒸汽冷凝水回流至蒸汽锅炉。
优选地，所述蒸汽分流管路被配置为与第二降膜蒸发器的蒸汽入口相连接。
优选地，所述冷凝器还包括NCG抽取口，其与蒸汽入口和冷凝水出口间的管路相连，从而将没有冷凝的蒸汽抽取走。
一种应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发工艺，所述多效蒸发工艺是通过使用上述的多效蒸发装置进行的。
本发明的应用于氧化铝精炼厂的蒸发工艺是一种新型闪蒸增强热蒸汽压缩多效蒸发(FB-TVC-MEE)工艺，其能有效利用氧化铝精炼厂的余热，该工艺旨在与可用闪蒸蒸汽(余热)耦合以取代选定蒸发单元。针对过程冷凝水(洗涤水)、GOR(增益输出比)、比泵耗以及比资本成本降幅，新型工艺与优化的常规TVC-MEE厂及选定蒸发单元进行了对比。新型工艺能节省选定蒸发单元中82％的中压蒸汽耗量。其热性能比常规工艺高468％，比TVC-MEE工艺高98％。至于泵功耗，FB-TVC-MEE比TVC-MEE高5％。资本成本分析显示，FB-TVC-MEE的总体比资本成本比TVC-MEE低11％。最重要的是，FB-TVC-MEE比优化的常规TVC-MEE还要多节省26％的中压蒸汽。因此，新型工艺是能显著削减运营成本及精炼厂排放的最佳选项。
附图说明
图1是实施例一的原理和结构连接示意图；
图2是实施例二的原理和结构连接示意图；
图3是实施例三的原理和结构连接示意图；
图4是实施例四的原理和结构连接示意图；
图5是实施例五的原理和结构连接示意图；
图6是实施例六的原理和结构连接示意图；
图7是实施例七的原理和结构连接示意图；
图8是实施例八的原理和结构连接示意图；
图9是实施例九的工艺图；
图10是实施例十的工艺图；
图11是TVC-MEE与FB-TVC-MEE的中压蒸汽节省率百分比对比图；
图12是TVC-MEE与FB-TVC-MEE的闪蒸蒸汽利用率百分比对比图；
图13是从优化的TVC-MEE演变成优化的FB-TVC-MEE的优化轨迹图；
图14是MSF、TVC-MEE和FB-TVC-MEE工艺的GOR对比图；
图15是TVC-MEE及FB-TVC-MEE蒸发工艺的比泵功耗；
图16是常规多效闪蒸装置示意图，其是现有技术。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。本领域技术人员在本发明构思的指导下所作的常规选择和替换，均应视为在本发明要求保护的范围内。
一种应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发装置，其包括闪蒸装置、热压缩机、蒸发效组、进料装置、出料装置和冷凝装置；所述闪蒸装置包括物料入口、物料出口、蒸汽出口和闪蒸室，所述物料入口、物料出口、蒸汽出口分别与闪蒸室相连通，且蒸汽出口设置于闪蒸室上部以使得闪蒸室产生的蒸汽可以经由其排出；物料入口和物料出口分别供余热液体流入和流出闪蒸室。所述热压缩机用于对闪蒸室产生的蒸汽进行压缩升温，从而提高其气压和温度以利用后续工艺，其具有蒸汽入口和蒸汽出口，蒸汽入口用于待压缩的输入低温低压的蒸汽而蒸汽出口则用于将经压缩后的高温高压蒸汽(相对于压缩前)输出。更佳地，所述热压缩机可以是机械热压缩机，也可以是蒸汽压缩机；这两种动力的热压缩机均可以实现对于蒸汽的增温和增压。最佳地，对于使用蒸汽压缩机的多效蒸发装置而言其还包括中压蒸汽源，其与热压缩机相连并为其提供动力，所述中压蒸汽源可以为蒸汽管道或蒸汽锅炉，蒸汽管路将其他地方产生或配给的蒸汽转入热压缩机，当然该多效蒸发装置同样也可以配备专用的蒸汽锅炉以自行产生蒸汽。
所述蒸发效组包括降膜蒸发器和蒸汽分离器，降膜蒸发器具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而蒸汽分离器具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；降膜蒸发器的蒸发器出口与蒸汽分离器的进料入口相连接；所述冷凝装置包括冷凝器，所述冷凝器具有冷却水入口、冷却水出口、蒸汽入口、冷凝水出口和NCG抽取口；进料装置包括进料管路，出料装置包括出料管路和过程冷凝水管路。
闪蒸装置的蒸汽出口与热压缩机的蒸汽入口相连接，热压缩机的蒸汽出口与降膜蒸发器的蒸汽入口相连接，蒸汽分离器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口相连接；降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口和冷凝装置的冷凝水出口分别与过程冷凝水管路相连；进料管路与降膜蒸发器的进料入口相连接，而蒸汽分离器的浓缩液出口与出料管路相连接。
所述多效蒸发装置还包括至少一个泵，所述泵包括设置于冷却水进水端的一号泵、设置于过程冷凝水管路的二号泵、设置于出料管路的三号泵、设置于进料口的四号泵和设置于第一降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口的五号泵。所述五号泵后还可以设有中压蒸汽冷凝水回流管路，其用于将蒸汽冷凝水回流至蒸汽锅炉。
在某些较佳实施例中，所述蒸发效组包括第一效组和第二效组。所述第一效组包括第一降膜蒸发器和第一蒸汽分离器，所述第一降膜蒸发器具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第一蒸汽分离器具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第一降膜蒸发器的蒸发器出口与第一蒸汽分离器的进料入口相连接；所述第二效组包括第二降膜蒸发器和第二蒸汽分离器，所述第二降膜蒸发器具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第二蒸汽分离器具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第二降膜蒸发器的蒸发器出口与第二蒸汽分离器的进料入口相连接。
闪蒸装置的蒸汽出口与热压缩机的蒸汽入口通过管道相连接以将闪蒸装置产生的蒸汽注入热压缩机中进行增压和增温处理，热压缩机的蒸汽出口与第一降膜蒸发器的蒸汽入口通过管道相连接以将增压和增温的蒸汽输入第一降膜蒸发器向其提供热能，第一蒸汽分离器的蒸汽出口与第二降膜蒸发器的蒸汽入口通过管道相连接从而使得压缩处理后的高温高压蒸汽在向第一效组供热后余热仍可以继续被使用，第二蒸汽分离器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口通过管道相连接从而使得被二次使用后的蒸汽可以被冷凝；第一降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口、第二降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口以及冷凝装置的冷凝水出口分别与过程冷凝水管路相连从而使得各装置所产生的冷凝水可以被统一收集处理。
所述多效蒸发装置被配置为(更具体来说是第一效组和第二效组的关系被配置为)：所述进料装置分别与第一降膜蒸发器的进料入口和第一降膜蒸发器的进料入口相连接，所述第一蒸汽分离器的浓缩液出口和第二蒸汽分离器的浓缩液出口分别与出料管路相连接；或，所述进料装置与第一降膜蒸发器的进料入口相连接，第一蒸汽分离器的浓缩液出口与和第一降膜蒸发器的进料入口相连接，第二蒸汽分离器的浓缩液出口与出料管路相连接。
在另一些较佳实施例中，所述闪蒸装置还包括蒸汽分流管路，其设置于闪蒸室和压缩机之间；也就是说闪蒸室产生的蒸汽一部分进入压缩机内处理而进入后续工序，另一部分可以用于其他用途；这样可以使得闪蒸装置所回收的热量更大程度地被使用，以提高能量回收率。最佳地，所述蒸汽分流管路被配置为与第二降膜蒸发器的蒸汽入口相连接。
应用于氧化铝精炼厂的蒸发工艺，该蒸发工艺是通过使用上述的多效蒸发装置实现的。
实施例一
如图1所示，一种应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发装置，其包括闪蒸装置1、热压缩机2、第一效组3、第二效组4、进料装置5和冷凝装置6。
所述闪蒸装置1包括物料入口11(即余热介质注入口)、物料出口12(即余热介质流出口)、闪蒸室13、蒸汽出口14和蒸汽分流管路15，所述物料入口11、物料出口12、蒸汽出口14分别与闪蒸室13相连通，且蒸汽出口14设置于闪蒸室13上部以使得闪蒸室13产生的蒸汽可以经由其排出；物料入口11和物料出口12分别供余热液体流入和流出闪蒸室13。蒸汽分流管路15设置于闪蒸室和热压缩机2之间以用于将部分蒸汽排出该多效蒸发装置；也就是说闪蒸室13产生的蒸汽一部分进入热压缩机2内处理而进入后续工序，另一部分可以由蒸汽分流管路15输出以用于其他用途；这样可以使得闪蒸装置1所回收的热量更大程度地被使用，以提高能量回收率。
所述热压缩机2用于对闪蒸室13产生的蒸汽进行压缩升温，其具有蒸汽入口和蒸汽出口，所述热压缩机2可以采用机械热压缩机；机械压缩机由电机、柴油机等其他动力装备驱动，并将由蒸汽入口注入(即其从闪蒸室13抽取蒸汽)的蒸汽压缩增温增压后由蒸汽出口输出。
所述第一效组3包括第一降膜蒸发器31和第一蒸汽分离器32，所述第一降膜蒸发器31具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第一蒸汽分离器32则具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第一降膜蒸发器31的蒸发器出口与第一蒸汽分离器32的进料入口相连接；所述第二效组4包括第二降膜蒸发器41和第二蒸汽分离器42，所述第二降膜蒸发器41具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第二蒸汽分离器42具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第二降膜蒸发器41的蒸发器出口与第二蒸汽分离器42的进料入口相连接。即，第一效组3的两元件间串联地连接，第二效组4的两元件亦串联地连接。
所述冷凝装置6包括冷凝器，所述冷凝器具有冷却水入口、冷却水出口、蒸汽入口、冷凝水出口和NCG抽取口(NCG：non-condensible gas，即非冷凝气体)。冷却水入口和冷却水出口与蒸汽入口和冷凝水出口分别设置于冷凝器的两个管路的入口和出口处，冷却水入口和冷却水出口分别与冷却水供水管路和冷却水回流管路相连接；而NCG抽取口与蒸汽入口和冷凝水出口间的管路相连，从而将没有冷凝的蒸汽抽取走。
闪蒸装置1的蒸汽出口与热压缩机2的蒸汽入口通过管道相连接，热压缩机2的蒸汽出口与第一降膜蒸发器31的蒸汽入口通过管道相连接，第一蒸汽分离器32的蒸汽出口3与第二降膜蒸发器41的蒸汽入口通过管道相连接，第二蒸汽分离器42的蒸汽出口与冷凝器6的蒸汽入口通过管道相连接；第一降膜蒸发器31的蒸汽冷凝水出口、第二降膜蒸发器41的蒸汽冷凝水出口以及冷凝装置6的冷凝水出口分别与过程冷凝水管路相连，过程冷凝水管路包括过程冷凝水出口。
所述多效蒸发装置被配置为(更具体来说是第一效组3和第二效组4的关系被配置为)：所述进料装置5分别与第一降膜蒸发器31的进料入口和第二降膜蒸发器41的进料入口相连接，所述第一蒸汽分离器32的浓缩液出口和第二蒸汽分离器42的浓缩液出口分别与出料管路相连接，出料管路包括浓缩液出口。
所述多效蒸发装置还包括若干个泵，所述泵包括设置于冷却水进水端的一号泵71、设置于过程冷凝水管路的二号泵72、设置于出料管路的三号泵73、设置于进料口的四号泵74和设置于第一降膜蒸发器31的蒸汽冷凝水出口的五号泵75。各泵设置于相应管路上以增加流体在管路中流动的顺畅度和流速。
实施例二
如图2所示，实施例二的多效蒸发装置与实施例一基本相同，区别在于所述闪蒸装置1的蒸汽分流管路15被配置为与第二降膜蒸发器41的蒸汽入口相连接(而非导出)，从而将闪蒸装置1产生的一部分蒸汽直接作用于第二效组4。这样可以使得第二效组4的蒸发效率被明显提升，该多效蒸发装置整体的蒸发效果亦可以得到明显的增强。
实施例三
如图3所示，实施例三的多效蒸发装置与实施例一基本相同，区别在于，所述多效蒸发装置被配置为(更具体来说是第一效组3和第二效组4的关系被配置为)：所述进料装置5与第一降膜蒸发器31的进料入口相连接，第一蒸汽分离器32的浓缩液出口与和第二降膜蒸发器41的进料入口相连接，第二蒸汽分离器42的浓缩液出口与出料管路相连接，其他连接结构不变。
实施例四
如图4所示，实施例四的多效蒸发装置与实施例三基本相同，区别在于所述闪蒸装置1的蒸汽分流管路15被配置为与第二降膜蒸发器41的蒸汽入口相连接(而非导出)，从而将闪蒸装置1产生的一部分蒸汽直接作用于第二效组4。这样可以使得第二效组4的蒸发效率被明显提升，该多效蒸发装置整体的蒸发效果亦可以得到明显的增强。
实施例五
一种应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发装置，其包括闪蒸装置1、热压缩机2、第一效组3、第二效组4、进料装置5和冷凝装置6。
所述闪蒸装置1包括物料入口11、物料出口12、闪蒸室13、蒸汽出口14和蒸汽分流管路15，所述物料入口11、物料出口12、蒸汽出口14分别与闪蒸室13相连通，且蒸汽出口14设置于闪蒸室13上部以使得闪蒸室13产生的蒸汽可以经由其排出；蒸汽分流管路15设置于闪蒸室13和热压缩机2之间以用于将部分蒸汽排出该多效蒸发装置；也就是说闪蒸室13产生的蒸汽一部分进入热压缩机2内处理而进入后续工序，另一部分可以经由蒸汽分流管路15输出以用于其他用途；这样可以使得闪蒸装置1所回收的热量更大程度地被使用，以提高能量回收率。
所述热压缩机2为蒸汽压缩机，其用于对闪蒸室13产生的蒸汽进行压缩升温，其具有蒸汽入口和蒸汽出口，以将待压缩的蒸汽导入后将压缩增温增压后的蒸汽输出；所述蒸汽压缩机还包括中压蒸汽源，其与蒸汽压缩机相连并为其提供动力；所述中压蒸汽源可以为蒸汽管道(使用系统外的蒸汽源)或蒸汽锅炉(系统内自发产生蒸汽源)。图5示出了一种采用蒸汽锅炉作为中压蒸汽源的例子，其产生的中压蒸汽用于驱动蒸汽压缩机2，蒸汽压缩机2从闪蒸室13抽取蒸汽并且将抽取的蒸汽和驱动的蒸汽一同作为压缩增温增压后的蒸汽输出。
所述第一效组3包括第一降膜蒸发器31和第一蒸汽分离器32，所述第一降膜蒸发器31具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第一蒸汽分离器32具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第一降膜蒸发器31的蒸发器出口与第一蒸汽分离器32的进料入口相连接；所述第二效组4包括第二降膜蒸发器41和第二蒸汽分离器42，所述第二降膜蒸发器41具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第二蒸汽分离器42具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第二降膜蒸发器41的蒸发器出口与第二蒸汽分离器42的进料入口相连接。
所述冷凝装置6包括冷凝器，所述冷凝器具有冷却水入口、冷却水出口、蒸汽入口、冷凝水出口和NCG抽取口，冷却水入口和冷却水出口与蒸汽入口和冷凝水出口分别设置于冷凝器的两个管路的入口和出口处，冷却水入口和冷却水出口分别与冷却水供水管路和冷却水回流管路相连接；而NCG抽取口与蒸汽入口和冷凝水出口间的管路相连，从而将没有冷凝的蒸汽抽取走。
闪蒸装置1的蒸汽出口与热压缩机2的蒸汽入口通过管道相连接，热压缩机2的蒸汽出口与第一降膜蒸发器31的蒸汽入口通过管道相连接，第一蒸汽分离器32的蒸汽出口与第二降膜蒸发器41的蒸汽入口通过管道相连接，第二蒸汽分离器42的蒸汽出口与冷凝器6的蒸汽入口通过管道相连接；第一降膜蒸发器31的蒸汽冷凝水出口、第二降膜蒸发器41的蒸汽冷凝水出口以及冷凝装置6的冷凝水出口分别与过程冷凝水管路相连，过程冷凝水管路包括过程冷凝水出口。
所述多效蒸发装置被配置为(更具体来说是第一效组和第二效组的关系被配置为)：所述进料装置5分别与第一降膜蒸发器31的进料入口和第二降膜蒸发器41的进料入口相连接，所述第一蒸汽分离器32的浓缩液出口和第二蒸汽分离器42的浓缩液出口分别与出料管路相连接，出料管路具有浓缩液出口端。
所述多效蒸发装置还包括若干个泵，所述泵包括设置于冷却水进水端的一号泵71、设置于过程冷凝水管路的二号泵72、设置于出料管路的三号泵73、设置于进料口的四号泵74和设置于第一降膜蒸发器31的蒸汽冷凝水出口的五号泵75。
最佳地，五号泵75后还设有中压蒸汽冷凝水回流管路，其用于将部分蒸汽冷凝水回流至蒸汽锅炉中，从而可以实现蒸汽锅炉的水平衡。
实施例六
如图6所示，实施例六的多效蒸发装置与实施例五基本相同，区别在于所述闪蒸装置1的蒸汽分流管路15被配置为与第二降膜蒸发器41的蒸汽入口相连接(而非导出)，从而将闪蒸装置1产生的一部分蒸汽直接作用于第二效组4。这样可以使得第二效组4的蒸发效率被明显提升，该多效蒸发装置整体的蒸发效果亦可以得到明显的增强。
实施例七
如图7所示，实施例七的多效蒸发装置与实施例五基本相同，区别在于，所述多效蒸发装置被配置为(更具体来说是第一效组3和第二效组4的关系被配置为)：所述进料装置5与第一降膜蒸发器31的进料入口相连接，第一蒸汽分离器32的浓缩液出口与和第二降膜蒸发器41的进料入口相连接，第二蒸汽分离器42的浓缩液出口与出料管路相连接，其他连接结构不变。
实施例八
如图8所示，实施例八的多效蒸发装置与实施例七基本相同，区别在于所述闪蒸装置1的蒸汽分流管路15被配置为与第二降膜蒸发器41的蒸汽入口相连接(而非导出)，从而将闪蒸装置1产生的一部分蒸汽直接作用于第二效组4。
实施例九
图9示出了一种采用实施例五的多效蒸发装置的新型蒸发工艺，其部件和连接关系与实施例五完全相同，重点在于，其蒸发工艺被配置为：
输入：进料管道被配置为将19.0wt％、59℃的NaOH按18.45kg/s的进料量由4号泵泵入，并且进入第一降膜蒸发器31和第二降膜蒸发器41的流量分别被配置为9.42kg/s和9.03kg/s；闪蒸装置被配置为按1.55kg/s的流量产生72℃、0.25ba的蒸汽，并且将其中的0.87kg/s的蒸汽输往热压缩机，余下的0.68kg/s的输出本系统(即输出该多效蒸发装置)；蒸汽锅炉被配置为按0.35kg/s的流量产生170℃、5.0ba的蒸汽并输入热压缩机；冷凝器的冷却水入口输入51.61kg/s、33℃的冷却水。
流转：热压缩机被配置为产生1.22kg/s的95.9℃、0.32ba蒸汽并输入第一降膜蒸发器31的蒸汽入口，第一降膜蒸发器31的蒸汽冷凝水出口产生1.22kg/s、70.7℃的冷凝水并由5号泵泵出，并且其中的0.35kg/s被输出到蒸汽锅炉以实现蒸汽锅炉的水平衡而余下的0.87kg/s被输出到过程冷凝水管路；第一蒸汽分离器32的蒸汽出口输出1.10kg/s的67.7℃、0.18ba蒸汽并输入第二降膜蒸发器41，第一蒸汽分离器32的浓缩液出口输出8.33kg/s、67.7℃的浓缩液并输出到浓缩液输出管路。第二降膜蒸发器41的蒸汽冷凝水出口产生1.10kg/s、58.4℃的冷凝水并且其被输出到过程冷凝水管路；第二蒸汽分离器42的蒸汽出口输出1.05kg/s的55.4℃、0.10ba蒸汽并输入冷凝器，第二蒸汽分离器42的浓缩液出口输出7.97kg/s、55.4℃的浓缩液并输出到浓缩液输出管路。冷凝器的冷凝水出口输出1.05kg/s、46.0℃的冷凝水而冷却水出口则输出51.61kg/s、43℃的冷却水。
输出：过程冷凝水管路汇总后输出3.02kg/s、57.6℃的冷凝水，浓缩液输出管路汇总后输出16.30kg/s、61.7℃的21.5wt％NaOH浓缩液。
实施例十
图10示出了一种采用实施例六的多效蒸发装置的新型蒸发工艺，其部件和连接关系与实施例六完全相同，重点在于，其蒸发工艺被配置为：
输入：进料管道被配置为将19.0wt％、59℃的NaOH按18.45kg/s的进料量由4号泵泵入，并且进入第一降膜蒸发器31和第二降膜蒸发器41的流量分别被配置为4.74kg/s和13.71kg/s；闪蒸装置被配置为按1.55kg/s的流量产生72℃、0.25ba的蒸汽，并且将其中的0.44kg/s的蒸汽输往热压缩机，余下的1.11kg/s输入第二降膜蒸发器41的蒸汽入口；蒸汽锅炉被配置为按0.18kg/s的流量产生170℃、5.0ba的蒸汽并输入热压缩机；冷凝器的冷却水入口输入78.36kg/s、33℃的冷却水。
流转：热压缩机被配置为产生0.62kg/s的95.9℃、0.32ba蒸汽并输入第一降膜蒸发器31的蒸汽入口，第一降膜蒸发器31的蒸汽冷凝水出口产生0.62kg/s、70.7℃的冷凝水并由5号泵泵出，并且其中的0.18kg/s被输出到蒸汽锅炉以实现蒸汽锅炉的水平衡而余下的0.44kg/s被输出到过程冷凝水管路；第一蒸汽分离器32的蒸汽出口输出0.55kg/s的67.7℃、0.18ba蒸汽并输入第二降膜蒸发器41，第一蒸汽分离器32的浓缩液出口输出4.19kg/s、67.7℃的浓缩液并输出到浓缩液输出管路。第二降膜蒸发器41的蒸汽冷凝水出口产生1.66kg/s、58.4℃的冷凝水并且其被输出到过程冷凝水管路；第二蒸汽分离器42的蒸汽出口输出1.60kg/s的55.4℃、0.10ba蒸汽并输入冷凝器，第二蒸汽分离器42的浓缩液出口输出12.11kg/s、55.4℃的浓缩液并输出到浓缩液输出管路。冷凝器的冷凝水出口输出1.60kg/s、46.0℃的冷凝水而冷却水出口则输出78.36kg/s、43.0℃的冷却水。
输出：过程冷凝水管路汇总后输出3.70kg/s、54.5℃的冷凝水，浓缩液输出管路汇总后输出16.30kg/s、58.5℃的21.5wt％NaOH浓缩液。
对比例
选取现有技术中的如图16所示的蒸发装置并按常规多效闪蒸工艺(MSF)进行配置，将其作为对比例进行对照。
对比例按表1所示的工艺进行配置，具体来说，该MSF蒸发单元消耗1kg/s蒸汽，以将18.5kg/s，19.0wt％苛性钠进料浓缩至16.30kg/s，21.5wt％。作为对比，将实施例五、六按相同的处理要求进行配置(即使得其将18.5kg/s，19.0wt％苛性钠进料浓缩至16.30kg/s，21.5wt％)，最终得到的工艺如实施例九、十所示。
表1对比例规格设定。
实验过程及结果
实施例九实际上是一种优化的热蒸汽压缩多效蒸发工艺(以下简称为TVC-MEE)，其是采用实施例五的多效蒸发装置并按实施例九的工艺进行配置的；实施例十实际上是一种优化的闪蒸增强热蒸汽压缩多效蒸发工艺(FB-TVC-MEE)，其是采用实施例六的多效蒸发装置并按实施例十的工艺进行配置的。并将上述两工艺的实际效果与对比例进行对比，基于本领域一般评价标准，主要考查三者在蒸汽消耗、增益输出比、泵功耗以及比资本成本等方面的差异，评价结果如下：
1、蒸汽消耗、过程优化和增益输出比
表2、图11和12分别显示了与常规工艺(即MSF)相比，TVC-MEE和FB-TVC-MEE工艺的蒸汽节省量；具体来说，表1求出了各工艺可利用的中压蒸汽、蒸汽耗量及闪蒸蒸汽利用量、图11是TVC-MEE与FB-TVC-MEE的中压蒸汽节省率百分比对比图而图12是TVC-MEE与FB-TVC-MEE的闪蒸蒸汽利用率百分比对比图。显然，FB-TVC-MEE工艺是优越的，该工艺节省了大约82％的中压蒸汽并有能力利用所有的闪蒸蒸汽(余热)。
表2各工艺可利用的中压蒸汽、蒸汽耗量及闪蒸蒸汽利用量。
在实施九的优化的TVC-MEE工艺中，没有蒸汽注入第二效组，因此约44％的闪蒸蒸汽未被使用(1.55kg/s中的0.68kg/s)。而实施例十的优化的FB-TVC-MEE工艺完全利用了所有闪蒸蒸汽，其中28％通过热压缩器而余量悉数注入至第二效组。图13阐述从优化的TVC-MEE演变至优化的FB-TVC-MEE的优化路径。中压蒸汽消耗量(动力蒸汽流量)从优化TVC-MEE(对应零闪发蒸汽注入量)的0.35kg/s线性下降至优化FB-TVC-MEE工艺(对应1.11kg/s蒸汽注入量)的0.18kg/s；同时，随着工艺由优化的TVC-MEE演变至优化的FB-TVC-MEE，未能利用的闪蒸蒸汽线性减少至零。
GOR(增益输出比)是比较所有三项工艺热性能的关键因子。该因子定义为每单位蒸汽耗量所带来的产量，GOR的计算公式为
其中，是动力蒸汽流量；因为注入蒸汽量始终存在，故而是排除注入蒸汽量的总过程冷凝水产量。
所有三项蒸发工艺(MSF、TVC-MEE、FB-TVC-MEE)的增益输出比(GOR)对比如图14所示，其中，FB-TVC-MEE的GOR最高，比选定的蒸发单元(即对比例MSF)高约5.7倍，亦比TVC-MEE工艺高98％，意味着它可以更有效地利用中压蒸汽。
2、泵功耗
至于泵功耗，基本上利用5个主泵以提供冷却水(1号泵)、从MEE效组抽取过程冷凝水(2号泵)及浓缩液(3号泵)、补给效组(4号泵)、从第一效组抽取蒸汽冷凝水(5号泵)。
泵功耗根据以下公式计算：
其中ΔP、和η分别为总压头(kPa)、流量(m3/s)以及泵的总体效率；泵的压头及效率如表3所示。
表3泵规格表
图15对比了FB-TVC-MEE与TVC-MEE的比泵功耗，主要功耗体现在冷却水泵(1号泵)。而至于过程冷凝水产量，由于相较于TVC-MEE工艺，FB-TVC-MEE有较高闪蒸蒸汽利用率，其比功耗比TVC-MEE高5％。
3、比资本成本
表4各个效组的过热程度
表4则列明两项工艺每个效组中的过热程度，后者影响各个蒸发器的面积及总体传热系数(U)。因此，TVC-MEE工艺的第一效组、第二效组及冷凝器的各个蒸发器系数分别为1.252、1.094和1.094。对于FB-TVC-MEE，它们分别为1.252、1.118和1.094。
将这些因子应用于方程
Aactual＝φ1·A1+φ2·A2+φcond·Acond，
然后再应用于方程其中，Acalc.＝A1+A2+Acond，
得到TVC-MEE及FB-TVC-MEE的总体面积系数(γ)分别1.16及1.14。由此，总资本成本TCC根据以下方程计算，
TCC(US$)＝(0.4·γ+0.6)·(CC)，其中CC可以是(TVC-MEE工艺)或(FB-TVC-MEE工艺)；
而比资本成本SCC则可以根据以下方程计算得到，
其中Dt是过程冷凝水(蒸馏液)的产量(m3/d)。
相较于TVC-MEE工艺，FB-TVC-MEE更能完全利用闪蒸蒸汽，因此后者的比资本成本比前者低11％。
4、实验结果
TVC-MEE工艺通过热蒸汽压缩器消耗35％(0.35kg/s，而不是原有的1kg/s消耗)中压蒸汽以压缩上述56％的可用闪蒸蒸汽以取代选定蒸发单元的载荷。不可利用的44％闪蒸蒸汽(余热)被排放至现有气压冷凝器，常规工艺不能处理上述余热。压缩更多闪蒸蒸汽会降低输出的饱和温度，导致产量下降。
而实施例十的FB-TVC-MEE工艺回收同样的闪蒸蒸汽余热。在该工艺中，仅需要选定单元的18％(0.18kg/s而不是原有的1kg/s消耗量)中压蒸汽以压缩28％可用闪蒸蒸汽。其余闪蒸蒸汽(72％)悉数注入MEE部分(第一效组和第二效组的总称)中的第二效组。该额外蒸汽注入工艺在前文中分别称为增强MEE(简称为B-MEE)及闪蒸增强MEE(简称为FB-MEE)工艺。基本上这是与热压缩器耦合的FB-MEE工艺的特殊应用，亦即将其主要MEE部分限制为两个效组而一系列闪蒸室减少至一个闪蒸室。
FB-TVC-MEE工艺中闪蒸蒸汽注入的优点是使热压缩机的吸汽负荷最小化，从而节省蒸汽消耗。如图9和图10所示，新型FB-TVC-MEE工艺的蒸汽消耗比优化的TVC-MEE工艺(中压蒸汽耗量前者为0.18kg/s，后者为0.35kg/s)降低了49％。与TVC-MEE工艺相比，FB-TVC-MEE工艺的闪蒸蒸汽回收率较高，工艺冷凝水(洗涤水)产量提高了23％。
总体来说，实施例十的新型FB-TVC-MEE工艺(即实施例十所示的优化后的FB-TVC-MEE工艺)能有效利用氧化铝精炼厂的余热，该工艺旨在与可用闪蒸蒸汽(余热)耦合以取代选定蒸发单元。针对过程冷凝水(洗涤水)、GOR、比泵耗以及比资本成本降幅，新型工艺与优化的常规TVC-MEE厂及选定蒸发单元进行了对比。新型工艺能节省选定蒸发单元中82％的中压蒸汽耗量。其热性能比常规工艺高468％，比TVC-MEE工艺高98％；至于泵功耗，FB-TVC-MEE比TVC-MEE高5％；而资本成本分析显示，FB-TVC-MEE的总体比资本成本比TVC-MEE低11％。最重要的是，FB-TVC-MEE比优化的常规TVC-MEE工艺节省26％的中压蒸汽。因此，实施例十的新型FB-TVC-MEE工艺是能显著削减运营成本及精炼厂排放的最佳选项。
Claims (10)
1.一种应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发装置，其包括闪蒸装置、热压缩机、蒸发效组、进料装置、出料装置和冷凝装置；其特征在于，
所述闪蒸装置包括物料入口、物料出口、蒸汽出口和闪蒸室，所述物料入口、物料出口、蒸汽出口分别与闪蒸室相连通，且蒸汽出口设置于闪蒸室上部；所述热压缩机具有蒸汽入口和蒸汽出口；
所述蒸发效组包括降膜蒸发器和蒸汽分离器，降膜蒸发器具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而蒸汽分离器具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；降膜蒸发器的蒸发器出口与蒸汽分离器的进料入口相连接；
所述进料装置包括进料管路，出料装置包括出料管路和过程冷凝水管路；冷凝装置包括冷凝器，所述冷凝器具有冷却水入口、冷却水出口、蒸汽入口和冷凝水出口；
闪蒸装置的蒸汽出口与热压缩机的蒸汽入口相连接，热压缩机的蒸汽出口与降膜蒸发器的蒸汽入口相连接，蒸汽分离器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口相连接；降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口和冷凝装置的冷凝水出口分别与过程冷凝水管路相连；进料管路与降膜蒸发器的进料入口相连接，而蒸汽分离器的浓缩液出口与出料管路相连接。
2.根据权利要求1所述的多效蒸发装置，其特征在于，所述蒸发效组包括第一效组和第二效组；
所述第一效组包括第一降膜蒸发器和第一蒸汽分离器，所述第一降膜蒸发器具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第一蒸汽分离器具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第一降膜蒸发器的蒸发器出口与第一蒸汽分离器的进料入口相连接；
所述第二效组包括第二降膜蒸发器和第二蒸汽分离器，所述第二降膜蒸发器具有蒸汽入口、蒸汽冷凝水出口、进料入口和蒸发器出口，而第二蒸汽分离器具有进料入口、浓缩液出口和蒸汽出口；第二降膜蒸发器的蒸发器出口与第二蒸汽分离器的进料入口相连接；
闪蒸装置的蒸汽出口与热压缩机的蒸汽入口相连接，热压缩机的蒸汽出口与第一降膜蒸发器的蒸汽入口相连接，第一蒸汽分离器的蒸汽出口与第二降膜蒸发器的蒸汽入口相连接，第二蒸汽分离器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口相连接；第一降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口、第二降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口以及冷凝装置的冷凝水出口分别与过程冷凝水管路相连；
所述多效蒸发装置被配置为：
所述进料管路分别与第一降膜蒸发器和第二降膜蒸发器的进料入口相连接，所述第一蒸汽分离器和第二蒸汽分离器的浓缩液出口分别与出料管路相连接；或，
所述进料装置与第一降膜蒸发器的进料入口相连接，第一蒸汽分离器的浓缩液出口与第二降膜蒸发器的进料入口相连接，第二蒸汽分离器的浓缩液出口与出料管路相连接。
3.根据权利要求1所述的多效蒸发装置，其特征在于，所述多效蒸发装置还包括至少一个泵，所述泵包括设置于冷却水进水端的一号泵、设置于过程冷凝水管路的二号泵、设置于出料管路的三号泵、设置于进料口的四号泵和设置于第一降膜蒸发器的蒸汽冷凝水出口的五号泵。
4.根据权利要求1所述的多效蒸发装置，其特征在于，所述热压缩机可以是机械热压缩机，也可以是蒸汽压缩机。
5.根据权利要求3所述的多效蒸发装置，其特征在于，所述闪蒸装置还包括蒸汽分流管路，其设置于闪蒸室和热压缩机之间。
6.根据权利要求5所述的多效蒸发装置，其特征在于，所述多效多效蒸发装置还包括中压蒸汽源，其与热压缩机相连并为其提供动力，所述中压蒸汽源为蒸汽管道或蒸汽锅炉。
7.根据权利要求6所述的多效蒸发装置，其特征在于，所述五号泵后还设有中压蒸汽冷凝水回流管路，其用于将蒸汽冷凝水回流至蒸汽锅炉。
8.根据权利要求5所述的多效蒸发装置，其特征在于，所述蒸汽分流管路被配置为与第二降膜蒸发器的蒸汽入口相连接。
9.根据权利要求1所述的多效蒸发装置，其特征在于，所述冷凝器还包括NCG抽取口。
10.应用于氧化铝精炼厂的多效蒸发工艺，其特征在于，所述多效蒸发工艺是通过使用如权利要求1-9任一项所述的多效蒸发装置进行的。
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