CN1280100A - 氧化铝赤泥洗涤直接加热及分解板式换热工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧化铝赤泥洗涤直接加热及分解板式换热工艺,采取了溶出新蒸汽冷凝水二次蒸汽用于加热赤泥洗涤系统和用作蒸发热源;采用向洗涤沉降槽直接通入二次蒸汽的方法对赤泥沉降洗涤系统进行加热;采用精液全部与分解母液及水换热的技术方案。本发明的实施不仅充分利用了氧化铝溶出二次蒸汽,节约了能源,简化了工艺流程,改善了操作条件,技术指标得以优化,使蒸发原液温度由80℃提高到92℃,达到目前国际最高水平,节能降耗效果显著。
Description
本发明涉及一种用湿法从矿石或精矿中提取金属化合物，尤其是在无机碱溶液中的、氧化铝赤泥洗涤直接加热及分解板式换热工艺。
氧化铝生产主要有两种方法：拜耳法和烧结法。其中拜耳法以铝土矿、烧碱和石灰为主要原料，铝土矿和母液经原料磨被磨制成合格原矿浆送入溶出，在高温高压和高碱浓度的作用下，矿石中的氧化铝进入溶液，其不溶物为赤泥。溶出矿浆分离后，赤泥经洗涤、过滤回收附碱后外排；溶液净化后得精液。精液经降温后添加品种进行分解析出氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧即得氧化铝。分解母液经蒸发浓缩后返回原料系统循环使用。
溶出新蒸汽冷凝水二次汽利用现状：
以一水硬铝石为原料的拜耳法氧化铝生产过程中，溶出在高温、高压和高碱浓度下进行，间接加热溶出一般采用压力60bar，温度为300℃左右的新蒸汽加热溶出。加热后的新蒸汽冷凝水含有大量余热，目前普遍采用将其闪蒸，得到6bar左右的二次汽，然后加以利用的办法。具体有如下几种：
并入低压蒸汽管网：该法是将溶出新蒸汽冷凝水闪蒸后产生的二次蒸汽并入低压蒸汽管网，然后送往各用汽点。我厂设计正是采用这一方法。其优点是比较充分地剂用这部分二次汽；缺点是低压蒸汽管网压力波动对溶出新蒸汽冷凝水闪蒸系统造成影响，使生产难以为继。95年氧化铝厂投产初期，溶出新蒸汽冷凝水二次汽并入全厂低压蒸汽管网后，就因为低压蒸汽压力波动导致新蒸汽冷凝水闪蒸罐压力偏高，溶出系统两次跳停，同时，冷凝水闪蒸罐振动严重，其中不合格水闪蒸罐排气管齐根部拉裂，地脚螺栓被振断，给氧化铝生产造成很大影响。
直接用于预脱硅或其它用汽点：溶出新蒸汽冷凝水闪蒸后产生的二次蒸汽直接用于某一用汽点，如脱硅。该法的优点是避免了二次汽并入管网后由于压力波动带来的不利影响；缺点是必须要求新蒸汽冷凝水产生的二次蒸汽量与用汽点所需的蒸汽量基本平衡，否则如果溶出新蒸汽冷凝水二次汽大于或小于用汽点所需的蒸汽量时，就要考虑第二个用汽点或从别处补充蒸汽，这样又会带来与并入低压蒸汽管网同样的问题。
上述两种方法还存在一个相同的缺点，就是在溶出压煮器加热管束破损时，二次蒸汽由于带料只能排空，既污染环境，又造成能源的浪费。
赤泥沉降分离洗涤系统加热现状：
拜耳法赤泥沉降分离洗涤过程中，由于在线液量大，停留时间长，温度逐渐降低，溶液很容易发生水解生成氢氧化铝沉淀，同时温度低也影响洗涤效果，为了尽可能地减少因水解造成的氧化铝损失，降低赤泥附碱，一般要对赤泥沉降分离系统进行加热，特别是在冬季、洗水温度较低或停料时间较长等情况下。目前国内外氧化铝厂沉降洗涤系统的加热有以下几种方法：
加热赤泥洗水：在赤泥洗水温度较低或直接用工业上水作洗水时，洗涤之前要通入新蒸汽或二次蒸汽对赤泥洗水进行加热。该方法对维持沉降槽温度有一定作用，但由于加热能力有限，而且沉降槽温度损失大，末次洗涤往往只有70℃左右，所以氧化铝水解损失大，赤泥洗涤和过滤效果差，外排赤泥附碱高。
沉降槽直接通入新蒸汽：在赤泥洗水不能满足赤泥分离洗涤对温度的要求时，可以采用往沉降槽内直接通入新蒸汽的办法。其优点是：能够提高赤泥洗涤的温度，改善洗涤和过滤效果；缺点是使用一次热源，增大锅炉负荷。因此直接通入新蒸汽的一般只作为一种辅助加热手段，仅在沉降槽长时间停料或冬季气温低等情况下才使用。
板式换热器加热洗液：侧流苛化或沉降槽苛化对二次洗液温度要求较高，一般在95℃以上。而精液温度为100～105℃，分解前需要降温。采用板式热交换器，使精液和二次洗液进行热交换，可将二次洗液温度由80℃左右提高到95℃，满足侧流苛化或沉降槽苛化的要求。其优点是较好地利用了精液的热量；缺点是由于二次洗液浮游物高，板式热交换器结疤严重，清理难度大，设备投资和运行费用高。
精液降温现状：
拜耳法种分分解的温度一般要求在60℃左右，而精滤后的精液温度为100－105℃，故分解前要对精液进行降温。降温方法主要有板式热交换器降温、真空降温、喷淋水降温等几种，有时同时采用，具体视生产工艺流程而定。我厂设计采用的是四级板式降温流程，其中Ⅰ级板式用赤泥二次洗液降温，Ⅱ、Ⅲ级板式用分解母液降温，最后一级板式用冷却水降温。该降温流程精液的热利用率较高，板式出口温度可调节，能够满足分解工艺的要求。缺点是Ⅰ级板式二次洗液侧结疤严重，另外母液温度不是很高。
本发明的目的主要是解决由于溶出压煮器加热管束泄漏造成新蒸汽冷凝水二次汽带料以及这部分蒸汽并入全厂6bar蒸汽管网时冷凝水闪蒸罐振动严重、罐内压力波动大导致溶出机组跳停，使得原设计的溶出新蒸汽冷凝水二次蒸汽并入全厂6bar蒸汽管网的方案无法实现的问题。同时寻求到一种氧化铝赤泥沉降洗涤直接加热及分解板式换热新工艺，这种方法既简化了工艺流程，又合理利用了溶出新蒸汽冷却水二次蒸汽，且使蒸发原液温度由80℃提高到92℃。
本发明采取的技术方案是：溶出新蒸汽冷凝水二次蒸汽用于加热赤泥洗涤系统和用作蒸发热源；赤泥沉降洗涤系统加热方式采用向洗涤沉降槽直接通入二次蒸汽的方法对赤泥沉降洗涤系统进行加热；板式热交换工艺流程采用精液全部与分解母液及水换热。
本发明主要包含三项内容：1、溶出新蒸汽冷凝水二次蒸汽的合理利用；2、赤泥沉降洗涤系统加热方式的改变；3、板式热交换工艺流程的改进。
以下结合附图作详细说明。
图1为赤泥沉淀洗涤系统及分解板式换热工艺改进前流程。
图2为赤泥沉淀洗涤系统及分解板式换热工艺本发明流程。
本发明的工艺为：溶出新蒸汽加热后的冷凝水含有大量的余热，这部分冷凝水经闪蒸后产生大约22t／h的二次蒸汽，其中大部分送蒸发，约占总量的60％(13t／h)，其余进赤泥沉降洗涤系统。送蒸发的溶出二次蒸汽正常情况下用作强制循环蒸发器的加热蒸汽，强制效不开时，进Ⅱ效蒸发器。
进赤泥沉降洗涤系统的二次蒸汽通过蒸汽管通入各次洗涤沉降槽中，以加热赤泥洗液，为了保证加热效果，同时避免液面被蒸汽搅浑，蒸汽管插入槽内的深度要合适，一般以插入液面下1．5m为宜。通入二次汽后，一、二次洗涤槽的温度可提到95℃以下，三次洗涤槽的温度在85℃以上(可以更高，但温度过高会对赤泥过滤机操作不便)。
在溶出出现加热管束泄漏造成二次蒸汽带料等情况时，二次汽不送蒸发，而是全部进沉降洗涤系统。
由于二次洗液被提温到95℃以上，能够满足苛化的温度要求，不必经分解板式与精液换热而直接送一次洗涤槽，因此取消原设计的Ⅰ级板式，精液热交换由四级板式换热改为三级，即：Ⅱ、Ⅲ级仍为精液与分解母液换热，Ⅳ级为精液与冷却水换热，精液温度由Ⅳ级板式调节。腾出来的Ⅰ级板式作为备用。改为三级板式换热后，分解母液的温度可由原来的不足80℃提高到92℃以上。该工艺为世界首创，换热后的分解母液温度为目前国际最高水平。
本发明的主要工艺条件为：
1、溶出新蒸汽冷凝水二次汽：温度145～165℃压力3～6bar流量20～25t／h
其中送蒸发12～15t／h，沉降洗涤8～10t／h
2、赤泥沉降洗涤系统各槽温度：一洗95～100℃二洗95～98℃三洗85～90℃
3、板式换热器：精液：板式进口105～108℃ Ⅲ级出口65～75C
板式出口58～62℃
母液：板式进口50～56℃ 板式出口90～95℃
本发明的效果与效益：
1996年元月份开始实施新蒸汽冷凝水二次蒸汽加热赤泥沉降洗涤及板式系统流程改进，首先将溶出二次汽送沉降洗涤槽，取消了分解Ⅰ级板式，赤泥二次洗液直接进一洗沉降槽，投用后效果良好。以后又将二次汽引入蒸发工序，使溶出二次汽的利用更为合理，经过不断改进，本发明更趋完善。运行4年多来，取得了显著的经济效益和社会效益。
－－充分利用了溶出冷凝水二次汽，节约了能源，减少了环境噪音，防止了碱蒸汽污染；
－－溶出二次蒸汽送赤泥洗涤和蒸发系统，解决了新蒸汽冷凝水闪蒸罐振动及压力波动问题，保证了溶出系统的可靠运行，提高了机组运转率；
－－溶出二次汽加热沉降洗涤系统，改善了沉降系统工艺操作条件。由于洗涤温度提高，洗液浮游物好转，赤泥过滤机产能增加，弃赤泥附碱降低，氧化铝在沉降洗涤过程中的损失大为减少，氧化铝总回收率得以提高；
－－增加了洗涤系统的可靠性。如可直接用生产上水补充到洗涤槽中，也不会跑浑。1997年7月由于右江沿岸山体滑坡，江水含泥量大，动力厂水处理能力大大降低，致使热电厂软水处理系统几乎瘫痪，溶出冷凝水全部送热电，沉降无洗涤用热水，只好从消防栓引入大量浑浊水直接补充到洗涤沉降槽中，仍然保证了生产的正常运行；
－－二次洗液不走板式后，Ⅰ板式换热器改为精液全部与母液进行换热，既简化了流程，又提高了分解母液预热温度；
－－由于二次洗液不与精液进行热交换，Ⅰ级板式可以取消而作为其它几级板式的备用，同时避免了该级板式的硅渣结疤问题，延长了板式的化学清理周期，板式换热器的使用寿命更长；
－－分解母液(蒸发原液)温度提高后，既减轻了蒸发负荷，又节约了大量能源；
－－溶出二次汽进蒸发，不仅使蒸发汽耗大大降低，而且由于强制效使用单独的汽源，蒸发运行更为稳定。
改进前后的技术经济指标如表1所示。
每年取得的经济效益：
1、溶出新蒸汽冷凝水二次蒸汽的节能
计算条件：二次蒸汽流量：22t／h 工厂运转率：95％
蒸汽利用率：90％ 蒸汽单价：70元／t
计算结果：节约的蒸汽量为： 8760×22×0．95×0．90=164775．6(t)
价值：164775．6×70=11534292(元)
2、提高母液温度及蒸发用溶出二次蒸汽所节约的蒸汽
由于分解板式流程的改进，蒸发原液温度由78℃提高到92℃，同时，蒸发使用溶出二次蒸汽，使得蒸发汽耗大幅度降低，低压蒸汽单耗由设计的1．5t／t降为目前的1．14t／t。以40万吨／年计
节约的蒸汽量为：400000×0．36=144000(t)
价值：144000×70=10080000(元)
3、总经济效益：年节约的蒸汽总量：164775．6+144000=308775．6(t)
总价值：11534292+10080000=21614292(元)
实施例：
生产实例1：
溶出新蒸汽冷凝水二次蒸汽：温度165℃，压力6bar，流量25t／h
其中送蒸发15t／h，送沉降洗涤10t／h
赤泥洗涤沉降槽温度：一次洗涤100℃
二次洗涤98℃
三次洗涤90℃
板式换热：精液温度：板式进口108℃Ⅲ级出口75℃板式出口62℃
母液温度：板式进口：55℃
板式出口：95℃
生产实例2：
溶出新蒸汽冷凝水二次蒸汽：温度145℃压力3bar流量20t／h
赤泥洗涤沉降槽温度：一次洗涤95℃
二次洗涤95℃
三次洗涤85℃
板式换热：精液温度：板式进口105℃、Ⅲ级出口65℃、板式出口58℃
母液温度:板式进口：50℃
板式出口：92℃
本发明的实施不仅充分利用了氧化铝溶出二次蒸汽，节约了能源，而且找到了赤泥沉降洗涤和分解板式换热的新工艺，同时简化了这些工序的工艺流程，改善了操作条件，技术指标得以优化，使蒸发原液温度由80℃提高到92℃，达到目前国际最高水平，节能降耗效果显著。
表1：改进前后技术经济指标比较
| 指标名称 | 设计值 | 1995年9－12月 | 1996年 | 1999年 |
| 一次洗液浮游物(mg／l) | - | 246 | 176 | 126 |
| 赤泥滤饼含水率(％) | 47 | 27．54 | 30．55 | 32．37 |
| 外排赤泥附碱(kg／t－干赤泥) | 5 | 6．74 | 7．90 | 3．16 |
| 沉降系统AO损失(kg／t－AO) | - | 20．15 | 16．93 | 15.23 |
| 氧化铝总回收率(％) | 81．5 | 71．86 | 78．89 | 82．16 |
| 蒸汽消耗(t／t)其中：高压蒸汽低压蒸汽 | 4．02．51．5 | 4．342．601．74 | 4．062．581．48 | 3．452．311．14 |
| 综合能耗(kg标煤／t－AO) | 590．0 | - | 633．8 | 515．9 |
| 赤泥过滤机产能(kg／m2·h) | 200 | 143．2 | 172．5 | 200．9 |
Claims (1)
1、一种氧化铝赤泥洗涤直接加热及分解板式换热工艺，其特征在于：
a、溶出新蒸汽冷凝水二次蒸汽用于加热赤泥洗涤系统和用作蒸发热源；
b、赤泥沉降洗涤系统加热方式采用向洗涤沉降槽直接通入二次蒸汽的方法对赤泥沉降洗涤系统进行加热；
c、板式热交换工艺流程采用精液全部与分解母液及水换热。
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