管道化溶出.終極版

管道化溶出管道化溶出組長：魏士杰組員：李銘郭西強(qiáng)馬晨濤唐文超第第頁目錄第一章鋁土礦及其溶出1鋁土礦溶出發(fā)展背景···························21.2低溫拜耳法生產(chǎn)工藝·························21.3管道化溶出技術(shù)的特點·························4第二章鋁土礦溶出工廠及設(shè)備2.1鋁土礦溶出器種類···························62.2氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)····························82.3鋁土礦溶出主要設(shè)備························9第三章長城鋁業(yè)實例3.1管道化溶出實例分析··························143.2主要技術(shù)參數(shù)·····························143.3主要特點·······························14第四章相關(guān)計算4.1計算流程·······························154.2計算結(jié)果與分析····························174.3結(jié)論·································21第五章其他5.1管道化溶出改進(jìn)意見··························225.2管道化溶出在其他地方的應(yīng)用······················23圖3主要設(shè)備為9臺種分槽,5臺100擴(kuò)立盤過濾機(jī)作為種子過濾機(jī),2臺51m^2平盤過濾機(jī)作為氫氧化鋁分離洗滌過濾機(jī)。1.2.4蒸發(fā)工序蒸發(fā)工序主要任務(wù)是將種分母液蒸發(fā)制備循環(huán)母液,去除流程中多余的水分,保持流程的液量平衡,降低蒸發(fā)汽耗,同時還要進(jìn)行循環(huán)水及軟水的供應(yīng)"主要指標(biāo)是:蒸發(fā)母液Nk:185一1959/1,蒸發(fā)汽水比:≤3t-水/t-汽。蒸發(fā)工序流程見圖4：圖41.3管道化溶出技術(shù)的特點管道溶出器可實現(xiàn)比壓煮器更高的溶出溫度或更高的溶出壓力。它是鋁土礦強(qiáng)化溶出技術(shù)的主要發(fā)展方向,礦漿在管道內(nèi)呈高速湍流狀態(tài),傳熱、傳質(zhì)效果更佳,且無返混現(xiàn)象,因而可顯著縮短溶出時間,大大提高設(shè)備利用率,且所需設(shè)備容積較小,投資也少。由于間接加熱,不存在溶出礦漿被加熱蒸汽冷凝稀釋問題,所以可實現(xiàn)低堿濃度溶出,從而大大降低了母液的蒸發(fā)負(fù)荷,使整個氧化鋁生產(chǎn)過程能耗可降至最低。另外,管道溶出器的機(jī)械轉(zhuǎn)動部分僅有隔膜泵,其維修比較方便。1.3.1熱耗低管道化溶出過程在管道中進(jìn)行,熱量通過管道傳遞到礦漿,進(jìn)而提高礦漿溫度。其他溶出方式如壓煮器組溶出，蒸汽直接加熱攪拌和間接加熱機(jī)械攪拌溶出,礦漿的流動狀態(tài)均不如管道化溶出過程強(qiáng)烈"管道化溶出礦漿成高度湍流狀態(tài),雷諾系數(shù)數(shù)高達(dá)10^5,所以溶出過程中氧化鋁的溶解速度呈級數(shù)級提高,噸氧化鋁溶出所需容積可從壓煮器組溶出的2m^3.t^-1-AL2O3減少到0.1m^3.t^-1-AL2O3。同時,壓煮器組中的礦漿溶出為全混流溶出,進(jìn)入壓煮器組的礦漿馬上與己反應(yīng)的料漿混合,使周圍游離堿濃度降低,MR降低,不但不利于溶出,而且不可避免地發(fā)生料漿短路現(xiàn)象。而管道化溶出器中礦漿呈活塞流,礦漿濃度僅沿流動方向變化,沿徑向是均勻的,不存在返混現(xiàn)象"因此,作為以物質(zhì)濃度差為推動力的鋁土礦高溫強(qiáng)化溶出來說,活塞流的管道化溶出比全混流的高壓釜串聯(lián)溶出要優(yōu)越,有利于強(qiáng)化溶出過程。除此之外,管道化溶出中,礦漿在加熱溶出管內(nèi)流速快,高度湍流,大大強(qiáng)化了礦漿與熱載體之間的傳熱,在溶出溫度相同的情況下,所需傳熱面積大大減少,減少換熱設(shè)備數(shù)量,在相同換熱面積情況下,可使溫度快速提高,使溶出用堿濃度大幅度降低。溶出后漿液的自蒸發(fā)量大,可降低蒸發(fā)過程負(fù)荷,降低蒸發(fā)熱耗"乏汽得到再利用,熱耗和壓煮器相比大大降低。1.3.2投資少提高溶出溫度是強(qiáng)化拜耳法溶出的重要措施,提高溶出溫度不僅提高氧化鋁溶出率，縮短溶出時間，降低循環(huán)母液濃度和溶出液的MR,還可改善赤泥的沉降性能,提高沉降分離洗滌效率。但是隨著溶出溫度的提高,溶出器的壓力急劇升高,壓煮罐的承壓要求也隨之提高,設(shè)備投資費用升高,建設(shè)投資費用升高。實踐證明管道化預(yù)熱溶出器可以滿足和適應(yīng)不同溫度需求的各類型礦石溶出要求。管道化溶出器在設(shè)備總投資上占壓煮器溶出罐的70%一80%,管道化溶出的土建投資費用也較低。1.3.3操作維護(hù)簡單管道化溶出器在生產(chǎn)維護(hù)和操作上具有較多優(yōu)點：(1)操作容易，經(jīng)過大量的設(shè)備更新改造,設(shè)備的自動化程度不斷提高,可實現(xiàn)微機(jī)自動控制和現(xiàn)場手動控制切換,使操作變的更加簡單容易"；(2)是開停車時間短，實踐證明,通過對預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱,在預(yù)熱溫度超過正常生產(chǎn)所需溫度40℃預(yù)熱壓力超過正常工作壓力25%時即可進(jìn)料開車；(3)是無攪拌等傳動裝置,維修簡單方便。管道化預(yù)熱器不同于壓煮器,礦漿在加熱。溶出管內(nèi)高度湍流,流速快,其保溫罐僅作為保溫容器使用,不需要專門的機(jī)械攪拌裝置強(qiáng)化其溶出過程,減少了檢修工作量；(4)清理方法簡單"化學(xué)清理代替人工清理,清理工作量大幅降低；(5)是可以采用傳熱效率更高的有機(jī)溶劑或熔鹽加熱提溫；第二章2.1國內(nèi)外管道化溶出器德國聯(lián)合鋁業(yè)公司使用多管單流法溶出器，主要技術(shù)特點是:可根據(jù)原礦漿不同溫度下的傳熱情況，采用礦漿加熱、二次蒸汽加熱和熔鹽加熱;多管單流法;根據(jù)溶出結(jié)疤程度，可更改石灰添加點;熔鹽爐熱效率較高;溶出溫度較高。匈牙利多管多流溶出裝置主要技術(shù)特點是:管道直徑較小，有利于傳熱;多管多流法;很高的傳熱系數(shù)和運轉(zhuǎn)率。法國單管預(yù)熱一高壓釜溶出裝置。比較國外三種管道溶出器的特點，見表1：項目名稱德國聯(lián)合鋁業(yè)公司法國彼施涅鋁業(yè)公司匈牙利鋁業(yè)公司裝置形式預(yù)熱段單流法一間接加熱8-10級自蒸發(fā)4根內(nèi)管φ4單流法-間接加熱7級自蒸發(fā)單根內(nèi)管φ8多流法-間接加熱3根內(nèi)管(φ4)2根輸送加熱段4根內(nèi)管φ4單根內(nèi)管φ83根內(nèi)管(φ4)1根輸送單位長度的加熱中間值較小值較大值加熱介質(zhì)和參數(shù)熔鹽400℃高壓蒸汽4.05xPa高壓蒸汽70.9XPa裝置處理能力290原礦漿·150原礦漿·110原礦漿·鋁土礦類型一水軟鋁一水軟鋁石一水軟鋁石溶出溫度278℃<238℃263℃循環(huán)母液濃度NO240g*LNO220g*LNO220g*L保溫停留時間幾分鐘30min20min添加劑加入點石灰一前加或后加石灰一前加石灰一前加溶出后MR結(jié)疤清洗1.39-1.44化學(xué)清洗和水力清洗結(jié)合，每隔2個月沖洗一次，每次48小時1.39-1.44化學(xué)清洗和水力清洗結(jié)合，每隔1個月沖洗一次，每次12小時1.40-1.41運行中三內(nèi)管倒換輸送堿液，清洗結(jié)疤，另每月停車酸洗或水內(nèi)管腐蝕程度運行數(shù)年，據(jù)說內(nèi)管未更換過較嚴(yán)重，每年內(nèi)管更換一次高壓活塞泵垂直式多缸單作用隔膜泵(每組一臺)臥式雙缸雙作用隔膜泵(每組一臺)堿液沖洗和帶隔膜管的活塞泵(每組二臺)管道結(jié)構(gòu)和組裝復(fù)雜簡單最復(fù)雜表1目前我國主要有三種溶出技術(shù)，它們是:中鋁河南分公司引進(jìn)的德國管道化溶出;中鋁廣西分公司和中鋁山西分公司引進(jìn)的法國單管預(yù)熱一高壓釜溶出;我國自主研制成功并應(yīng)用的管道化一停留罐溶出。上述三種強(qiáng)化溶出技術(shù)主要針對一水鋁石型鋁土礦，而中鋁山東分公司拜耳法生產(chǎn)線采用的是印尼進(jìn)口的三水鋁石型鋁土礦，溶出溫度138℃以上即可，為此中鋁山東分公司自行設(shè)計了第一組管道化溶出設(shè)備。目前該設(shè)備內(nèi)管為φ168mm，長度為1682m。此套設(shè)備無預(yù)脫硅系統(tǒng)，直接將磨制好的礦漿送入管道化進(jìn)行加熱溶出，達(dá)到出料溫度后進(jìn)入保溫罐進(jìn)行脫硅。2.2氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)2.2.1國外主要氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)世界上有很多氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)，主要是美鋁、中鋁、加鋁、法鋁等。美鋁世界上最大的氧化鋁、原鋁和鋁材生產(chǎn)企業(yè)，在30多個國家有分支機(jī)構(gòu)，在世界各地進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)和鋁土礦開采。在世界各地美鋁有多個氧化鋁生產(chǎn)廠，主要在澳大利亞，由于鋁土礦品位較低，生產(chǎn)1噸電解鋁需要7噸鋁土礦。加拿大鋁業(yè)公司原為美國鋁業(yè)公司的子公司，1928年脫離了美國鋁業(yè)公司，成立了現(xiàn)在的加拿大鋁業(yè)公司，1985年兼并英國鋁業(yè)公司，2002年兼并瑞士鋁業(yè)公司，2004年收購法國彼施涅鋁業(yè)公司，成為世界級跨國鋁業(yè)公司，氧化鋁產(chǎn)能約650萬噸/年，電解鋁產(chǎn)能約350萬噸/年。2.2.2我國氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)新中國成立后，山東、鄭州、貴州、山西、中州、平果等氧化鋁企業(yè)先后建立，現(xiàn)在屬于中國鋁業(yè)公司，分別為公司下屬的山東分公司、河南分公司、貴州分公司、山西分公司、中州分公司和廣西分公司，曾一度主導(dǎo)中國的氧化鋁工業(yè)。“十五”期間，中國氧化鋁綜合能耗降到1000kg.t'以下，為986kg.f1，與2000年相比降低了226kg.t，堿耗降低至73.8kg.t，總回收率88.29%，氧化鋁制造成本1500元.t以下，基本情況見表2：名稱生產(chǎn)方法投產(chǎn)時間產(chǎn)量/萬t氧化鋁堿耗/kg.t-1.山東分公司燒結(jié)法為主1954年11881.2河南分公司混聯(lián)法1965年16863.0貴州分公司混聯(lián)法1978年9468.1山西分公司混聯(lián)法1987年15158.2中州分公司燒結(jié)法為主1992年15562.3廣西分公司混聯(lián)法1995年9364.5表22.3鋁土礦溶出主要設(shè)備2.3.1管道溶出器管道溶出器是管道化強(qiáng)化溶出技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備之一,礦漿中鋁鹽的溶出大部分都是在管道中進(jìn)行的。管道化間接加熱器按常規(guī)的分類方法,應(yīng)屬于套管式換熱器。在國外氧化鋁生產(chǎn)的管道化溶出系統(tǒng)中,這種加熱器得到了廣泛的應(yīng)用。我國也在90年代引進(jìn)了一套西德的管道化溶出裝置,爾后在間接加熱連續(xù)脫硅工程和管道化創(chuàng)新工程中也大量應(yīng)用了這項設(shè)備,并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。2.3.2自蒸發(fā)式管道化溶出器中的溶出過程經(jīng)研磨后的含有NaOH的原礦漿經(jīng)隔膜泵送入管道內(nèi)，首先經(jīng)最后一級自蒸發(fā)器出來的溶出漿進(jìn)行熱交換（礦漿換熱），加熱至76~83℃；然后由各級自蒸發(fā)器排出來的蒸汽進(jìn)行多級預(yù)熱（乏汽換熱），加熱至約174℃；最后進(jìn)入高溫段，由熔鹽作為加熱介質(zhì)加熱（熔鹽換熱），升溫至266℃。經(jīng)歷這些高溫過程，氧化鋁便從礦石中溶解出來，為之后的提純氧化鋁做準(zhǔn)備。管道化溶出技術(shù)作為拜耳法的重要手段，其中涉及很多傳動、傳熱、傳質(zhì)的現(xiàn)象。工程師們一直致力于在這幾方面開發(fā)新技術(shù)、采用更加適宜的條件和裝置規(guī)格，力求最大程度提高效率、節(jié)約成本。2.3.3自蒸發(fā)式管道化溶出器結(jié)構(gòu)所有管道采用內(nèi)外管結(jié)構(gòu)，外管中有四根內(nèi)管，內(nèi)管內(nèi)徑114mm，壁厚9mm。其中分別有：礦漿換熱段（LWT段）1段，總長150米，乏汽換熱段（BWT段）10段，總長2000米，熔鹽換熱段（SWT段）4段，總長400米。管道溶出器的結(jié)構(gòu)。該管道化溶出系統(tǒng)的管道化間接加熱器采用幾段加熱器串聯(lián)而成。每段加熱器由內(nèi)管和外管組成套管結(jié)構(gòu)。內(nèi)管為加熱介質(zhì),套管中為被加熱介質(zhì)。段與段之間管相通,使被加熱介質(zhì)經(jīng)過幾級加熱,溫度逐漸升高。每段加熱器的外套管自成體系,與其它段不相通,分別通入溫度和壓力不等的加熱介質(zhì)。為補(bǔ)償換熱器中的內(nèi)、外管間因溫度不同而產(chǎn)生的膨脹差,設(shè)計時將傳統(tǒng)套管式的套管做了一定的變動,將套管向一側(cè)延長至彎管部分,利用彎管結(jié)構(gòu)來補(bǔ)償內(nèi)外管的膨脹差。2.3.4熔鹽加熱爐熔鹽加熱爐的構(gòu)造是盤管式,即熔鹽在沿爐身的盤管中流動。熱源有燃煤、燃油、燃?xì)狻㈦娂訜岬刃褪?。爐型有圓筒型和方箱型兩種。整個爐子主要由爐體和燃燒系統(tǒng)兩部分組成。(1).爐體熔鹽加熱爐的爐體由加熱盤管和殼體組成,如圖所示。加熱盤管是由直徑相同(或異同)的密集的鋼管沿爐身盤卷而成,進(jìn)出口通過集合管匯集成一個管口進(jìn)出,為了充分利用熱量,加熱盤管又分輻射受熱面和對流受熱面,以管程密布作“隔墻”,控制高溫?zé)煔獾牧鲃臃较?。加熱盤管內(nèi)圈里面形成輻射傳熱面,接受燃燒系統(tǒng)所產(chǎn)生的輻射熱能,而在加熱盤管的對流段內(nèi),高溫?zé)煔庠诹鲃又袑崃總鬟f給爐管,從而對爐管內(nèi)的熔鹽加熱。熔鹽加熱爐的熔鹽運行溫度高達(dá)350℃一550℃,加熱后各盤管的出口處熔鹽的溫度差必須盡量小,否則難以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。盤管數(shù)與熔鹽的導(dǎo)程(循環(huán)回路)相關(guān),可根據(jù)熔鹽的循環(huán)量、加熱管口徑和壓力損失等來決定。熔鹽加熱爐燃燒室的設(shè)計,首先要使火焰不能燃及加熱管,而且要能產(chǎn)生最合適的熱強(qiáng)度(單位面積的傳熱量)。此熱強(qiáng)度對加熱管的管壁溫度影響很大,若過大則將縮短熱載體壽命。燃燒室產(chǎn)生的高溫燃燒氣體(1000一1100℃)在內(nèi)、外盤管的間隙中流動,其通過面以強(qiáng)制對流方式傳熱,熔鹽的流動方向與燃燒氣體的流動方向相反,通過此種強(qiáng)制對流,可獲得較大的對數(shù)平均溫差。(2).燃燒系統(tǒng)①燃煤熔鹽加熱爐燃煤熔鹽加熱爐的燃燒系統(tǒng)由爐排、燃燒室、通風(fēng)裝置、節(jié)能裝置、伺煤機(jī)構(gòu)、出渣機(jī)構(gòu)、煙囪等組成。(a)爐排:爐排型式有多種,常用的是鏈條爐排、往復(fù)爐排。(b)燃燒室:煤在爐排上燃燒分為預(yù)熱區(qū)(干餾區(qū))、燃燒區(qū)和燒盡區(qū)。(C)通風(fēng)裝置:主要由鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和煙道、除塵器等組成,設(shè)計時要考慮合理的選用。(d)節(jié)能裝置:爐子排出的高溫?zé)煔?400~600℃)要帶走全爐熱能的30%一40%,故應(yīng)進(jìn)行回收利用,一般回收利用的方法是在排煙系統(tǒng)內(nèi)加余熱回收裝置,加余熱回收裝置后,爐子的熱效率可提高10%一15%。(e)伺煤機(jī)構(gòu):上煤操作一般采用機(jī)械上煤,如:斗式一[煤機(jī)(分為直爬式和斜爬式)、翻斗式上煤機(jī)。(f)除渣機(jī)構(gòu):除渣機(jī)采用螺旋式或刮板式兩種(屬于干法除渣)。(g)煙囪:煙囪的抽氣比煙氣總阻力(輻射、對流、煙道及除塵等阻力降低之和)大于20MPa即可,不設(shè)引風(fēng)裝置時,煙囪內(nèi)煙氣流速應(yīng)保持在8一12m/S,設(shè)有引風(fēng)裝置強(qiáng)制通風(fēng)時,煙氣流速可達(dá)20一3Om/S。②燃油(氣)熔鹽加熱爐燃油(氣)熔鹽加熱爐的燃燒系統(tǒng)由燃燒器、防爆門、煙囪等組成。(a)燃燒器:小型或中型的爐子采用平衡送風(fēng)式,配有風(fēng)機(jī)、油泵整裝為一體式的燃燒器;中型或大型爐子所用的燃燒器附屬配套設(shè)備,需要單獨配置。(b)防爆門:煙道防爆門應(yīng)開啟靈活,附近不得有其他障礙物,防爆門的安全銷應(yīng)裝牢。(C)煙囪:煙道截面不得小于爐體出煙口處截面。熔鹽爐的優(yōu)點是溫度高,而且蒸汽壓力低,使用安全,設(shè)備投資低,加熱爐可以以煤、重油、天然氣為原料(在鄭州鋁廠所使用的燃料為天然氣)。而且熔鹽的溫度便于調(diào)節(jié),在加熱表面因有結(jié)疤而使傳熱系數(shù)降低時,可以適當(dāng)提高熔鹽溫度來彌補(bǔ)。缺點是它的比熱小,只能提供顯熱,循環(huán)量大。2.3.4熔鹽通常,熔鹽爐所使用的熔鹽是由53%KNO3,7%NaNO:和40%NaNO3或者是45%NaNOZ和55%KNO:組成的共晶體。熔鹽的主要物性參數(shù)為l'8一20]:傳熱系數(shù)入2一o.3867w/(m℃),運動粘度U一2.9x10一,mZ/s,比熱ep一1.42kJ/(kgoC),密度p=1848kg/m,,熔點為142aC,沸點為680℃,加熱至550℃仍不至分解。在各種溫度工況下的行為表現(xiàn)為I'0]:(l)在常溫下,新鹽是白色粉末狀固體,易潮解,屬無機(jī)氧化劑,熔點142.2℃。舊鹽是白色固體,熔點提高到165℃。(2)熔鹽的最佳使用溫度圍400一500℃。當(dāng)溫度升高至550℃時,開始出現(xiàn)分解現(xiàn)象;至620℃時,劇烈分解,被稱為危害溫度;至680℃時,熔鹽沸騰(即汽化)。(3)熔鹽系無機(jī)類化工產(chǎn)品,它雖然屬于氧化劑,但在正常情況下,是比較穩(wěn)定的。但是在某些外界情況影響下,也會發(fā)生物理和化學(xué)變化,特別是在熱態(tài)。例如在熔鹽爐加熱過程中,若操作不當(dāng),產(chǎn)生過熱,載熱體將發(fā)生分解反應(yīng)。綜上所述,熔鹽類熱載體的耐熱穩(wěn)定性能好,其傳熱系數(shù)是其它有機(jī)載熱體的兩倍,而且溫度在600℃以下時,幾乎不產(chǎn)生蒸汽,是使用溫度在400℃以上時的最好載熱體。2.3.5熔鹽加熱系統(tǒng)熔鹽加熱系統(tǒng)由熔鹽加熱爐、循環(huán)泵及熔鹽槽構(gòu)成。首先將粉末狀的混合無機(jī)鹽放入熔鹽槽內(nèi),通過槽內(nèi)安裝的高壓蒸汽加熱管加熱熔化,直至加熱到槽內(nèi)的熔鹽可以用循環(huán)泵打入循環(huán),使整個系統(tǒng)成為流動可循壞狀態(tài)后,送到熔鹽加熱爐內(nèi)加熱,加熱到特定溫度的熔鹽被輸送到用熱設(shè)備。供熱后,再沿循環(huán)系統(tǒng)流回熔鹽加熱爐,上述過程不斷循環(huán),構(gòu)成熔鹽加熱系統(tǒng)。熔鹽加熱系統(tǒng)將熔融狀態(tài)的熔鹽通過循環(huán)泵輸送給加熱爐之前在系統(tǒng)中需要對加熱管進(jìn)行預(yù)熱,以防止熔鹽在加熱管中固化。加熱管的加熱是利用燃燒所生成的熱風(fēng),此時加熱管是空燒,必須對其壁溫進(jìn)行控制。另外,用熱設(shè)備及循環(huán)系統(tǒng)的配管最初也是常溫狀態(tài),需清除蒸汽冷凝液后再用熱風(fēng)循環(huán)加熱。熔鹽加熱系統(tǒng)的配管設(shè)計、用熱設(shè)備的構(gòu)造對熔鹽正常循環(huán)很重要。若熔鹽在系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)滯留因放熱而固化,則可引起加熱管的堵塞,當(dāng)運行停止時,循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的全部熔融鹽要排入熔鹽槽。在配管設(shè)計時,必須有合理的彎曲度,以防止有殘液滯留。熔鹽槽必須安置在最低處,在系統(tǒng)停車或停止運行時,為防止熔融槽內(nèi)的鹽固化可用蒸汽或電熱爐加熱,使其溫度保持在熔點以上。一旦熔鹽槽內(nèi)出現(xiàn)了固化,再熔融則很困難。熔鹽屬于危險品,使用時必須十分注意安全。熔融槽內(nèi)充入了一定的惰性氣體,且處于正壓狀態(tài),當(dāng)檢修孔打開時,高溫熔鹽如和有機(jī)物接觸,則能引起著火、爆炸。熔鹽與水接觸也容易出現(xiàn)蒸汽爆炸,因此,打開檢修孔時必須十分注意。熔融槽的容積必須充分考慮粉狀熔鹽操作時增加的容量及停止運行時高溫熔鹽的排放量。

第三章3.1長城鋁業(yè)工藝流程在研制一水硬鋁石管道化溶出技術(shù)方案時,針對河南一水硬鋁石鋁土礦可磨性差、硅礦物結(jié)構(gòu)形態(tài)復(fù)雜、難溶等特點,設(shè)置了磨礦、化灰、原礦漿預(yù)脫硅、管道化溶出、熔鹽加熱、和酸洗等工序,使之成為了一個適合我國一水硬鋁石的管道化溶出系統(tǒng),溶出工藝流程如圖1所示3.2主要工藝技術(shù)參數(shù)(1)循環(huán)母液濃度:Na2Ok=160g/l;(2)石灰添加量:CaOf為7%;(3)溶出溫度:270～280℃;(4)溶出時間:10分鐘;(5)溶出αk:1.5～1.55;(7)氧化鋁溶出率:>80%3.3主要特點⑴溶出溫度高,礦漿湍流程度大,強(qiáng)化了溶出過程,溶出時間短、效果好,可以節(jié)約停留段投資。⑵能耗低。實現(xiàn)了低堿濃度、多級閃蒸二次蒸汽和融鹽間接和高溫強(qiáng)化溶出,系統(tǒng)熱耗大幅度降低,溶出和蒸發(fā)熱耗可降低8.0GJ/t·Al2O3以上。⑶石灰后加,能有效地防止高溫段生成結(jié)疤,可以延長清洗周期,提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)率。⑷管道化加熱裝置和壓煮器相比占地面積大。⑸存在加熱管道的結(jié)疤和磨損問題。⑹系統(tǒng)的工作壓力和溫度高,對喂料泵及管道化加熱裝置的材質(zhì)有特殊要求第四章4.1計算流程采用10級自蒸發(fā)(最后一級自蒸發(fā)不參與預(yù)熱),9級預(yù)熱,5級熔鹽加熱。其中預(yù)熱各級管長192.2m,溶出各級管長77m,內(nèi)管數(shù)目4,各管內(nèi)徑100mm,管壁厚度5mm,礦漿總流量270m3/h,礦漿Na2O總濃度280g/L,Al2O3濃度241g/L。由于整個系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此模擬時將上述各加熱段模塊化分別計算，然后用接口數(shù)據(jù)(礦漿及蒸汽物性)連接各模塊，最后用礦漿的入口、出口數(shù)據(jù)來控制原礦袋溶出礦漿交換熱大小。而對于一些相對獨立的部分，大致提出算法如下。4.1.1預(yù)熱與溶出段I預(yù)計第i級交換熱QEx（i）。QEx（i）=CslGsl(Tsl(i)-Tsl（i-1））式中Csl為礦漿熱容;Gsl為礦漿流重;Tsl(i)為第i級礦漿出口溫度;Tsl（i-1）為第i級礦漿進(jìn)口溫度。同時計算各級熱損失QLo（i）QLo（i）=QEx（i）η(i)式中η(i)為第i級熱效率。Ⅱ.計算第i級礦漿及熔鹽(蒸汽和冷凝水)Tsl(i),Tme(i)(Tst(i),Tco(i))。Ⅲ.計算第i級設(shè)備產(chǎn)能QWa(i)。QWa(i)=F(i)K(i)Δtep(i)式中F(i)為第i級熱交換面積;F(i)=πrtu2ltu,rtu為管道內(nèi)半徑;ltu為單級管長;K(i)為第i級綜合傳熱系數(shù),K(i)=1/【1/α1+δ1/λ1+δ2/λ2+1/β】,δ1為管壁厚度,δ2為結(jié)疤厚度,α1為熔鹽(冷凝蒸汽)到管壁的傳熱系數(shù),β為管子到礦漿傳熱系數(shù),β=4500,ω為礦漿流速,λ1為管道鋼導(dǎo)熱率,λ2為結(jié)疤導(dǎo)熱率;Δtep(i)為第i級平均對數(shù)溫差Ⅳ.如果|QEx(i)+QLo(i)-QWa(i)|<σ,則計算第i+1級,否則重新調(diào)整QEx(i),重復(fù)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ步驟。Ⅴ.得到結(jié)果。4.1.2自蒸發(fā)段Ⅰ.已知自蒸發(fā)段第i級溫度分布Tsl(i),預(yù)計該級自蒸發(fā)量Vst(i)及蒸汽重Gst(i)。Ⅱ.計算第i級礦漿的堿濃度Ntsl(i)。式中Vsl(i)為第i級礦漿流量,Vsl(i)=Vsl(i-1)-Vst(i)。Ⅲ.第i級鋁酸鈉溶液的飽和蒸汽壓力P(i)只與總堿濃度相關(guān),而受氧化鋁濃度影響很小:式中PW為水的飽和蒸汽壓力[11],P(i)PW75℃=1-K1-P(i)PW75℃,而1-P(i)PW75℃可查表,K與礦漿苛性比MR有關(guān):K=1.04+0.246(1/MR);ΔP(i)PWTsl和δ均與Ntsl(i)有關(guān),可查表得出。Ⅳ.計算無堿時的礦漿沸點T′sl[12]。T′sl=178.74P(i)/10-0.6P(i)/10Ⅴ.計算第i級蒸汽單位熱焓Hst(i)[11]。Hst(i)=-37.81x3-29.07x2+79.79x+639.3式中x=(T′sl-100)/210。計算第i級蒸發(fā)后礦漿熱容Csl(i)。Csl(i)=(Gsl(i-1)Csl(i-1)-Gst(i))/Gsl(i)。Ⅵ.計算第i級蒸汽重G′st(i)。G′st(i)=(Gsl(i-1)Csl(i-1)Tsl(i-1)-Gsl(i)Csl(i)Tsl(i))/Hst(i)Ⅶ.如果|G′st(i)-Gst(i)|<σ,則計算第i+1級,否則重新調(diào)整Gst(i),重復(fù)Ⅰ至Ⅵ步驟。Ⅷ.得到結(jié)果。4.2計算結(jié)果與分析4.2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)本文以原長城鋁業(yè)公司管道化溶出系統(tǒng)所用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),表2中結(jié)疤厚度及熱效率數(shù)據(jù)為自定。采用10級自蒸發(fā)(最后一級自蒸發(fā)不參與預(yù)熱),9級預(yù)熱,5級熔鹽加熱。其中預(yù)熱各級管長192.2m,溶出各級管長77m,內(nèi)管數(shù)目4,各管內(nèi)徑100mm,管壁厚度5mm,礦漿總流量270m3/h,礦漿Na2O總濃度280g/L,Al2O3濃度241g/L。所用原料及設(shè)備的物理性質(zhì)為:結(jié)疤導(dǎo)熱系數(shù)5.852kJ/(m·h·K),管道鋼導(dǎo)熱系數(shù)188.1kJ/(m·h·K),礦漿初始熱容3.27kJ/(kg·K),熔鹽熱容3.27kJ/(kg·K),冷凝水熱容4.18kJ/(kg·K),礦漿密度1.55×103kg/m3。其他一些工藝參數(shù)見表1和表2。4.2.2能量平衡表由上面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算的各個部分的礦漿熱利用情況如表3所示?？梢钥吹綗峤粨Q主要發(fā)生在二次蒸汽預(yù)熱段和熔鹽加熱段,二次蒸汽預(yù)熱段的熱量來源于礦漿自蒸發(fā)段,而整個系統(tǒng)熱量僅由熔鹽加熱段的進(jìn)口熔鹽來提供,怎樣減少熔鹽加熱段熱量需求量就成了研究的關(guān)鍵。4.2.3預(yù)熱段能量分析(1)單級結(jié)疤厚度對出口冷凝水溫度的影響。由于模擬結(jié)果顯示冷凝水出口溫度在預(yù)熱段1-6級中(按圖1級數(shù)編號)受結(jié)疤厚度影響很小,所以僅保留6-9級的變化(見圖2)。可以看出,結(jié)疤厚度增加后,設(shè)備熱交換能力下降,使得礦漿無法充分預(yù)熱,從而導(dǎo)致礦漿預(yù)熱終溫下降。此外,同樣的結(jié)疤厚度,由于所處的級數(shù)不同,礦漿預(yù)熱終溫的變化幅度不一樣:第9級幅度最大(其中在結(jié)疤厚度在4-5mm時,冷凝水出口溫度已達(dá)至該級預(yù)熱器蒸汽進(jìn)口溫度),而后隨所處級數(shù)減小(8-6級),幅度逐漸減小,6級以后(6-1級)的所有曲線基本上為一重合的平直線。(2)預(yù)熱級數(shù)。預(yù)熱段與礦漿自蒸發(fā)段直接聯(lián)系,預(yù)熱級數(shù)發(fā)生改變,自蒸發(fā)級數(shù)也要相應(yīng)變化。模擬中自蒸發(fā)段總的礦漿溫度降(由260℃降至130℃,其中最后一級自蒸發(fā)汽釋放出體系)保持恒定,而單級礦漿溫度降和蒸汽壓降隨自蒸發(fā)級數(shù)改變而改變。預(yù)熱級數(shù)對礦漿預(yù)熱終溫的影響由圖3所示。由曲線來看,增加預(yù)熱級數(shù)有利于提升礦漿預(yù)熱終溫,但提升效果逐漸減小。權(quán)衡預(yù)熱效果與設(shè)備制造、維護(hù)費用,預(yù)熱段取10級左右就可以了。4.2.4熔鹽加熱段能量分析由于在討論中牽涉到一個重要工藝指標(biāo)熔鹽段熱利用率,現(xiàn)就此進(jìn)行簡要說明。熔鹽段熱利用率即加熱過程中實際熱利用量占整個收入熱量的比例,用公式表示為:式中Qe為熔鹽加熱段出口礦漿熱量;Qs為熔鹽加熱段進(jìn)口礦漿熱量;Qm為進(jìn)口熔鹽熱量。(1)內(nèi)管型號對熔鹽需求流量及熱利用率的影響。表4列出了4種不同內(nèi)管數(shù)目和內(nèi)徑的情況以及計算結(jié)果。A、B同為4內(nèi)管,B較A內(nèi)徑粗,礦漿流速慢,傳熱面積大,結(jié)果熔鹽需求流量較少,熱利用率較高;C為2內(nèi)管,保證傳熱面積與A相同,但熔鹽需求流量仍較A大,同時1.18m/s的礦漿流速使得生產(chǎn)進(jìn)程減慢;D為3內(nèi)管,在保證與A相同流速下,傳熱面積減小,結(jié)果熔鹽需求流量顯著增加,熱利用率也很低。綜合比較后,發(fā)現(xiàn)工藝采用多內(nèi)管、細(xì)管徑更為有利,但是管道過多過細(xì),會造成日后管道容易堵塞,清理不便。(2)任意級結(jié)疤厚度對熔鹽需求流量及熱利用率的影響。由于計算發(fā)現(xiàn)相同結(jié)疤厚度在不同級數(shù)中對熔鹽流量的影響是相同的,所以圖4描述的僅是熔鹽加熱段任意一級的結(jié)疤厚度-熔鹽需求量-熱利用率變化曲線。從熔鹽需求流量曲線來看,結(jié)疤厚度對熔鹽流量影響很大(221.59-751.12m3/h)。而熱利用率曲線說明,生產(chǎn)中應(yīng)將各級結(jié)疤厚度嚴(yán)格控制在1mm以下。(3)熔鹽初溫對熔鹽需求流量及熱利用率的影響。模擬了從300~325℃中的熔鹽初溫下的熔鹽需求流量及熱利用率的變化情況(見圖5)。圖5顯示隨熔鹽溫度增高,所需熔鹽流量顯著減少(1198.24~262.48m3/h),同時熱利用率也有所增加,但效果沒有降低結(jié)疤厚度那么明顯而已。(3)溶出溫度對熔鹽需求流量及熱利用率的影響。如圖6所示,礦漿預(yù)熱終溫和礦漿自蒸發(fā)量隨設(shè)定溶出溫度均呈現(xiàn)線性變化,但從圖7可以看到,當(dāng)溶出設(shè)定溫度升大至275℃以后,熔鹽需求流量巨幅增長，熔鹽加熱段熱利用率降低也很明顯,在285℃時,熱利用率幾乎降至0。4.3結(jié)論(1)通過提高預(yù)熱段與熔鹽加熱段熱效率,減少預(yù)熱冷凝水帶走熱量(即降低冷凝水溫度),減少自蒸發(fā)段末級的自蒸發(fā)量可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。(2)減少預(yù)熱段后幾級的結(jié)疤厚度,以及增加預(yù)熱級數(shù)可以減少冷凝水帶走熱,增加預(yù)熱級數(shù)同時還可以降低自蒸發(fā)段末級的自蒸發(fā)量。(3)熔鹽加熱段中,可以希望通過減少結(jié)疤厚度,加大設(shè)備產(chǎn)能以及提高熔鹽初溫來實現(xiàn)對熱利用率的提高,此外溶出溫度設(shè)定在270℃附近很重要