種子分解中間降溫技術(shù)優(yōu)化

（沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110001）

種子分解是氧化鋁生產(chǎn)的關(guān)鍵工序之一，過(guò)飽和鋁酸鈉溶液中添加種子（氫氧化鋁）后，通過(guò)中間降溫設(shè)備對(duì)分解料漿進(jìn)行降溫，以提高分解料漿的過(guò)飽和度，加快分解速度[1]。合理的降溫梯度對(duì)獲得高的分解率和符合質(zhì)量要求的氫氧化鋁產(chǎn)品具有重要意義。砂狀氧化鋁生產(chǎn)是企業(yè)生存和發(fā)展的需要，是大勢(shì)所趨。降溫設(shè)備能力不足的問(wèn)題和產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題將會(huì)表現(xiàn)的更為突出。國(guó)內(nèi)某廠種子分解工序由于現(xiàn)有寬流道板式換熱器和螺旋板式換熱器運(yùn)行已經(jīng)超過(guò)10年，目前在運(yùn)行的換熱器存在設(shè)備老舊、更換投資高、故障多、運(yùn)行費(fèi)用高、檢修清理難度大、運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題。為了達(dá)到一定的分解率，需要將種分首槽的溫度降低至56℃甚至更低，直接導(dǎo)致種分粒度下降，產(chǎn)品質(zhì)量下降，并且這些常規(guī)的降溫設(shè)備采用泵進(jìn)行物料輸送，不但消耗大量電能，而且造成分解產(chǎn)品粒度的機(jī)械磨損，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，本文提出對(duì)該廠種子分解中間降溫進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，采用套筒換熱器和浸沒(méi)式換熱器相結(jié)合的方式，采用循環(huán)水與氫氧化鋁漿液進(jìn)行熱交換。

1 套筒換熱器技術(shù)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）技術(shù)原理。套筒換熱器是指在種分槽提料管外設(shè)置一圓柱型套筒，套管封閉且設(shè)有循環(huán)水進(jìn)出口，低溫的循環(huán)水進(jìn)入套筒后與提料管內(nèi)高溫的料漿換熱，使料漿達(dá)到適宜的分解溫度。與寬流道板式換熱器相比，套筒換熱器降溫更為簡(jiǎn)單，具有投資低、運(yùn)行電耗低、對(duì)產(chǎn)品無(wú)機(jī)械破損，但受分解提料筒和外加套筒尺寸限制，換熱面積不能太大，通常需要其他換熱設(shè)備配合使用，來(lái)確保種子分解中間降溫的需要。

（2）應(yīng)用現(xiàn)狀。目前國(guó)內(nèi)A氧化鋁廠在種子分解工序已采用套筒換熱器，第一組種分運(yùn)行6臺(tái)套筒換熱器，每臺(tái)槽平均降溫幅度為0.9℃～1.3℃，降溫總值為6.2℃，平均每臺(tái)槽降溫1.04℃。第二組種分運(yùn)行5臺(tái)套筒換熱器，每臺(tái)槽平均降溫幅度為0.8℃～1.3℃，降溫總值為5.3℃，平均每臺(tái)槽降溫1.06℃。2016年在國(guó)內(nèi)B氧化鋁廠種子分解中間降溫采用套筒換熱器和寬流道板式換熱器一起作為中間換熱設(shè)備，運(yùn)行非常穩(wěn)定，并且進(jìn)入冬季后只需要套筒式換熱器進(jìn)行換熱即可保證中間降溫達(dá)到10℃。根據(jù)上述兩個(gè)氧化鋁廠套筒換熱器的運(yùn)行情況，套筒換熱器從原理和實(shí)際應(yīng)用都能達(dá)到種子分解中間的降溫的目的。

2 浸沒(méi)式換熱器技術(shù)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）技術(shù)原理。浸沒(méi)式換熱器是將多臺(tái)小面積換熱器浸沒(méi)在氫氧化鋁料漿中，換熱器外側(cè)與料漿接觸，循環(huán)水流經(jīng)換熱器內(nèi)側(cè)，通過(guò)換熱器壁實(shí)現(xiàn)料漿換熱降溫，靠槽內(nèi)攪拌帶來(lái)的物料流動(dòng)提供動(dòng)能的低能耗、低磨損新型節(jié)能型降溫設(shè)備[2]。技術(shù)特點(diǎn)如下：①設(shè)備安裝難度小、清理檢修方便。②運(yùn)行費(fèi)用較低。③設(shè)備清理檢修方便，壽命長(zhǎng)。④設(shè)備流道較大，不易堵塞。⑤運(yùn)行過(guò)程中，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品粒度造成機(jī)械破損，對(duì)改善產(chǎn)品質(zhì)量有利。

（2）應(yīng)用現(xiàn)狀。浸沒(méi)式換熱器于2013年5月在國(guó)內(nèi)C氧化鋁廠的4臺(tái)Φ14m種分槽得到應(yīng)用，每臺(tái)種分槽設(shè)計(jì)布置24臺(tái)換熱器，單臺(tái)換熱器換熱面積30m2，總換熱面積720m2，于同年12月通過(guò)了科技成果鑒定，經(jīng)該氧化鋁廠生產(chǎn)檢驗(yàn)，滿(mǎn)足現(xiàn)有生產(chǎn)需求。2017年國(guó)內(nèi)D氧化鋁廠種子分解工序中2臺(tái)Φ16m種分槽采用了浸沒(méi)式換熱器，每臺(tái)分解槽設(shè)計(jì)布置18臺(tái)換熱器，單臺(tái)換熱器換熱面積30m2，總換熱面積540m2，投產(chǎn)以來(lái)，效果良好。因此，浸沒(méi)式換熱器技術(shù)相對(duì)成熟，在我國(guó)所有的氧化鋁生產(chǎn)中種分槽物料的降溫工藝中均可使用。

3 技術(shù)優(yōu)化案例

國(guó)內(nèi)E氧化鋁廠兩個(gè)系列種子分解工序?qū)嵁a(chǎn)折氧化鋁產(chǎn)能可達(dá)96萬(wàn)噸/a，目前第一系列種分共有3臺(tái)430m2的寬通道板式換熱器，2臺(tái)230m2和1臺(tái)180m2的螺旋板式換熱器；第二系列種分共有2臺(tái)430m2的寬通道板式換熱器和4臺(tái)230m2的螺旋板式換熱器。本文采用套筒換熱器和浸沒(méi)式換熱器相結(jié)合的降溫方式對(duì)該廠種子分解中間降溫進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。

（1）工藝計(jì)算條件。工藝計(jì)算條件如下：精液流量1240m3/h；首槽固含800g/L；首槽溫度60℃；末槽溫度50℃；循環(huán)水溫度（上水）35℃；循環(huán)水溫度（回水）48℃；套筒換熱器傳熱系數(shù)400kCal/m2·h·℃；浸沒(méi)式換熱器傳熱系數(shù)480kCal/m2·h·℃。

（2）換熱器選型。經(jīng)熱平衡計(jì)算，兩組種子分解料漿降溫10℃，需要換熱量為40920000kcal/h，所需循環(huán)水量3120t/h。以下為其中一組種分換熱器選擇計(jì)算結(jié)果如下：

分解槽編號(hào) 序號(hào) 套筒換熱器(m2)2 第1級(jí) 1.65 712 480 140 716 3 第2級(jí) 1.6 710 480 136 712 4 第3級(jí) 1.24 637 420 136 640 5 第4級(jí) 1.18 637 420 136 640 6 第5級(jí) 0.93 490 300 136 496 7 第6級(jí) 0.9 387 300 136 496 8 第7級(jí) 0.8 382 300 133 493 9 第8級(jí) 0.4 132 0 133 133 10 第9級(jí) 0.4 132 0 133 133 11 第10級(jí) 0.4 134 0 130 130 12 第11級(jí) 0.3 125 0 130 130 13 第12級(jí) 0.2 93 0 128 128合計(jì) 10.0 4571 2700 1607 4847降溫溫差(℃)按套筒計(jì)算所需面積(m2)浸沒(méi)式換熱器(m2)選用換熱器面積 折套筒換熱器總面積(m2)

經(jīng)過(guò)改造后，每組種子分解按12級(jí)中間降溫，換熱器配置方案為：2-13#種分槽全部設(shè)套筒換熱器，換熱面積約130m2/臺(tái)；2、3#種分槽內(nèi)增加14臺(tái)浸沒(méi)式換熱器，換熱面積共480m2/臺(tái)；4、5#種分槽內(nèi)增加14臺(tái)浸沒(méi)式換熱器，換熱面積共420m2/臺(tái)；6-8#種分槽內(nèi)增加10臺(tái)浸沒(méi)式換熱器，換熱面積共300m2/臺(tái)。每組種分折套筒換熱器換熱面積為4847m2。本項(xiàng)目實(shí)施后，寬通道板式換熱器、螺旋板換熱器和換熱器喂料泵等設(shè)備都將拆除，節(jié)省相應(yīng)的備品備件及運(yùn)行費(fèi)用；原有部分管道和閥門(mén)可以直接利舊使用。由于目前的種分提料管已經(jīng)運(yùn)行了10年以上，管道內(nèi)勢(shì)必有部分結(jié)疤，將種分槽現(xiàn)有提料管進(jìn)行拆除，更換新提料管。

（3）項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性分析。經(jīng)估算，本項(xiàng)目建設(shè)投資為1650.5萬(wàn)元，成本估算結(jié)果如下：

注：“-”表示項(xiàng)目改造后節(jié)約。

本項(xiàng)目投資回收期為4.87年，回收期較短，經(jīng)濟(jì)效益較好。

4 結(jié)語(yǔ)

套筒換熱器和浸沒(méi)式換熱器可以用于種子分解工序進(jìn)行中間降溫，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。對(duì)種子分解工序換熱設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改造后，由于套筒換熱器和浸沒(méi)式換熱器運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較低，設(shè)備壽命長(zhǎng)，項(xiàng)目運(yùn)行成本費(fèi)用顯著降低，經(jīng)濟(jì)效益較好，對(duì)改善產(chǎn)品粒度質(zhì)量、降低企業(yè)的能耗、提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。