拜爾法溶出壓煮器火燒清理技術(shù)分析及應(yīng)用

蔣干

【摘 要】壓煮器結(jié)疤清理效果的好壞直接影響壓煮器換熱效果，是決定溶出反應(yīng)溫度高低及蒸汽單耗的重要因素之一。溶出車間壓煮器清理由高壓水力清洗和火燒結(jié)疤作業(yè)兩個部分組成。文章根據(jù)公司清理情況對壓煮器清理作業(yè)、火燒結(jié)疤作業(yè)及設(shè)備裝置的結(jié)構(gòu)、實施過程及要求進(jìn)行了詳細(xì)描述和分析。

【關(guān)鍵詞】鋁工業(yè);換熱效果;火燒結(jié)疤;降本增效;可持續(xù)發(fā)展

【中圖分類號】TF351 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）07-0085-03

0 前言

在拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的過程中，我國自產(chǎn)鋁土礦以一水硬鋁石型（Al2O3·H2O）鋁土礦為主，隨著國內(nèi)氧化鋁廠的大批新建，對品位高易溶解的礦石供應(yīng)量的不斷增加，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)礦石越來越少（進(jìn)口礦石除外）。對于溶出工序來說（管道化溶出除外），因礦品下降導(dǎo)致壓煮器管束結(jié)疤越來越嚴(yán)重，反之壓煮器的換熱效果降低。溶出溫度作為關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，直接影響氧化鋁回收率及高壓新蒸汽消耗，所以如何提高壓煮器換熱能力的問題，保證溶出溫度、氧化鋁回收率，降低高壓新蒸汽耗量，是目前氧化鋁生產(chǎn)工藝急需解決的問題?；馃Y(jié)疤作為壓煮器清理中的重要環(huán)節(jié)，作業(yè)過程中要做好過程管控，實現(xiàn)精益管理，以達(dá)到降本增效的目的。

1 氧化鋁溶出壓煮器清理技術(shù)

目前，氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)溶出工序大部分為管道化溶出，但仍有部分是采用壓煮器溶出，因此壓煮器清理技術(shù)仍為此類生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。壓煮器清理技術(shù)包括高壓水力清洗技術(shù)和火燒結(jié)疤清理技術(shù)。高壓水力清洗技術(shù)是常用的技術(shù)，其優(yōu)點是成本低，操作簡單，但清理效果不佳，對頑固的結(jié)疤無法清除。火燒結(jié)疤清理技術(shù)是對高壓溶出開發(fā)的清理技術(shù)，其優(yōu)點是對頑固的結(jié)疤有很好的效果。

2 氧化鋁溶出壓煮器火燒技術(shù)

2.1 火燒技術(shù)原理和作用

（1）原理。利用熱脹冷縮的原理使結(jié)疤膨脹，從管束上脫落下來得以清理，通過實驗及火燒過程跟蹤分析發(fā)現(xiàn)結(jié)疤內(nèi)有充分的結(jié)晶水，一定時間內(nèi)結(jié)疤受熱發(fā)生物理變化，結(jié)疤從管束上脫落。因此，先對壓煮器進(jìn)行凈化，去除余料，再利用火燒的辦法去除結(jié)疤，壓煮器有效換熱面積在70%以上。

（2）作用。壓煮器換熱管束在生產(chǎn)過程中表面會產(chǎn)生致密不同成分的結(jié)疤，結(jié)疤成分在不同反應(yīng)溫度段各不一樣，有硅結(jié)疤、鈉結(jié)疤等。壓煮器換熱管束上的結(jié)疤對傳熱系數(shù)影響又很大。當(dāng)換熱效果降到一定值時會導(dǎo)致溶出溫度偏低，閃蒸系統(tǒng)異常，汽耗偏高。因此，壓煮器在使用一段時間后必須進(jìn)行結(jié)疤清理，最終達(dá)到恢復(fù)換熱效果的作用。

2.2 火燒結(jié)疤裝置結(jié)構(gòu)

（1）供油部分。供油部分是用于存放火燒作業(yè)使用的柴油，用油泵打出設(shè)定壓力和流量的柴油;采用制作規(guī)格為0.6 m×1 m×1.5 m的油箱，可以存放柴油約900 L。根據(jù)各廠據(jù)實際情況進(jìn)行制作，制作的同時考慮安全性能及防盜性能，采用頂部開門、可以上鎖，并在頂部設(shè)置排空管用于散熱，防止柴油過熱。

（2）升降系統(tǒng)。升降系統(tǒng)是通過卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動，帶動噴頭升降的裝置，升降系統(tǒng)能自行上下行走、可以控制轉(zhuǎn)速，升降速度為1～1.5 m/min。轉(zhuǎn)動壓煮器攪拌軸讓噴頭轉(zhuǎn)動。本系統(tǒng)通過技改能上升至壓煮器蒸汽上下環(huán)管處位置，從而提高過火面積，保證所有管束均可以清理。

（3）噴頭裝置及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)實際設(shè)計的噴頭，柴油和空氣在噴頭內(nèi)混合，噴嘴直徑為1.3～1.5 mm，流量為1.5～2.5 L/min，油泵噴出油壓為0.28～0.4 MPa。噴頭的選型決定火燒過程火焰的大小和柴油使用量，各單位根據(jù)結(jié)疤厚度進(jìn)行調(diào)整。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由電機(jī)和風(fēng)機(jī)組成，作業(yè)過程中放置在壓煮器頂部入孔處，用來抽出燃燒產(chǎn)生的廢氣，并保證罐內(nèi)空氣流動，風(fēng)機(jī)設(shè)定的空氣流量為1.16 m3/s左右，通過抽風(fēng)系統(tǒng)保證壓煮器內(nèi)有足夠的氧氣跟柴油反應(yīng)。

2.3 火燒結(jié)疤作業(yè)要求

（1）噴頭安裝?；馃Y(jié)疤作業(yè)過程中，保證噴頭能在壓煮器罐內(nèi)順時針圈動且自由上下行走，噴頭必須使用特定的支架安裝，鋼絲繩卡螺母要緊固牢，防止火燒過程碰頭掉落出現(xiàn)安全事故。正確安裝后，噴嘴在固定支架上，在卷揚(yáng)電機(jī)的帶動下，沿鋼絲繩上下移動進(jìn)行火燒作業(yè)。

（2）油閥及壓縮空氣進(jìn)口閥控制。①油閥控制。油閥開度大小會直接影響火燒效果。開度過大或過小，噴頭上升過程中均會熄火。通過觀察發(fā)現(xiàn)，火燒作業(yè)時產(chǎn)生青煙，火焰長度剛好到達(dá)管壁時，效果最好。此處為火燒作業(yè)核心技術(shù)之一。②壓縮空氣閥及油閥開度控制方法。壓縮空氣閥門的開度大小直接影響火燒效果。開度過大，造成火焰不連續(xù)，嚴(yán)重時會吹滅火焰;開度過小，柴油無法完全霧化，此處為火燒作業(yè)核心技術(shù)之一。油閥及壓縮空氣閥的控制對操作人員有很高的要求，技術(shù)人員必須掌握化工原理等知識才能準(zhǔn)確地操作。車間針對此項作業(yè)專門進(jìn)行培訓(xùn)，保證大部分檢修作業(yè)人員掌握此核心技術(shù)。

（3）噴嘴出油的選擇。噴油嘴結(jié)構(gòu)及出油方式。目前，主要采用雙噴嘴設(shè)計，噴嘴中間噴出霧化后的柴油。同時，使用兩種設(shè)計不一樣的噴頭，在使用過程中根據(jù)結(jié)疤嚴(yán)重情度來選擇使用。噴頭內(nèi)風(fēng)油混合后由噴頭中心噴出，噴出時柴油需充分霧化。此類噴頭的特點是火焰噴射面較為集中，為一條直線，優(yōu)點為火焰噴射火力較大，管束的升溫較快，即單位時間內(nèi)管束火燒的時間較長，但缺點在于噴射面較小，每次火燒區(qū)域不足，作業(yè)時間長。

（4）人員配置。人員配置是火燒作業(yè)的核心環(huán)節(jié)，因此需要配置經(jīng)驗豐富、技術(shù)過硬及有責(zé)任心的作業(yè)人員，壓煮器隔離出來后先進(jìn)行凈化工序，清理出管束與管束、管排與管排的余料，避免因清理不干凈，火燒時余料脫水后成塊，最終無法清理下來。

（5）壓煮器使用時間。壓煮器投用的時間越長結(jié)疤越厚，合理安排壓煮器的隔離，有利于結(jié)疤的清理。針對沒有預(yù)脫硅流程的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)，其預(yù)熱段大量硅結(jié)疤生產(chǎn)，所以預(yù)熱段壓煮器1個周期（42 d）隔離出來1次，其中預(yù)熱段第三臺壓煮器結(jié)疤生產(chǎn)較多、較快;加熱段2個周期（84 d）隔離出來1次，保證結(jié)疤在一定范圍內(nèi)，便于清理。

3 氧化鋁溶出壓煮器火燒清理技術(shù)應(yīng)用

3.1 壓煮器結(jié)疤清理現(xiàn)狀

（1）壓煮器火燒區(qū)域分布。結(jié)合工藝、設(shè)備，所有隔離的壓煮器均進(jìn)行火燒作業(yè)。前4臺主加熱壓煮器，結(jié)疤較多，需84 d隔離出來火燒結(jié)疤作業(yè)1次。對于停留壓煮器，因管束較少，計劃168 d隔離出來火燒結(jié)疤作業(yè)一次。從目前清理質(zhì)量來看，壓煮器換熱效果達(dá)到預(yù)期。

（2）抽風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀。風(fēng)機(jī)放在壓煮器上方入孔，在進(jìn)行火燒作業(yè)時，火焰到達(dá)頂部會被往上吸，那么壓煮器內(nèi)頂部局部管束火燒不到，結(jié)疤脫落不好。壓煮器上環(huán)管頂部因設(shè)計安全有附件，裝有各種管道，頂部的管束又靠近進(jìn)料管，大量料漿流動過程會產(chǎn)生結(jié)疤，所有這些部位清理很難，這也是上環(huán)管老結(jié)疤多的一個原因，因此必須安排大量人工清理。

（3）火燒作業(yè)及管束外結(jié)疤現(xiàn)狀?；馃Y(jié)疤的原理是利用熱脹冷縮使結(jié)疤脫落。選擇合適的噴頭規(guī)格，管束火燒時間控制在0.03～0.50 min，管束結(jié)疤就能有效脫落。在火燒作業(yè)中，對結(jié)疤掉落量進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，仍有部分結(jié)疤粘連在管壁上，兩排之間大部分是因為隔離時余料清洗不干凈，火燒時粘接在一起，因此對于新更換管束的壓煮器，火燒前必須清洗干凈罐內(nèi)的余料，避免余料火燒后結(jié)塊，無法清理。

3.2 火燒結(jié)疤清理技術(shù)應(yīng)用分析

廣西某氧化鋁企業(yè)對火燒結(jié)疤技術(shù)進(jìn)行了試用，管束火燒時間按0.03～0.05 min控制，技術(shù)人員對溶出工序加熱壓煮器料漿溫度上升情況進(jìn)行統(tǒng)計。單臺壓煮器的料漿溫升在10 ℃以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了生產(chǎn)需要，換熱效果不佳（見表1）?？梢娦枰M(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

通過對試用階段分析，由于清理效果不好，導(dǎo)致結(jié)疤生成速度較快，致使壓煮器換熱效果不佳，因此對火燒結(jié)疤清理技術(shù)升級。首先，在火燒壓煮器前增加了凈化工序，有效地去除壓煮器內(nèi)余料;其次，適當(dāng)延長了火燒的時間，按0.05～0.10 min控制。通過對壓煮器料漿溫升統(tǒng)計，溫升平均達(dá)到13 ℃以上，說明清理效果得到提升（見表2）。

3.3 火燒結(jié)疤理清效果

經(jīng)過對火燒結(jié)疤清理技術(shù)的固化，并進(jìn)行了推廣應(yīng)用，技術(shù)人員對大量采用水力清理和火燒清理后的壓煮器表面進(jìn)行了對比，采用火燒清理技術(shù)的表面無殘余結(jié)疤，清理效果好，其對比效果如圖1、圖2所示。

對壓煮器管束結(jié)疤清理前后有效面積進(jìn)行統(tǒng)計，清理面積提高40%以上（見表3）。

4 結(jié)語

（1）通過對火燒作業(yè)的噴頭選型、噴頭上下的速度、油閥風(fēng)閥的合理調(diào)節(jié)，定期采用火燒作業(yè)對壓煮器管束結(jié)疤進(jìn)行清理，其效果顯著。

（2）采取火燒作業(yè)進(jìn)行煮器清理，可提高換熱效果和溶出率，減少高壓蒸汽消耗，降低生產(chǎn)成本。

參 考 文 獻(xiàn)

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