閃蒸系統帶料的調整方法

【摘 要】廣西平果氧化鋁的溶出生產過程中，不間斷地出現閃蒸系統二次蒸汽帶料的異常現象，此現象不僅使生產堿耗增加，成本增高，而且容易造成環境污染事件，是氧化鋁生產一直致力解決的難題。文章主要根據不同的閃蒸帶料情況，從閃蒸帶料機理出發進行帶料原因分析，梳理出帶料的主要因素，提出具體的的控制帶料的調整方法，并通過生產實踐的總結，實現有效防治閃蒸帶料，對強化氧化鋁生產、節能減排、提高經濟效益具有重要的指導意義。

【關鍵詞】閃蒸;二次汽帶料;孔板;冷凝水;引汽

【中圖分類號】TF821 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）09-0140-03

中國鋁業股份有限公司廣西分公司氧化鋁溶出工序的生產工藝采用法國AP公司提供的生產技術，閃蒸工藝是該項技術的關鍵，通過十級閃蒸的減溫減壓，將閃蒸系統的壓力和二次蒸氣合理分配，使溶出礦漿由原來的溫度約260 ℃、壓力4.2 MPa降壓降溫到120 ℃、0.15 MPa左右。通過閃蒸槽前后級的合理控制與調整，使閃蒸出來的二次蒸汽送入對應的預熱器去預熱礦漿，以最大限度地回收溶出礦漿內蘊含的熱量，在減溫減壓的閃蒸過程中，因閃蒸量少而出現閃蒸槽液位過高致使二次蒸汽帶料的現象。閃蒸系統二次汽帶料、冷凝水管道堵塞或磨損、換熱效率低，蒸汽消耗量大、堿耗增加，嚴重的還會造成停車等諸多不利影響。因此，防止閃蒸二次汽帶料是氧化鋁穩定生產的重要保障。如何控制閃蒸系統帶料，是各氧化鋁廠長期摸索的技術之一，對氧化鋁生產的安全經濟具有重要的意義。

1 閃蒸工藝

閃蒸是ー個物理現象名詞，它描述了流體介質從液態變為氣態的變化形式。根據享利定律P=EX，不同溫度與壓力下溶質在液相溶劑中溶解度不同。當溶劑壓力降低時，溶劑中的溶質就會迅速地解吸而自動放出熱量，形成閃蒸。高溫高壓的液體驟然降低壓力，部分液體迅速汽化，氣液兩相分開，產生的二次蒸汽從槽頂部出來（如圖1所示）。

閃蒸是溶出生產過程中料漿降溫降壓的一個環節，高壓溶出緊后是常壓的沉降工序，如此高的溫度和壓力條的料漿必須經過降溫降壓使料漿溫度和壓力降低才能出料，這就是閃蒸的作用所在。閃蒸系統通過十級閃蒸（如圖2所示），使料漿溫度和壓力降至約140 ℃和1 Bar，由于壓力降低，礦漿在較低溫度時沸騰，放出的顯熱作為汽化部分液體的潛熱去預熱新一批的料漿，達到熱量的回收利用，降低生產能耗。溶出生產過程中熱量轉換的平衡，閃蒸工藝的控制起著關鍵作用，同時也是溶出操作的重點及難點。通常情況下，閃蒸液位要求低液位控制，充分利用閃蒸器的容積。若閃蒸工藝控制不好，會在某一級閃蒸中出現二次蒸汽中帶有料漿，即閃蒸帶料現象。

針對生產實際，必須對閃蒸帶料原因進行分析，找出帶料機理，從而有針對地制定及采取出有效的防治措施，達到確保安全生產的同時，盡量回收利用的熱量，實現節能減排的目的。

2 閃蒸帶料的原因分析

2.1 閃蒸的孔板尺寸不匹配

影響閃蒸工藝的首要因素是閃蒸槽孔板尺寸，尤其是首級孔板。溶出機組的進料量由首級閃蒸槽孔板的選定尺寸決定，各級閃蒸槽的壓力由孔板壓力損決定，孔板的匹配與否決定閃蒸槽工藝的狀況。若孔板尺寸過大，級間壓差過小，就失去了降溫降壓的作用，同時會引起閃蒸過料管的磨損;若孔板尺寸過小，會造成閃蒸槽內料漿不暢，閃蒸糟液位高而引起閃蒸二次汽帶料。

2.2 壓煮器出料溫度及壓力不合適

溶出出料溫度及壓力是閃蒸工藝的能量來源，直接影響閃蒸工藝狀況。在孔板尺寸已經選定的生產中，首級閃蒸壓力低主要是壓煮器出料溫度、壓力低造成的，而首級閃蒸工作壓力低會引起首級閃蒸液位高，造成閃蒸帶料，影響整個閃蒸系統的運行，從而影響壓煮器預熱效果，造成新蒸汽消耗的增加;當壓煮器出料溫度、壓力過高又會造成首級閃蒸壓力過高，此時閃蒸槽低液位運行，閃蒸出料出現料夾汽現象，造成閃蒸熱量后移，閃蒸出來的二次蒸汽不能充分利用，熱效率降低。

2.3 預熱段加熱表面結疤

預熱壓煮器加熱管束及套管的結疤是決定預熱段換熱效果好壞的關鍵，即決定閃蒸產生的二次蒸汽能否充分利用的關鍵。加熱管束結疤少，則換熱效果佳，閃蒸出來的二次蒸汽能充分利用，利于閃蒸系統液位、壓力分布的控制;相反，則換熱效果差，閃蒸產生的二次蒸汽不能充分利用，則不利于閃蒸壓力高、閃蒸液位的控制。

2.4 預熱段汽水系統不通暢

預熱段汽水路不暢是影響閃蒸控制常見的因素。若某一級預熱段汽水系統不暢，閃蒸生產的二次蒸汽無法充分利用，閃蒸工作壓力高，則致其上一級的閃蒸與本級壓力差減小，上一級使液位高而帶料;相反，若某一級二次蒸汽冷凝水出水過于暢通，則造成熱量快速后移，閃蒸壓力降低，從而引起本級閃蒸的帶料。

3 閃蒸帶料調整

閃蒸系統的運行是一個動態的平衡過程，孔板匹配的合理是閃蒸高效而穩定運行的前提。對某一級閃蒸的調節將導致其相鄰的閃蒸槽甚至整個系統操作壓力及溫度的變動，所以調節過程需根據現場實際參數的變化進行系統性的調整，方可得到較好且穩定的效果。

3.1 調整閃蒸孔板尺寸

生產中，閃蒸孔扳尺寸一旦選定，生產運行中將無法再改變。若前后級閃蒸的孔板尺寸差過大，則閃蒸出的蒸汽量就越大，二次汽不能被相應的預熱級完全吸收而致使閃蒸槽內的料位被逐漸地壓低;若同時級間壓差過小，則閃蒸出的蒸汽量就少，閃蒸槽內的料位高而帶料。一般情況下，生產的工藝狀況基本穩定于一定的參數，故閃蒸孔板尺寸的調整宜采取微調方式，每次縮小或擴大的尺寸不宜大于2 mm。如果某級閃蒸帶料，根據生產運行的實際參數調整各級孔板的尺寸，增大或減小閃蒸級間的壓差，可以適當縮小其孔板和擴大其后一級閃蒸的孔板，為料漿流動的動態平衡提供良好的工藝基礎。

3.2 提高溶出溫度和壓力

生產中，閃蒸的首級壓力一般均大于2.1 MPa（絕壓），其對應的飽和溫度為215 ℃，提高溶出礦漿溫度，使其比飽和溫度大于15～20 ℃，即通入蒸汽充分疏水、預熱，使溶出溫度達240 ℃左右，接近于正常生產工況時才出料，保證出料的同時即出現閃蒸，是杜絕帶料的根本。生產過程中，因各個閃蒸器的容積是固定的，通過加大新蒸汽通入量，經過調節預熱器的蒸汽及冷凝水閥，提高料漿溫度后，使料漿溶出溫度前移，溶出系統達到更高溫度及壓力的平衡，保證溶出的出料溫度和壓力大于260 ℃和40 Bar，促成料漿閃蒸過程的產生充足的二次蒸汽，降低料位，從而可以控制閃蒸帶料。

3.3 調節閥門的開度，調整閃蒸壓力極差

3.3.1 二次汽的調整

若某級閃蒸槽帶料，將其二次汽閥關小，同時將其對應預熱器的冷凝水出水閥關小，將其上一級和下一級閃蒸的二次汽及對應預熱器的冷凝水出水閥門開大，閥門的操作應以5%的進度緩慢地進行調節，通過閥門的調節使其內部壓力增加，相對降低其上下級的壓力，使帶料級的料漿流速加快，從而降低其液位，可抑制其帶料現象。

3.3.2 冷凝水的調整

帶料級閃蒸對應預熱器的冷凝水，關小其冷凝水的疏水閥乃，開大其前后級預熱器的出水閥，從而使帶料級的冷凝水流速減緩，達到致閃蒸器內余汽量增加，使料位降低，消除帶料現象。同理，若閃蒸料位過低則對應地反向調節閥門開度，操作時閥門的開關幅度不宜過大，以避免造成系統的壓力、料位的波動，嚴重時致使系統狀況惡化造成超壓，安全閥啟跳而造成堿、料、能量的外泄損失。

3.4 使用30 Bar蒸汽控制帶料

閃蒸的二次蒸汽出現嚴重帶料且無法控制而影響正常生產時，使用通少許30 Bar蒸汽輔助控制帶料。若某級閃蒸槽帶料，主要是因閃蒸量不足、閃蒸槽內汽少液多引起的，可采取在閃蒸器頂部通入30 Bar新蒸汽，外加新蒸汽的彌補，增大閃蒸器內的汽液比，壓低閃蒸槽的料位，從而可以控制閃蒸帶料。但畢竟30 Bar新蒸汽使用即新增能耗，不宜長時間使用，一般只作為生產異常時的輔助措施，生產恢復正常以后停止使用。

3.5 閃蒸引汽

若因孔板的不匹配造成的閃蒸帶料，操作調整不能彌補閃蒸工藝以控制帶料，可采取最后的極端調整措施：從更上一級高溫高壓且料位低的閃蒸，把其二次汽引到帶料級閃蒸，把高溫高壓級閃蒸的二次蒸汽直接引入帶料級閃蒸，此調整措施通過熱量的直接轉移，使系統重新平衡壓力、能量，最終達到壓低料位、抑制帶料現象。

高速前后的閃蒸生產工藝參數見表1、表2。

4 結語

通過對閃蒸控制技術的分析，針對性地提出調整優化措施：{1}調整閃蒸孔板尺寸;{2}提高溶出出料溫度和壓力;{3}閃蒸壓力極差調整;{4}使用30 Bar蒸汽調整;{5}閃蒸引汽調整。在生產實踐中，這些措施可以達到有效地控制閃蒸二次汽帶料的現象，滿足環保、經濟的要求，對氧化鋁生產的節能減排、提高綜合效益具有重要的作用。

參 考 文 獻

[1]楊重愚.氧化鋁生產工藝學[M].北京：治金工業出版社，1993.

[2]天津大學.化工原理[M].天津：天津科學技術出版社，1990.

[3]黃煌.閃蒸過料管磨損的原因分析[C].全國第十三次氧化鋁技術信息交流會論文集，2004.