種子分解中間降溫技術優化

（沈陽鋁鎂設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110001）

種子分解是氧化鋁生產的關鍵工序之一，過飽和鋁酸鈉溶液中添加種子（氫氧化鋁）后，通過中間降溫設備對分解料漿進行降溫，以提高分解料漿的過飽和度，加快分解速度[1]。合理的降溫梯度對獲得高的分解率和符合質量要求的氫氧化鋁產品具有重要意義。砂狀氧化鋁生產是企業生存和發展的需要，是大勢所趨。降溫設備能力不足的問題和產品質量問題將會表現的更為突出。國內某廠種子分解工序由于現有寬流道板式換熱器和螺旋板式換熱器運行已經超過10年，目前在運行的換熱器存在設備老舊、更換投資高、故障多、運行費用高、檢修清理難度大、運行不穩定等問題。為了達到一定的分解率，需要將種分首槽的溫度降低至56℃甚至更低，直接導致種分粒度下降，產品質量下降，并且這些常規的降溫設備采用泵進行物料輸送，不但消耗大量電能，而且造成分解產品粒度的機械磨損，影響產品質量。因此，本文提出對該廠種子分解中間降溫進行技術優化，采用套筒換熱器和浸沒式換熱器相結合的方式，采用循環水與氫氧化鋁漿液進行熱交換。

1 套筒換熱器技術原理及應用現狀

（1）技術原理。套筒換熱器是指在種分槽提料管外設置一圓柱型套筒，套管封閉且設有循環水進出口，低溫的循環水進入套筒后與提料管內高溫的料漿換熱，使料漿達到適宜的分解溫度。與寬流道板式換熱器相比，套筒換熱器降溫更為簡單，具有投資低、運行電耗低、對產品無機械破損，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備配合使用，來確保種子分解中間降溫的需要。

（2）應用現狀。目前國內A氧化鋁廠在種子分解工序已采用套筒換熱器，第一組種分運行6臺套筒換熱器，每臺槽平均降溫幅度為0.9℃～1.3℃，降溫總值為6.2℃，平均每臺槽降溫1.04℃。第二組種分運行5臺套筒換熱器，每臺槽平均降溫幅度為0.8℃～1.3℃，降溫總值為5.3℃，平均每臺槽降溫1.06℃。2016年在國內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備，運行非常穩定，并且進入冬季后只需要套筒式換熱器進行換熱即可保證中間降溫達到10℃。根據上述兩個氧化鋁廠套筒換熱器的運行情況，套筒換熱器從原理和實際應用都能達到種子分解中間的降溫的目的。

2 浸沒式換熱器技術原理及應用現狀

（1）技術原理。浸沒式換熱器是將多臺小面積換熱器浸沒在氫氧化鋁料漿中，換熱器外側與料漿接觸，循環水流經換熱器內側，通過換熱器壁實現料漿換熱降溫，靠槽內攪拌帶來的物料流動提供動能的低能耗、低磨損新型節能型降溫設備[2]。技術特點如下：①設備安裝難度小、清理檢修方便。②運行費用較低。③設備清理檢修方便，壽命長。④設備流道較大，不易堵塞。⑤運行過程中，不會對產品粒度造成機械破損，對改善產品質量有利。

（2）應用現狀。浸沒式換熱器于2013年5月在國內C氧化鋁廠的4臺Φ14m種分槽得到應用，每臺種分槽設計布置24臺換熱器，單臺換熱器換熱面積30m2，總換熱面積720m2，于同年12月通過了科技成果鑒定，經該氧化鋁廠生產檢驗，滿足現有生產需求。2017年國內D氧化鋁廠種子分解工序中2臺Φ16m種分槽采用了浸沒式換熱器，每臺分解槽設計布置18臺換熱器，單臺換熱器換熱面積30m2，總換熱面積540m2，投產以來，效果良好。因此，浸沒式換熱器技術相對成熟，在我國所有的氧化鋁生產中種分槽物料的降溫工藝中均可使用。

3 技術優化案例

國內E氧化鋁廠兩個系列種子分解工序實產折氧化鋁產能可達96萬噸/a，目前第一系列種分共有3臺430m2的寬通道板式換熱器，2臺230m2和1臺180m2的螺旋板式換熱器；第二系列種分共有2臺430m2的寬通道板式換熱器和4臺230m2的螺旋板式換熱器。本文采用套筒換熱器和浸沒式換熱器相結合的降溫方式對該廠種子分解中間降溫進行技術優化。

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

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

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

經過改造后，每組種子分解按12級中間降溫，換熱器配置方案為：2-13#種分槽全部設套筒換熱器，換熱面積約130m2/臺；2、3#種分槽內增加14臺浸沒式換熱器，換熱面積共480m2/臺；4、5#種分槽內增加14臺浸沒式換熱器，換熱面積共420m2/臺；6-8#種分槽內增加10臺浸沒式換熱器，換熱面積共300m2/臺。每組種分折套筒換熱器換熱面積為4847m2。本項目實施后，寬通道板式換熱器、螺旋板換熱器和換熱器喂料泵等設備都將拆除，節省相應的備品備件及運行費用；原有部分管道和閥門可以直接利舊使用。由于目前的種分提料管已經運行了10年以上，管道內勢必有部分結疤，將種分槽現有提料管進行拆除，更換新提料管。

（3）項目經濟性分析。經估算，本項目建設投資為1650.5萬元，成本估算結果如下：

注：“-”表示項目改造后節約。

本項目投資回收期為4.87年，回收期較短，經濟效益較好。

4 結語

套筒換熱器和浸沒式換熱器可以用于種子分解工序進行中間降溫，滿足生產要求。對種子分解工序換熱設備進行優化改造后，由于套筒換熱器和浸沒式換熱器運行和維護費用較低，設備壽命長，項目運行成本費用顯著降低，經濟效益較好，對改善產品粒度質量、降低企業的能耗、提高企業產品質量具有重要意義。