哈雷钎焊板式换热器
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宽流道板式换热器在氧化铝生产种子分解过程中的应用

点击:1975 日期:[ 2014-04-26 22:21:30 ]
               宽流道板式换热器在氧化铝生产种子分解过程中的应用                             1. 金亚利 2.张曼丽  2.王新燕 (1.沈阳铝镁设计研究院, 辽宁 沈阳 110001; 2.兰州兰石换热设备有限责任公司, 甘肃 兰州 730050)     [摘 要] 介绍了宽流道板式换热器的结构、特点及在氧化铝生产种子分解过程中的应用。     [关键词] 宽流道板式换热器; 氧化铝; 种子分解; 中间降温; 精液产出率     [中图分类号] TF821   [文献标识码] B    [文章编号] 1672- 6103(2006)01- 0052- 03     1 概述      种子分解是拜耳法生产氧化铝的重要工序之一。而分解温度的控制对种子分解过程的技术经济指标和产品的质量均有很大影响。尤其是我国氧化铝厂均处在气候较炎热、空气湿度较大的地区, 夏季分解槽首尾温差靠自然降温仅有1~2℃, 有时甚至“恒温”,严重影响着分解率和产品质量。     为了保证在较高分解率的情况下, 获得质量较好的氢氧化铝, 氧化铝厂通常采取将氢氧化铝浆液逐渐冷却降温的分解制度, 主要方式有: 在分解槽内安装冷却水管进行水冷; 或在分解槽槽体外壁用水喷淋冷却。前者冷却水管易结疤, 清洗困难; 后者耗水量大, 冷却效率低, 且使周围环境恶化。还有就是在分解槽顶部留2m左右的空气通道, 进行空气冷却, 某铝厂采取这种方式后, 冷却效果仍然不佳。       80 年代澳大利亚 Wagerup 氧化铝厂采用精液在第1分解槽中附聚, 在第2和第4分解槽分解后, 分别抽出氢氧化铝浆液与循环水间接换热的方法降温, 效果良好, 许多厂家纷纷效仿。中间降温所用的换热设备有宽流道板式换热器、螺旋板式换热器、管式换热器等, 其中宽流道板式换热器最受氧化铝厂认可。2002 年我国首次从法国引进这种设备,单台换热面积 339.6m2, 在平果氧化铝厂种子分解工段应用。当年安装,当年见效, 保证了平果铝厂技改后年增产 5万t氧化铝任务的完成。目前这种宽流道板式换热器已由国内某换热设备厂研制成功, 在国内氧化铝厂投入使用, 运行良好, 使用效果与国外设备相当。     2 宽流道板式换热器的特点      宽流道板式换热器结构见图1。                       其它换热器相比, 宽流道板式换热器具有如下特点:      (1) 传热效率高, 压力损失小。与其它换热器相同, 宽流道板式换热器也设有热流体的介质流道和冷流体的介质流道。但是, 其只有冷流体侧在板片间形成一种有触点的介质流道, 供循环水通过,而热流体侧在板组间形成无触点的介质通道, 保证含有固体颗粒的氢氧化铝浆液顺利通过, 因此压力损失小, 流体分布均匀;     (2) 传热系数高。在处理同一种物料的情况下, 宽流道板式换热器的传热系数高出其它换热器200 W/(m2·K);    (3) 安装清理检修方便。宽流道板式换热器采用碱液定期清洗, 可维持较高运转率, 不需拆卸设备。     宽流道板式换热的板片材质一般选用 316L、254 SMO 或双相不锈钢 2205 等。目前应用于国内氧化铝生产中的是双相不锈钢 2205 材质。     3 宽流道板式换热器在氧化铝生产种子分解过程中的应用     3.1 工艺流程      宽流道板式换热器应用于分解槽中间降温的工艺流程图如图2所示。实际中氧化铝生产规模不同,分解槽的数量不同,选用的槽顶宽流道板式换热器的数量也不同,有的一系列分解槽选用5台,有的选用4台。     宽流道板式换热器的热介质为分解氢氧化铝浆液,冷介质为循环水,每台热交换器的进出口氢氧化铝浆液温差可达7℃左右,并且料浆进口处都有压力检测, 可根据进口的压力判断换热器流道是否堵塞。同时设有碱液清洗回路, 内部结疤较严重时, 可用热碱液循环清洗。一般 2 周一次, 一次 8~16 h。     循环水上水温度约 35 ℃, 下水温度约 48 ℃, 由于循环水的用量较大, 根据几年来各厂的运行经验, 该循环水最好自立一套系统, 以免各工序水质不同相互影响。      为了获得质量较好的氢氧化铝, 应严格控制分解温度, 逐渐冷却降温。具体工艺要求是分解系统全部中间降温, 温差约 10 ℃。用立式液下泵从分解槽顶部将槽中的部分氢氧化铝浆液抽出送到宽流道板式换热器与循环水进行间接换热, 冷却后的部分氢氧化铝浆液返回到相应的分解槽与槽中剩余的料浆混合, 连续循环操作。每台宽流道板式换热器可降温 7 ℃左右。在循环上水管路上设置电动调节阀, 可根据换热器出口浆液温度自动调节循环水流量,氢氧化铝浆液温度高阀门开大,反之阀门关小。整个过程由 DCS系统控制, 在分解车间集中管理。     3.2 宽流道板式换热器的热平衡      在种子分解过程中, 采用宽流道板式换热器对氢氧化铝浆液进行降温是近年来比较通用的方法。但这种方式需要大量的冷却水以达到降温的目的,冷却水量高达1000~2000m3/h。因此,必须进行分解中间降温热平衡计算, 合理确定冷却水用量。     表1是我国某厂一组氧化铝分解槽中间降温热平衡表。不同厂家的热平衡略有差异, 但原则上基本类似。                       宽流道板式换热器的传热系数为855 W/(m2·K),每级传热量10453 594 kJ/h。根据计算结果, 选择传热面积 339.6m2 的宽流道板式换热器6台。     3.3 应用实例     平果铝厂是1995年建成的年产300kt氧化铝的大型拜耳法氧化铝厂, 原种子分解工段未考虑强制降温, 仅依靠自然降温, 分解末槽温度为 55 ℃,不能满足生产要求。2002 年我国首次从法国引进了6台宽流道板式换热器,单台换热面积 339.6 m2, 在平果氧化铝厂种子分解工段应用。当年安装, 当年见效, 为平果铝厂氧化铝产量增产到 400 kt/a 做出了贡献。     3.3.1 分解槽温度明显降低      采用板式换热器后分解槽温度明显降低, 能够达到工艺要求。图3是平果铝厂2000年下半年和2003 年下半年分解浆液温度曲线,2003 年下半年由于增加了中间降温板式换热器,分解温度大幅度下降。                     3.3.2 精液产出率提高     表 2 是平果铝厂 2000 年和 2003 年下半年分解精液产出率。从表中看出, 加设宽流道板式换热器后, 精液产出率提高了 1.9 个百分点。     3.3.3 砂状氧化铝质量相应提高      增设中间降温板式换热器后,氢氧化铝成品中-44 μm 的颗粒含量明显降低(见图 4)。因而, 最终产品出砂状氧化铝的质量也相应提高。                     4 结束语     宽流道板式换热器具有传热效率高, 压力损失小, 不容易积料、结疤, 结构紧凑,占地面积小,安装清理检修方便等优点。由于结构特殊, 适合各种含固体颗粒的介质。实践表明, 在氧化铝生产种分降温过程中采用宽流道板式换热器, 可提高分解精液产出率, 控制氢氧化铝产品粒度, 提高最终氧化铝产品的质量。该类换热器已在山西铝厂、郑州铝厂、中州铝厂、晋北铝厂等使用, 效果良好。     [参考文献]     [1] 杨重愚.氧化铝工艺学( 修订版) [M].北京: 冶金工业出版社,1993.10.     [2] 上海化工学院编.基础化学工程( 上册)[M].上海: 上海科学技术出版社, 1978.     [3] 张洪沅、丁绪淮、顾毓珍.化学工业过程及设备( 上册)[M].北京:高等教育出版社, 1956.
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