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16.1 母液蒸发


16.1.1 蒸发装置的生产能力应根据生产规模、物料平衡计算的蒸发水量、溶出机组与熟料溶出磨及蒸发机组的运转率、所在地的降雨量与蒸发量气象条件等确定。
16.1.2 母液蒸发宜采用多效蒸发流程,种分母液蒸发效数不宜少于6效,碳分母液蒸发效数不宜少于4效。
16.1.3 蒸发器形式宜采用降膜蒸发器,管式降膜蒸发器可采用分体式结构,板式降膜蒸发器不宜用于多效蒸发装置的高温段,析盐效宜采用强制循环蒸发器。
16.1.4 蒸发器热媒宜采用饱和蒸汽。
16.1.5 多效蒸发装置的热量利用应符合下列规定:
    1 采用多效逆流蒸发流程时,原液进入末效蒸发器前,宜设置原液自蒸发器。
    2 高温效出料母液降温的自蒸发级数应根据循环碱液所需的温度确定。
    3 母液自蒸发降温排出二次蒸汽的热量、各效二次蒸汽冷凝水的热量,应在母液蒸发装置内部利用。
    4 新蒸汽冷凝水、二次蒸汽冷凝水宜分别采用自蒸发流程。
    5 新蒸汽冷凝水的热量利用,应符合下列规定:
        1)新蒸汽冷凝水的热量经利用后应进行检测,并应设置电导率变送器、硅酸盐分析仪和铁离子分析仪等自动检测装置,检测合格的新蒸汽冷凝水应返回热电厂,检测不合格的新蒸汽冷凝水应输送至热水站;
        2)对于新建氧化铝厂,新蒸汽冷凝水宜直接返回热电厂的除氧器。
    6 二次蒸汽冷凝水的热量利用应符合下列规定:
        1)宜输送至热水站;
        2)热电厂需要时,热量经利用后应进行检测,并应设置电导率变送器、硅酸盐分析仪和铁离子分析仪等自动检测装置,检测合格的二次蒸汽冷凝水应返回热电厂,检测不合格的二次蒸汽冷凝水应输送至热水站。
    7 溶出新蒸汽冷凝水在母液蒸发工序进行利用时,自蒸发级数应根据蒸发条件确定。
    8 可抽取部分水冷器的循环回水作为赤泥洗涤用水。
16.1.6 母液蒸发工序应设置原液槽,贮量应根据蒸发器组数和生产能力裕量等确定,碱液调配工序临近母液蒸发工序配置时,原液槽可配置在碱液调配工序,原液槽应设置排汽筒。
16.1.7 蒸发原液可采用自流输送方式进入蒸发器组,不具备条件时,应设置原液泵,并应采用变频调速调节方式,可不设置备用。
16.1.8 新蒸汽冷凝水泵和二次蒸汽冷凝水泵应分别设置,宜采用变频调速调节方式,并应设置备用。
16.1.9 在末效蒸发器后宜设置水冷器,末效蒸发器的分离室和水冷器宜采用一体结构,末效蒸发器产生的二次蒸汽也可采用其他冷凝形式。
16.1.10 多效蒸发装置的过料泵、循环泵和出料泵可不设置备用,过料泵和出料泵应采用变频调速调节方式,真空泵形式宜采用水环式。
16.1.11 多效蒸发系统的清洗设计应符合下列规定:
    1 应设计水洗流程;
    2 蒸发器的结疤清除可采用化学清洗和机械清洗方式;采用化学清洗时,应设计化学清洗流程;稀硫酸不应在蒸发器内制备;
    3 管式降膜蒸发器宜采用化学清洗方式;
    4 板式降膜蒸发器可采用机械清洗方式,不宜采用化学清洗方式。
16.1.12 不受背压发电方式影响的企业,可采用机械蒸汽再压缩技术进行蒸发,并应进行技术经济比较。
16.1.13 多效蒸发系统Ⅰ效溶液输送管道的材质应采取消除应力腐蚀的措施。
条文说明
16.1.1 氧化铝厂区污水指各工序产生的污水,如设备、管道的清洗水,泵冷却水和地坪冲洗水等。若在物料平衡计算时已计入流程的污水量,则在考虑蒸发装置的生产能力时,就不需要再额外计入污水量。所在地的降雨量与蒸发量气象条件在多雨地区对蒸发装置的生产能力影响较大,设计时需要注意。
16.1.2 增加多效蒸发器的效数是降低汽水比最有效的方法。为了降低能耗,目前国内氧化铝厂的种分母液蒸发机组已普遍采用6效或7效蒸发,碳分母液蒸发机组普遍采用4效或5效蒸发。
16.1.3 由于自然循环蒸发器的传热系数低,液柱静压效应引起传热温差损失,总传热温差小,难以实现多效蒸发,因而在新建、扩建和改建的氧化铝厂的蒸发设计中已被淘汰。管式降膜蒸发器有一体式和分体式两种结构,当蒸发装置的生产能力大于300t/h时,可以采用分体式结构。这样能减小单件设备的外形尺寸和减轻单件设备的重量,以便运输和吊装蒸发器。多效蒸发装置的高温段易形成结疤,板式降膜蒸发器传热单元的物料通道窄,结疤会堵塞物料通道,造成传热效果下降,故多效蒸发装置的高温段不推荐采用板式降膜蒸发器。强制循环蒸发器更适于有盐析出的蒸发过程,析盐效推荐采用强制循环蒸发器。
16.1.4 蒸发器的热媒采用饱和蒸汽较过热蒸汽有更高的传热系数。
16.1.5 本条对多效蒸发装置的热量利用做出了规定。
    1 在多效逆流蒸发流程中,蒸发原液温度一般大于80℃,而末效蒸发器液室温度一般小于60℃,设置原液自蒸发器,原液进入自蒸发器将闪蒸出二次蒸汽,用于加热末效蒸发器,有利于降低蒸发装置的蒸汽消耗。
    2 对于氧化铝厂,仅对单个蒸发装置进行能量计算是不全面的,需要对整个氧化铝厂进行能量计算,这样计算的结果才有参考意义。一般来说,蒸发装置出料母液温度的提高,有助于提高循环碱液的温度,有利于整个氧化铝厂的节能,但同时增加了蒸发装置的蒸汽消耗量。
    5 对于新建的氧化铝厂,设计时推荐采用新蒸汽冷凝水不进行闪蒸降温直接返回热电厂利用的方案。由于锅炉给水是通过热电厂自用汽直接加热升温的,而新蒸汽冷凝水的热量回收是依靠增加工艺设备的换热面积来实现的。因此,检测合格的新蒸汽冷凝水,推荐直接返回热电厂使用。
    6 二次蒸汽冷凝水的水质较好,热电厂需要时,检测合格的二次蒸汽冷凝水也可返回热电厂使用。
    8 水冷器的循环回水温度较高,用作赤泥洗水,既可以利用循环水的热量降低工艺能耗,又可以使用低温水为循环水补水,降低了循环水的降温负荷。
16.1.6 母液蒸发工序一般由一组或几组蒸发装置组成,由于蒸发器需要定期进行酸洗和水洗,为了保证氧化铝生产的连续性,需要设置原液槽进行液量缓冲。总平面布置时,若碱液调配工序临近母液蒸发工序配置,则原液槽可以与碱液调配工序的合格碱液槽集中布置,若碱液调配配置在预脱硅工序,需要临近母液蒸发工序单独配置原液槽。
16.1.9 末效蒸发器的分离室和水冷器采用一体结构,能使末效蒸发器产生的二次蒸汽与循环水充分接触并降温,能有效避免二次蒸汽带碱,从而改善蒸发循环水的水质。在缺水地区,也可以采用其他冷凝方式将末效蒸发器产生的二次蒸汽冷凝回收。
16.1.10 由于蒸发装置占地有限,且管道连接复杂,故所有溶液泵可以不设置备用,而且由于蒸发装置的自动化程度高,溶液泵设置备用反而使控制联锁复杂,增加操作难度。为了保证蒸发装置的高运转率,要求采用品质较好的泵设备。
16.1.11 本条对多效蒸发系统的清洗设计做出了规定。
    1 多效蒸发装置需要定期进行水洗,以清除附着在设备和管道上的盐等,从而提高蒸发器的传热效果。多效蒸发系统采用全流程循环清洗的方式,由于种分母液中含盐、有机物等,将对水洗周期造成影响,通常水洗周期为7d~10d。
    2 化学清洗是用稀硫酸来清除蒸发器加热管上的结疤,通过各效蒸发器单独循环清洗,清洗周期一般为1个月~6个月。机械清洗是用高压水清洗蒸发器加热管或加热板片的结疤,清洗周期一般为1个月~5个月。清洗结疤时,化学清洗比机械清洗效果好,且操作简便,同时化学清洗可以在不停车的情况下通过切换流程完成清洗作业。由于在蒸发器内制备稀硫酸会加剧蒸发器设备的腐蚀,并存在安全隐患。因此,稀硫酸制备作业通常是在酸洗站工序的稀酸槽内完成。
    3 管式降膜蒸发器的传热单元一般由直径为57mm,长度为12m的无缝钢管组成,采用化学清洗和机械清洗方式,但是机械清洗方式效果不好,故不常采用。
    4 板式降膜蒸发器的传热单元由两张不锈钢板经液压成型后点焊组成,因化学清洗易使加热板片的焊点腐蚀,造成加热板片裂开,故可采用机械清洗方式,不宜采用化学清洗方式。
16.1.12 采用机械蒸汽再压缩技术(Mechanical Vapor Re-com-pression,缩写为MVR)的蒸发器称之为MVR蒸发器。
16.1.13 多效蒸发系统中I效蒸发器的溶液温度和自由碱浓度都较高,在多个氧化铝厂曾发生过溶液输送管道渗漏的情况,故要采取消除应力腐蚀的措施,避免碱脆影响。
 
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氧化铝厂工艺设计标准 GB/T50530-2022
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