MVR系统在氧化铝生产蒸发工段的应用

夏 军 杨国勋 满永国

(江苏乐科热力节能科技股份有限公司, 江苏 靖江 214500)

MVR系统在氧化铝生产蒸发工段的应用

夏 军 杨国勋 满永国

(江苏乐科热力节能科技股份有限公司, 江苏 靖江 214500)

本文简要介绍了全国铝行业蒸发装备主要指标，说明了MVR蒸发系统的技术特点及应用范围，探讨分析了其在铝行业蒸发工段应用的方案。

MVR； 蒸水单耗； 综合成本

0 前言

蒸发系统是氧化铝生产的重要工序之一,随着氧化铝生产规模的不断扩大，蒸发工序能耗制约着氧化铝工业的发展。由于蒸发工序的能耗占氧化铝生产全部能耗的近1/3，因此降低蒸发工序能耗对于降低氧化铝生产线整体能耗至关重要，故通过应用新工艺实现蒸发系统节能降耗对全国铝行业降本增效意义重大。机械蒸汽再压缩(mechanical vapor recompression，简称MVR)是国外成熟的节能蒸发技术。该技术仅消耗一定的电量和少量外来蒸汽，对氧化铝生产蒸发工段具有良好的节能效果和经济效益。

1 国内氧化铝生产企业主要蒸发装备的技术指标及种类

目前国内主要氧化铝生产企业(集团)已超过20多家，氧化铝年产量大于6 000万t，使用的蒸发装备主要为六效四闪管式降膜蒸发器，蒸水能力一般在150～280 t/h，主流为220 t/h，加热面积约15 000 m2,平均蒸水汽耗0.27t-汽/t-水，平均蒸水电耗(含循环水折算)30 kW·h/t-水。

蒸发器主要有以下两种：(1)“五级预热器、四级闪蒸罐”的六效管式降膜蒸发器，其加热面积分配呈扁平化，即蒸发器的各效加热面积差异不大,此类蒸发器多使用“Ⅵ进料、四闪出料”或“Ⅳ、Ⅵ进料、四闪出料”流程。(2)“两级预热器、四级闪蒸罐”的六效管式降膜蒸发器，其加热面积分配呈哑铃型，即蒸发器的加热面积两端大、中间小。此类蒸发器多使用“Ⅳ进料、四闪出料,Ⅵ进料、Ⅴ出料”的合流流程。

2 蒸发溶液的主要物理特性

对于拜耳法蒸发原液铝酸钠溶液，其物理特性主要包括溶液沸点和粘度的变化。该溶液的沸点升高值(Δ)等于一定压强下溶液的沸点t1高于纯水沸点T的差值，计算公式为：

Δ=t1-T

(1)

式中：Δ——溶液的沸点升高，℃；t1—溶液的沸点，℃；T——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸汽的饱和温度，℃。

图1 溶液沸点曲线图

沸点升实验结果如图1所示。由图1可知，初始1 000 mL(Nk100 g/L)溶液浓缩至380 mL(Nk260 g/L)后，沸点升高24 ℃，当Nk≥220 g/L时，溶液沸点升速率加快。

图2 浓缩液粘度曲线图

动力粘度实验分析结果如图2所示，由图2可知物料浓缩液在30～80 ℃，动力粘度为20～5 mPa·s。溶液冷却无盐析出。

对于烧结法蒸发原液(分解母液)铝酸钠溶液，其中碳酸钠初始浓度为100 g/L，氧化铝初始浓度为8 g/L。碳酸钠浓度增加到230 g/L以上时沸点升为15 ℃，溶液有盐(结晶)析出。

3 MVR蒸发技术原理及优点

MVR蒸发技术重新利用了系统自身产出的二次蒸汽能量，从而减少了对外界能源的需求。其原理是对传统蒸发器中被冷却掉的二次蒸汽进行压缩，蒸汽温度随之升高，实现将低温、低压蒸汽变为高温、高压蒸汽，从而作为热源再次加热原液，达到循环回收利用蒸汽的目的，由于体积压缩由机械式压缩机实现，故称为机械蒸汽再压缩技术。

MVR系统的蒸发量一般为25 kg/h～100 t/h，该系统具有以下优点：(1)无需一次蒸汽蒸发,仅靠回收的二次蒸汽就可维持正常运行。(2)无需冷凝系统和冷却水循环的低温蒸发,蒸发温度可在20～110 ℃之间任意设定,系统能够稳定运行。(3)极低的电耗。蒸发每吨水仅耗电30 kW·h，一效MVR系统蒸发器的经济性相当于30效蒸汽蒸发器。(4)系统结构紧凑。以氧化铝行业100 t/h的蒸水系统为例,该系统仅占空间14×6×15 m。

4 MVR蒸发技术的适用范围

MVR系统可放置在已有蒸发装置或蒸发原液储槽旁，可根据生产需要随时开停，适用于化工企业中无蒸汽供应的小型蒸发、浓缩液循环工序，如图3所示。

MVR技术可应用在以下情况：一是企业蒸发系统蒸水能力偏小，需要投资增加蒸水装置时；二是企业蒸发系统的原液温度远高于85 ℃，提高循环母液浓度到250 g/L运行，传统六效管式降膜蒸发器需要原液闪蒸降温后蒸发，高浓度运行效果差，宜采用二段蒸发，前段用MVR系统；三是企业系统内电富裕、蒸汽偏紧时有MVR系统蒸水需求。

5 MVR蒸发技术的经济效益

理论上，六效四闪管式降膜蒸发器平均蒸汽价格100元/t、蒸水汽耗0.27t-汽/t-水、平均蒸水电耗(含循环水折算)30 kW·h/t-水、电价0.40元/kW·h，其蒸水成本为：0.27t-汽/t-水×100元/t+30 kW·h/t-水×0.40元/kW·h=39元/t-水；MVR系统蒸水成本为：60 kW·h/t-水×0.40元/kW·h=24元/t水，故MVR系统与传统六效四闪管式降膜蒸发器相比可降低综合成本15元/t-水，节能38%以上。MVR系统与传统六效系统蒸水综合成本比较，吨水能耗小于40 kW·h(压缩机部分),按每小时蒸发量为70 t，每年工作8 000 h计算，年产生效益：70×15×8 000=840万元/a。

实际应用中，蒸水量8 t/h的MVR系统已在某铝业公司运行，用于拜耳法原液浓缩，技术参数为：初始氢氧化钠浓度为100 g/L，氧化铝浓度为50 g/L；终点氢氧化钠浓度为245 g/L。MVR系统蒸水电耗

图3 氧化铝生产用六效管式降膜蒸发器+MVR机组并联示意图(改造后的结构如粗线部分)

55 kW·h/t-水，与改造的四效管式降膜蒸发器相比可降低综合成本25元/t-水。

6 结束语

MVR蒸发技术利用了二次蒸汽潜热，避免使用新鲜蒸汽，从而大幅降低了能源消耗。由于无需冷却循环水，降低了冷却塔产生的耗水、耗电量。除此之外，该技术设备结构紧凑，运行平稳，自动化程度高，对于氧化铝生产节能降耗意义重大。

Application of MVR System in Evaporation of Alumina Production

XIA Jun, YANG Guo-xun, MAN Yong-guo

This paper briefly introduces the main indexes of evaporation equipment in domestic alumina industry, describes technical characteristics and application range of MVR evaporation system, and analyzes the scheme of MVR system applied in evaporation of alumina industry.

MVR; distilled water consumption; comprehensive cost

2015-07-20

夏 军(1977—)，男，江苏扬州人，在职硕士，主要从事MVR技术的研发和推广应用工作，现任江苏乐科节能科技股份有限公司董事长、总经理。

TF821

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1008-5122(2015)06-0023-02