强制循环蒸发器三效改四效的实践应用

段立林（中电投山西铝业有限公司氧化铝分公司， 山西 忻州 034100）

强制循环蒸发器三效改四效的实践应用

段立林（中电投山西铝业有限公司氧化铝分公司， 山西 忻州 034100）

本文介绍了在某氧化铝厂生产中，将强制循环蒸发器由三效改为四效的一系列措施。对比分析了改造前后强制循环蒸发效率及工艺指标状况，简要介绍了取得的经济效益。

三效；四效；蒸发效率；经济效益

0 引言

强制循环蒸发器在氧化铝生产中是蒸发工序的主要蒸发器类型，具有适宜高浓度蒸发的特点，在某公司氧化铝厂蒸发工序，进行种分母液的蒸发利用的是一组三效强制循环蒸发器，多年来由于设备原因有其中一效蒸发器在线外闲置或作为备用效，随着种分母液生产量的增加及进一步优化工艺指标的需要，目前这组三效蒸发器的蒸水量及指标已经不能满足生产要求，因此，充分利用好闲置的一效蒸发器，将三效改为四效，提高蒸发器的蒸水量，降低成本，优化工艺指标非常必要。

1 目前强制循环蒸发器状况

①强制循环蒸发器设计本来有4个效组成，由于各种原因，只投用了其中3个效，每个效加热面积900m2，共2700m2，另有一个效作为备用闲置，闲置加热面积900m2。

②各个效的冷凝水的余热未充分利用，一效、二效冷凝水没有水封、乏汽闪蒸罐等节汽措施，蒸汽热利用效率低。

③目前采用过热蒸汽加热，蒸汽热值利用不够充分。

④设计的强制循环蒸发器的产能为25kg/h.m2，目前的三效强制循环蒸发器的蒸水量为67.5 m3/h，由于受到目前的种分蒸发器蒸水能力制约，种分蒸发母液全碱浓度只能达到190g/l，送到氧化铝下一道工序冲淡了精制液浓度，增加了后续工序的内部种分循环液量，升高了氧化铝制造成本。

说明：①……线表示蒸汽、乏汽管路；②----线表示冷凝水管路；③一效、二效的冷凝水没有水封罐、乏汽闪蒸罐节汽装置，余热都未充分利用。

⑤目前的三效强制循环蒸发器的单位吨水能耗成本为：每小时电耗为700kW，汽耗为25吨，单位能耗成本为（700×0.45+25×92）÷67.5=38.74元/吨.水，单位吨水成本较高。（附：改造前的强制循环蒸发器简图）

2 改进实施方案

2.1 可行性措施一分析

蒸发器组各效温度损失由溶液沸点升高、静压和二次汽管管阻力等项因素组成，通常前两项是主要影响因素。溶液的沸点升高，与溶液浓度成正比，它是溶液本身的特点，故蒸发过程由沸点升高引起的温度损失很大，为此化工、冶金等行业在低浓度段根据可能尽量采用较多的效数，以降低蒸发过程的热耗。在其它条件固定的情况下，根据蒸发器的传热原理Q= KF△t，蒸发器的加热面积大小决定了蒸发器的组时产能大小，在一定条件下，增大加热面积，则能够提高蒸发器的效率，所以，将三效改为四效，增加900m2的加热面积，能够显著提高目前蒸发器的组时蒸水量。

2.2 可行性措施二分析

液体或汽体在传热过程中，在其传热表面会形成一层薄膜。例如蒸汽在传热面即蒸发器的加热管上冷凝形成水膜。对于列管式加热器，蒸汽或液体在管道的内壁或外壁表面形成液体或汽体膜，膜的形成影响传热效果。对于蒸汽膜的传热与蒸汽的密度、蒸汽潜热和温度有关。而设备确定以后，膜系数和密度、蒸汽潜热和温度有关。蒸汽参数确定后，蒸发潜热就确定，蒸汽密度随过热度降低密度提高，膜系数也就提高。所以采用低过热度的饱和蒸汽，有利于蒸发热能利用，提高效率。

2.3 可行性措施三分析

蒸发器在三效作业时，一效、二效的冷凝水的热能未充分回收利用，直接进入回水箱，回水温度高达120℃以上。在一效增加2个回水乏汽闪蒸罐，在二效增加1个乏汽闪蒸罐，充分利用新蒸汽冷凝水的乏汽，将回水温度降低到95℃左右，降低汽耗。

由以上可行性分析，此次三效改四效重点改造内容有以下几点：

①进行闲置效的设备修复，做好合岔流程的完善，由三效改为四效。

②在进入一效加热室之前的蒸汽管道加设减温减压装置，使得新蒸汽由过热蒸汽转为饱和蒸汽，降低汽耗，使用DN300减温减压阀一件。

③在蒸发器Ⅰ、Ⅱ效增加冷凝水水封罐、乏汽闪蒸罐，降低汽耗。改造后蒸发器见下简图。

说明：

a.一效、二效的冷凝水加设水封罐、乏汽闪蒸罐节汽装置，余热充分利用。

b.由目前的三效改为四效强制循环蒸发器，加热面积增加900m2。

c.在进入一效加热室之前的蒸汽管道加设减温减压装置。

d.新增一套DCS自动控制系统，对蒸发器进料量、出料量，一效蒸汽压力、温度、流量，各效液位，泵的远程控制等实现自动控制。

3 结语

三效改四效的技术经济效益如下：

①改造之后，加热面积达到3600m2，四效强制循环蒸发器的蒸发强度22kg/m2.h计算，在蒸发稀的种分原液时，组时蒸水量将由目前的67.5m3/h达到80m3/h，吨水汽耗将由目前的0.37t.汽/t.水下降到0.31t.汽/t.水。

②改造后，每小时电耗为900KW，汽耗为25吨，单位能耗成本为（900×0.45+25×92）÷80=34.31元/吨.水，单位吨水成本比改造前的38.74元/吨.水下降4.43元/吨.水。每年蒸发器的蒸水成本降低费用为4.43×80×24×365×90% ×62%=170万元/年。

③缓解了目前种分蒸发器紧张的局面，种分蒸发母液浓度进一步提高，减少了氧化铝生产中间环节的液量循环，优化了指标，降低了成本。

参考资料：

［1］天津大学化工原理教研室.化工原理（上）［M］.天津科学技术出版社，1992，（1）.

［2］氧化铝厂各类生产技术台帐［M］.