防治管式降膜蒸发器结垢的生产实践
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[1] 天津大学化工原理教研室.化工原理[M].天津科学技术出版社. [2] 《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册( 2) [M].北京: 化学工
业出版社, 1989. [3] 古启贤.化工热力过程[M].北京: 化学工业出版社, 1992.
Pr actice in pr evention and contr ol of scale in tube falling- film evapor ator
YAO Chang- ren DUAN Li- lin
Abstr act: Appropriate modification measures have been taken to deal with scale formation in heating tube of the tube falling- film evaporator for carbon seed pregnant liquor evaporation in sintering process. The evaporation efficiency of the evaporator, after modified, has been obviously improved and the steam consumption greatly reduced. Key wor ds: sintering process; carbon seed pregnant liquor; tube falling- film evaporator; heating tube; scale
碳酸钠随着蒸发母液浓度的升高, 溶解度急剧 下降, 当碳酸钠超过其平衡浓度时, H2O·Na2CO3 自 溶液中析出。碳酸钠在烧结碳分母液中的溶解度随 着温度升高而增大, 随着浓度的升高而降低。当温 度低而浓度高时, 析出的碳酸钠结晶增多; 碳分母 液的蒸发浓度达到 225 g/L 时, 碱液中就有含水碳 酸钠结晶析出。温度在 32 ℃以下, 碳酸碱主要 为 Na2CO3·10H2O; 温度在 32 ℃~35.5 ℃, 碳酸碱主要为 Na2CO3·7H2O; 温度在 35.5 ℃以上, 碳酸碱主要为 Na2CO3·H2O。其中以 Na2CO3·7H2O 形式存在的温度 范围最窄。温度大于 107 ℃, 为无水 Na2CO3。
目前, 同行业清除烧结法碳分母液蒸发过程中 管式降膜蒸发器加热管壁上结疤的方法主要为水 煮与硫酸洗罐, 同时外加高压清洗。经过化验, Ⅲ~ Ⅵ效主要为氢氧化铝 ( 或 Al2O3) 形成的致密结疤,
Ⅰ、Ⅱ效 尤 其 是Ⅰ效 的 主 要 成 分 发 生 变 化 , 主 要 为 氢 氧 化 铝 ( 或 Al2O3) 与 二 氧 化 硅 ( SiO2) 形 成 的 致 密 铝硅酸钠结疤。实际生产表明, 水煮与硫酸洗罐两 种清除结疤方法有一定效果, 但不理想, 而利用高 压清洗设备清洗结疤, 成本极高, 并且只对堵死的 加热管起作用。在蒸发工序, 标准式蒸发器曾经采 用液碱煮罐, 清除结疤效果良好, 但由于种种原因 停止采用。这种方法是利用液碱的主要成分苛性碱 ( NaOH) 与 Al(OH)3 发 生 反 应 , 溶 解 加 热 管 上 的 结 疤, 达到彻底清除结疤的目的。
硫酸钠在蒸发过程中的行为与碳酸钠基本相 同,二者析出的结晶若未得到及时清除即形成垢层。 1.2.2 铝硅酸钠的结晶析出
在烧结法生产中, 用来蒸发的碳分母液中主要 是碳铝硅酸钠的复盐,碳酸钠和氧化铝是主要成分。 铝硅酸钠析出的速度随着温度升高而增加, 在母液
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中国有色冶金
轻金属
中的溶解度随着浓度降低而降低, 因此高温低浓度 有利于铝硅酸钠的结晶析出。它形成的结垢致密坚 硬, 不溶于水, 但较易溶于酸。
的蒸水量由以 173.70 m3/h 提高到 181.94 m3/h。 改造实施前 ( 2004 年 1~6 月) 和实施后( 2004
年 7~12 月) 管式蒸发器吨水耗汽量见表 2。 可见, 实施改造后, 管式蒸发器吨水耗汽量由
0.26 降低到了 0.23 t。 2.3.2 经济效益显著
( 1) 改造后,管式降膜蒸发器的蒸水量由173.70 m3 提高到 181.94 m3, 增加了 8.24 m3, 即在保证烧结 法碳分碱液 NT 浓度一定的前提下, 可减轻二段蒸 发器蒸水负荷 8.24 m3/h。二段蒸发器吨水耗汽量在 0.50 t, 而管式蒸发器为 0.23 t, 即管式蒸发器在实施 新模式后仅节约蒸汽一项创造的价值为:
改造前
时间
蒸 水 量/m3·h- 1
1月
176.38
2月
169.02
3月
176.98
4月
176.76
5月
171.61
6月
171.44
平均值
173.70
改造后
时间
蒸 水 量/m3·h- 1
7月
182.50
8月
179.80
9月
181.20
10月
183.50
11月
182.75
12月
181.90
平均值
181.94
蒸发器的结垢分为易溶性和难溶性两种, 碳酸 钠与硫酸钠属于易溶性结垢, 均能溶解于水或较低 浓度的碳分母液。生产中主要解决的问题是难溶、 质地坚硬的铝硅酸钠复盐的有效清除。 2.2.1 采用种分母液煮罐及硫酸洗罐清除结疤
结合以往的液碱煮罐经验, 根据目前的生产实 际状况, 用种分母液替代水煮蒸发器, 取得了巨大 成功。
2005 年 12 月第 6 期
防治管式降膜蒸发器结垢的生产实践— ——姚昌仁 段立林
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轻金属
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防治管式降膜蒸发器结垢的生产实践
姚昌仁 段立林
( 山东铝业股份有限公司, 山东 淄博 255052)
[摘 要] 针对用于烧结法碳分母液蒸发的管式降膜蒸发器加热管结垢形成的原因, 采取了相应的改进
8.24×( 0.50- 0.23) ×24×365×95%×92=176 万/a
表 2 改造前后管式蒸发器吨水耗汽量对比
改造前
时间
吨 水 耗 汽 量/t
1月
0.25
2月
0.27
3月
0.26
4月
0.25
5月
0.24
6月
0.26
平均值
0.26
改造后
时间
吨 水 耗 汽 量/t
7月
0.22
8月
0.25
9月
0.23
10月
0.21
11月
0.23
12月
0.23
平均值
0.23
( 2) 改造前, 管式蒸发器需要每 3 个月进行一 次蒸发器液室罐壁的结疤清理, 费用为 5 万/次, 打 加热管死眼费用 1.8 万/次,合计费用约 7.0 万元。改 进后这些清检措施不再需要, 每年可节约清检费用 28 万元。
两项措施投入约 2 000 元, 而创造的综合经济 效益 204 万/a,做到了低投入高产出, 经济效益显著。
3 结束语
管式降膜蒸发器的加热管结垢问题制约着蒸 发器蒸发效率和在线运转率的进一步提高。通过采 用种 分 母 液 煮 罐 和 硫 酸 洗 罐, 改 造Ⅴ、Ⅵ效 布 料 器 等措施, 解决了管式降膜蒸发器加热管结垢的问题, 蒸发器的蒸水量由 173.70 m3/h 提高到 181.94 m3/h, 吨水耗汽量由 0.26 降低到 0.23 t, 节能效果明显, 取 得了很好的经济效益和社会效益。
产能下降, 严重时, 蒸发器无法进行操作。在生产 中, 蒸发器需要周期性地洗罐以清除结垢, 主要原 因是加热管壁结垢厚度影响到了蒸发器的产能及 操作, 其表现为组时蒸水量降低, 液量的通过受影 响, 组时耗汽量增加, 吨水耗汽量增加, 蒸水成本升 高。 1.2 加热管结垢的主要原因
经化验分析, 加热管壁结垢的主要成分是苛性 碱、碳酸钠、硫酸钠和铝硅酸钠的混合物。 1.2.1 碳酸钠的结晶析出
针对管式降膜蒸发器水煮、酸洗存在的缺陷, 在标准式蒸发器成功利用种分母液煮罐的基础上, 制定了一套比较完善的 《管式蒸发器种分煮罐、洗 罐操作规程》, 并在 2004 年 7 月付诸实施。管式蒸 发器在进行硫酸洗罐之前, 严格种分煮罐的操作时 间 、温度、浓度 , 将 大 量 的 蒸 发 器 罐 壁 、加 热 管 罐 壁 结疤清除干净, 为进一步硫酸洗罐创造条件。在种 分母 液 煮 完 罐 之 后 , 对 蒸 发 器 的 加 热 管 、各 条 进 出 料管及蒸发器的所有罐壁进行检查, 效果十分好, 只要种分液面能浸煮的部位, 基本没有结疤存在, 说明这种方法清除管式蒸发器结疤非常有效。 2.2.2 改造Ⅴ、Ⅵ效布料器结构
措施。改进后蒸发器的蒸发效率显著提高, 蒸汽消耗明显降低。
[关键词] 烧结法; 碳分母液; 管式降膜蒸发器; 加热管; 结垢
[中图分类号] TF821
[文献标识码] B [文章编号] 1672- 6103( 2005) 06- 0025- 03
0 前言
蒸发器是氧化铝生产中的重要设备之一, 主要 作用是蒸发氧化铝流程中多余的水份, 生产合格的 碱液进行生料浆的配制。山东铝业股份有限公司氧 化铝厂于 2003 年新投如入了一组六效四闪管式降 膜蒸发器, 用于烧结法碳分母液的蒸发, 在氧化铝 厂实施的二段蒸发结晶析盐过程中承担一段蒸发 任务, 设计蒸水量 165 m3/h, 吨水耗汽量 0.30 t。六效 管式 降 膜 蒸 发 器 的 传 热 性 能 良 好 , 蒸 发 强 度 、效 率 高, 运行平稳 、可靠, 使用 寿命长, 2003 年 1 月 试车 投运当月各项指标即达到设计值。但是, 由于是首 次应用管式降膜蒸发器, 因此对其的操作、维护、清 理经历了摸索、总结、改进、优化的过程。生产中, 管 式降膜蒸发器的加热管结垢问题成为了制约蒸发 器蒸发效率和在线运转率进一步提高的主要因素。 公司通过分析蒸发器加热管结垢的原因, 采取了相 应的改进措施, 效果显著。