| 工程实例二：焊接宽流道在氧化铝领域的应用
东方希望（三门峡）铝业 宽流道
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，精液在第一分解槽中附聚，在第二和第四分解槽分解后，分别抽出氢氧化铝浆液和循环水间接换热的方法降温，中间降温所用的换热设备为我公司生产的焊接宽流道板式换热器。
与其他换热器相比，我公司生产的焊接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。与其他换热器相同，焊接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，供流体通过，而热流体侧在板组间形成无触点的介质流道，保证含有复杂介质的流体顺利通过，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，焊接宽流道板式换热器的传热系数高出其它换热器200W/(m3.K)；
（3）安装清理检修方便。焊接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。
焊接宽流道板式换热器的板片材质一般选用304、316L、904、254、或双相不锈钢2205等，根据介质不同的腐蚀情况选用不同的抗腐蚀板片材质。
2、 工艺流程说明
焊接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附图一所示。实际中氧化铝生产规模不同，分解槽数量不同，选用的槽顶宽流道板式换热器的数量也不同。
焊接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8~16h。
循环水上水温度约30℃，下水温度约45℃，由于循环水的用量较大，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。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。宽流道板式换热器进出口料浆温差1号和2号不低于8℃，3~5号不低于5℃。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。整个过程由DCS系统控制，在分解车间集中管理。
3、分解槽中间降温热平衡表
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项目 |
单位 |
1号
宽流道 |
2号
宽流道 |
3号
宽流道 |
4号
宽流道 |
5号
宽流道 |
6号
宽流道 |
|
AH浆液流量 |
m3/h |
350~450 |
350~450 |
350~450 |
350~450 |
350~450 |
350~450 |
|
AH浆液密度 |
kg/ m3 |
1730 |
1730 |
1730 |
1730 |
1730 |
1730 |
|
AH浆液比热 |
J/(kgK) |
2301.2 |
2301.2 |
2301.2 |
2301.2 |
2301.2 |
2301.2 |
|
冷却水流量 |
m3/h |
150~180 |
150~180 |
150~200 |
180~290 |
380~600 |
390~600 |
|
冷却水密度 |
kg/ m3 |
1000 |
1000 |
1000 |
1000 |
1000 |
1000 |
|
冷却水比热 |
J/(kgK) |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
AH浆液在换热器进/出口的温度 |
℃ |
60/52 |
58/50 |
55/50 |
52/47 |
50/45 |
48/43 |
|
冷却水在换热器进/出口的温度 |
℃ |
30/54 |
30/47 |
30/44 |
30/41 |
30/50 |
30/50 |
|
料浆固含 |
|
750 |
750 |
750 |
750 |
750 |
750 |
4、应用结论
经过东方希望（三门峡）铝业氧化铝领域的使用数据分析，我公司提供的焊接宽流道板式换热器对氢氧化铝料浆有较高的流通能力，压力损失小，换热效率高，为了应对料浆对流道中几何结构及焊接部位的磨（冲）蚀，将各通道间的截面设计及连接结构做准对性优化设计，成功克服料浆里悬浮颗粒（氧化铝、金刚砂等）对几何结构和焊接部位的冲蚀，同时在保留原有料浆板间流速的情况下，稳定的板间传热效率，确保了料浆降温幅度，延长设备在线运行年限，使原有检修周期延长2~3倍，有效的降低设备运行费用，间接节约运营成本，从而使氧化铝产能至少提高了10~15%。
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