氧化铝生产中重点耗能工序节能技术综述

氧化铝生产中重点耗能工序节能技术综述

1.中国氧化铝生产的能耗情况

中国氧化铝与国外相比，能耗高是主要特点，中国的混联法和烧结法生产氧化铝能耗是国外氧化铝生产的2-3倍，中国纯拜耳法的氧化铝生产能耗与国外氧化铝厂的能耗是接近的。顾松青教授研究表明中国氧化铝成本中的能源费用占43%，远高于国外氧化铝的16%。中国氧化铝生产的主要用能类别有电能、蒸汽、新水、循环水、天然气、原煤、重油。烧结法工艺中煤是主要能耗，占一半以上，其次是蒸汽；拜耳法工艺中蒸汽是主要能耗，其次是天然气，电力主要消耗在原料制备、熟料烧成和溶出工序；新水主要用于熟料烧成、溶出和原料制备和洗涤工序工序；而循环水在熟料烧成、蒸发、溶出三个工序消耗最多。影响氧化铝能耗的因素可分为以下几个方面：工艺流程、循环效率、关键工序、设备、热能利用效率等。所以，节能工作的重点应放在工艺技术改进和新设备的应用。 2.氧化铝生产中重点耗能工序节能技术 2.1熟料烧成工序

氧化铝熟料烧成工序的工艺能耗占整个烧结法工艺能耗的50%左右，造成熟料烧成工序热耗高的主要原因有:生料浆水分高、熟料冷却效果差、窑筒体散热大、窑尾废气热利用差、回转窑密封状况欠佳、热工制度不合理等。因此应从以下几方面降低熟料窑的能耗。 2.1.1熟料冷却机系统余热利用

为回收冷却机外喷淋系统带走的热量，2007年中州分公司对喷淋介质进行了改变，用碳分母液替代水做冷却介质，利用熟料剩余热量将进入蒸发器前的碳分母液中部分水分先期蒸发，降低了蒸发碳分母液的蒸汽消耗量，同时节约了大量的循环水，降低了烧结法工艺能耗。 2.1.2合理利用熟料窑废气余热

用熟料窑烟气预热生料浆：山东企业在窑炉废气的回收利用方面做了一些研究和探索,包括熟料窑烟气预热生料浆，在旋风入口直接接鼓风机将烟气引至料浆预热槽,不但可以回收烟气余热,而且还起到净化烟气的作用。可使生料浆从30℃预热至75℃以上,提高了入窑料浆温度,减少了烧成煤的用量, 可节省燃煤30~40 kg/t-熟料，不但减少了热量的外排还节约了烧成成本。

利用窑尾余热发电、无机热管吸热技术都是烟气余热回收利用中的新型技术。

2.1.3使用新型熟料窑密封装置--复合式密封技术

熟料窑的窑头和窑尾密封是降低能耗,减少污染,保证熟料窑热工制度稳定和正常工艺操作的重要保障。复合式密封装置是解决熟料窑的窑头、窑尾密封以及单筒冷却机的机头密封问题的良好装置, 密封效果好,漏风、漏灰量极少与原摩擦式密封相比,其漏风量减少了90%以上,基本上没有漏灰。 2.1.4降低生料浆水分

湿法烧成时，生料浆水分过低时料浆的输送比较困难，采用料浆稀释剂降低料浆水分是降低能耗的有效途径,投资小而增效好。

2.1.5减少回转窑胴体热损失

回转窑通过胴体向外散热,其热耗约占熟料热耗的12%左右。在窑内砌耐火砖可减少胴体散热。据资料介绍,砌耐火砖可使胴体表面温度下降50℃。同时亦可考虑在胴体表面涂涮耐火涂料以减小辐射。 2.1.6减少不完全燃烧热损失

采用合理的过剩空气系数，合理使用一次风,加强喷煤系统的管理与改进。尽量降低一次风比例,增加二次风，使用双套筒和三套筒喷煤管，并选择合理的煤粉控制指标，煤粉越细,比表面积越大,燃烧速度越快, 煤粉能较完全燃烧，有利于提高窑的热效率。 2.1.7降低熟料出口温度

利用小型篦冷机和单筒冷却机的组合,将能提高冷却能力和二次风温,降低熟料出口温度。

2.1.8采用半干法熟料烧结技术、生料浆窑外烘干、窑外预热、窑外分解等技术可大幅度降低烧成能耗。 2.2脱硅工序

烧结法粗液脱硅工艺多在常压和中压条件下进行,从而使工艺流程复杂、生产成本高、能耗高,仅粗液脱硅的能耗就占全部工艺能耗的17%左右。所以减少原料带入流程的硅量和提高生产流程中的脱硅效率、减少脱硅次数、降低脱硅温度是氧化铝生产过程中降低脱硅能耗的重要途径。

氧化铝烧结法生产工艺中压煮脱硅是不可缺少的工序之一,它又是烧结法生产氧化铝耗蒸汽较大的工序之一。国内外较早都是采用蒸

汽直接加热压煮脱硅工艺。这种工艺由于加热过程中蒸汽冷凝水进入溶液,使得脱硅精液浓度下降,从而增加了浆液回头浓缩时蒸汽的消耗量。另一方面由于只采用了一级自蒸发而粗液预热设备落后,使脱硅浆液自蒸发排出的大量低压乏汽利用率极低,从而造成脱硅工序的一次汽耗增高。

采用蒸汽间接加热脱硅,可以避免上述缺点,由蒸汽直接加热改为间接加热, 减少了蒸汽的冲淡使蒸发系统少用蒸汽量；间接加热连续脱硅工艺中,采用多级料浆自蒸发,并且充分利用了自蒸发的低压乏汽,使得脱硅工序的汽耗量明显下降,热能利用率很高。

采用合流脱硅工艺：合流脱硅就是指部分烧结法粗液与拜尔法溶出矿浆在溶出末级闪蒸槽进行合流脱硅,以减轻烧结法脱硅工序的负担。合流后一方面充分利用了拜尔法溶出后浆液的余热,减少了粗液脱硅的汽耗;另一方面,由于烧结法粗液浓度低,合流后也起到了对拜尔法溶出液稀释作用,减少了拜尔法洗涤系统的加水量,从而减轻 了蒸发负荷,降低了蒸发汽耗。

常压脱硅工艺：常压脱硅技术是在常压下加入适当晶种并辅以 相应的脱硅条件达到粗液脱硅的目的。该技术节能并使流程简化。脱硅平均汽耗从中压脱硅的1.41降低到1.245 t/t-Al2O3。

河南分公司、中州分公司两段常压脱硅技术也取得了可喜成果，耗用新蒸汽约55kg／m3(脱硅原液),间接加压脱硅耗汽90kg／m3(脱硅原液)，而直接脱硅耗汽约120—150kg／m3(脱硅原液)。 2.3蒸发工序

蒸发是氧化铝生产中能量消耗较大的工序之一，用多效蒸发可以减少加热蒸汽消耗量。

2.3.1蒸发器的更新升级及流程改进

我国氧化铝蒸发工序设备的升级大致经历了从循环式到非循环式(单程式),从非膜式到膜式的改进和创新过程。20世纪90年代末。贵州分公司、山东分公司、山西分公司开发建造了多组六效板式降膜蒸发器，山东分公司根据烧结法氧化铝生产碳分母液蒸发的工艺技术条件与物料的理化特性，采用板式降膜蒸发器与标准式串联构成一个完整的二段蒸发新工艺流程，吨水蒸发汽耗降到了0．27t／t(H20)，比标准式蒸发器降低了0．21t／t(H2O)。近年来中州分公司建造了五效逆流一级强制循环、四级竖管降膜与闪速自蒸发相结合的拜耳法种分母液蒸发的先进流程，蒸发汽耗降到了0．34t／t(H20)；山西分公司建设了六效管一板式降膜蒸发器、六效管式降膜蒸发器；广西分公司引进组蒸水能力220t／h的六效管式降膜蒸发器，蒸发种分母液设计吨水汽耗0．273t／t(H20)，等均取得了明显的节能效果。此外，在蒸发原液添加表面活性添加剂可显著延长蒸发器的水洗周期，实现蒸发节能。

2.3.2蒸发回水的合理利用

合格蒸发回水：由于蒸发回水量大,温度高(90℃±10℃),水质好,最有效的用途是作为锅炉用水。正常生产情况下,除满足中温中压锅炉用水外,其余部分必需进行除盐净化。除盐净化的途径,一是选用耐高温树脂,利用热电厂水处理现有流程再处理,但成本比较高;二是选

用适宜的热交换器,用二期水处理的二级除盐水与蒸发回水经过热交换器进行热交换,再利用水处理现有流程进行回水除盐净化处理,以满足高温高压锅炉对水质的要求,实现合格回水的全部利用,同时又能达到提高锅炉给水温度,稳定锅炉运行,提高供汽质量的目的。

不合格蒸发回水：除了做为赤泥洗涤用水外,由于氢氧化铝洗涤 对水质要求相对较低,不合格蒸发回水也可做为其生产过程洗涤用 水，可以大量减少新水和加热蒸汽用量，同时也可避免部分蒸发回水进入循环下水，使循环下水温度升高,给循环水降温带来极大困难,同时又造成热能损失及循环水碱度升高。 2.3.3缩小循环母液浓度差

拜耳法循环和烧结法循环系统中，都存在着溶出和分解浓度差的问题，即循环母液蒸发强度问题，如果能缩小浓度差，就能大幅度节能。因此应开发应用在高浓度下实施烧结法和拜耳法系列单元操作的关键技术，如的赤泥沉降、分解、过滤等，以及烧结法的高浓度溶出、赤泥分离与洗涤、脱硅和连续碳分等，同时又要保持系统正常运行，达到各工序的操作目标。 2.4高压溶出工序 2.4.1系统余热利用

一般高压溶出系统主要有两处蒸汽大量跑冒，分别为稀释槽后的安全受液槽排汽筒、赤泥热水槽上的排汽筒，为了进行热量回收，可对新蒸汽冷凝水采取汽、水分开利用的原则。即不论水质好坏，先对冷凝水中的二次蒸汽(热量)进行充分利用，然后视水质情况，按质利

用。

2.4.2拜尔法间接加热溶出技术的应用

中铝公司山西分公司(二期)和广西平果铝业公司先后从法国引进了单管预热一机械搅拌间接加热压煮器高压溶出技术与设备(含十级二次汽热回收技术)，同期河南分公司引进的德国300m3/hRA6型管 道化溶出技术与设备，在拜尔法间接加热溶出技术处理一水硬铝石型铝土矿方面获得了成功。溶出热耗比直接加热降低5-25%，节能效果显著。采用间接加热溶出技术的目的是避免蒸汽对溶出碱液的冲淡，提高溶出率、降低溶出液αk，从而提高全流程的循环效率。间接加热强化溶出的主要节能途径是降低蒸发工序折合比，同时通过提高间接加热传热效率和自蒸发汽热回收，降低溶出工序的单位能耗。 2.4.3预热段流程改造

山西分公司将预热段二次汽流程由本级预热改为下一级预热。改造后机组预热温度由原来的185℃左右提高到210℃左右，使溶出反应温度前置，保证了溶出效果，节约了大量新蒸汽。溶出料浆温度由原来的135℃下降到125℃左右。

4.4.4将部分加热点由设计用新蒸汽加热改为用预热段的二次汽，节约了大量的新蒸汽。如蒸发器强制效、预脱硅加热、石灰乳热水槽和氢氧化铝洗涤热水，皆可由新蒸汽加热改为高压溶出预热段二次蒸汽加热。

2.4.5结疤清理技术的开发和应用

火烧法清理结疤,结疤清除率只能达50%左右,而且火烧会对管束

造成损害。而水力清除结疤技术能对管排间厚实的结疤进行彻底的清理,而且不会对管束造成伤害，提高了热交换效率，降低了能耗。 2.4.6提高拜耳法循环效，降低能耗

提高拜耳法循环效率，不仅能提高产量，并能降低高压溶出汽耗。提高循环母液苛性碱浓度，提高循环母液αk，降低溶出αk，都能提高循环效率。因此要加强高压溶出压煮器的检修与清理，提高矿浆的预热温度，保证溶出时间，降低溶出αk。有资料表明，当循环母液苛性碱为240g/L时，溶出αk在1.35-1.55之间，溶出αk每降低0.1，则高压溶出的热耗将减少13%，当循环母液苛性碱浓度为180-280g/L时，溶出αk为1.45时，循环母液αk每升高0.1，压煮器热耗也将减少2-4%。可见由于提高拜耳法循环效率，单从降低汽耗方面，效果非常明显。

2.5氢氧化铝焙烧工序

2.5.1以流态化焙烧炉取代传统的回转窑

目前，中国氢氧化铝焙烧均采用流态化焙烧技术，其中以气体悬浮焙烧炉为主。流态化焙烧炉取代了回转窑，使中国氧化铝的焙烧设备达到了国际先进水平。流态化焙烧炉自动化程度高，能耗低，产出的氧化铝质量均匀稳定，对氧化铝生产的节能降耗起到了重要作用。 2.5.2焙烧炉尾气利用

石灰炉尾气中含有14%左右的CO2气体，将焙烧炉尾气用于碳酸化预分解。在碳分首槽通焙烧炉尾气预分解,后续各槽流程不变，可在减少温室气体排放的同时,也减轻了石灰炉负担,使氧化铝生产变得

更加经济和环保。 2．6石灰炉工序

国内氧化铝石灰炉主要是立式石灰炉，主要节能技术进步表现在以下几个方面：入炉石灰石和燃料混合精确计量和均化布料技术、三段出灰密封技术、石灰冷却风帽优化和炉顶密封技术以及炉体强化保温等。山西分公司首次采用了回转窑活性石灰技术。 2.7煤气发生炉工序

发生炉煤气余热回收技术

2007年，中州分公司对9台煤气发生炉煤气进行了余热综合利用产业化实施应用。用九台废热锅炉代替现用的高竖管，对煤气发生炉产生的高温煤气进行余热回收，利用煤气余热产生二次蒸汽，供分公司氧化铝厂、运输部、水电厂、絮凝剂厂等单位使用。本项目降低了煤气站高温煤气冷却流程的负荷，减少了竖管循环水中的挥发酚、苯等有害物质，也缓解了中州分公司蒸汽供应不足的问题。该工艺技术及装备可以在石灰炉气、熟料窑烟气、焙烧炉烟气等高温气体的余热回收上进行产业化实施。 2．8其他方面节能

中国氧化铝普遍采用了种分原母液板式换热器、大型机械搅拌分解槽和大型平、立盘过滤设备及大型分离洗涤沉降槽等高效设备；普遍采用了高浓度赤泥沉降分离和添加高效絮凝剂、以减少洗涤水用量，降低系统蒸发能耗技术。一些企业还使用了氢氧化铝脱水剂使入炉氢氧化铝的附水进一步减少，以降低焙烧能耗。采用多种方法强化

溶出和种分分解来提高溶液的产出率或循环效率节能，如：提高高压溶出温度、循环碱液浓度和延长溶出反应时间，提高系统浓度等，在分解工序添加结晶助剂、采用中间降温，提高种分分解率等措施达到节能降耗的目的。使用新型的蒸汽加热器，充分利用脱硅乏汽和新蒸汽加热粗液、赤泥回水和AH洗水，节约蒸汽等节能措施。

将离心泵的机械水密封选择性的推广使用无水机封,连续开车不频繁停车的泵优先考虑，对于输送物料温度较高,停车频繁的泵暂仍使用水冷机封；节约新水量，也可减少系统的蒸水量。

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