过热蒸汽对硫酸铝蒸发传热的影响及解决方案

吴玉琪

（福建省德泽新能源有限公司，福建 龙岩 364000)

摘  要：在铝土矿酸法生产硫酸铝工艺中，蒸发工序是其中的一个重要操作单元，主要作用是将反应生成的稀硫酸铝溶液进行浓缩，达到产品标准要求的含量。蒸发热源由自建蒸汽锅炉提供，由于输送管路较长，采用过热蒸汽输送，这样虽然有效地提高了输送效率，降低沿程热损失，但是却造成了蒸发效率低且釜内沿蒸汽流向的第1、2段钢管易开裂的后果。通过理论分析并计算对比验证后，改用饱和蒸汽作为蒸发热源，有效地解决铜管开裂问题，改善蒸发效果，节能降耗显著。

关键词：大客积滞腾;过热蒸汽;饱和蒸汽;传热

铝土矿酸法生产工业硫酸铝工艺中，反应后的稀硫酸铝溶液须转人蒸发釜内常压沸腾蒸发，浓缩至含量达标后送滚动钢带上冷却固化得到固体工业硫酸铝。蒸发釜选用的是碳钢衬搪玻璃材质，内置竖向蛇形铜管束的常压容器，热源由自建蒸汽锅炉提供。蒸汽锅炉带过热器组件，额定蒸发量10tV/h，额定蒸汽压力1.25MPa,额定蒸汽温度420℃。硫酸铝生产线投用3a后，据机修部门反映：蒸发釜内顺着蒸汽流向的第1、2段铜管易发生开裂。蒸发操作工则反映，操作过程中经常出现蒸汽压力0.3MPa,温度200℃，釜内溶液却无法剧烈沸腾，长时间加热不达浓度标准。针对以上问题，本文通过分析沸腾传热机理以及过热蒸汽换热特点，结合问题表现与理论分析拟定解决方案，并通过一定的理论计算验证方案合理性。

1 沸腾给热的机理

硫酸铝溶液的蒸发浓缩是将加热铜管浸于溶液中，蒸汽在铜管内冷凝，溶液在釜内沸腾的传热过程，溶液的运动只是由于自然对流和汽泡扰动所致，称为大容积内沸腾或池式沸腾。沸腾溶液平均温度t₁略高于该溶液所处压力下相对应的饱和温度t_i，即溶液处于过热状态，温差(t₁-t_i,)称为过热度4t。加热铜管通蒸汽后，溶液与铜管壁面接触处的薄层溶液温度急剧升高，直到其温度等于铜管外壁温度t_w,t_w>t₁,此时薄层溶液的过热度(t=t_w>t₁)最大，该过热度也就是给热温差。池内沸腾给热可以通过液体沸腾曲线(图1)来说明。

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