来源 :中铝国际2023-07-07
—沈阳院氧化铝技术—
·低功耗多功能组合式搅拌技术·
技术背景
氧化铝生产流程中有多种不同类型的料浆槽用作反应设备和存储设备，根据不同料浆的粒度、粘度、结疤程度等工况，需要有针对性地选用不同类型的搅拌装置来实现节能和减少结疤等生产需求。
氧化铝行业的搅拌桨自上世纪80年代引进国内，早期应用基本处于简单的仿制阶段，没有从源头上研究其搅拌原理及性能。沈阳铝镁设计研究院有限公司（以下简称沈阳院）抓住市场机遇，组建研发团队，建立试验装置，开发仿真模拟平台，应用Fluent软件模拟仿真与实验槽测试相结合，对搅拌槽内部流场和各类型搅拌装置特性进行深入研究，采集了大量实验测试数据，研究了国内外各类型叶片形状及结构，获得了影响搅拌效果的各因素作用机制。与此同时，成功开发一整套流体搅拌精确仿真的模拟方法，成为我院的专有技术，经测试误差在5%以内。
在以上工作的基础上，沈阳院对各种不同类型搅拌装置和搅拌桨进行数值模拟计算，以模拟仿真为主结合实验槽和工业槽进行测试。研究和分析其流场特性、搅拌均匀度、能耗等参数，成功开发了多种特殊的圆弧型截面和特殊曲面搅拌桨，改变了原有Intermig桨和CBY桨等叶片截面的直线形状。历时3年完成了5000多个模拟算例，首次开发成功HSG、HQG、HZG系列搅拌桨的叶片，通过不断优化设计又成功开发HWG、HBG搅拌桨。上述桨型均为国际首创，显著降低了能耗，而搅拌效果却获得明显增强。
沈阳院于2012年自主研发第一代HSG/HQG搅拌桨技术，成功应用于φ12m料浆槽，开启了沈阳院系列搅拌桨的产业发展之路，陆续开发出φ14m、φ16m、φ18m新一代种分槽高性能弧面搅拌桨技术，并采用组合式搅拌桨，进一步提高了搅拌性能，相比传统搅拌桨降低能耗30%以上，并大幅提高了种分槽消除沉淀的能力和料浆混合的均匀度，技术水平达到国际领先，新型搅拌装置成熟可靠、运行稳定，节能效果良好，广泛应用于氧化铝企业，深受行业好评。
2016年，沈阳院氧化铝厂大型搅拌槽高性能搅拌技术的研发与应用获中国有色金属工业科学技术奖二等奖。
—科技+国际—
技术优势
1
精准的模拟仿真技术
沈阳院经过多年的技术积淀，以理论为先导，模拟为手段，试验为抓手，成功开发出一系列完整的适应氧化铝多工况的仿真技术，针对料浆的密度、粘度、固含、颗粒分布等参数进行仿真，经过反复的模拟与试验对比分析，修正模拟数据，现在可实现模拟结果与试验数据基本吻合，目前可达到通过模拟技术解决实际应用问题。
（图1：CFD模拟仿真图图2：实验室验证现场）
2
低功耗、高混合均匀度的搅拌桨技术
沈阳院首次开发等半径圆弧型截面和变半径圆弧截面等新一代系列搅拌桨（图3），该结构形式为国际首创，降低了叶片阻力系数和搅拌功耗，提升了搅拌效果和均匀度。相比现有搅拌装置能耗降低20%以上。主要从以下方面进行了详细研究：
（1）各种不同类型搅拌装置和搅拌桨在实际生产过程中的数值模拟计算，分析其流场特性、搅拌混合均匀度、能耗等参数；
（2）不同桨叶直径比例与转速、桨叶离底间距、桨叶层间距等参数；
（3）不同类型桨叶组合对搅拌装置能耗及混合均匀度的影响。
（图3：新一代系列搅拌桨结构形式）
3
独特的搅拌桨组合技术
基于多年的实践经验，沈阳院首次提出了行业内多层搅拌采用同类型桨叶的配置方式，其特点如下：
?底层桨与上层桨的类型不同。
?底层桨与上层桨的尺寸不同。
?各层桨的层间距不同。
通过模拟仿真与试验相结合的方式，底层桨采用 HSG或HWG型搅拌桨叶片，其特殊的圆弧面形状，液流在出流边被集中汇聚，对整个槽底部产生强劲的推动和悬浮作用，能有效消除物料的沉淀结疤；上层桨采用 HQG 或 HBG 型搅拌桨叶片，径向尺寸小、轴向尺寸大，液流被汇聚集中，增大了轴向作用范围，以此获得最佳配置组合。
（图4：最佳组合模拟效果与非最佳组合模拟效果）
—科技+国际—
技术应用
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（图5：改造前后运行电流数据对比）
该技术已成功应用于中铝山西新材料有限公司、山西华兴铝业有限公司、中铝中州铝业有限公司、广西华昇新材料有限公司、中铝广西分公司、广西华银铝业有限公司、东方希望集团、锦江集团、国家电投集团等氧化铝企业，均取得了良好的效果。与现有搅拌技术相比，能耗降低20 %以上，沉淀结疤高度降低50%以上，搅拌均匀度高，料浆上下固含差约5%，达到了国际领先水平。
（图6：新一代搅拌桨结疤实测）
近年来，随着国家“双碳”战略的推进，沈阳院心怀“国之大者”，立足于技术创新，围绕市场需求，在节能降耗方向不断开发新型低功耗、多功能组合式搅拌桨技术，同时开发能够有效抑制结疤的新型搅拌装置，不断丰富搅拌桨产品，并积极拓展化工、新能源行业。未来，沈阳院将积极服务于企业，以高效搅拌装备助力企业降本增效，推动行业绿色低碳发展。