新型復(fù)合肥成品冷卻裝置及其應(yīng)用

曾曉麗，楊陳云，夏秀茂

（四川美豐化工科技有限責(zé)任公司，四川綿陽 621000）

0 引 言

目前，我國復(fù)合肥生產(chǎn)中降低復(fù)合肥成品粒子溫度的主要方法是使用冷空氣與成品粒子直接接觸換熱。傳統(tǒng)的冷空氣冷卻方式又分為滾筒冷卻和流化床冷卻2種，但滾筒冷卻和流化床冷卻基本上均需采用大型機泵和除濕器制造大量干燥冷卻空氣，具有介質(zhì)接觸時間短、裝置流程長、冷量流失大、冷卻效率低、電耗高、裝置占地面積大（滾筒冷卻工藝裝置占地面積880 m2，流化床冷卻工藝裝置占地面積170 m2）、現(xiàn)場揚塵重等缺點。

滾筒冷卻一般采用多級滾筒冷卻工藝，產(chǎn)品最低能冷卻到42℃（夏季炎熱時最低能冷卻到48℃），個別裝置為嚴(yán)格控制成品出料溫度在42℃左右，工藝配置上會多增加1～2組滾筒，這樣雖能保證冷卻效果，但會造成成品顆粒含濕量增加，且冷卻空氣系統(tǒng)由于密封不好導(dǎo)致?lián)P塵點多、粉塵回收困難，整個裝置占地面積大、工藝流程長、投資大、能耗高、現(xiàn)場環(huán)境惡劣、后期維護費用高，不利于生產(chǎn)管理和節(jié)能減排。

傳統(tǒng)的流化床冷卻工藝，產(chǎn)品最低能冷卻到45℃（夏季炎熱時產(chǎn)品最低溫度大于50℃）；流化床冷卻工藝較滾筒冷卻工藝密封性要好，揚塵較少，但冷卻效果差，冷空氣含塵量高，粉塵回收處理困難；個別流化床冷卻裝置安裝在進包裝袋之前，粉塵沉降后全靠人工收集，工人勞動強度大。

滾筒、流化床等冷卻工藝復(fù)合搭配的冷卻工藝，產(chǎn)品最低能冷卻到40℃左右，雖然復(fù)合冷卻工藝兼具流化床冷卻工藝占地面積小和滾筒冷卻工藝?yán)鋮s效果好的優(yōu)勢，但在夏季炎熱天氣時，冷卻效果仍然較差，且產(chǎn)品含濕量大；另外，復(fù)合冷卻工藝仍然存在流程長、能耗高、生產(chǎn)操作不便等缺點，不利于生產(chǎn)管理和節(jié)能減排。

1 新型冷卻裝置工藝流程概況

鑒于復(fù)合肥產(chǎn)品冷卻工藝的技術(shù)現(xiàn)狀，四川美豐化工科技有限責(zé)任公司在與眾多設(shè)計單位進行技術(shù)交流及對多個冷卻設(shè)備廠家展開實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇了一種新型冷卻設(shè)備，并配套開發(fā)出新型復(fù)合肥成品冷卻裝置。

本新型冷卻裝置以凈化水為冷卻源，以儀表空氣為 “內(nèi)動力”，以凈化水板式換熱器為冷卻設(shè)備，復(fù)合肥成品高溫粒子自上而下緩慢通過換熱板組，儀表空氣自下而上與高溫粒子接觸成為成品粒子在換熱器內(nèi)懸浮的 “內(nèi)動力”，冷卻水通過換熱板間與復(fù)合肥高溫粒子進行換熱而達到冷卻產(chǎn)品的目的。該冷卻裝置占地面積?。?35 m2），不僅能縮短工藝流程、減少冷量流失、提高冷卻效率、減少揚塵、凈化生產(chǎn)環(huán)境、降低電能消耗（較傳統(tǒng)冷卻工藝電耗降低50%～80%）、大幅提高產(chǎn)品防結(jié)塊性能，同時還能降低后期生產(chǎn)中的維護費用，便于生產(chǎn)操作與管理。

1.1 新型冷卻裝置的工藝流程（圖1）

圖1 新型冷卻裝置工藝流程簡圖

1.2 新型冷卻裝置流程說明

（1）復(fù)合肥成粒后經(jīng)篩分系統(tǒng)除去粉塵和小粒子，從凈化水板式換熱器上部的復(fù)合肥進料管線進入，在換熱器板組內(nèi)緩慢向下流動，與凈化水板式換熱器板間的凈化水間接換熱。

（2）凈化水循環(huán)泵將凈化水緩沖罐中的水加壓后，通過循環(huán)水板式換熱器與循環(huán)冷卻水換冷，冷卻后的凈化水進入凈化水板式換熱器底部，與從頂部來的復(fù)合肥成品粒子進行間接換熱，換熱后的凈化水從凈化水板式換熱器頂部出來又進入凈化水緩沖罐，形成閉路循環(huán)。

（3）常溫儀表空氣從凈化水板式換熱器的底部進入，直接與凈化水板式換熱器內(nèi)的成品粒子進行換熱，并增強成品粒子在板式換熱器內(nèi)的“蠕動”，防止成品粒子結(jié)疤，換熱后的空氣從凈化水板式換熱器頂部流出，之后進入袋式除塵器，除塵后的空氣排入大氣，回收的復(fù)合肥粉料則進入返料系統(tǒng)。

1.3 新型冷卻裝置的技術(shù)特點

1.3.1 成品顆粒 “懸浮”冷卻

500～2 000 m3／h常溫儀表空氣從凈化水板式換熱器的底部進入，直接與內(nèi)部成品粒子進行接觸，作為 “內(nèi)動力”增強成品粒子在凈化水板式換熱器內(nèi)的 “懸浮”程度，防止成品粒子在凈化水板式換熱器內(nèi)結(jié)疤；可根據(jù)生產(chǎn)負荷對儀表空氣流量進行調(diào)節(jié)，增加成品粒子在板式換熱器中的停留時間，利于提高冷卻效果，達到最佳運行狀態(tài)。長期以來，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集，我們總結(jié)出成品粒子在凈化水板式換熱器內(nèi)部停留時間在0.5～1 h時冷卻效果好，冷卻后成品粒子的溫度低于40℃（不分季節(jié)），72 h考核成品冷卻后溫度35.8℃，最低可達33.8℃。而滾筒冷卻工藝和流化床冷卻工藝72 h考核成品冷卻后溫度分別為43.2℃、45.8℃。

1.3.2 密閉式物料回收

常溫儀表空氣從凈化水板式換熱器的底部進入，與成品粒子換熱后從凈化水板式換熱器頂部流出，再進入布袋式除塵器，經(jīng)除塵后排入大氣，回收的復(fù)合肥粉料則進入返料系統(tǒng)，真正實現(xiàn)物料的密閉回收，達到零排放要求；且由于含塵空氣量小，除塵設(shè)備體積小，投資也少。

1.3.3 配套冷卻水系統(tǒng)及智能控制

新型復(fù)合肥成品冷卻裝置中的凈化水板式換熱器由DCS系統(tǒng)對凈化水流量、凈化水溫度、儀表空氣流量等進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)閉路循環(huán)式自動調(diào)節(jié)，且能夠根據(jù)不同季節(jié)生產(chǎn)需要進行人工調(diào)節(jié)與自動調(diào)節(jié)的切換，確保成品冷卻時間足夠長、冷卻徹底，成品入袋溫度控制在要求范圍內(nèi)。

2 設(shè)備選型簡介

新型復(fù)合肥成品冷卻裝置的主要設(shè)備有凈化水板式換熱器、凈化水緩沖罐、循環(huán)水板式換熱器、袋式除塵器、凈化水循環(huán)泵，各設(shè)備詳細參數(shù)如下。

（1）凈化水板式換熱器：① 冷卻產(chǎn)品（NPK）流量35 000 kg／h，進料溫度≥80℃、出料溫度≤40℃，成品比熱0.41 kcal／（kg·℃），成品堆密度1 000 kg／m3、安息角35°，成品含濕量＜2%，成品粒度1.6～4 mm；② 冷卻介質(zhì)（工藝水）流量31 000 kg／h，進水溫度≥25℃、出水溫度≤50℃，工藝水比熱1 kcal／（kg·℃）、壓力降0.07 MPa。

（2）凈化水緩沖罐：壓力為常壓，容積為15 m3。

（3）循環(huán)水板式換熱器：換熱面積70 m2，單板面積0.6 m2，板片數(shù)117；板片厚度0.6 mm，板片材質(zhì)SUS304；設(shè)計工作溫度150℃。

（4）袋式除塵器：型號DMC80-Ⅱ，過濾面積＞60 m2，處理風(fēng)量4 050～5 400 m3／h，風(fēng)速1.1～1.5 m／min；壓縮空氣壓力0.6 MPa，壓縮空氣耗量0.20～0.80 m3／min。

（5）凈化水循環(huán)泵：流量65 m3／h，揚程30 m，汽蝕余量5.5 m。

3 技術(shù)指標(biāo)

3.1 冷卻系統(tǒng)工藝指標(biāo)

凈化水板式換熱器進口復(fù)合肥成品溫度85℃、出口復(fù)合肥成品溫度38℃；凈化水進口溫度32℃、凈化水出口溫度48℃。

3.2 幾種冷卻裝置公用工程消耗對比（表1）

表1 幾種冷卻裝置72 h考核公用工程消耗對比

4 效益分析

（1）設(shè)備運行無故障。2014年2月16日新型復(fù)合肥成品冷卻裝置投運，至今設(shè)備運行良好，各項指標(biāo)均在設(shè)計范圍內(nèi)，確保了2×225 kt／a硝基復(fù)合肥裝置（共配套2套復(fù)合肥冷卻裝置）的穩(wěn)定、長周期運行。

（2）產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。新型復(fù)合肥成品冷卻裝置投運后，復(fù)合肥成品冷卻后溫度始終低于40℃（不分季節(jié)），最低可達33.8℃，且產(chǎn)品外觀光澤圓潤，防結(jié)塊性能有所提高。

（3）能耗低。新型復(fù)合肥成品冷卻裝置設(shè)計能耗為 0.06 kgce／t，實際能耗為 0.05 kgce／t，實際能耗為設(shè)計能耗的83.3%；與傳統(tǒng)滾筒冷卻工藝綜合能耗1.11 kgce／t相比，降幅達95%以上，單套裝置年節(jié)電150×104kW·h以上；與流化床冷卻工藝綜合能耗1.29 kgce／t相比，降幅達96%以上，單套裝置年節(jié)電220×104kW·h以上。

（4）現(xiàn)場環(huán)境好。新型復(fù)合肥冷卻裝置為全封閉式，冷卻效果好，冷卻空氣量小、流速低，尾氣含塵量低，粉塵全部密閉回收返回生產(chǎn)系統(tǒng)，現(xiàn)場無揚塵。

（5）社會效益良好。新型復(fù)合肥成品冷卻裝置的良好運行，保障了復(fù)合肥裝置的穩(wěn)定、長周期運行，達到了節(jié)能減排的目的，為創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境貢獻了一份力量。

5 結(jié)束語

新型復(fù)合肥成品冷卻裝置在國內(nèi)復(fù)合肥生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用尚屬首次。2014年2月新型冷卻裝置在四川美豐化工科技有限責(zé)任公司硝基復(fù)合肥項目（2×225 kt／a）上投運以來，運行狀況良好，未發(fā)生過一次故障。應(yīng)用情況表明，其技術(shù)成熟可靠、設(shè)備使用壽命長、產(chǎn)品質(zhì)量好、后期操作維護簡單且費用低。

目前，國內(nèi)復(fù)合肥生產(chǎn)裝置眾多，有不少成品冷卻裝置投用，但往往存在運行能耗高、系統(tǒng)流程長、現(xiàn)場環(huán)境惡劣等問題，亟待解決。四川美豐化工科技有限責(zé)任公司采用的新型冷卻設(shè)備配套開發(fā)的復(fù)合肥成品冷卻裝置，可解決上述問題，具有良好的市場推廣價值。