520kt／a中顆粒尿素裝置成品粒子冷卻器應(yīng)用小結(jié)

張 龍，郭文龍

（山西陽(yáng)煤豐喜泉稷能源有限公司，山西稷山 043200）

0 引 言

目前顆粒尿素的造粒工藝主要有傳統(tǒng)的高塔噴淋造粒工藝和流化床大顆粒造粒工藝2種。無(wú)論哪種造粒工藝，最終產(chǎn)品的溫度是生產(chǎn)中一個(gè)重要的質(zhì)量控制指標(biāo)，溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致尿素顆粒產(chǎn)品在包裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生板結(jié)、粉化、粘袋和包裝袋發(fā)硬變脆等現(xiàn)象，造成產(chǎn)品外觀質(zhì)量下降，既給產(chǎn)品包裝運(yùn)輸帶來(lái)困難，又影響了尿素產(chǎn)品的銷(xiāo)售，甚至遭到用戶的投訴，給企業(yè)效益和品牌形象造成負(fù)面影響。因此，選擇合適的產(chǎn)品冷卻工藝對(duì)成品質(zhì)量保障至關(guān)重要。山西陽(yáng)煤豐喜泉稷能源有限公司 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)豐喜泉稷）520kt／a尿素裝置采用高塔噴淋造粒工藝生產(chǎn)中顆粒尿素，夏季成品粒子溫度達(dá)70～75℃，同時(shí)由于冷卻過(guò)程產(chǎn)生大量粉塵，準(zhǔn)備增設(shè)塔頂粉塵回收裝置，即原造粒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足成品粒子的冷卻需求，尿素裝置成品粒子冷卻系統(tǒng)改造勢(shì)在必行。為此，我們對(duì)尿素粒子流化床冷卻技術(shù)和Solex粒子冷卻技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研和綜合分析比較。

1 尿素粒子冷卻方案分析與對(duì)比

1.1 流化床冷卻器簡(jiǎn)介及其技術(shù)特點(diǎn)

起初，我們主要考慮的是傳統(tǒng)的流化床冷卻器。流化床冷卻器用空氣作為冷卻介質(zhì)，尿素顆粒在流化狀態(tài)下與空氣接觸，利用空氣和成品顆粒的溫差進(jìn)行冷卻；流化空氣由風(fēng)機(jī)提供，因尿素顆粒呈流化狀態(tài)，冷卻過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，需增設(shè)粉塵回收 （旋風(fēng)分離或濕法洗滌）裝置和引風(fēng)機(jī)；另外，為滿足夏季濕熱天氣下能夠生產(chǎn)合格產(chǎn)品，需增設(shè)空氣除濕設(shè)備?？傊?，尿素粒子流化床冷卻工藝具有設(shè)備多、流程長(zhǎng)、裝置占地面積大、操作維修復(fù)雜、動(dòng)力消耗高等先天性缺陷。如今，隨著能源價(jià)格的節(jié)節(jié)攀升，節(jié)能減排、降本增效越來(lái)越受到尿素企業(yè)的重視，其固有缺點(diǎn)的逐漸暴露使得尿素企業(yè)對(duì)流化床冷卻器的使用變得非常慎重。

1.2 Solex尿素板冷器簡(jiǎn)介及其技術(shù)特點(diǎn)

豐喜泉稷在對(duì)周邊技術(shù)領(lǐng)先的大型尿素裝置產(chǎn)品冷卻工藝進(jìn)行考察和學(xué)習(xí)時(shí)，了解到河南心連心3300t／d中顆粒尿素裝置、江蘇靈谷化工2400t／d小顆粒尿素裝置、安徽昊源400kt／a小顆粒尿素裝置均采用了Solex尿素板冷器，因此著重對(duì)該工藝裝置進(jìn)行了調(diào)研和冷卻方案評(píng)估。

加拿大Solex尿素板冷器是一種使用冷卻水對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行間壁換熱的裝置，該技術(shù)將顆粒物料的密相輸送原理、板式傳熱技術(shù)和精確的粉體傳熱模擬軟件創(chuàng)新性地結(jié)合在一起。密相輸送原理是Jenike和Johansen于19世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)的，他們建立了固體粒子的特征理論并預(yù)見(jiàn)它們的流動(dòng)能力，使得箱體和筒倉(cāng)可被設(shè)計(jì)用于自由下料并可避免產(chǎn)生死區(qū)和架橋。典型的密相輸送倉(cāng)有垂直筒倉(cāng)和下料錐，當(dāng)有少量物料從密相輸送倉(cāng)內(nèi)通過(guò)時(shí)，倉(cāng)內(nèi)的所有物料就會(huì)發(fā)生整體流動(dòng)。為了達(dá)到均一的冷卻效果，物料必須以均勻的速度通過(guò)冷卻器的整個(gè)橫截面；為了達(dá)到密相輸送，必須在換熱器的底部安裝可以提供均勻流動(dòng)的下料裝置。如此一來(lái)，底部穩(wěn)定而均勻的流動(dòng)可使物料均一地通過(guò)冷卻器的整個(gè)橫截面。

Solex尿素板冷器的傳熱板組由一組立式傳熱板片組成，尿素顆粒從傳熱板片間均勻可控地自上而下依靠重力緩慢通過(guò)，當(dāng)冷卻水從傳熱板內(nèi)通道自下而上流過(guò)時(shí)，通過(guò)熱傳導(dǎo)方式對(duì)傳熱板間的尿素顆粒進(jìn)行冷卻。Solex尿素板冷器由進(jìn)料倉(cāng)、傳熱板組、下料裝置、控制系統(tǒng)4個(gè)部分組成。尿素顆粒從設(shè)備頂部進(jìn)入進(jìn)料倉(cāng)，經(jīng)進(jìn)料倉(cāng)均勻分布進(jìn)入傳熱板板間通道，冷卻水在傳熱板間流動(dòng)，尿素顆粒的熱量通過(guò)板壁傳遞，由冷卻水移走，達(dá)到冷卻目的；尿素顆粒在立式平行放置的板片之間緩慢下降，以適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間實(shí)現(xiàn)最佳的出料溫度。在Solex尿素板冷器中，尿素顆粒緩慢、可控地流動(dòng)，有效地防止了產(chǎn)品顆粒的磨損和破碎，可從根本上保證尿素產(chǎn)品顆粒的完整性和溫度的均勻性，消除結(jié)疤、結(jié)塊現(xiàn)象，保證最佳產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3 2種冷卻方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

Solex尿素板冷器技術(shù)與流化床冷卻器技術(shù)的最大不同是不需要?jiǎng)釉O(shè)備，只要1臺(tái)Solex尿素板冷器即可滿足工藝要求。2種冷卻技術(shù)方案在相同的尿素產(chǎn)量 （1750t／d）、相同的進(jìn)料溫度（75℃）、相同的出料溫度 （＜50℃）、相同的年運(yùn)行時(shí)間 （每年的 4—10月高溫季節(jié)，共5136h）條件下，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 2種冷卻方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

相較于流化床冷卻器，Solex尿素板冷器具有如下特點(diǎn)。

（1）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，維修成本低，相同產(chǎn)量及工況下，年運(yùn)行成本較流化床冷卻器低147.8萬(wàn)元，節(jié)能89%，降本增效效果十分明顯。

（2）尾氣排放量大幅降低，且由于使用循環(huán)水冷卻而不是采用氣體作為冷媒，粉塵排放量小，無(wú)需使用氣體處理設(shè)備，減排效果明顯。

（3）現(xiàn)場(chǎng)無(wú)噪音污染。

（4）設(shè)備少、流程短，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，安裝成本低，其投資只有流化床冷卻器的80%，非常適合改造項(xiàng)目。

2 改造后的工藝流程

經(jīng)調(diào)研和綜合比較，豐喜泉稷決定采用Solex尿素板冷器技術(shù)對(duì)尿素裝置成品粒子冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，即在不改動(dòng)現(xiàn)有流程的基礎(chǔ)上，利用1#棧橋和2#棧橋邊的空地進(jìn)行Solex尿素板冷器的布置。改造后的尿素粒子冷卻系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 改造后尿素粒子冷卻系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

物料流程：造粒塔集料斗收集的尿素進(jìn)入皮帶Ⅰ，皮帶Ⅰ將尿素運(yùn)送到斗提機(jī)Ⅰ，斗提機(jī)Ⅰ將尿素提升至Solex粒子冷卻器，粒子冷卻到50℃以下后排至斗提機(jī)Ⅱ，再經(jīng)過(guò)斗提機(jī)Ⅱ提送至皮帶Ⅱ，通過(guò)皮帶Ⅱ輸送至包裝樓。

冷卻水流程：冷卻水經(jīng)循環(huán)水泵加壓后進(jìn)入粒子冷卻器的傳熱板內(nèi)，與物料進(jìn)行間壁式換熱，換熱后的熱水進(jìn)入涼水塔進(jìn)行冷卻。

環(huán)境空氣流程：環(huán)境空氣經(jīng)過(guò)離心風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入粒子冷卻器與物料進(jìn)行接觸，利用其載濕功能將物料冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的濕氣帶走，防止換熱板內(nèi)尿素粒子結(jié)露和結(jié)塊。

3 Solex粒子冷卻器在豐喜泉稷的應(yīng)用情況

Solex尿素粒子冷卻器技改項(xiàng)目于2017年4月開(kāi)始施工，2017年7月下旬開(kāi)始調(diào)試并投用，其72h運(yùn)行考核數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？梢钥闯觯蛩亓Ｗ永鋮s系統(tǒng)改造后，尿素日產(chǎn)量平均1800t（相較于2016年同期尿素日產(chǎn)量1720t提高了80t），尿素粒子出料溫度由改造前的近75℃降至改造后的50℃以下，尿素成品未出現(xiàn)結(jié)塊嚴(yán)重、粘袋、稱(chēng)量不準(zhǔn)的現(xiàn)象，為高溫季節(jié)尿素裝置的連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障。

表2 Solex尿素粒子冷卻器72h運(yùn)行考核數(shù)據(jù)

4 Solex粒子冷卻器在化肥行業(yè)的應(yīng)用情況

Solex粒子冷卻器最初由加拿大Cominco化肥公司研制，后成立Bulkflow公司以推廣該技術(shù)，現(xiàn)已更名為Solex。自30年前Solex粒子冷卻器第一次成功應(yīng)用于尿素行業(yè)以來(lái)，目前已有超過(guò)1000臺(tái)Solex粒子冷卻器服務(wù)于全球固體粒子換熱領(lǐng)域。Solex粒子冷卻器因循環(huán)水間壁換熱所具有的先天優(yōu)勢(shì)，被眾多涉及到粉體或顆粒冷卻的領(lǐng)域所選用，如化肥、純堿、化學(xué)制品、聚合物、礦物質(zhì)、干化污泥等領(lǐng)域，其中化肥行業(yè)已有超過(guò)300臺(tái)Solex粒子冷卻器被用于大顆粒尿素、小顆粒尿素、復(fù)合肥、磷肥、鉀肥和硝酸銨等生產(chǎn)裝置。在國(guó)內(nèi)化肥行業(yè)，四川美豐、華魯恒升、河南心連心、晉城二化、重慶建峰、江蘇靈谷等企業(yè)在其生產(chǎn)裝置中均采用了Solex粒子冷卻技術(shù)，目前有100多臺(tái)Solex粒子冷卻器在役，整體運(yùn)行狀況良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)尿素企業(yè)的壓力主要是生產(chǎn)成本高、節(jié)能減排任務(wù)重、環(huán)保要求苛刻等，所以大多數(shù)尿素生產(chǎn)企業(yè)希望進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)挖潛改造而不是另建新廠，而改擴(kuò)建時(shí)必須考慮減少或消除氣體及粉塵排放、提高產(chǎn)品質(zhì)量、滿足擴(kuò)產(chǎn)的處理能力和空間需求、降低操作維護(hù)成本等問(wèn)題。豐喜泉稷尿素成品冷卻系統(tǒng)的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，Solex尿素板冷器可作為尿素成品粒子冷卻系統(tǒng)改造的優(yōu)選方案，可為夏季高溫時(shí)節(jié)尿素裝置的連續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供有力保障。