大顆粒裝置操作要點(diǎn)及新技術(shù)應(yīng)用介紹

米雪鋒，莘艾青

(河北陽(yáng)煤正元化工集團(tuán)有限公司， 河北石家莊 051530)

我國(guó)氮肥企業(yè)生產(chǎn)的尿素產(chǎn)品，一般都按照小顆粒設(shè)計(jì)。與小顆粒尿素相比，大顆粒尿素有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 大顆粒尿素的顆粒強(qiáng)度更高，不易破碎和結(jié)塊，方便運(yùn)輸，流動(dòng)性好，適合于機(jī)械化施肥。

(2) 因兩者生產(chǎn)工藝不同，大顆粒尿素中粉塵含量更低。

(3) 大顆粒尿素生產(chǎn)時(shí)，要求尿液蒸發(fā)濃縮至95%～96%，有效減少了縮二脲的產(chǎn)生，避免了尿素對(duì)農(nóng)作物的傷害。

(4) 由于大顆粒尿素粒徑較大，相對(duì)于小顆粒尿素，其比表面積較小，在土壤中溶解速率較慢，肥效更持久。但是，起效時(shí)間比小顆粒尿素慢。不過，由于大顆粒尿素顆粒本身質(zhì)量較重，使得其在水田中能夠深入下部土壤，減少揮發(fā)損失，肥效更加持久。

2015年，石家莊柏坡正元化肥有限公司(簡(jiǎn)稱柏坡正元)投運(yùn)一套10萬(wàn)t/a大顆粒尿素裝置，采用了固體冷卻器和袋式除塵器兩種新工藝。

1 尿素成粒原理

大顆粒尿素(機(jī)械造粒尿素)與小顆粒尿素(造粒塔造粒尿素)的成粒原理是不同的。

依靠機(jī)械方法，將尿素熔融物霧化為細(xì)小液滴，在特定環(huán)境下以固體尿素顆粒為晶種，多個(gè)細(xì)小液滴結(jié)晶固化在每粒晶種上。隨著固體顆粒越長(zhǎng)越大，最終成為大顆粒尿素。

利用旋轉(zhuǎn)的尿素造粒噴頭，尿素熔融物以液柱形式噴出，在尿素熔融物表面張力下，液柱斷裂，形成球型液滴。在造粒塔中球型液滴與空氣逆流接觸，降落過程中結(jié)晶冷卻，成為小顆粒尿素。

1.1 大顆粒尿素生產(chǎn)原理

流化空氣從兩端進(jìn)入造粒轉(zhuǎn)鼓的流化床腔內(nèi)，并經(jīng)過流化床分布板的篩孔噴出。固體尿素(晶種和返料)從轉(zhuǎn)鼓的一端進(jìn)入，隨著抄板和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)提升和推進(jìn)分布到流化床，形成均勻的流化層。在流化風(fēng)的作用下，尿素顆粒從流化床的低端離開床面，依靠重力散落下來(lái)，形成“料簾”。尿素熔融物由造料轉(zhuǎn)鼓的兩端進(jìn)入尿素熔融物總管，經(jīng)過均勻分布在總管上的特制尿素熔融物噴頭，以一定噴射角度噴向尿素“料簾”，并均勻地包覆在尿素顆粒上，再由下方的抄板收集，并隨轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，周而復(fù)始，不斷“長(zhǎng)大”，直到達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)格[1]。

1.2 工藝流程

從尿素造粒塔和篩分機(jī)來(lái)的小顆粒尿素經(jīng)晶種料倉(cāng)進(jìn)入造粒轉(zhuǎn)鼓。由尿素蒸發(fā)工段來(lái)的尿素熔融物進(jìn)入造粒轉(zhuǎn)鼓的特制噴頭，尿液噴至“料簾”上，以便晶種長(zhǎng)大。流化空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入造粒轉(zhuǎn)鼓的流化床，開車時(shí),流化空氣加熱至設(shè)計(jì)溫度后再送轉(zhuǎn)鼓。由造粒轉(zhuǎn)鼓送出的半成品尿素經(jīng)斗提機(jī)送入雙層篩分機(jī)，在最上層篩網(wǎng)篩出的超大顆?？苫厥蘸髥为?dú)出售。最下層篩網(wǎng)篩出的小顆粒尿素進(jìn)入造粒轉(zhuǎn)鼓作晶種循環(huán)使用。在兩層篩網(wǎng)中間引出的大顆粒尿素，經(jīng)過成品皮帶、1#成品斗提機(jī)進(jìn)入冷卻器，經(jīng)水冷和干空氣冷卻至50 ℃以下后，再經(jīng)2#成品斗提機(jī)送至包裝。

造粒轉(zhuǎn)鼓出口氣相含尿素粉塵，通過引風(fēng)機(jī)的吸引，先經(jīng)過沉降室沉降大顆粒粉塵，再入除塵器。部分質(zhì)量大的粉塵顆粒在重力的作用下沉降，其余含塵氣體向上進(jìn)入中箱體，經(jīng)過濾袋過濾后，潔凈氣體通過濾袋進(jìn)入除塵器的上部箱體，再經(jīng)出風(fēng)口，在引風(fēng)機(jī)、排風(fēng)管作用下排向大氣。

1.3 主要設(shè)備

大顆粒裝置主要設(shè)備見表1。

表1 大顆粒裝置主要設(shè)備一覽表

1.4 生產(chǎn)操作要點(diǎn)

1.4.1 防止大顆粒尿素縮二脲含量超標(biāo)

(1) 開車階段，造粒轉(zhuǎn)鼓順利切換到造粒狀態(tài)后，及時(shí)將尿素熔融物溫度降到正常入口溫度。

(2) 正常生產(chǎn)時(shí)，蒸發(fā)器出口尿素熔融物溫度控制在138 ℃左右，通過管線輸送到造粒轉(zhuǎn)鼓裝置，管線中尿素熔融物的溫度下降至134 ℃，尿素大顆粒產(chǎn)品中縮二脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)可控制在0.7%以下。操作人員要密切關(guān)注管路降溫，溫度高會(huì)造成縮二脲含量超標(biāo)，應(yīng)及時(shí)查找原因。

1.4.2 返料量的控制要點(diǎn)

系統(tǒng)返回到造粒轉(zhuǎn)鼓的尿素量多，在噴淋尿素熔融物量和晶種量不變的情況下，加重造粒轉(zhuǎn)鼓及其下游設(shè)備的負(fù)荷，會(huì)影響單臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度。影響返料量的主要因素為篩分機(jī)的工作狀態(tài)和晶種尿素顆粒的規(guī)格。

應(yīng)定期對(duì)造粒轉(zhuǎn)鼓出口半成品大顆粒尿素進(jìn)行篩分分析。當(dāng)返料中小顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%時(shí)，需要檢查和維護(hù)篩分機(jī)的工況。晶種的粒度越不均勻則返料量越大。選用何種顆粒做晶種，應(yīng)綜合考慮工廠的實(shí)際情況。

1.4.3 防止造粒轉(zhuǎn)鼓內(nèi)尿素熔融物黏壁

(1) 開車初期未及時(shí)發(fā)現(xiàn)噴頭滴漏；噴頭背壓不足，引起霧化效果欠佳；系統(tǒng)負(fù)荷低，未及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)真空度，引起霧沫夾帶等，均會(huì)引起尿素熔融物黏壁。

(2) 正常生產(chǎn)時(shí)，無(wú)需頻繁調(diào)整裝置，巡檢時(shí)注意鼓內(nèi)噴頭的工作狀況。噴頭設(shè)計(jì)壓力為0.66 MPa，壓力過小會(huì)影響霧化效果，造成尿素熔融物黏壁。如造粒轉(zhuǎn)鼓停車，應(yīng)立即關(guān)閉閥門，防止尿素熔融物進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，導(dǎo)致黏壁事故。

正常生產(chǎn)時(shí)，每隔40 d左右，需清理維護(hù)噴頭。尿素熔融物的潔凈程度與維護(hù)周期有關(guān)。

2 固體冷卻器

2.1 工作原理

尿素顆粒依靠自身重力作用自上而下通過冷卻板間的通道，冷卻水從傳熱板的內(nèi)流道自下而上通過，尿素固體顆粒與冷卻水在傳熱板壁面實(shí)現(xiàn)間壁換熱，從而冷卻尿素顆粒。該冷卻器由3個(gè)部分組成，上部設(shè)有均勻布料裝置，保證物料均勻地分布在傳熱板組成的各個(gè)通道內(nèi)；中部設(shè)有傳熱主體裝置，該裝置分3層傳熱板束，每層傳熱板互相錯(cuò)開，利于傳熱；下部為振動(dòng)卸料裝置，保證流道內(nèi)的物料均勻下落。在進(jìn)料倉(cāng)下端設(shè)有集氣管箱及管路，提供干燥的空氣，對(duì)板片和大顆粒尿素顆粒進(jìn)行吹掃，起到物料換熱效果。同時(shí)，冷卻器控制系統(tǒng)具備大顆粒尿素進(jìn)出口溫度測(cè)量、料位計(jì)及變頻電控等功能[2]。

2.2 控制要點(diǎn)

(1) 調(diào)整下料閥門開度，使設(shè)備在連續(xù)出料狀態(tài)下運(yùn)行。要不定期清空設(shè)備，以防堵塞。超過30 min以上的停滯，必須清空設(shè)備。

(2) 進(jìn)口物料的溫度在83 ℃左右，水汽含量較高，冷卻水溫度過低，容易堵塞設(shè)備。冷卻水的體積流量保持在50 m3/h左右，以防止出水溫度過低，不利于設(shè)備運(yùn)行。

(3) 正常生產(chǎn)時(shí)，空氣體積流量保持在2 200 m3/h左右，保證空氣干燥。

(4) 必須經(jīng)常清理設(shè)備進(jìn)料處的格篩，防止異物進(jìn)入設(shè)備，引起堵塞[3]。

3 袋式除塵器

3.1 工作原理

低壓脈沖袋式除塵器采用外濾式進(jìn)行氣體凈化，含塵氣體從導(dǎo)流管進(jìn)入各單元過濾室，并在過濾室內(nèi)均勻分布。氣體中的粉塵通過自然沉降分離后直接落入灰斗，其余粉塵在導(dǎo)流系統(tǒng)引導(dǎo)下進(jìn)入中箱體過濾區(qū)，吸附在濾袋外表面。過濾后的潔凈氣體經(jīng)上箱體、排風(fēng)管排出。

采用壓縮空氣對(duì)濾袋進(jìn)行噴吹清理，過濾室內(nèi)每排濾袋出口頂部配備噴吹管，噴吹管下側(cè)正對(duì)濾袋中心設(shè)有噴吹口。清理時(shí)，按設(shè)定程序打開電磁脈沖噴吹，壓縮空氣在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入濾袋，形成空氣波，濾袋急劇膨脹并振動(dòng)，以抖落粉塵，達(dá)到清理效果[4]。

3.2 注意事項(xiàng)

(1) 除塵器的總壓差不能超過1 500 Pa，分室壓差不能超過500 Pa。正常生產(chǎn)中，如果總壓差、分室壓差突然增大，需檢查處理除塵器人孔蓋。

(2) 必須保證氣源充足、不間斷。

(3) 包裝工及時(shí)放料，不能造成堵塞。

4 結(jié)語(yǔ)

河北陽(yáng)煤正元化工集團(tuán)有限公司10萬(wàn)t/a尿素大顆粒裝置自投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行平穩(wěn)，滿負(fù)荷時(shí)各工藝指標(biāo)控制良好。大顆粒尿素產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了GB/T 2440—2017《尿素》規(guī)范要求。