颗粒尿素的冷却.doc

!兰!墨兰墨苎查竺璺丝兰璺!里堡竺!兰堡垒兰竺!堡墨竺苎竺望苎竺生竺堂!型I!燮!：!竺一72颗粒尿素的冷却邹晓岱施树良1概述 我国中、小型尿素生产装置，随着生产能力的增加，原有的塔式造粒装置己不能满足生产要求，造成了成品尿素包装温度过高，产品质量卜降，影响了产品的销售。 表l、采川旋转喷头造粒塔内径年生产能力之关系f生产能力删300370-440440560 600900100(卜15001600i900200t32400l塔内径m91l 1213 14 16182022 24即造粒塔的生产能力150一一200kghm2之间。 随着尿素生产能力的增加，受造粒塔塔径的限制，极人多数小型尿素工厂都通过改造粒喷头的结构米满足增产的需要，主要是改进了造粒喷头的孔径、转速、锥度、小孔排列等。虽然通过这些改造能满足生 产需要，但随之带来了尿素颗粒度小和成品温度高这两个相互矛盾的问题。粒度小不仅影响外观。而且限制了产品的用途。下表列出不同粒度尿素的用途。 表2、不同颗粒直径的尿素的用途颗粒直径用途95。根据目前的运行情况，颗粒度比较均匀，外观较好，粉末的夹带量也很少粘塔情况不严重但下科 温度较高，在春、秋、冬三季尚可维持，夏季温度高达75。C以上，给包装带来困难。颗粒尿素在成粒后其温度的变化，见下表： 表3、造粒塔内主要参数标高 空气温度尿素温度尿素温降率1l，。Cm5米 1 5+25+ 25+一40 049七43IO米 0。98520米 19038815330米 21273728740 2734_40 12569572550米 3144578132765米 3659 140实测值 ”设计值 颗粒的温度变化除颗粒的直径外(比表面积)与颗粒的下落途径和气固接触程度有关，而颗粒F落途径和颗粒运动方式有关，所以先介绍颗粒的运动方式。尿液由旋转喷头喷洒出来，此时由于离心力的作用，有一个与喷头小孔平面里垂直的水平速度，此速 度与造粒喷头的直径和转速有关，紧接着有一呈抛物线的落体速度，最后是呈直线的自由落体速度。颗粒 的下落路程是三个“速度”的总和。由于受上升空气所产生的阻力影响，颗粒的速度与标准状况F有所茅 别此差别就形成了造粒塔的工作状态。而固定喷头也是垂直向F二者下落时间相等，但行程途径不同。上升的气流与颗粒接触产生了传热和传质。所以颗粒的直径和个数对包装温度影响很大。上述例子中， 当颗粒平均直径为15ram，造粒塔生产能力为140 kghm2时包装温度大于气温1l。在假师化肥厂生 产能力为200 kghm2，平均粒径16ram，包裟温度要高r气温25。据有关资料介绍，在造粒生产能力 为250300 kghm2时，颗粒平均直径由2ram增加到3ram，造粒塔的高度将由70米增加到90米。当颗粒平均直径增人到45mm时，造粒塔高度要达到120米以上。粒径和产量与出料温度关系见r袭 表4、同一造粒塔在不周才产量利粒径F塔底颗粒温度和塔顶空气温度产域thr1315 17颗粒平均粒径mm 15 1820 151820 1，51820 塔底颗粒温度50 73 9l52 75 94 5478 97 塔顶空气温度67 6374 6119 7213 67846474 77-3l 7166 6814直径 此。在包装前妥进行冷却。22遗粒塔通风量的确定 造粒塔的通风量的确定，首先要了解尿素的出塔温度。而通风量的选定有两个影响因素，一个是取决于过程的热平衡，即颗粒尿素的形成、预冷、固化、冷却所释放出来的热量。这三者的总热量需要由空气带走，每吨尿素的值约为34000MJ。带走此热量的空气约为10000m3(空气的温度为34C)，这是造粒塔 内所需的最低风量。若是采用机械通风，此风量可以由抽(鼓)风机来人工选定，通过调节风机风量来实 现。Tel(Fax)if21-52836886邮生儡工摹：2062协仕：丘藩帚士略童略345必须要明白的是，采用自然通风的造粒塔，其风量是由当地的气候条件和塔高来决定的。此类塔是利 用空气的热压差(即空气温度变化产生的度差)来决定的。在一个地方，塔径和通风窗口确定后，就只能 通过窗口进行少量调节，不可能有较大变化。如果在窗口进行鼓风，必将影响热压差，破坏建立的风量。 只有当鼓风的风量和风压足够大时，造成以外加鼓入风量为主时。才能建立新的平衡。所以采用在造粒塔 窗口和底部(塔底采用流化操作除外)增加风机提高风量，对颗粒的降温作用不明显。尿素的颗粒是由于 表面的作用而成，当水蒸汽足够大的蒸发出来时，就破坏了颗粒形成粉末，或者由于喷头的喷孔不光滑有 锐角时也将产生粉末，再有没有固化好的液滴在碰撞落F破碎会产生粉尘。而塔内空气的流速在05ms以 F，使塔顶排出的粉末含量较少在100mgm3以下，其余的粉尘则留下在成品中，后果不佳。在造粒塔中。我们过去设计的日产万吨的【：业化示范装置中，6000 25m高的造粒塔设计的通风窗 口进风链(空气温度3S)为35000m3hr。F料槽挡板缝间进风为15000m3hr 9m的造粒塔总通风齄(空 气温度为40)在130000 m3hr。在机械通风的造粒塔中以改良C法为例。造粒塔的通风量每吨尿素也在800010000m3，总通风量 约为670000m3。其中一半风量鼓入塔底作为流化冷却用，另-1-由塔顶抽风机抽入塔底。由于是机械通风， 不但在塔内的流速是自然通风的15倍，而且粉尘也高。这样塔顶排出气体的含尘攮在200mIn3左右， 经洗涤排入天空为50mg以F。23塔高的选择由过去实验和现场测得颗粒的固化高度为15米左右颗粒冷却的区段约有30一40米。自然通风的造 粒塔，塔高则有颗粒冷却和空气热拔风(热压差)二者综合而定一般有效高度为60一65米。机械通风 的造粒塔，由于有流化冷却，高度在35米。以自然通风的造粒塔为例：颗粒最大的垂落速度(可视为匀 速降落速度)：Vm“=5164Xdlavld一颗粒直径vl_噶内空气上升速度 以粒径15ram，v。=055ms计求得V。=5164x 15(I2)-055-577ms 塔高H=tV。 H=123577ms=6924m24包装温度的选择 根据工艺操作指标，尿素熔融的浓度一般都要控制在997左右。在造粒塔内颗粒很容易进行后后交换，可以保证成品颗粒中的含水量。但在包装过程中，则要根据当地气候条件(主要是大气的相对湿度)来控制包装湿度不然成品尿素的增湿和失湿都会影响成品的质量。此部分在后面将详细描述。3颗粒尿素冷却的要求 比较理想的颗粒尿素冷却方法需达到三个要求：第一、降低颗粒尿素的包装温度改善包装工的劳动强度和I作环境减少包装的损耗：第二、在造粒过程中受产量和设备的相应制约出现了包装温度高和细粉术在产生“搭桥”，从而使成品包装后易扳结，故要求在冷却的过程中能有效地除去粉末以提高成品质量： 第二、除去的粉尘不但要保持生产环境的环保要求，而且还需有效地进行回收。这儿点要求尤以第三点要 求更高。4现有的尿素装置中采用的几种冷却方法评述 由于生产能力的提高，出造粒塔的颗粒温度在夏季视产量和塔径不同，温度都高达7080C以上。一些工厂分别采用了造粒塔窗1：2下料斜斗增加风量、采用循环流化冷却、造粒塔底流化床和外置牵引带特 殊形式导向的矩形流化床。41塔外鼓风法一些工厂在造粒塔的通风窗口采用增置24台风机，向造粒塔内鼓入24万立方米的空气降低出料。邮盘儡揖：200062 坫缸：卫囊帝士碲喜路345实践结果颗粒的湿度仅降低了24。投资较小，但效果不明显，故而仅用在了中原的某一工厂，日产量250吨。是从下料斜斗处采用一台功率为40kw的风机向里鼓风但效果不加。此后又在斜斗处增置一圈 通风管，风机通过风管斜上进入造粒塔，效果仍不明显。究其原因在上面的风量选择中已经谈及。山东某厂在包装问的下料仓上增加抽风冷却，效果仍不明显。主要是空气和颗粒接触不够。42循环流化冷却 我们在华北某厂见到一流化冷却装置，在日产量300吨的装置下料仓下面增置一流化冷却床，采_I_18kw电机，以3万风量进行冷却，冷却后颗粒能降低30一-40C进入下部的计量槽，冷却效果明显，投资不剑5万元。冷却用的空气进入隔离的6X66的厂房内。厂房全封闭，在墙上伸出一山风口。气体通过此 沉降利川自然沉降除去粉尘。定期打开厂门进行人工“出灰”处理。沉降厂房内污染严重尿素对建筑 物的墙壁有腐蚀作用，而且不但沉降室内一片狼藉，而且出风口处也“白发苍爸”。据说此法曾用过布袋 除尘，但使_IJ寿命和效果都不理想。43塔底流化床冷却 改良C法就采用机械通风的造粒塔，就是采坩此类颗粒冷却，该法的特点是冷却效果明显，而且除去粉尘的效果很理想。由于采用了机械通风，使冷却空气中含尘量增加到200mgm5以上，若不同收，每天 损失的尿素要在3吨以上，故塔顶要增加粉尘回收装置。在国外此回收装置的投资要在100万美元以上， 而且还要增加“10kwh(吨尿素)的电耗。我国南方某尿素工厂也采用塔底流化冷却冷却和除尘效果都很明显，但造粒塔顶部出气中粉尘含量 要超过!gm对环境污染严重。在使用我们提供的塔顶洗涤装置后，建立了一套完整的除尘装置，投资半 年来效果显著。出气中尿素含量在|OOmgm3以下而投资仅50万元人民币。塔底的流化冷却除去粉尘效果明显，由于粉尘在造粒过程中终要形成，底部流化后能减少落地时颗粒破碎。有的工厂报导采用流化冷却后，成品尿素中粉末尿素能降低23，根据“质量不灭”定律“既不F 地”还就“只能上天了”。过去若有225公斤下地，现在仅有75公斤下地，那么现在至少有100公斤上天 了。由于采用流化冷却，下料斜斗的粘塔量明显减少，冲塔次数也减少，这时塔底流化床有最显著的作用。 采用塔底冷却，为了保证颗粒尿素的冷却，必定要使流化床全流起来。全塔径流化，风量需要20万 m3h以上，2，3塔径则需要20万m3h的风量。我们看到山东某厂风机时90kw，而每小时的产量在13吨 左右，则每吨尿素增加电耗为72kwh。有的工厂是采用75kw的电机，产量也高一点为15吨b时则每吨尿素增加电耗为5kwh。 若流化床的直径减小，则可降低风量。但防止粘塔的效果就小的多了。 若降低流化速度也能降低风量，但扬析速度也随之F降成品尿素中粉尘含最要增加，影响产品质量。 由下采用塔底的流化冷却，对整个塔的拔风影响不大，而且流化的风量很大，略影响一些风的“吸入”，仍能使颗粒温度F降很多。1000立方米的空气升高1，能使1吨尿素降低07C。15000立方米的风鬣升 高lOC，能使15吨尿素_卜降7。以10万立方米风量升高10计。能使20吨尿素降低35C。所以塔底 的流化冷却能较大幅度降低出料温度。此类装置若能以不锈钢作流化床，投资约在10万元左右。44浅床矩形流化床冷却 此颗粒冷却方法是我们近几年来开发成功的技术，矩形流化床可布置在造粒塔外任一点位置上(是厂膀场地的情况而定)。441装置简介： 该冷却系统的特点是：(1)冷却效率高结构简单，占地面积小、投资低、操作稳定可靠。(2)流化床的分布板采用一种新型的特殊形式的导向分布板。增加了床层的推进力，促使颗粒的停留时间保持一致，减少因部分颗粒停留时间过长而引起过度冷却，造成吸湿结块。影响流化床操作。(3)采用浅床层流化技 术，床层高度控制在200mm以下，可减少流化床颗粒返混，降低压降及颗粒磨损。(4)采用新型高效低邮盏盛碣：200062 诂证：量盔帝古峰圣345辱!墨苎墨苎查竺壁丝垒苎!璺堡竺!竺堡苎苎竺竺苎墨竺苎兰!苎!塑堂!塑垡!：!兰竺一76阻旋风分离器及排灰机构，能有效地捕集、回收细粉，不需增加湿法除尘。该旋风分离器的除尘效率可达95以上，压降约为1500Pa。 我们开发的流化冷却系统由矩形流化床、进料星形阀、出料星形阀、除湿机、高效旋风分离器、翻板阀、料斗、鼓风机、引风机等组成。造粒塔的7080C左右的颗粒物料经进料星形阀进入流化床冷却器。冷却至45C左右后由出料星形阀 进入F一道工序。冷却所用的空气分两路进入流化床，一路是由除湿机来的干空气，进入流化床后部：另 一路是除湿机来的干空气与鼓风机来的大气空气相混合后的混合空气，进入流化床前部。流化床尾气中的 悬浮细粉由高效低阻旋风分离器捕集后进入料斗中予以回收，净化气体最终经引风机直接排入火气。针对尿素与复混肥的特点，两者的流程也略有不同，尿素流程中一般不设置除湿机，在空气温度较人的南方地区，特别是在复混肥生产J：艺中由于吸湿性较强，因此。在复混肥冷却中一般需要除湿机，先 将空气冷却除湿，然后进入流化床冷却物料。442【：业上应用实例：4421在尿素工艺中应用： 某一版设计小型化肥厂实测数据冷却尿素量：350吨，日风量：20000m饥各点实测温度 表5、空气尿素风机进口温度进口温度 相对湿度 进口温度 出口温度 温降30 7l485 22532 75 48 27 522451276 634023 4230 72 68475 205 46335 7252 20旋风分离器收集的尿素粉尘粒径O85mm。 莱二版设计小型化肥厂实测数据冷却尿素量：450 Jl19风鲑：25000m3h备点实测温度 表6、序号 进料温度出料温度 气温 风压mmH20日产量t185 54 35 220 436285 54 35 220440387 55 36 220440489 55 37 225452587 55 37 225452687 55 36 220445787 55 36 225445887 55 36 220440Tel(Fax盘儡碣：2062 沾证：皇蕾幸士雌毒蓐345毒+J型正it基监木蕾建话土4 圣西亿船工业n童蓦站量固蕾船厂拉童曹讨却 E-mail：d1g8163neLcn !旋风分离器收集的尿素粉尘粒径08ram。 该设各自从1999年7月在河南偃师化肥厂首次投运后，已经在河南、山东、湖北、福建、宁夏、山西等省的近二十家化肥厂应用，日处理量为300750吨，经过一个到两个夏季考核，均取得了良好的效果。4422在复混肥工艺中应用 海南富岛复合肥有限公司年产5万吨复混肥生产系统中，应1f本文开发的流化冷却系统米进行颗粒物料的冷却。考虑到海南岛气候潮湿，气体相对湿度较大，而复混肥叉极易吸湿等特殊情况，冷却所川的部分空气采用了冷冻除湿方案，降低了气体的相对湿度。为了降低除湿的能耗，在系统中采J_I了部分气体除 湿分区进入流化床的方案。考虑到流化床前部物料温度较高，物料不易吸湿，故将除湿机米的干空气与鼓 风机米的人气空气相混合后的混合空气，进入流化床前部，而除温机来的干空气，则进入流化床后!fI；。在 每次开车前则全部用除湿后的干空气，将床层分布板吹干，以避免分布板堵塞，1：业应用实践表i!j：，上 述方案是可行的。443流化冷却装置设计和实例：443I设计指标 A：复混肥系统产量：G；=7000 kgm 物料进口温度：T=705 冷却空气进口温度：Tn=3012 物料出口温度：10-355 B：尿素系统产量：G产16000 kgh 物料进口温度： Ts=705 冷却空气进口温度：b=30 物料出口温度： T。0-5054432设计计算 确定矩形流化床床层截面积、跃度、宽度。计算复混肥颗粒出口温度T扩36TC，与实测值3538。C非常接近。尿素颗粒山口温度T。=50，4C，与实测值4852非常接近。 厨时计算气流出口温度Tro=49，4C，与实测值46-52C也很接近。 采用此类冷却方法，每吨尿素增加电耗为35kwh，此值与改良C法的电耗相比是其的13(改良C法包括有塔顶除尘装置的电耗)。为采J_I；i塔底流化床的12，是比较经济合理的。5儿个技术问题的讨论51 冷却后颗粒尿素的适宜温度 由1二颗粒尿素还有微量水分，有一定的水蒸汽分压，冷却后的包装温度与当时空气的温度雨I相对濉度有夫。若颗粒尿素包装温度有一相对应的水蒸汽分压。此温度的水蒸汽分压与同样温度的相对湿度婴盱麻。 若包装时气温的相对湿度较大于颗粒尿素的水蒸汽分压，尿素将吸湿雨结块。我们在宜兴化肥厂，黄霉季 节期间远行时就出现过颗粒尿素包装温度高于大气温度，仅56C，即出现了设备“冒汗”、成品“结块” 等现象。而当阳化工厂能及时调节颗粒温度，几年来春夏秋冬四季运行无出现此类现象(当然宜兴和I当刚 的气候条件也有不同)。表7、颗粒尿素表面水蒸汽压力温度 1520 25 30 35 40 45I尿索水蒸汽压力mmHg 102l140218O4650同温空气相对湿度79980075872371368 66Tel(Fex)02152836886邮盘蕾碣：200062 诂证：尘瘩幸士畸垂路345号!：兰墨苎苎墨苎查竺堡丝苎苎 !苎鱼竺!竺堡垒墨竺!璺苎竺苎竺!竺!：型!燮!塑：!堕一78此表表示，颗粒尿素包装温