高塔造粒深度冷却与筛分综合工艺技术.doc

高塔复合肥深度冷却、筛分与粉尘回收综合技术近几年来，随着技术的不断完善发展，采用仿尿素自然通风造粒冷却塔技术而开发的高塔尿基复合肥生产装置投入运行越来越多，随着原材料价格的变化，其技术和成本优势愈来愈显著，但由于自然通风冷却塔结构限制和尿基复合肥的特性，致使高温季节尿素出塔温度较高，高达80以上。由于复合肥颗粒未得到充分有效冷却，颗粒中的水份和氨等物质不能完全释放，而导致复合肥颗粒强度较低、易粉化、易结块、氨味大，严重影响了产品质量和使用，同时也造成复合肥工作环境的恶化。一、目前国内针对复合肥深度冷却、筛分及粉尘回收的主要措施1、复合肥深度冷却降温主要措施 造粒塔底部四周设计风机，加大冷却塔的冷却风流量该措施补风量有限，降温效果不明显，同时电耗较高。 在成品输送皮带机上部增设风机虽有一定效果，但降温幅度不大，且易造成复合肥粉尘飞扬、污染工作环境，同时也造成损耗增加。 增设振动流化床、固定流化床转鼓风冷却机或其它强制风冷却措施该措施冷却降温效果较明显，降温幅度可达15-20。但由于配套设备较多，需增加提升机、风机、粉尘回收等装置，占地面积较大，固定投资、运行费用和维修费用较高，粉尘难以完全回收，易造成二次污染和损耗增加。 采用水冷式滚筒冷却机该措施主要采用循环水冷却降温，运行费用较低，冷却效果也明显，可达15-20。但设备较重，只能安装于地面，改变了原有的工艺条件，也需增设提升机、引风机及冷却水等装置。2、复合肥分选装置随着市场对复合肥外观质量的要求越来越高，各厂家都在寻找一种能有效除去成品复合肥中小颗粒及粉尘的方法，传动的分选方式主要是有筛分和风选等。 传统的筛分装置（如：振动筛、旋振筛、滚筒筛、固定溜筛），由于尿素粉尘水份低、重量轻、易飞扬、易粘附、易吸潮等特性，筛分装置的筛网筛孔小，开孔率低，筛网极易被复合肥颗粒堵塞，且堵塞后难以疏通，严重影响分级效果，且筛网易坏，难以长周期运行，需经常停车检修，影响复合肥产量，同时飞扬的复合肥粉尘易造成筛分工作环境的恶化和损耗增加。 风力浮选在成品复合肥输送带的出料端下方与成品料仓之间安装一套风力浮选器和粉尘回收装置，由于风的浮力和粗颗粒复合肥（d1.0）自身重力的作用，粗颗粒复合肥沉降落入料斗，进入成品料仓，小颗粒及粉状复合肥悬浮于浮选器上方，被引风机引入旋风除尘器和重力沉降室，除去粉尘后放空。风力浮选的成品复合肥颗粒均匀、粉尘少，气料充分接触，能有效降低颗粒温度，防止结块；能有效控制复合肥粒径，满足不同要求；能有效回收复合肥粉尘，防止污染环境；该装置能独立停开，检修不必停车，不影响生产。但由于复合肥粉尘的特性，复合肥旋风除尘器难以长周期连续正常运行，易粘壁，出现旋风除尘器堵塞现象。采用上述冷却机分级方式存在许多缺点和不足：设备投资较大，需配置整套设备；运行成本高，动力消耗大；设备运行需要增加维修费用和工人费用；运行中易产生粉尘的二次污染和损耗增加。二、我公司开发的高塔复合肥深度冷却、筛分与粉尘回收综合技术 针对高塔复合肥生产装置随着生产能力的提高和气温的升高而出现的热结块颗粒强度低、粉尘大等问题，我公司不断改进、完善，开发了一套环保节能高效的复合肥深度冷却、筛分与粉尘回收综合技术，可显著解决以上问题。1、复合肥深度冷却、筛分与粉尘回收综合技术的工艺过程在现有造冷却塔下部的收料斗位置新增一台固定流化床冷却器和一台往复刮板式筛分机和粉尘输送装置，在成品皮带机与成品料仓之间增设一台往复刮板式筛分机进行二级筛分，确保筛分效果。固定流化床冷却器包括流化床冷却器本体、空气除湿器一套、变频风机以及风管道各一套；筛分装置包括上部往复刮板式筛分机、下部的粉尘回收皮带输送机以及中间的收料斗；粉尘回收装置利用现有的造粒冷却塔回收粉尘。其工艺过程如下：从自然通风造粒塔收料盆收集的颗粒复合肥直接落入固定流化床料床上，来自鼓风机的冷却风经分布器从流化床下部均匀进入流化床料床，直接与复合肥进行换热，换热后的含尘尾气直接从造粒冷却塔下部，随上升气流向塔顶运动，复合肥粉尘与融熔料浆液滴逆向运动，与融熔物液接触并被吸收，通过吸收达到对含粉尘气体的净化。颗粒复合肥在料床上经过沸腾流化冷却，冷却后的尿素经排料管自动落入下部的往复刮板式筛分机进行初级筛分，筛除下的细粉由细粉皮带机入细粉料斗进行回收，颗粒复合肥经成品皮带机进入成品皮带机与成品料仓之间的往复刮板式筛分机进行二级筛分，筛下的细粉和小颗粒进入细粉料仓予以回收，筛上的成品复合肥入成品料仓进行包装。2、主要设备技术特征 固定流化床主要技术特征 a 布风板设计合理，风量分布均匀，不粘床底，无流化死角。 b 料床耐腐蚀，不污染产品。 c 风机采用变频控制，根据季节气温差异，进行风量调整，以保证冷却效果和动力消耗最优。 d 固定流化床充分利用造粒塔下部空间和抽风功能，其仅设置鼓风机，无其它动力设备，可长周期连续运行，运行费用和维修费用低。 往复刮板式筛分机的主要技术特征 a采用独特的筛分机理，含有少量小颗粒和粉尘的复合肥在带倾角的往复筛面上运动，出现自动分层现象，大颗粒复合肥在上层快速向前运动，小颗粒复合肥及粉末在下层与筛面有效接触，小颗粒及粉尘快速透过筛网进行分级。 b 采用特制的筛网结构，保证开孔率，保证筛分效果。 c在筛面进料端设置物料分布器，保证物料均匀布满整个筛面。d在筛面下部设置自动调节高度的刮板，以便自动清理粘附在筛网下的粉尘，起到自动清理筛网的作用。 e 在空间受限制的地方，可在筛分机下配套设置筛下物收集皮带机，皮带机与筛分机共用一个传动机构。 f 该筛分机无振动，不会造成粉尘的飞扬，形成二次污染和损耗增加。造粒塔净化含粉尘尾气的主要技术特征 a 处于上升气流中的粉尘被处于下降状态的融熔料浆液滴粘结吸收，并作为晶核参与融熔物结晶。b采用现有造粒塔净化含尘粉尘的气体，可减少气体净化投资，不需增加运行费用和维修费用。c由于将复合肥粉尘直接转化为复合肥颗粒产品，因此不会产生二次污染，不增加产品损耗，有利于环境保护。3、复合肥深度冷却、筛分和粉尘回收综合技术的工艺技术特征和运行效果 本技术充分利用现有的设备和空间，无需改动现有的工艺和土建，也不需新增成套的尾气回收装置，固定资产投资少，占地面积省。 本技术无需增加较多的动力设备，冷却、筛分设备设计合理，运行费用低，维修费用低，可实现长周期连续运行。 本技术运行效果较佳：冷却降温幅度可达15-25，小于0.8以下的颗粒，筛分率达99%以上，含粉尘尾气粉尘回收率达95%以上。 本技术主要设备处于负压环境下工作，无粉尘的二次污染，可实现清洁文明生产。 本技术动力采用变频调速，可实现冷却效果和动力消耗的最优化。三、复合肥深度冷却、筛分和粉尘回收综合技术的主要设备1、固定流化床冷却器 1套2、变频鼓风机 1台3、往复刮板式筛分机（配带输送机） 1台4、往复刮板式筛分机子 1台四、技改施工周期 15-20天 高塔造粒调研报告提出背景根据国务院以国发（2005）40号文件发布的：国务院关于实施促进产业结构调整暂行规定的决定和促进产业结构调整暂行规定，以国家发改委第40号令发布的产业结构调整指导目录（2005年本），明确了当前及今后一段时期我国产业结构调整的目标、原则、方向和重点，其中列出的鼓励项目中就有优质磷复肥、钾肥和各种专业复合肥的生产。 提到高塔造粒，最有代表性的莫过于俄罗斯的“阿康”复合肥。自20世纪80年代进入我国市场后，就以其独特的高塔造粒技术和其产品颗粒圆滑、中间有小孔、质量优异、不易假冒、卖点鲜明等特点深植于市场，每年在我国的销售量都在百万吨以上。当时，“中间有小孔的肥料”成为俄罗斯“阿康”高塔造粒复合肥的代名词。一、业内动态：高塔造粒作为一种新的技术工艺，在国内引起广泛关注，并在复合肥整合之年席卷了中国复合肥行业的大江南北，从2003年第一套高塔装置建立到2006年的3年中，国内已经陆续有五十几套生产装置，而一些拟建、在建项目更是不胜枚举。2006年11月，史丹利化肥有限公司生产的高塔复合肥被国家科技部、商务部、质量监督检验总局、环境保护总局联合认定为“国家重点新产品”，这是我国化肥行业高塔复合肥企业获得的惟一殊荣。春节过后，全国各地销售点出现了农民抢购史丹利高塔复合肥的喜人场面。即使史丹利公司加班加点扩大生产量，产品仍然供不应求。史丹利高塔复合肥成为复合肥中的佼佼者已是不争的事实。 首开国内高塔熔体造粒复合肥先河的史丹利化肥有限公司，始终致力于世界高塔熔体造粒复合肥的深层次研究，不断推动这一世界级技术螺旋式上升。2004年底，史丹利公司成功建起国内第一条尿基高塔熔体造粒复合肥生产线。“史丹利”高塔复合肥上市后，受到农民的青睐，引起社会关注。2005年7月，该公司又投资1.8亿元动工兴建了年产80万吨双塔熔体造粒缓释长效复合肥生产线。这一生产线是在原有成功经验的基础上，根据国内、外肥料行业发展趋势，从国家宏观政策、企业社会责任等战略高度出发，实施的又一史无前例的行业技术自主创新。项目属国家鼓励、扶持发展的“三高”支农开发项目，符合国家“十一五”高新技术项目要求。二、高塔造粒原理、产品特点与技术问题1、工艺原理固体尿素或硝铵（硝铵磷等）加热熔融后成为熔融液，也可以直接使用蒸发浓缩后的熔融液。在熔融液中加入相应的磷肥、钾肥、填料及添加剂制成混合料浆。混合料浆送入高塔造粒机进行喷洒造粒，通过造粒机喷洒进入造粒塔的造粒物料，在从高塔下降过程中，与从塔底上升的气体阻力相互作用，与其进行热交换后降落到塔底，落入塔底的颗粒物料，经筛分表面处理后得到颗粒复合肥料。 主要设备包括三部份：一是塔体。造粒塔是高塔造粒生产颗粒复合肥料的主要设备，造粒塔的主要作用是复合肥在塔内进行结晶、冷却热交换。造粒塔的直径与高度是设备的主要指标，它与产品的生产能力及品质密切相关。二是造粒设备。造粒机根据需要可以满足复合肥造粒对各种料浆的要求，特别是对中、低氮品种复合肥的造粒具有非常优良性能；三是反应釜。混合反应釜主要作用是将物料在设备内进行充分搅拌混合均匀，达到制备流动性能好的混合料浆目的。 另外，原料的预处理、螯合和添加各种制剂也是提高肥效的有效途径。对原料进行预处理后再制备的混合料浆，无论是粘度、流动性以及料浆的结晶性能都有很大的改善，能够更好地造粒生产和提高产品品质。通过螯合来避免在生产的过程中某些养分的流失和产生不良副反应，并使重要的养分获得保护，提高肥效，降低成本。2、工艺特点与常用的复合肥料制造工艺相比，高塔造粒工艺具有以下优点：（1）、直接利用尿素或硝铵熔体，省去了尿素熔体的喷淋造粒过程，以及固体尿素的包装、运输、破碎等，简化了生产流程。（2）、造粒工艺充分利用圆熔融尿素或硝铵的热能，物料水分含量很低，无需干燥过程，大大节省了能耗。（3）、生产中合格产品颗粒百分含量很高，因此生产过程中返料量几乎没有。（4）、操作环境好，无三废排放，属清洁生产工艺。3、高塔产品的特点（1）抗压强度高且水溶快。高塔造粒生产颗粒复合肥料的工艺，其产品的含水率一般在1%以下，基本上可以控制在0.5%以下， 所以产品的抗压强度特别高。其颗粒抗压强度比传统工艺生产的产品可以提高一倍以上,适合于各类施肥方法。遇水溶得快,适合于农民喜爱快溶的要求。（2）养份均匀。高塔造粒使每一颗粒养份基本上都是一致的。促使作物生长均匀，整体长势良好。（3）中微量元素有效化。中微量元素通过鳌合技术处理，使得养份有效性进一步提高，更加容易被作物吸收。（4）肥料的利用率提高。高塔复合肥,其养分释放较均匀,肥效也延长了,使其肥料的利用率得到了提高。（5）适合再包膜，降低生产成本。（6）有小孔防假冒。使用高塔造粒工艺生产出的复合肥颗粒均匀剔透、色泽光亮，并在中间露有清晰可见的针孔，其粒状是任何挤压、滚筒和搅拌等传统造粒方法造不出来的，产品不易被假冒。（7）产品质量稳定、运行费用低、能耗少、无污染、便于操作，生产的复合肥无论外观还是内在质量及作物增产上，都远胜于市场上销售的普通复合肥。4、高塔造粒复合肥的结块与防结块 （1）、肥料结块的内在与外在因素 a、化学组成：肥料的组成主要是尿基.硝基.硫基.氯基，且具有吸湿性、结块性。 b、颗粒状况：肥料的结块与肥料颗粒的大小和形状密切相关。 (a)颗粒大小：颗粒增大，表面积减小，邻近颗粒间的吸引力和接触点减小，因而结块趋势降低。 (b)颗粒形状：如果颗粒表面光滑、成型好，则颗粒间的接触点减少，从而延缓结块。 c、湿度：此处湿度包括产品的含水量和产品存放环境的相对湿度。 (a)产品含水量：产品含水量的微小变化对肥料的结块有明显影响。产品含水量高，则容易吸收水分而发生重结晶。当初含水量低于0.5%时，在通常储存条件下，产品不太有结块问题产生。因此，在肥料生产过程中要严格控制产品的含水量。 (b)空气相对湿度：肥料的结块与空气相对湿度密切相关。每种盐或盐的混合物都有一定的临界相对湿度。空气的相对湿度高于肥料的临界相对湿度，肥料就会吸收空气中湿气；相反，空气的相对湿度低于肥料的临界相对湿度，则肥料内部的湿气向空气中蒸发。相对湿度的反复变化通常比持续的高湿度更有害，会令结块、粉化问题更加突出。 d、温度：温度也是影响肥料结块的一个重要因素。高温包装时可能发生如下物理化学反应： 晶态变化-如硝铵在32.3时会发生晶态变化，硝铵晶体出现膨胀和收缩，导致产品粉化、结块。 e、压力：加压使颗粒接触面增加，导致储存物质结块。 (2)、高塔造粒复合肥结块的主要原因及对策 高塔造粒生产的复合肥，在配方固定的情况下，如果造粒喷头及喷头运行工艺固定，产品粒度分布及外观状况也就基本稳定。引起结块的各种因素中，以产品含水量及产品包装温度最为重要。 因此，应从下列几方面入手来改善肥料的松散性能： a、降低产品含水量。尿基对水分的敏感程度甚至超过硝基，更应引起生产的重视。高含氮量的尿基NPK，其产品水分应尽量控制在1%以下，否则产品结块问题很难解决。 b、降低包装温度。目前高塔造粒设计时大都没有考虑降温装置，正常生产时成品包装温度为45-55，夏天包装温度更高。这就是目前几个高塔产品结块严重的主要原因。高塔造粒生产的硝基，其硝态氮含量一般较高，对水分和包装温度也就严格，包装温度最好低于40。三、项目发展前景1、市场分析及预测化肥是农业必不可少的生产资料，是保证农业增产的重要手段。在我国这样一个用占世界7%的耕地养活占世界22%人口的大国，化肥的发展仍满足不了农业发展的需求。当前我国的化肥行业存在劣质肥料充斥市场，行业产业结构不合理，优质肥料大多靠进口等方面的问题。采用高塔造粒生产高质量复合肥料，具有科技含量高、养分均匀、水溶性好和使用范围广等特点，性能远优于其它品种化肥。以磷铵和NPK为代表的高浓度复合肥必将有一个大的发展才能满足农业和市场的需要。在山东等北方以及沿海用肥品位高的市场，以及省内经济发达程度比较高，经济作物比较多的市场上，高质量、高附加值的NPK复合肥已被农民认识和欢迎。市场前景十分光明，同时，建设高质量复合肥对满足农业和市场需求是十分必要的。我公司几年来的工作使复合肥产品在省内以及广西等地占领了一定的市场，但以目前我公司现有配方的产量和质量很难满足市场发展的需求。从产品结构和赢利上来说，我公司现有产品无论是对于厂家还是对于经销商来说，利润的空间都不大。现有的几个低浓度主打配方基本上无利可图，而高浓度相对有利润空间但是又无法很好地解决产品质量问题。因此我们所开发的客户和市场在逐渐地流失和萎缩。高塔造粒可以根据配比的需要自由灵活的调节生产节奏，既省时省力生产出高质量复合肥又可以满足不同客户不同时期的各种要求。此外，我省在高塔的建设上还基本是个空白，所以省内市场也有很大的余地，由此可见高塔造粒复合肥市场前景应该很广阔。2、风险及对策近几年来，虽然本公司产品质量优良，在同行业处于竞争优势地位，并建立了较稳定的客户关系网络，但如果市场供求关系发生变化或是在激烈的行业竞争下，公司产品市场价格及原材料价格如发生变化，从而对本公司的利益水平产生直接的影响。 拟采取的对策：一是坚持做好节能挖潜工作，不断提高公司产品的技术水平，降低成本；二是做好产品更新、稳固主打产品以及新市场新品种开发工作，为适时的调整产品结构提供前提条件；三是进一步加强公司销售队伍建设，完善销售网络，降低物流成本。近年来，高塔复合肥生产工艺在我国方兴未艾，以新工艺生产出来的高塔复合肥，以其养分稳定，肥效良好，外观圆润，不易板结，难以仿冒等诸多优势，受到越来越多农民，尤其是专业种植大户的欢迎，从今年我省肥料市场反馈的种种信息看，高塔复合肥卖得相当红火，正逐步成为复合肥市场的主流产品。作为一项高新技术产品，高塔复合肥的技术发展历程是怎样的？为何能有这么好的肥效？高塔复合肥技术背景挪威塔式喷淋造粒工艺塔式熔体喷淋造粒是挪威NorskHydro公司在世界上最早推出的熔体造粒技术，并且是比较典型直接以熔融尿液(即与尿素生产系统连接)与熔体磷酸一铵、粉状氯化钾为基质的UAPUAPK尿基复合肥工艺。将浓度为99的熔融尿溶液与通过管式反应器制得磷酸一铵熔体，分别用泵打到造粒塔顶部的混合器，又与经过预热的氯化钾细粉一道混合，再经一种底部有刮刀的旋转多孔喷头，以扇形覆盖面喷入塔内。在靠自重下降过程中，被上升的气流冷却固化，于塔底收集得到复合肥。上海化工研究院工艺尿素熔融液与经过预热的氯化钾(或硫酸钾)，磷铵、填料在混合器中混合，利用混合盐的低共熔点的特点，形成流动性良好的氮磷钾共熔体，再通过喷头喷入造粒塔内，在空气中冷却固化成颗粒。1987年4月由王时珍著的造粒塔与造粒喷头概述中提到，目前我国大、中型化肥生产装置生产的尿素、硝酸铵、氮磷复合肥都是使用造粒塔制成粒状产品。造粒塔一般为圆柱形(高4080米，直径822米)的或是矩形的高大混凝土或金属物构筑物。熔融物料自造粒塔顶的旋转式喷头小孔喷出，呈螺旋线降落，并很快断成液滴，在逆流的冷却空气中冷凝和降温。我国高塔复合肥专利1、“颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法”(CN99127009.6)用尿素厂合成的半成品尿素熔液或固体尿素加热后，熔融液与加热的氯化钾(或硫酸钾)混合或固体尿素和氯化钾(或硫酸钾)加热成含有氯化钾(或硫酸钾)悬浮物的熔体，熔体料浆通过造粒装置分散为小液滴，籍重力落入空气冷却塔中冷却固化即成复合肥。2、“塔式造粒生产高浓度氮磷钾复合肥的方法”(CN02103008.1)将粉碎至60目左右的磷酸一铵，氯化钾或硫酸钾，碳酸钙或沸石粉料混合，干燥升温加入到熔融尿素熔液中，混合搅拌48分钟，生成熔体料浆，保持物料温度115130。3、“熔融料浆低塔造粒生产颗粒多元复合肥料的方法及设备”(CN02134971.1)尿素，氮肥，磷肥，钾肥及填料按1.5：(01.0)：(01.0)：(01.0)：(01.0)在100145混合加热熔融，通过旋转造粒喷头，喷洒入塔底有鼓风机鼓风的塔内。4、“塔式硝基复合肥”(CN03117288.1)液体硝酸铵在150175下蒸发，浓缩至9899.7。固体磷肥、钾肥、填加剂在85111预热在140175下混合熔融，经过造粒喷头喷淋造粒，并与塔内冷却空气逆向接触，冷却成产品。5、“高塔造粒生产颗粒复合肥的方法及设备”(CN03139601.1)将尿素、其他氮肥、磷肥、钾肥和填料按1.5：(01.0)：(01.0)：(01.0)：(01.0)混合，其中氮