高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥的工艺技术.doc

高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥的工艺技术尿基熔体塔式造粒工艺直接利用尿素熔液，省去了尿素溶液的喷淋造粒以及固体尿素制复合肥时的破碎操作，大大简化了生产流程，改善了环境。该技术充分利用熔融尿素的热能，物料水分含量低，无需干燥，节省了能耗和投资；同时产品合格率高，生产过程返料量少，产品颗粒养分均匀，表面圆润，不易结块，具有较强的市场竞争力。 我公司2005年9月份投资4000万元，建设 1套年产15万t高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥装置，由某化工研究院设计，于2006年6月份投产。投产后生产系统存在消耗高、产品质量不稳定、混合槽管道易堵塞、造粒塔小漏斗结疤等诸多问题。8月初针对存在问题进行了技术改造。改造后，降低了成本，稳定了产品质量，保障了系统的连续性，节能效果明显，达到预期效果。现在二期工程已如期进行，2007年五一预期投产。总之，高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥生产工艺简单，但是对工艺参数要求苛刻，稍有不慎就能导致系统停车造成经济损失。现就技术改造成功经验归纳如下，供同行借鉴。9 S; S2 ! ( l- & k/ h. D1高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥工艺& ?. n2 a& j7 G1 E) S5 1.1工艺原理1 n& x4 I8 & E% q 利用熔融尿素和磷酸一铵、氯化钾及填充剂可以形成低共熔点化合物的特点，将预热后的粉状磷酸一铵、氯化钾及填充剂与熔融尿素充分混合，通过反应生成流动性良好的NPK熔体料浆。该料浆通过专用喷头喷入造粒塔后，在空气中冷却固化成颗粒，从而获得养分分布均匀、颗粒形状良好的复合肥。该技术的关键点在于制备流动性良好的熔融料浆，混合槽温度、停留时间及料浆液固比是工艺过程的主要参数，参数控制得好有助于降低料浆的黏度，保证其流动性，减少副反应，降低氨损。2 & W& D+ m( q- b3 b1.2生产工艺流程 B6 X?6 HA9 a* v& y6 我公司以尿素、磷酸一铵、氯化钾及填充剂为原料，塔式熔融造粒制高浓度尿基复合肥，生产工艺流程见图1。 H$ U) 6 q+ 7 l5 h1 P1 _4 Q0 E, r5 f% i9 ) X( r9 ? 固体尿素经尿素提升机提至尿素振动筛，去除杂质后进入尿素贮斗，经计量后进入尿素熔融器，熔融后的尿液进入缓冲槽，再经泵送到塔顶混合槽；粉状氯化钾和磷酸一铵经人工拆包后各自经提升机，筛分、计量后与填充剂一起经混料输送带进入混料提升机提至混料贮斗，经螺旋输送机进入混料加热器用蒸汽预热。预热后的物料进入1#混合槽中，在此与尿液充分混合后再进入2#混合槽，混合后的熔融料浆进入造粒塔造粒；从塔顶喷洒下来的料浆通过空气冷却在塔底成型后经小漏斗进入输送带输送到冷却机，冷却处理后，由提升机提至成品振动筛筛分，成品再经包膜处理后包装；块肥与细粉返回塔顶重新回收造粒；冷却尾气经除尘及尾气风机排放。另外，在混合槽加微量的甲醛是为了提高产品外观质量；原设计没有包膜机设备，成品易结块，新增设1套包膜机系统，喷洒防结块剂对成品进行防结块处理。7 O3 R4 z9 e5 b D7 q1.3主要设备+ J& O$ A, g9 Cf% z1.3.1尿素熔融及泵送岗位主要设备（见表1）( Y% k+ r7 W+ 6 A& f + U( c& * o! t! l8 E# 1.3.2固体原料处理岗位主要设备（见表2） B$ w. F% S3 + S8 A, I3 x 2 U M+ Y& Z, C0 0 v& G. k3 x5 F E6 Z% A1.4工艺参数* M# J4 I- K$ F d1 C& i1.4.1固体尿素输送、熔融及泵送岗位, ; n7 4 w. S& D- i 尿素：w（N）46，w（H2O）1.0，颗粒状* v, g0 k ) _6 q) c1 j 尿液温度：夏季134137；冬季135138 1.4.2氯化钾、磷铵、填充剂等固体原料处理岗位L6 s; t, I6 a! f, 7 L3 O, T 磷酸一铵：w（N）11，w（P2O5）44，w（H2O）1.5，粒度0.8mm占908 P( e+ n9 n* q g. # k 氯化钾：w（K2O）60，w（H2O）1.5，粒度0.8mm占90LL, H h; m1 G 硫酸钾：w（K2O）50，w（H2O）1.5，粒度0.8mm占90/ H% r5 R3 O/ M, N5 g填充剂（白云石或碳酸钙粉）：细度80目（0.175mm）占100，w（H2O）1.5( Y: I7 E- ; |1.4.3混料加热岗位* x; 8 ?- 1 C6 L m 按工艺配方对混料进行计量。5 R: f+ |* O1 ?1 混料加热器物料控制温度：夏季6070；冬季7090。0 m+ f! Qm6 ! v# i; |3 i L( Q5 Q1.4.4混合及造粒岗位。! k+ Q/ a1 7 D/ j& M* W 1）混合槽熔融料浆温度：夏季为1#槽115125，2#槽105115；冬季为1#槽125132，2#槽115120。: i1 & o( L4 S 2）造粒成品颗粒粒径：14.5mm，要求1mm的细粒少于3。$ k( $ Q8 l I7 I) J; x d以上工艺参数是针对含氯基复合肥。含硫基复合肥的工艺参数与含氯基复合肥工艺参数不同。对于含氯基的复合肥因配方不同，其工艺参数也有区别，常常需根据具体情况进行调整。. B/ e- K* 7 m# b2装置主要设备功能及特点+ c1 N0 |# y- ?% 3 X: r2.1配料秤! c( g( 6 f9 n& R( A/ o2 b 本生产装置的原料配料系统选用了集控变频调速配料系统，实现自动配料，确保产品养分比例。0 M7 p$ J( w8 w; V G6 j7 q+ J% k 集控变频调速配料系统的功能特点是：应用电子皮带秤，保证计量精确；计算机主机应用正压防尘机箱，适合于NPK复合肥的生产厂所；彩色 CRT显示，全中文界面、集中控制和生产工况的显示，便于生产操作和管理；自动声光超限报警，模拟图形显示；工业级IO板应用，设备稳定可靠，抗干扰能力强；采用变频调速技术，节能降耗。 Y0 c% g2 O* F! e# g5 J+ i2.2斗式提升机9 5 e+ x* $ C# l- a% 选用TH系列钢丝胶带斗式提升机，其特点是：提升物料适用范围广泛，不仅能提升各种粉状和粒状物料，而且对提升高度适应能力强，最大提升高度可达120m，对物料温度要求不大于120，如超过120可采用耐高温胶带制造；输送能力大，提升输送量范围为10480m3h；驱动功率小，节省能源，此类提升机采取流入式喂料，重力离心式混合卸料，物料提升过程中几乎无回料和挖料现象；钢丝胶带与驱动滚筒为柔性接触，无磨损，运行平稳，功能消耗低；密封性好，对环境无污染，操作环境洁净，噪声低。6 F# v# O/ : Y2 I* J1 h( l2.3HZPKJ020混抖加热器6 k( Q3 _* q P8 2.3.1混料加热器的工作原理; ?2 m( k& E( 4 y0 T v; _ 该加热器是复合肥专用加热器，属间接传导型连续加热设备。被加热物料由设备上盖上方的加料口进入设备，物料在自重及轴旋转搅拌的作用下向出口逐渐移动；物料在向前移动的过程中与设备加热界面中心轴及夹套内壁充分接触（中空轴通高压蒸汽，在器身内安置换热器），进行热量交换；符合要求的混合热物料从设备下部的出口排出。: W# r$ j, D+ c0 E, 3 c 加热过程中应满足：物料不能出现团聚、结块、结片等现象；物料的加热温度稳定，温度的波动范围应控制在3之内；物料通过加热器后，流量稳定；物料加热时，不能出现物料的分解现象；当混合槽出现工艺波动时，加热器具有储料和立即停料功能；粉体物料在加热过程中，应控制物料的粉尘污染。0 v# N, 2 A & _! ! n 该加热器设备紧凑，占地面积小；热效率高，能耗及操作成本低；被加热物料在中空轴的作用下，不断地被搅拌，瞬时更新热界面，保证了物料与设备的加热界面充分接触和物料加热的均匀性，同时，有效地防止了物料在加热过程中的闭聚与结块等现象；设备的尾气排放少，对环境污染小，尾气的处理简单易行；设备的安装及调试简单；低速运转设备噪声不超过85db。4 z, G. W* n, j0 8 O2.3.2混料加热器的特点! O0 y O- u) c/ H 采用间接传导加热方式，不污染物料，并且换热效率高，最高可达90；操作弹性大，在物料与轴及夹套热量传递的过程中，通过调节设备安装倾角、加料量和出料口的高度，可以调节物料在设备内的停留时间，通过调节蒸汽压力，可以调节物料加热温度；设备连续运转，适用于规模化生产；采用拼装积木式上盖，操作灵活，维修简单，易于更换备件；密闭操作，无粉尘污染。/ E% c: X: z$ e9 C2.3.3混料加热器的结构 + s( , e0 m- I3 l HZPKJ020加热器由两组相对旋转的中空轴（加热界面）、带夹套的器身（加热界面）、上盖、传动系统和蒸汽管路系统组成。9 i4 Z) g# D: ?4 H 中空轴：由主动轴和被动轴组成，两轴由齿轮啮合作相对转动；两轴都装有数组带一定倾角的扇形叶，并由蒸汽提供热源；在运转时搅拌、混合物料，进行热交换。 O2 z* H. E5 w4 ?: s% _$ J! _ 器身：在器身外表设有夹套，运行时通入蒸汽；在器身尾部下方，开有小料口，用于卸料。8 H4 n+ v! k4 ) / g8 c4 ?2 上盖：上盖能使加热过程密闭进行，热效率高，并改善操作环境；上盖上设有进料口、尾气出口、人孔和观察孔。: / E! Y y% F8 T3 c& |2 E- v 传动系统：由电机、联轴器和减速机组成，再经过链轮副驱动设备运行。) C* 4 ! tF- , q$ L 蒸汽管路系统：夹套和轴都有蒸汽进口和冷凝水出口，轴的管线系统带有旋转接头和金属软管，确保在两轴旋转时蒸汽管路系统的正常运行。# & Z8 v j, J5 Q9 g2.3.4混料加热器的主要技术特性( T& B3 n+ q0 |7 O* f 设备外形尺寸：7500mm2215mm2250mm! C$ p: L ( t|: D) N1 # e: 操作压力：夹套、轴内0.3MPa；设备内为常压% G8 l5 w$ C- 3 W6 w 操作温度： 夹套、轴内、设备内均130$ f5 _?# A4 j/ V l; ? 中空轴转速：约12rmin- P1 o+ g! A4 U# q 电机功率：37kW V3 7 S- i3 u _$ 1 p% ?! |2.4CDCT3ZKL造粒机6 3 j( E! xm. o# T2.4.1造粒机的工作原理% S9 z& $ 7 j- a8 o 由于熔体法复合肥工艺的三元素物质在熔融过程中其黏度是尿素熔体的数目至数千倍，且含有相当数量的固体悬浮颗粒，故一般的喷淋造粒方法无法保证喷孔不被堵塞。常规的离心喷头采用加大喷孔直径的方法乃不能解决喷孔被堵塞的问题；我公司选用大自径喷孔的差动双速旋转造粒机。4 s3 b- D+ L( j- O Y) c* 与以往离心式造粒机原理截然不同，差动从速旋转造粒机由两套独立的传动机构以及供料系统和电器控制组成，每个传动机构由相应的变频电源对其转速和转向进行无级控制。两套机构在同一轴心上差动工作（亦可同步）：一套负责将高黏度的带有固相颗粒的熔融液平均分配给造粒喷头的每个喷孔；另一套则负责将熔融液从喷头*出，射出的熔融液遇空气阻力断裂收缩成一定直径范围的球形颗粒。高黏度的熔融液极易堵塞造粒喷头的喷孔，故造粒喷头的喷孔只能尽量的大才能较长时间不被堵塞以满足连续生产的要求，大的喷孔还必需能制造出工艺要求的一定直径范围的球形颗粒。差动造粒独特的造粒原理可令从D直径喷孔射出的液柱断裂为D2球径的颗粒，而通常的造粒方法则不能做到这一点。( g& O4 R3 t0 i% V( J2.4.2造粒机的工作特点6 T; _( y1 t9 I9 a 双电机、双主轴、二轴同心设置、通过传动机构带动造粒喷头和物料分配装置；此结构可令高黏度、含有固相颗粒的熔融物料较容易的通过造粒喷头，在工艺保证的前提下长时间不堵喷头。 j5 A/ 4 C2 G& o& v2 s) k) 6 h1 |2.4.3造粒机的结构) b2 6 h: n5 E. D* 差动造粒机2台（1开1备），差动造粒喷头2套（1开1备），造粒机快换支架1套，电控部分1套，详细情况可参考：差动双速旋转造粒机及造粒方法，专利号：00106184.4。3 P# B& W7 tJ% / k; K: $ P+ y6 U, 2.4.4造粒机喷头的性能及特点/ v+ s) G% P% t! H 造粒量（正常）：28t/h，最大30t/h，最小25t/h；粒子合格率：大于1.0mm的占总量的90以上；喷头供料方式：侧供料；喷头布料方式：L型筋板复合布料；喷头调速方式：变频无级调速；喷头锥形整体旋压成形，材质为321；成品颗粒强度大于20N。详细情况可参考：差动双速旋转造粒喷头，专利号：2005100960100。, n( d- T1 z1 1 x2.5冷却机$ g) I0 S+ j( _ 复合肥生产装置的冷却机一般采用转鼓冷却机或流化床冷却机。流化床冷却机具有尺寸小、布置灵活、不易将产品破碎等优点；但操作弹性小，产品颗粒均匀度要求高。相反，转鼓冷却机操作弹性大，产品均匀度要求低，运行稳定可靠。因此，我公司选用转鼓冷却机。 : f. S- 7 Q7 7 L0 h3高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥的技术改造& z; V( + w9 c. T3.1尿素熔融器与尿熔缓冲槽的技术改造9 K4 T6 s* N) x+ M 原设计在尿素熔融器上没有抽气筒，氨逸出恶化操作环境；尿素含水分高，导致成品含水分超标。为解决此问题，我们在尿素熔融器上部增加了一个325mm7000mm抽气筒。9 m8 l; x+ d: U6 s5 Q& o8 i$ q7 U 尿液泵是高塔熔融喷浆造粒生产复合肥的关键设备之一，为保障其正常运行，尿熔缓冲槽中之尿液必须无杂质。现在的尿熔缓冲槽没有设计过滤单元，因此，在尿熔缓冲槽特定的部位增设过滤单元，过滤除去如线头等杂物。; Y; M( H ( N- u2 k3.2混合槽的技术改造7 u5 k. H( m7 a! c* s 混合槽是高塔熔融喷浆造粒生产复合肥的核心设备，在生产中2个槽的底部连接管线为89mm且不保温，易堵塞，混合槽搅拌机直线型螺旋桨存在搅拌不匀。针对此问题，我们在两个混合槽中部及上部增加了159mm管线并进行了蒸汽夹套保温，把2个槽的底部连接管线由原89mm改为159mm，并进行蒸汽夹套保温；对3组直线型螺旋桨进行了优化设计：在长度不变的条件下改成向上翘半圆型，这样一来可以减少阻力，搅拌均匀，同时最大限度减轻搅拌物料溅到器壁的现象，因料浆溅到器壁后结块，在振动或温度变化时，结块料浆就会脱落堵塞管道，导致系统停车，这是打通全系统工艺之关键。通过改造，一是打通了全系统工艺；二是杜绝次品及半成品，降低生产成本；三是提高了成球率，减少了扁平颗粒与细粒；四是料浆混合均匀，提升了成品内在质量；五是确保2h换一次喷头，提高了塔的利用率及产能。5 c$ x# U4 b! H5 B% j9 s- g3.3对造粒塔下部小漏斗的技术改造$ Y: s# K+ q0 _* 全国生产熔体复合肥的造粒塔，塔高均在90m以上，塔上部喷浆造粒，通过自然冷却结晶，落到塔下部离地面20m高的大漏斗（上面17000mm、下面8600mm、高8000mm）处再接小漏斗（上面9000mm、下面800mm、高7400mm），经皮带运输机运输到下一工序。囚喷浆造粒温度一般在110以上，自然冷却结晶降温太慢，导致物料温度高结晶不好而在漏斗内壁结疤，一般而言喷浆造粒在20th，随时间推移漏斗内壁结疤愈来愈厚，最后把漏斗堵死，严重时造成系统停车。目前全国在此方面没有更好的解决方法，一般均采用在漏斗内壁铺塑料布，只要结疤就抖动塑料布，因塑料布强度低，常出问题，导致系统停车或大块肥料出现。这些问题是共性问题，也是该领域的难题。, I% , k9 q3 X s& H9 k0 颗粒从塔顶自由下落是靠自然冷却，在此过程中如自然冷却效果不好，颗粒没有完全凝固，强度不够，颗粒与小漏斗相碰就会在此处结疤，重则使系统停车，轻则影响产品外观质量。为了增加自然通风效果，我们在小漏斗高度的13处特殊部位进行改造：在该圆周上均匀增设了一定数量的长方形孔，同时为防止颗粒从该孔泄露，用特定目数的筛网拦截；同时，在塔19层，把原来219mm 4500mm抽气筒改为325mm6500mm。改造后，增加了通风量，降低了造粒塔通风阻力，减少了塔底结疤，确保了产品外观质量，解决了因结疤而导致系统停车，保障了系统长周期运行。* ! Xn* S% C+ u8 O+ p% d+ m3.4防止成品结块、降低成品含水量的技术改造_! E/ C; r4 H& p1 J! I% cE1 A- Y 成品含水量与诸多因素有关，除自然因素外，混合槽、混合加热器等设备设计性能很关键。我们在混合槽上部新增1根219mm自然抽风筒，对混合加热器改造除尘抽风机管道，由原来的219mm改为325mm。改造后，提高了除湿效果，大大降低造粒塔通风阻力，使成品中的水分由原来的1.0以上降为0.7以下，有效控制了成品的结块。1 S6 A0 m, Y. r* E; q3 a3.5成品振动筛的技术改造! v$ u5 A7 w v. 8 T 筛分效果与设备选型有很大关系，原设计单位选用平面振荡筛，筛分效果差。我们增设了1层粗筛面使粒径大于4.5mm的颗粒首先分离，其次是分离粒径0.84.5mm的颗粒，再其次分离0.8mm以下的；粒径4.5mm以上和0.8mm以下的返回造粒塔。目前控制成品粒径4.5mm以上和0.8mm以下的在3以下，保障了成品质量。/ J( S* r2 U