粉體流換熱器在尿素冷卻系統的應用

劉夢濤

(石家莊天人化工設備集團有限公司河北石家莊052160)

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粉體流換熱器在尿素冷卻系統的應用

劉夢濤

(石家莊天人化工設備集團有限公司河北石家莊052160)

在顆粒肥料生產中，產品冷卻是直接影響產品包裝及成品質量的重要因素之一。如果成品在包裝前冷卻不徹底、包裝溫度過高，都將引起成品在儲存期間發生板結。一般要求冷卻后的產品溫度比周圍環境平均溫度高出5 ℃左右，以防止產品表面在裝袋前的短期散裝儲存期間吸收大氣中的水分。冷卻是一種相對簡單的單元操作，目前對于小顆粒尿素裝置來說，一般在造粒塔后加流化床冷卻器；對于大顆粒尿素裝置，一般采用轉鼓冷卻器或流化床冷卻器。但是，前面所述的冷卻設備存在能耗高、粉塵大、維修頻繁等問題，粉體流換熱器作為一種高效、節能的冷卻設備應運而生。

圖1 粉體流換熱器結構示意

1 粉體流換熱器工作原理及優點

粉體流換熱器(圖1)是一種用于冷卻粉體或顆粒狀物料的換熱設備，由進料倉、傳熱板束、下料倉和控制系統組成，此種創新性的技術結合了密相輸送原理及傳統板式換熱器的設計思想。

粉體流換熱器工作原理：物料以密相輸送的方式自上而下通過一系列垂直放置的傳熱板間的間隙通道，與傳熱板內自下而上的冷卻水進行間壁式換熱，物料在自上而下的移動過程速度緩慢，以保證具有足夠的停留時間來降低物料溫度。設備下部裝有可調頻率的振蕩下料器，與控制系統相連，以確保設備最佳的運行狀態和最佳的出料溫度。

粉體流換熱器的優點：①換熱效率高，運行能耗低(小功率振動電機)，粉塵污染小；②柔緩下料，無物料降解現象；③模塊化設計，占地面積小；④無大的運轉部件，運行維護費用及工作量少。

2 選型方案

某小氮肥企業原尿素裝置最大設計能力為130 kt/a，擴產后能力提高至170 kt/a，導致尿素包裝前溫度高達70 ℃，故增加了1臺流化床冷卻器；但由于能耗較高、粉塵大等原因，現采用粉體流換熱器來取代流化床冷卻器。

設計參數如下：介質為小顆粒尿素，處理能力170 kt/a，堆積密度1 335 kg/m3，粒徑0.85～2.80 mm，安息角36°，進料溫度70 ℃，出料溫度40 ℃，流動性良好，比熱1.75 kJ/(kg·K)，冷卻水溫30 ℃。

通過計算確定設備參數如下：傳熱板尺寸為1.2 m×1.6 m(2層換熱板束)，傳熱板數量為66片，傳熱板的間距為35 mm，換熱有效容積為3.8 m3，傳熱板間停留時間14 min，單臺振動電機功率1.5 kW。

3 工藝流程確定

在工藝設計初期，主要考慮可能存在以下問題：①進入粉體流換熱器內的物料中有塊狀或片狀物料，可能在其板片間造成堵塞；②粉體流換熱器板片上形成結疤，進而影響傳熱效果，也會造成堵塞。

為解決上述問題后，冷卻系統的工藝流程基本確定(圖2)：①工藝設計上，在進粉體流換熱器之前讓物料先通過振動篩，使物料中的塊狀或片狀提前篩出來，避免堵塞；②結疤的原因是物料中混雜著一些濕空氣，尤其是夏季濕度較大時，當通入低溫循環水時，容易在板壁上結露，與物料結合形成結疤而黏附在傳熱板面上，所以在傳熱板的上部通一定量的干空氣用于降低露點溫度。

圖2 冷卻系統工藝流程

4 運行情況及存在的問題

2015年8月21日，該套粉體流換熱器投入運行，總體運行情況比較理想。各工藝指標如下：進料溫度60～70 ℃，出料溫度約40 ℃，進水溫度約30 ℃，出水溫度35～40 ℃。從出料溫度指標分析，可滿足生產要求，并低于其他冷卻設備。涼堿機連續運行15 d后，打開檢修孔觀察結疤情況，進料倉有少量塊狀和片狀物料，傳熱板上無結疤。從運行情況看，料位控制系統使用較理想，進料量與出料量達到一致，能夠保持滿料位運行。

存在的問題：①振動篩篩網及篩壁上易形成塊狀或片狀物料，隨振動篩絞龍進入粉體流換熱器堆積在進料倉，進而影響布料，堵塞傳熱板通道，需進一步解決；②進料倉容積偏小，在生產波動或振動電機故障時，容易在振動篩處發生溢料，可考慮在進料倉處加溢流管道副線，以便于操作穩定運行。

5 結語

粉體流換熱器與原有流化床冷卻器比較：①粉體流換熱器工藝流程比較簡單，其配套及附屬設備少；②兩者投資費用相當；③流化床冷卻器所配的引風機和鼓風機的電機功率較大，總功率

為67 kW，而粉體流換熱器的電機功率為3 kW，按全年運行時間8 000 h、電價0.3元/(kW·h)計，則每年可節省運行費用15.36萬元；④與流化床冷卻器相比，粉體流換熱器噪音小、占地面積小、能耗低。因此，粉體流換熱器具有高效節能、維護簡單、操作方便等特點，是一種低成本、低能耗、粉塵污染小的新一代尿素冷卻裝置。

2016- 06- 06)