大顆粒裝置操作要點及新技術應用介紹

米雪鋒，莘艾青

(河北陽煤正元化工集團有限公司， 河北石家莊 051530)

我國氮肥企業生產的尿素產品，一般都按照小顆粒設計。與小顆粒尿素相比，大顆粒尿素有如下優點：

(1) 大顆粒尿素的顆粒強度更高，不易破碎和結塊，方便運輸，流動性好，適合于機械化施肥。

(2) 因兩者生產工藝不同，大顆粒尿素中粉塵含量更低。

(3) 大顆粒尿素生產時，要求尿液蒸發濃縮至95%～96%，有效減少了縮二脲的產生，避免了尿素對農作物的傷害。

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

2015年，石家莊柏坡正元化肥有限公司(簡稱柏坡正元)投運一套10萬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。

依靠機械方法，將尿素熔融物霧化為細小液滴，在特定環境下以固體尿素顆粒為晶種，多個細小液滴結晶固化在每粒晶種上。隨著固體顆粒越長越大，最終成為大顆粒尿素。

利用旋轉的尿素造粒噴頭，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，降落過程中結晶冷卻，成為小顆粒尿素。

1.1 大顆粒尿素生產原理

流化空氣從兩端進入造粒轉鼓的流化床腔內，并經過流化床分布板的篩孔噴出。固體尿素(晶種和返料)從轉鼓的一端進入，隨著抄板和轉鼓的轉動提升和推進分布到流化床，形成均勻的流化層。在流化風的作用下，尿素顆粒從流化床的低端離開床面，依靠重力散落下來，形成“料簾”。尿素熔融物由造料轉鼓的兩端進入尿素熔融物總管，經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，并隨轉鼓進行軸向轉動，周而復始，不斷“長大”，直到達到設計規格[1]。

1.2 工藝流程

從尿素造粒塔和篩分機來的小顆粒尿素經晶種料倉進入造粒轉鼓。由尿素蒸發工段來的尿素熔融物進入造粒轉鼓的特制噴頭，尿液噴至“料簾”上，以便晶種長大。流化空氣由鼓風機送入造粒轉鼓的流化床，開車時,流化空氣加熱至設計溫度后再送轉鼓。由造粒轉鼓送出的半成品尿素經斗提機送入雙層篩分機，在最上層篩網篩出的超大顆粒可回收后單獨出售。最下層篩網篩出的小顆粒尿素進入造粒轉鼓作晶種循環使用。在兩層篩網中間引出的大顆粒尿素，經過成品皮帶、1#成品斗提機進入冷卻器，經水冷和干空氣冷卻至50 ℃以下后，再經2#成品斗提機送至包裝。

造粒轉鼓出口氣相含尿素粉塵，通過引風機的吸引，先經過沉降室沉降大顆粒粉塵，再入除塵器。部分質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入中箱體，經過濾袋過濾后，潔凈氣體通過濾袋進入除塵器的上部箱體，再經出風口，在引風機、排風管作用下排向大氣。

1.3 主要設備

大顆粒裝置主要設備見表1。

表1 大顆粒裝置主要設備一覽表

1.4 生產操作要點

1.4.1 防止大顆粒尿素縮二脲含量超標

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

(2) 正常生產時，蒸發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鼓裝置，管線中尿素熔融物的溫度下降至134 ℃，尿素大顆粒產品中縮二脲質量分數可控制在0.7%以下。操作人員要密切關注管路降溫，溫度高會造成縮二脲含量超標，應及時查找原因。

1.4.2 返料量的控制要點

系統返回到造粒轉鼓的尿素量多，在噴淋尿素熔融物量和晶種量不變的情況下，加重造粒轉鼓及其下游設備的負荷，會影響單臺設備的生產強度。影響返料量的主要因素為篩分機的工作狀態和晶種尿素顆粒的規格。

應定期對造粒轉鼓出口半成品大顆粒尿素進行篩分分析。當返料中小顆粒質量分數大于5%時，需要檢查和維護篩分機的工況。晶種的粒度越不均勻則返料量越大。選用何種顆粒做晶種，應綜合考慮工廠的實際情況。

1.4.3 防止造粒轉鼓內尿素熔融物黏壁

(1) 開車初期未及時發現噴頭滴漏；噴頭背壓不足，引起霧化效果欠佳；系統負荷低，未及時調節系統真空度，引起霧沫夾帶等，均會引起尿素熔融物黏壁。

(2) 正常生產時，無需頻繁調整裝置，巡檢時注意鼓內噴頭的工作狀況。噴頭設計壓力為0.66 MPa，壓力過小會影響霧化效果，造成尿素熔融物黏壁。如造粒轉鼓停車，應立即關閉閥門，防止尿素熔融物進入轉鼓，導致黏壁事故。

正常生產時，每隔40 d左右，需清理維護噴頭。尿素熔融物的潔凈程度與維護周期有關。

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現間壁換熱，從而冷卻尿素顆粒。該冷卻器由3個部分組成，上部設有均勻布料裝置，保證物料均勻地分布在傳熱板組成的各個通道內；中部設有傳熱主體裝置，該裝置分3層傳熱板束，每層傳熱板互相錯開，利于傳熱；下部為振動卸料裝置，保證流道內的物料均勻下落。在進料倉下端設有集氣管箱及管路，提供干燥的空氣，對板片和大顆粒尿素顆粒進行吹掃，起到物料換熱效果。同時，冷卻器控制系統具備大顆粒尿素進出口溫度測量、料位計及變頻電控等功能[2]。

2.2 控制要點

(1) 調整下料閥門開度，使設備在連續出料狀態下運行。要不定期清空設備，以防堵塞。超過30 min以上的停滯，必須清空設備。

(2) 進口物料的溫度在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，不利于設備運行。

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

(4) 必須經常清理設備進料處的格篩，防止異物進入設備，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行氣體凈化，含塵氣體從導流管進入各單元過濾室，并在過濾室內均勻分布。氣體中的粉塵通過自然沉降分離后直接落入灰斗，其余粉塵在導流系統引導下進入中箱體過濾區，吸附在濾袋外表面。過濾后的潔凈氣體經上箱體、排風管排出。

采用壓縮空氣對濾袋進行噴吹清理，過濾室內每排濾袋出口頂部配備噴吹管，噴吹管下側正對濾袋中心設有噴吹口。清理時，按設定程序打開電磁脈沖噴吹，壓縮空氣在極短時間內進入濾袋，形成空氣波，濾袋急劇膨脹并振動，以抖落粉塵，達到清理效果[4]。

3.2 注意事項

(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) 包裝工及時放料，不能造成堵塞。

4 結語

河北陽煤正元化工集團有限公司10萬t/a尿素大顆粒裝置自投運以來運行平穩，滿負荷時各工藝指標控制良好。大顆粒尿素產品質量達到了GB/T 2440—2017《尿素》規范要求。