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復合肥設備要點
高塔熔融噴漿造粒生產尿基復合肥的工藝技術
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高塔熔融噴漿造粒生產尿基復合肥的工藝技術

高塔熔體造粒技術是世界復合肥行業一種先進的生產工藝。高塔造粒復合肥采用全自動電腦控制配料系統,以熔體尿素、磷、鉀等原料,經充分溶合后,從高塔頂部噴淋而下,經空氣自動冷卻結晶而成為顆粒,其技術指標達到世界同行先進水平,具有以下5項優點:(1)顆粒均勻;(2)表面圓潤光滑;(3)水分含量低、結塊率低;(4)每一個顆粒都有針狀融化孔,融化速度快;(5)水溶率高,施用肥效與轉鼓造粒的尿基肥更好。

高塔復合肥采用先進熔體新工藝,客服并轉變了傳統尿素熔融的轉鼓造粒生產工藝中的有害物質縮二脲含量的缺點,改變了工藝及流程,改善了生產環境。以固體尿素或硝銨磷經電腦計量熔化后的溶液與固體的磷酸一銨、硫酸鉀或氯化鉀、添加劑填充料等原料在混合槽加溫混合后制成流動性較好的料漿,經旋轉式差動造粒機造粒噴淋成液滴,液滴在從造粒塔頂下落的過程中與上升的冷空氣接觸被自然冷卻固化結晶成顆粒,落于塔底部的收料斗及輸送皮帶,再經冷卻、分篩、包膜、到成品料倉,經自動計量包裝,成品入庫;生產過程自動化程度相對較高,返料量相對較少、返料部分經過改造返料直接返回系統, 經過系統熔化后再生產,生產過程基本采用自動流程控制,操作環境好,無三廢排放,屬清潔生產工藝,粉塵濃度控制在100 mg/m3,高塔產品顆粒表面圓潤光滑,顆粒有孔眼(是其它肥料所不具備的),不易結塊,具有較強的市場競爭力。

 高塔復合肥具有以下特點:1、采用高塔熔體造粒工藝,產品性狀好,品質穩定,顆粒圓潤,色澤晶瑩,有針狀融化孔,天然防偽。產品水分含量低,溶解速度快,作追肥、沖施肥效果更好。2、營養豐富,配比合理。除含有作物必需的氮、磷、鉀三大營養外,還富含鈣、鎂等中微量元素,養分均衡全面,充分滿足作物需求,施用范圍廣,即適用于小麥、水果、水稻、玉米等糧食大田作物,而且適用于油菜、煙草、甘蔗、茶葉等經濟作物,更適合于各種蔬菜、果樹、藥材等特殊用肥需要作物。利用率高,使用方便。3、本品是通過高塔造粒形成的高效復合肥,養分配比合理,能夠滿足不同作物各生長周期的需肥要求,它可作基肥、追肥、沖施肥。施用后作物長勢穩健、根系發達、莖干粗壯、抗旱、抗寒、抗病蟲害能力顯著增強。不僅能提高作物單位面積產量,還能夠提高農產品的品質。   

我們公司從設備、工藝等都加以了改進,可生產低氮高鉀和硝硫基型復合肥??傊?,高塔熔融噴漿造粒生產與傳統的尿基復合肥生產相比,其工藝相應的提高了,并對工藝參數要求苛刻,特別是生產硝硫基型復合肥,對溫度控制和其它工藝指標的控制要求相當嚴格,稍有不慎就能導致系統停車和其它安全事故的發生;造成不可估量的經濟損失?,F就技術、工藝原理及部分技改造的經驗歸納如下。

1  高塔熔融噴漿造粒生產尿基復合肥工藝
1.1  
工藝原理

利用熔融尿素或硝酸磷、磷酸一銨、氯化鉀或硫酸鉀及填充劑等可以形成低共熔點化合物的特點,將預熱后的粉狀磷酸一銨、氯化鉀或硫酸鉀及填充劑與熔融后的尿液充分混合,通過反應生成流動性良好的N、P、K熔體料漿。該料漿通過專用噴頭噴入造粒塔后,噴淋成液滴,液滴在從造粒塔頂下落的過程中與上升的冷空氣接觸被自然冷卻固化結結晶成顆粒,落于塔底輸送皮帶,再經分篩從而獲得養分分布均勻、顆粒形狀良好的復合肥。達標顆粒,再進行顆粒表面處理、顆粒分級后進行計量包裝,化驗檢測,入庫成為合格產品,整個生產過程全部采用自動化控制。

該技術的關鍵點在于制備流動性良好的熔融料漿,那么制備流動性良好的熔融料漿溶液,就必須嚴格的控制好混合槽溫度、料漿在混合槽內停留的時間及料漿液固比等,是工藝過程的主要參數,參數控制得好有助于降低料漿的黏度,保證其流動性,減少副反應,降低氨氮損失,使產品顆粒及養分均勻,表面光滑圓潤,顆粒有孔眼多。

1.2         生產工藝及流程

我公司以尿素或硝酸磷、磷酸一銨、氯化鉀或硫酸鉀為主要原料添加填充劑為輔助原料,塔式熔融造粒制高濃度復合肥,1、主要原料入廠標準

   按《原料、輔料、包裝物驗收標準執行》。


固體尿素經尿素提升機提至尿素振動篩,去除雜質后進入尿素貯斗,經計量后進入尿素熔融器,熔融后的尿液進入緩沖進入一級混合槽;粉狀氯化鉀和磷酸一銨經人工拆包后各自經提升機,篩分、計量后與填充劑一起經混料輸送帶進入混料提升機提至混料貯斗,經螺旋輸送機進入混料加熱器用蒸汽預熱。預熱后的物料進入1#混合槽中,在此與尿液充分混合后再進入2#混合槽,混合后的熔融料漿進入造粒塔造粒;從塔頂噴灑下來的料漿通過空氣自動冷卻在塔底成型后經小漏斗進入輸送帶輸送到冷卻機,冷卻處理后,由提升機提至轉筒篩篩分,成品再經包膜處理后進入自動包裝機包裝入庫;大顆粒與細粉返回塔頂重新回收造粒;冷卻尾氣經尾氣風機、旋風除塵器、洗滌后排放。另外,在造粒機前的過濾槽內加微量的碳酸輕氨、明礬等(甲醛)是為了提高產品外觀質量;設計冷卻機和包膜機設備,是為了使肥料充分冷卻后包膜,避免成品肥料結塊,設計增加1套包膜機系統,對防結塊劑的使用是通過電子皮帶計量秤計量成品流量從而控制防結劑計量泵的流量,(使防結塊劑能根據成品量的大小達到控制防結劑的流量)使之均勻噴霧防結劑達到成品防結塊的處理效果。

1.3  主要設備

1.3         工藝參數

1.4         1.4.1  固體尿素輸送、熔融及泵送崗位

尿素:w(N)≥46%,w(H2O)≤1.0%,顆粒狀,尿素熔融溫度不能超過130℃,因為尿素熔液溫度超過130℃時及易產生縮二脲(縮二脲應小于1.5%,因為縮二脲對作物的根系生長有明顯毒害作用), 由尿素熔融崗位負責管理控制

制劑后的料漿溫度:夏季120~125℃;冬季122~127℃  由塔上中和控制崗位負責管理控制

磷酸一銨:w(N)≥10%,w(P2O5)≥45%-48%,w(H2O)≤1.5%,粒度≤0.8mm占90%

氯化鉀:w(K2O)≥60%,w(H2O)≤1.5%,粒度≤0.8mm占90%

硫酸鉀:w(K2O)≥50%,w(H2O)≤1.5%,粒度≤0.8mm占90%

填充劑(白云石或碳酸鈣粉):細度≥200目(0.175mm)占100%,w(H2O)≤1.5%

1.4.3        混料加熱崗位

按工藝配方對混料進行計量。

混料加熱器物料控制溫度:夏季60~70℃;冬季70~90℃。

1.4.4        混合及造粒崗位。

1)          混合槽熔融料漿溫度:夏季為1#槽115~125℃,2#槽110~120℃;冬季為1#槽125~132℃,2#槽115~125℃。

2)          造粒成品顆粒粒徑:國標為1~4.5mm,要求<1mm的細粒少于3%。我們公司為了確保顆粒外觀的均勻度將標準提高到2.8~4.2mm

以上工藝參數是針對含氯基復合肥。含硫基復合肥的工藝參數與含氯基復合肥工藝參數不同。對于含氯基的復合肥因配方不同,其工藝參數也有區別,常常需根據具體情況進行調整。

2                            裝置主要設備功能及特點

2.1  配料秤

本生產裝置的原料配料系統選用了集控變頻調速配料系統,實現自動配料,確保產品養分比例。

集控變頻調速配料系統的功能特點是:應用電子皮帶秤,保證計量精確;計算機主機應用正壓防塵機箱,適合于NPK復合肥的生產廠所;彩色 CRT顯示,全中文界面、集中控制和生產工況的顯示,便于生產操作和管理;自動聲光超限報警,模擬圖形顯示;工業級I/O板應用,設備穩定可靠,抗干擾能力強;采用變頻調速技術,節能降耗。

2.2  斗式提升機
    選用TH系列鋼絲膠帶斗式提升機,機身高度108米,其特點是:提升物料適用范圍廣泛,不僅能提升各種粉狀和粒狀物料,而且對提升高度適應能力強,最大提升高度可達120m,對物料溫度要求不大于120℃,如超過120℃可采用耐高溫膠帶制造;輸送能力大,提升輸送量范圍為10~480m3/h;采用變頻驅動、功率小,節省能源,此類提升機采取流入式喂料,重力離心式混合卸料,物料提升過程中幾乎無回料和挖料現象;鋼絲膠帶與驅動滾筒為柔性接觸,無磨損,運行平穩,功能消耗低;密封性好,對環境無污染,操作環境潔凈,噪聲低。

2.3  HZPKJ-020混抖加熱器

2.3.1  混料加熱器的工作原理

該加熱器是復合肥專用加熱器,屬間接傳導型連續加熱設備。被加熱物料由設備上蓋上方的加料口進入設備,物料在自重及軸旋轉攪拌的作用下向出口逐漸移動;物料在向前移動的過程中與設備加熱界面——中心軸及夾套內壁充分接觸(中空軸通高壓蒸汽,在器身內安置換熱器),進行熱量交換;符合要求的混合熱物料從設備下部的出口排出。

 加熱過程中應滿足:物料不能出現團聚、結塊、結片等現象;物料的加熱溫度穩定,溫度的波動范圍應控制在±3℃之內;物料通過加熱器后,流量穩定;物料加熱時,不能出現物料的分解現象;當混合槽出現工藝波動時,加熱器具有儲料和立即停料功能;粉體物料在加熱過程中,應控制物料的粉塵污染。

該加熱器設備緊湊,占地面積??;熱效率高,能耗及操作成本低;被加熱物料在中空軸的作用下,不斷地被攪拌,瞬時更新熱界面,保證了物料與設備的加熱界面充分接觸和物料加熱的均勻性,同時,有效地防止了物料在加熱過程中的閉聚與結塊等現象;設備的尾氣排放少,對環境污染小,尾氣的處理簡單易行;設備的安裝及調試簡單;低速運轉設備噪聲不超過85db。

2.3.2  混料加熱器的特點
    采用間接傳導加熱方式,不污染物料,并且換熱效率高,最高可達90%;操作彈性大,在物料與軸及夾套熱量傳遞的過程中,通過調節設備安裝傾角、加料量和出料口的高度,可以調節物料在設備內的停留時間,通過調節蒸汽壓力,可以調節物料加熱溫度;設備連續運轉,適用于規?;a;采用拼裝積木式上蓋,操作靈活,維修簡單,易于更換備件;密閉操作,無粉塵污染。

2.3.3  混料加熱器的結構

HZPKJ-020加熱器由兩組相對旋轉的中空軸(加熱界面)、帶夾套的器身(加熱界面)、上蓋、傳動系統和蒸汽管路系統組成。

中空軸:由主動軸和被動軸組成,兩軸由齒輪嚙合作相對轉動;兩軸都裝有數組帶一定傾角的扇形葉,并由蒸汽提供熱源;在運轉時攪拌、混合物料,進行熱交換。

器身:在器身外表設有夾套,運行時通入蒸汽;在器身尾部下方,開有小料口,用于卸料。

上蓋:上蓋能使加熱過程密閉進行,熱效率高,并改善操作環境;上蓋上設有進料口、尾氣出口、人孔和觀察孔。

傳動系統:由電機、聯軸器和減速機組成,再經過鏈輪副驅動設備運行。

蒸汽管路系統:夾套和軸都有蒸汽進口和冷凝水出口,軸的管線系統帶有旋轉接頭和金屬軟管,確保在兩軸旋轉時蒸汽管路系統的正常運行。

2.3.4        混料加熱器的主要技術特性

設備外形尺寸:7500mm×2215mm×2250mm

操作壓力:夾套、軸內≤0.3MPa;設備內為常壓   

操作溫度: 夾套、軸內、設備內均≤130℃

中空軸轉速:約12r/min

電機功率:37kW

2.4  CD-CT3/ZKL造粒機

2.4.1  造粒機的工作原理

由于熔體法復合肥工藝的三元素物質在熔融混合過程中其黏度是純尿素熔液的數千倍,其流動性很差,且含有相當數量的固體懸浮顆粒,故一般的噴淋造粒方法無法保證噴孔不被堵塞。常規的離心噴頭采用加大噴孔直徑的方法乃不能解決噴孔被堵塞的問題;我公司選用大直徑噴孔的差動雙速旋轉造粒機。

與以往離心式造粒機原理截然不同,差動式雙速旋轉造粒機由兩套獨立的傳動機構以及供料系統和電器控制組成,每個傳動機構由相應的變頻電源對其轉速和轉向進行無級控制。兩套機構在同一軸心上差動工作(亦可同步):一套負責將高黏度的帶有固相顆粒的熔融液平均分配給造粒噴頭的每個噴孔;另一套則負責將熔融液從噴頭噴射到塔筒內,射出的熔融液遇空氣阻力斷裂收縮成一定直徑范圍的球形顆粒(與冰雹的形成相似)。高黏度的熔融液極易堵塞造粒噴頭的噴孔,所以我們必須抓好投料的管理使雜質、雜物不得進入系統,才能較長時間不被堵塞以滿足連續生產的要求,(若發現噴頭堵塞必須及時更換備用造粒機,差動造粒噴頭2套(1開1備)),噴頭孔徑必需能制造出工藝要求的一定直徑范圍的球形顆粒。差動造粒獨特的造粒原理可令從D直徑噴孔射出的液柱斷裂為D/2球徑的顆粒,而通常的造粒方法則不能做到這一點。

2.4.2        造粒機的工作特點

雙電機、雙主軸、二軸同心設置、通過傳動機構帶動造粒噴頭和物料分配裝置;此結構可令高黏度、含有固相顆粒的熔融物料較容易的通過造粒噴頭,在工藝保證的前提下長時間不堵噴頭。

2.4.3        造粒機的結構

差動造粒機2臺(1開1備),差動造粒噴頭2套(1開1備),造粒機快換支架1套,電控部分1套,切換造粒機省時、省力、安全。整個切換時間小于5分鐘且不需任何通用或專用的工具。

造粒機易位切換的工藝步驟

1.    停止供料。

2.    關閉混合裝置的專用閥。

3.    蒸汽吹除專用閥、進料管和造粒噴頭。

4.    反向旋轉快裝手輪令進料管與造粒機分離。

5.    正向拉動工作機上方的手拉葫蘆。升起工作機直至確認造粒機已被支架上方的掛鉤完全掛住,再反向拉動鏈條使葫蘆松勁。

6.    將支架旋轉180度

7.    正向拉動葫蘆鏈條使造粒機上升數毫米,向下板動掛鉤脫離手柄令掛鉤與造粒機分離。

8.    反向拉動葫蘆鏈條使造粒機下降至工作位置,此時隨著配重快的上升,掛鉤脫離手柄將自動回位。

9.    正向旋轉快裝手輪令進料管與造粒機結合。

10.             蒸氣預熱專用閥、進料管和造粒噴頭。

11.             打開混合裝置閥門,開始供料。

造粒機噴頭的性能及特點

造粒量(正常):28t/h,最大30t/h,最小25t/h;粒子合格率:大于φ1.0mm的占總量的90%以上;噴頭供料方式:側供料;噴頭布料方式:L型筋板復合布料;噴頭調速方式:變頻無級調速;噴頭錐形整體旋壓成形,材質為321;成品顆粒強度大于20N。

2.5                  冷卻機

復合肥生產裝置的冷卻機一般采用轉鼓冷卻機或流化床冷卻機。流化床冷卻機具有尺寸小、布置靈活、不易將產品破碎等優點;但操作彈性小,產品顆粒均勻度要求高。相反,轉鼓冷卻機操作彈性大,產品均勻度要求低,運行穩定可靠。因此,我們選用轉鼓冷卻機。

 高塔熔融噴漿造粒生產尿基復合肥的技術改造
3.1  
尿素熔融器與尿熔緩沖槽的技術改造
    原設計在尿素熔融器上沒有排氣系統,尿素由于在加溫熔化過程中所產生的水蒸氣和少量氨氣無法外排導致尿素含水分超標、操作環境也相對較差,導致成品含水分超標。為解決此問題,我們在尿素熔融器上部增加了一套φ325mm×17000mm排氣系統、將尿素由于在加溫熔化過程中所產生的水蒸氣排出塔外。

尿液泵是高塔熔融噴漿造粒生產復合肥的關鍵設備之一,為保障其正常運行,尿熔緩沖槽中之尿液必須無雜質?,F在的尿熔緩沖槽沒有設計過濾單元,因此,在尿熔緩沖槽特定的部位增設過濾單元,過濾除去如線頭等雜物。(石橋驛總部在此基礎上進行了改進直接將固體尿素提升上塔融化生產,從而取消了尿液泵,大大的降低了由于尿液泵故障不上液造成停車的幾率)。

3.2         混合槽的運用和改造

混合槽是高塔熔融噴漿造粒生產復合肥的核心設備,在生產中2個槽的底部連接管線為φ89mm且不保溫,易堵塞,混合槽攪拌機直線型螺旋槳存在攪拌不勻。針對此問題,我們在兩個混合槽中部及上部增加了φ159mm管線并進行了蒸汽夾套保溫,把2個槽的底部連接管線由原φ89mm改為φ159mm,并進行蒸汽夾套保溫;對3組直線型螺旋槳進行了優化設計:在長度不變的條件下改成向上翹半圓型,這樣一來可以減少阻力,攪拌均勻,同時最大限度減輕攪拌物料濺到器壁的現象,因料漿濺到器壁后結塊,在振動或溫度變化時,結塊料漿就會脫落堵塞管道,導致系統停車,這是打通全系統工藝之關鍵。通過改造,一是打通了全系統工藝;二是杜絕次品及半成品,降低生產成本;三是提高了成球率,減少了扁平顆粒與細粒;四是料漿混合均勻,提升了成品內在質量;五是確保2h換一次噴頭,提高了塔的利用率及產能。

3.3         對造粒塔下部小漏斗的技術改造

全國生產熔體復合肥的造粒塔,塔高均在90m以上,我公司山東菏澤塔高118米,直徑18米;石橋驛總部塔高95米,直徑15米;塔上部81米處為噴漿造粒層,顆粒噴漿造粒噴出后從塔頂自由下落是靠空氣自然冷卻結晶而成,在此過程中如自然冷卻效果不好,顆粒沒有完全凝固,強度不夠,顆粒與小漏斗相碰就會形成很多扁?;蚱屏?,所以塔體必須保持良好的通風狀況,落到塔下部離地面3.6m的接料斗,(原山東菏澤高塔是鍋形接料斗,物料落下后再由雙臂式刮料機收集后,由一臺皮帶機直接傳輸至分篩機;石橋驛總部塔高是由4個梯形接料斗收集直接落入4條皮帶輸送機,再由一條收集皮帶傳送到冷卻機進行冷卻處理)。

顆粒從塔頂自由下落是靠自然冷卻,在此過程中如自然冷卻效果不好,顆粒沒有完全凝固,強度不夠,顆粒與小漏斗相碰就會在此處結疤,重則使系統停車,輕則影響產品外觀質量。
3.4  防止成品結塊

   3.4.1 、成品含水量與諸多因素有關,除自然因素外,混合槽、混合加熱器等設備設計性能很關鍵。我們在混合槽上部新增1根φ219mm自然抽風筒,對混合加熱器改造除塵抽風機管道,由原來的φ219mm改為φ325mm。改造后,提高了除濕效果,大大降低造粒塔通風阻力,使成品中的水分由原來的1.8%以上,降為1.0%以下;

3.4.2、為了避免成品肥料結塊,設計增加1套包膜機系統,對防結塊劑的使用是通過電子皮帶計量秤計量成品流量從而控制防結劑計量泵的流量,(使防結塊劑能根據成品量的大小達到控制防結劑的流量)使之均勻噴霧防結劑達到成品防結塊的處理效果;

3.4.3、冷卻主要是直接將塔上拋灑下來的65℃~85℃的顆粒肥料半成品,在冷卻風機和冷卻機的作用下,采用逆流冷卻方式,物料從進料端進入筒體,由旋轉葉片推向揚料板,使物料在機體內回轉及風機抽風作用下作拋散和縱向的運動過程中,進行熱交換,從而快速將顆粒物料半成品冷卻到接近常溫,使產品能在低溫的情況下進行分篩、包膜、包裝,防止產品在儲、運過程中結塊,有效控制了成品的結塊率,達到了防結效果。

涂膜要達到防結塊效果,必須嚴格控制好成品水分、降低成品溫度,根據不同的產品規格、嚴格按照規定的用量均勻的噴霧包膜。

 

 


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