大颗粒装置操作要点及新技术应用介绍

米雪锋，莘艾青

(河北阳煤正元化工集团有限公司， 河北石家庄 051530)

我国氮肥企业生产的尿素产品，一般都按照小颗粒设计。与小颗粒尿素相比，大颗粒尿素有如下优点：

(1) 大颗粒尿素的颗粒强度更高，不易破碎和结块，方便运输，流动性好，适合于机械化施肥。

(2) 因两者生产工艺不同，大颗粒尿素中粉尘含量更低。

(3) 大颗粒尿素生产时，要求尿液蒸发浓缩至95%～96%，有效减少了缩二脲的产生，避免了尿素对农作物的伤害。

(4) 由于大颗粒尿素粒径较大，相对于小颗粒尿素，其比表面积较小，在土壤中溶解速率较慢，肥效更持久。但是，起效时间比小颗粒尿素慢。不过，由于大颗粒尿素颗粒本身质量较重，使得其在水田中能够深入下部土壤，减少挥发损失，肥效更加持久。

2015年，石家庄柏坡正元化肥有限公司(简称柏坡正元)投运一套10万t/a大颗粒尿素装置，采用了固体冷却器和袋式除尘器两种新工艺。

1 尿素成粒原理

大颗粒尿素(机械造粒尿素)与小颗粒尿素(造粒塔造粒尿素)的成粒原理是不同的。

依靠机械方法，将尿素熔融物雾化为细小液滴，在特定环境下以固体尿素颗粒为晶种，多个细小液滴结晶固化在每粒晶种上。随着固体颗粒越长越大，最终成为大颗粒尿素。

利用旋转的尿素造粒喷头，尿素熔融物以液柱形式喷出，在尿素熔融物表面张力下，液柱断裂，形成球型液滴。在造粒塔中球型液滴与空气逆流接触，降落过程中结晶冷却，成为小颗粒尿素。

1.1 大颗粒尿素生产原理

流化空气从两端进入造粒转鼓的流化床腔内，并经过流化床分布板的筛孔喷出。固体尿素(晶种和返料)从转鼓的一端进入，随着抄板和转鼓的转动提升和推进分布到流化床，形成均匀的流化层。在流化风的作用下，尿素颗粒从流化床的低端离开床面，依靠重力散落下来，形成“料帘”。尿素熔融物由造料转鼓的两端进入尿素熔融物总管，经过均匀分布在总管上的特制尿素熔融物喷头，以一定喷射角度喷向尿素“料帘”，并均匀地包覆在尿素颗粒上，再由下方的抄板收集，并随转鼓进行轴向转动，周而复始，不断“长大”，直到达到设计规格[1]。

1.2 工艺流程

从尿素造粒塔和筛分机来的小颗粒尿素经晶种料仓进入造粒转鼓。由尿素蒸发工段来的尿素熔融物进入造粒转鼓的特制喷头，尿液喷至“料帘”上，以便晶种长大。流化空气由鼓风机送入造粒转鼓的流化床，开车时,流化空气加热至设计温度后再送转鼓。由造粒转鼓送出的半成品尿素经斗提机送入双层筛分机，在最上层筛网筛出的超大颗粒可回收后单独出售。最下层筛网筛出的小颗粒尿素进入造粒转鼓作晶种循环使用。在两层筛网中间引出的大颗粒尿素，经过成品皮带、1#成品斗提机进入冷却器，经水冷和干空气冷却至50 ℃以下后，再经2#成品斗提机送至包装。

造粒转鼓出口气相含尿素粉尘，通过引风机的吸引，先经过沉降室沉降大颗粒粉尘，再入除尘器。部分质量大的粉尘颗粒在重力的作用下沉降，其余含尘气体向上进入中箱体，经过滤袋过滤后，洁净气体通过滤袋进入除尘器的上部箱体，再经出风口，在引风机、排风管作用下排向大气。

1.3 主要设备

大颗粒装置主要设备见表1。

表1 大颗粒装置主要设备一览表

1.4 生产操作要点

1.4.1 防止大颗粒尿素缩二脲含量超标

(1) 开车阶段，造粒转鼓顺利切换到造粒状态后，及时将尿素熔融物温度降到正常入口温度。

(2) 正常生产时，蒸发器出口尿素熔融物温度控制在138 ℃左右，通过管线输送到造粒转鼓装置，管线中尿素熔融物的温度下降至134 ℃，尿素大颗粒产品中缩二脲质量分数可控制在0.7%以下。操作人员要密切关注管路降温，温度高会造成缩二脲含量超标，应及时查找原因。

1.4.2 返料量的控制要点

系统返回到造粒转鼓的尿素量多，在喷淋尿素熔融物量和晶种量不变的情况下，加重造粒转鼓及其下游设备的负荷，会影响单台设备的生产强度。影响返料量的主要因素为筛分机的工作状态和晶种尿素颗粒的规格。

应定期对造粒转鼓出口半成品大颗粒尿素进行筛分分析。当返料中小颗粒质量分数大于5%时，需要检查和维护筛分机的工况。晶种的粒度越不均匀则返料量越大。选用何种颗粒做晶种，应综合考虑工厂的实际情况。

1.4.3 防止造粒转鼓内尿素熔融物黏壁

(1) 开车初期未及时发现喷头滴漏；喷头背压不足，引起雾化效果欠佳；系统负荷低，未及时调节系统真空度，引起雾沫夹带等，均会引起尿素熔融物黏壁。

(2) 正常生产时，无需频繁调整装置，巡检时注意鼓内喷头的工作状况。喷头设计压力为0.66 MPa，压力过小会影响雾化效果，造成尿素熔融物黏壁。如造粒转鼓停车，应立即关闭阀门，防止尿素熔融物进入转鼓，导致黏壁事故。

正常生产时，每隔40 d左右，需清理维护喷头。尿素熔融物的洁净程度与维护周期有关。

2 固体冷却器

2.1 工作原理

尿素颗粒依靠自身重力作用自上而下通过冷却板间的通道，冷却水从传热板的内流道自下而上通过，尿素固体颗粒与冷却水在传热板壁面实现间壁换热，从而冷却尿素颗粒。该冷却器由3个部分组成，上部设有均匀布料装置，保证物料均匀地分布在传热板组成的各个通道内；中部设有传热主体装置，该装置分3层传热板束，每层传热板互相错开，利于传热；下部为振动卸料装置，保证流道内的物料均匀下落。在进料仓下端设有集气管箱及管路，提供干燥的空气，对板片和大颗粒尿素颗粒进行吹扫，起到物料换热效果。同时，冷却器控制系统具备大颗粒尿素进出口温度测量、料位计及变频电控等功能[2]。

2.2 控制要点

(1) 调整下料阀门开度，使设备在连续出料状态下运行。要不定期清空设备，以防堵塞。超过30 min以上的停滞，必须清空设备。

(2) 进口物料的温度在83 ℃左右，水汽含量较高，冷却水温度过低，容易堵塞设备。冷却水的体积流量保持在50 m3/h左右，以防止出水温度过低，不利于设备运行。

(3) 正常生产时，空气体积流量保持在2 200 m3/h左右，保证空气干燥。

(4) 必须经常清理设备进料处的格筛，防止异物进入设备，引起堵塞[3]。

3 袋式除尘器

3.1 工作原理

低压脉冲袋式除尘器采用外滤式进行气体净化，含尘气体从导流管进入各单元过滤室，并在过滤室内均匀分布。气体中的粉尘通过自然沉降分离后直接落入灰斗，其余粉尘在导流系统引导下进入中箱体过滤区，吸附在滤袋外表面。过滤后的洁净气体经上箱体、排风管排出。

采用压缩空气对滤袋进行喷吹清理，过滤室内每排滤袋出口顶部配备喷吹管，喷吹管下侧正对滤袋中心设有喷吹口。清理时，按设定程序打开电磁脉冲喷吹，压缩空气在极短时间内进入滤袋，形成空气波，滤袋急剧膨胀并振动，以抖落粉尘，达到清理效果[4]。

3.2 注意事项

(1) 除尘器的总压差不能超过1 500 Pa，分室压差不能超过500 Pa。正常生产中，如果总压差、分室压差突然增大，需检查处理除尘器人孔盖。

(2) 必须保证气源充足、不间断。

(3) 包装工及时放料，不能造成堵塞。

4 结语

河北阳煤正元化工集团有限公司10万t/a尿素大颗粒装置自投运以来运行平稳，满负荷时各工艺指标控制良好。大颗粒尿素产品质量达到了GB/T 2440—2017《尿素》规范要求。