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[摘 要]通过对Φ13m尿素造粒塔的造粒机组及喷头的更新改造，造粒塔底改造，尿素溶液中添加甲醛等不断尝试和调整，最终解决了粘塔，空气粉尘大，产品尿素温度高、板结粉化的问题，挖掘了造粒塔的生产潜力。
[关键词]造粒塔； 喷头； 改造； 粒度； 粉尘； 粘结
中图分类号：TQ441.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0392-02
前言
云南解化清洁能源开发有限公司尿素装置采用水溶液全循环法，1996年建成投产，设计能力110kt/a，现生产能力已达200kt/a。尿素造粒塔直径Φ13m，有效高度55m，生产小颗粒尿素。2005年11月建成新尿素造粒塔，直径Φ16m，有效高度76m，生产小颗粒尿素。2010年2月公司产品结构调整，腾出新造粒塔改造生产硝基复合肥，尿素造粒改回直径Φ13m造粒塔（以下简称老塔）生产。针对老塔存在的问题，我们进行了一系列的改造，现总结一下经验供大家参看。
1 改造前老塔生产的情况
使用原来某公司的造粒机组及喷头。
2.1 尿素颗粒粒度
从上表可看出，粒度在φ1.5-0.85mm之间的尿素占到77.61%，而φ2.0-1.5mm间的尿素只占到20.19%。从塔底皮带成品外观看，粒子整体偏小，大小不均，空心粒子多，0.5mm以下的尿素几乎近似粉尘。已不适应当前产品质量竞争的要求。
2.2 出塔粉尘
表中显示，出塔粉尘量远高于有关规定≤50mg/m3，特别是负荷增加后，高达120.86 mg/m3。在造成大量的尿素损失的同时，也给环境造成了不良影响，这是必须解决的环保问题。
2.3 塔底、塔壁粘结情况
运行约20天，塔壁粘结最厚处达12cm，必须进行清理。运行7天，塔底粘结就必须清理一次，粘结最厚处达50cm。篦子板更是3天清理一次，如遇工艺波动，则可能每班清理一次。严重制约着装置的生产能力，增加了操作人员的劳动强度，增加了消耗。
2 上述状况原因分析
3.1 造粒塔塔径、有效高度不足，喷洒面和颗粒冷却固化时间不够。
3.2 造粒机组由于停用时间长，维护保养不够，机械发生腐蚀等，运转偏心，摆动，不均匀，使颗粒运动的轨迹交错，喷洒不均，造成颗粒粒度不均匀，粉尘量大，部分大颗粒未完全固化，即落到塔底，形成粘结，可从清理塔底粘结的难易程度来判断。
3.3喷头原来已使用过，喷射流造成喷孔周边出现缺陷，喷孔制造加工精度差，喷孔呈现凸缘或有毛刺、划痕等，造成喷射流不规则。
3.4 由于停用时间长，熔融泵已跟新，操作人员对装置已处陌生状态，调节不当，喷头过料不均，溢流等，以及喷头转速选择不恰当，造成喷头下稀料，粒度过大或过小。
3.5 其他如造粒塔通风量不足，工艺波动，气温偏高等，颗粒固化冷却不好。
3 解决方案
根据上述原因的分析认为，造粒塔由于设计条件的限制，已不可能对其进行大的改造，重点放在造粒机组和喷头的技术改造。2010年4月底，我们某公司的造粒机组和喷头进行技术改造。
4.1 改造的技术要求：
4.1.1 塔式造粒，自然通风，适应造粒塔直径Φ13m，有效高度55m，造粒机设计适应生产能力20万吨/年生产需求。
4.1.2 尿素成品合格率φ0.85～2.8mm≥99%，其中φ1.5～2.0mm≥70%，φ1.5～2.5mm≥86%，尿素成品外观颗粒粒度超过改造前尿素成品颗粒粒度，达到颗粒整齐、均匀，无空心，不粘塔壁及塔底，出料温度不大于环境温度+30℃。
4.1.3 造粒塔塔顶粉尘排放量≤50mg/m3，符合相关排放标准。
4.2 技术改造初期运行情况：
4.2.1 尿素颗粒粒度
表1、表3对比看，粒度在φ1.5-0.85mm之间的尿素，从77.61%降低至32.36%，降幅大于50%。而φ2.0-1.5mm间的尿素，从20.19%提高至64.17%，提高达到60%。从塔底皮带成品外观看，粒子整体偏大，大小均匀，基本无异形颗粒，0.85mm以下的尿素多為细小颗粒，不成形的粉料少。
4.2.2 造粒塔顶粉尘
表中数据显示，改造后的出塔粉尘量，虽然还有一定差距，但基本达到造粒塔塔顶粉尘排放量≤50mg/m3的技术要求。生产负荷加大后，出塔粉尘量增加量不多。
4.2.3 塔底粘结情况
塔底粘结尿素的清理周期能达30天一次，且厚度仅为10cm，篦子板也基本无需清理。塔底粘结尿素比较松散，易于清理，同时说明粘结尿素以颗粒间粘结为主，颗粒基本固化，喷头无溢流，无稀料。
4.2.4 出塔尿素成品温度
出塔尿素成品温度高。在气温30℃，塔底皮带尿素粒子温度85℃，输送至成品包内温度仍达75℃，特别是气温高，负荷大时，尿素粒子温度最高达93℃，这对产品质量很不利。由于尿素包装袋都是有内衬的，尿素入袋后，尿素温度高，其水蒸汽分压亦高，处于放湿状态。随着尿素在包内逐渐冷却，从放湿状态转为吸湿状态，因饱和水蒸汽冷凝析出，使尿素相互溶解而粘连。堆码中热量在包内里面集聚，散热不及时，游离氨的挥发多，以及储运过程中不当，导致粒子强度下降，所以部分产品在储运过程中发生了板结、粉化，严重影响产品的市场形象。
4 尿素成品温度高，板结、粉化问题的解决
尿素成品温度高，成了制约生产能力的主要原因，迫切需要解决。于是我们进行了下列一系列的改造和尝试。
5.1 增加造粒塔的通风量
增加通风量能部分弥补因造粒塔高不足，尿素粒子冷却时间不够，造成温度的升高。 5.1.1 降低进风口阻力系数
拆除造粒塔进风口百叶窗全部风叶，降低护栏挡料板高度，为防止雨水飘入塔内，延长遮雨棚宽度。拆除塔底百叶窗全部风叶。拆除风叶后，减少进风口的阻力，增加通风量，实践证明能降低出塔尿素粒子温度2℃左右。
5.1.2 进风口安装轴流风机
在进风口安装4台轴流风机，每台40000m3/h，互成角度向塔内送风，运行几天的结果看，效果不明显，仅能降低尿素粒子温度2-4℃左右。并且被破坏后，物料偏流，在锅边形成厚度不均的粘结，部分进风口成正压，细小颗粒被吹出塔外，造成物料损失，同时说明塔内通风量并没有增加多少。运行15天左右就停止使用。
5.1.3 栈桥内安装吊扇，振动筛处安装轴流风机
栈桥内大部分窗户锈死打不开，形成相对封闭的空间。通过测量，栈桥内气温约高出环境温度1-3℃，影响尿素在皮带运输中的散热。为使尿素在包装成成品前，尽量降低温度，所以拆除了全部的窗户，使空气流通；在皮带上加装多块挡料板，使尿素在皮带上铺开，有利于散热；皮带上方安装15只吊扇，向皮带上吹风，加强散热；在振动筛处安装轴流风机，向振动筛吹风，加强散热。通过这些措施，尿素从出塔输送至包装包装成包，包内温度71℃左右，此过程中可降低5-8℃。
5.1.4 调整喷头孔径
从上述改造中可看出，虽然有一定的降溫，但成品包内温度仍高达70℃，并不能达到成品包内温度<60℃的要求。
出塔尿素粒子温度高低，主要由粒子直径、塔高和通风量决定。塔高和通风量不足已难以从根本上解决，适当降低尿素粒子粒度，是当前唯一的选择。
下表为针对夏季设计的喷头运行情况：
5.1.4.1 尿素颗粒粒度
表3、表5对比，粒度在φ1.5-0.85mm之间的尿素，从32.36%提高至72.26%，提高大于50%。而φ2.0-1.5mm间的尿素，从64.17%降低至25.83%，降低大于50%。表五、表一对比，似乎会到了改造前的状态，其实可从表中数据看出一些倪端，表五中粒度>φ2.5mm的尿素为0，粒度集中在φ2.5-0.85mm之间，其它范围的较少，说明尿素粒子比较均匀。而表一则不同，各粒度范围均有分布，说明尿素粒子的不均匀。从外观对比，整体均匀偏大，外观质量与改造前有较大的提高。
添加甲醛后的各监测情况
5.1.5造粒塔顶粉尘：
表6对比中可看出，在添加了甲醇材料后，尿素的生产制造成本会有明显降低，这主要与原料准换几率增大相关，工作人员要对这一反应现象进行测量并且记录在报表中。需要对粉尘垃圾进行控制，以免对环境造成恶劣影响，生产加工环节技术人员要深入现场监督管理，提升系统使用稳定性，发现突发情况时也能更好的做出解决对策。
生产现场状况：栈桥、振动筛、包装等，现场环境粉尘减少，大大改善了作业环境，添加甲醛后包装成品仓中几乎没有粉尘，小粒仓中（振动筛下）已由原来的粉尘变成非常细小的φ0.5mm以下的颗粒及少量粉尘。
5.1.5.1抗压强度
5.1.5.2 塔底粘结情况
塔底粘结尿素的清理周期能达60天以上一次，且厚度仅为<10cm，达到了20万吨/年尿素生产需求，改造取得了成效，同时也节省了另建新造粒塔上1000万的投资，取得了较好的经济效益和社会效益。
5 结论
通过对直径Φ13m造粒塔的造粒状况的改造，特别是选用好的造粒机，设计合理、质量优越的、孔径适当的造粒喷头，是造粒塔改造，挖掘潜力的关键。当然，适当的喷头转速，添加一定量的添加剂，定期清洗入口过滤网及造粒喷头，对改善造粒状况也很重要。直径Φ13m造粒塔的生产能力是可以提高的。
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[关键词]造粒塔； 喷头； 改造； 粒度； 粉尘； 粘结
中图分类号：TQ441.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0392-02
前言
云南解化清洁能源开发有限公司尿素装置采用水溶液全循环法，1996年建成投产，设计能力110kt/a，现生产能力已达200kt/a。尿素造粒塔直径Φ13m，有效高度55m，生产小颗粒尿素。2005年11月建成新尿素造粒塔，直径Φ16m，有效高度76m，生产小颗粒尿素。2010年2月公司产品结构调整，腾出新造粒塔改造生产硝基复合肥，尿素造粒改回直径Φ13m造粒塔（以下简称老塔）生产。针对老塔存在的问题，我们进行了一系列的改造，现总结一下经验供大家参看。
1 改造前老塔生产的情况
使用原来某公司的造粒机组及喷头。
2.1 尿素颗粒粒度
从上表可看出，粒度在φ1.5-0.85mm之间的尿素占到77.61%，而φ2.0-1.5mm间的尿素只占到20.19%。从塔底皮带成品外观看，粒子整体偏小，大小不均，空心粒子多，0.5mm以下的尿素几乎近似粉尘。已不适应当前产品质量竞争的要求。
2.2 出塔粉尘
表中显示，出塔粉尘量远高于有关规定≤50mg/m3，特别是负荷增加后，高达120.86 mg/m3。在造成大量的尿素损失的同时，也给环境造成了不良影响，这是必须解决的环保问题。
2.3 塔底、塔壁粘结情况
运行约20天，塔壁粘结最厚处达12cm，必须进行清理。运行7天，塔底粘结就必须清理一次，粘结最厚处达50cm。篦子板更是3天清理一次，如遇工艺波动，则可能每班清理一次。严重制约着装置的生产能力，增加了操作人员的劳动强度，增加了消耗。
2 上述状况原因分析
3.1 造粒塔塔径、有效高度不足，喷洒面和颗粒冷却固化时间不够。
3.2 造粒机组由于停用时间长，维护保养不够，机械发生腐蚀等，运转偏心，摆动，不均匀，使颗粒运动的轨迹交错，喷洒不均，造成颗粒粒度不均匀，粉尘量大，部分大颗粒未完全固化，即落到塔底，形成粘结，可从清理塔底粘结的难易程度来判断。
3.3喷头原来已使用过，喷射流造成喷孔周边出现缺陷，喷孔制造加工精度差，喷孔呈现凸缘或有毛刺、划痕等，造成喷射流不规则。
3.4 由于停用时间长，熔融泵已跟新，操作人员对装置已处陌生状态，调节不当，喷头过料不均，溢流等，以及喷头转速选择不恰当，造成喷头下稀料，粒度过大或过小。
3.5 其他如造粒塔通风量不足，工艺波动，气温偏高等，颗粒固化冷却不好。
3 解决方案
根据上述原因的分析认为，造粒塔由于设计条件的限制，已不可能对其进行大的改造，重点放在造粒机组和喷头的技术改造。2010年4月底，我们某公司的造粒机组和喷头进行技术改造。
4.1 改造的技术要求：
4.1.1 塔式造粒，自然通风，适应造粒塔直径Φ13m，有效高度55m，造粒机设计适应生产能力20万吨/年生产需求。
4.1.2 尿素成品合格率φ0.85～2.8mm≥99%，其中φ1.5～2.0mm≥70%，φ1.5～2.5mm≥86%，尿素成品外观颗粒粒度超过改造前尿素成品颗粒粒度，达到颗粒整齐、均匀，无空心，不粘塔壁及塔底，出料温度不大于环境温度+30℃。
4.1.3 造粒塔塔顶粉尘排放量≤50mg/m3，符合相关排放标准。
4.2 技术改造初期运行情况：
4.2.1 尿素颗粒粒度
表1、表3对比看，粒度在φ1.5-0.85mm之间的尿素，从77.61%降低至32.36%，降幅大于50%。而φ2.0-1.5mm间的尿素，从20.19%提高至64.17%，提高达到60%。从塔底皮带成品外观看，粒子整体偏大，大小均匀，基本无异形颗粒，0.85mm以下的尿素多為细小颗粒，不成形的粉料少。
4.2.2 造粒塔顶粉尘
表中数据显示，改造后的出塔粉尘量，虽然还有一定差距，但基本达到造粒塔塔顶粉尘排放量≤50mg/m3的技术要求。生产负荷加大后，出塔粉尘量增加量不多。
4.2.3 塔底粘结情况
塔底粘结尿素的清理周期能达30天一次，且厚度仅为10cm，篦子板也基本无需清理。塔底粘结尿素比较松散，易于清理，同时说明粘结尿素以颗粒间粘结为主，颗粒基本固化，喷头无溢流，无稀料。
4.2.4 出塔尿素成品温度
出塔尿素成品温度高。在气温30℃，塔底皮带尿素粒子温度85℃，输送至成品包内温度仍达75℃，特别是气温高，负荷大时，尿素粒子温度最高达93℃，这对产品质量很不利。由于尿素包装袋都是有内衬的，尿素入袋后，尿素温度高，其水蒸汽分压亦高，处于放湿状态。随着尿素在包内逐渐冷却，从放湿状态转为吸湿状态，因饱和水蒸汽冷凝析出，使尿素相互溶解而粘连。堆码中热量在包内里面集聚，散热不及时，游离氨的挥发多，以及储运过程中不当，导致粒子强度下降，所以部分产品在储运过程中发生了板结、粉化，严重影响产品的市场形象。
4 尿素成品温度高，板结、粉化问题的解决
尿素成品温度高，成了制约生产能力的主要原因，迫切需要解决。于是我们进行了下列一系列的改造和尝试。
5.1 增加造粒塔的通风量
增加通风量能部分弥补因造粒塔高不足，尿素粒子冷却时间不够，造成温度的升高。 5.1.1 降低进风口阻力系数
拆除造粒塔进风口百叶窗全部风叶，降低护栏挡料板高度，为防止雨水飘入塔内，延长遮雨棚宽度。拆除塔底百叶窗全部风叶。拆除风叶后，减少进风口的阻力，增加通风量，实践证明能降低出塔尿素粒子温度2℃左右。
5.1.2 进风口安装轴流风机
在进风口安装4台轴流风机，每台40000m3/h，互成角度向塔内送风，运行几天的结果看，效果不明显，仅能降低尿素粒子温度2-4℃左右。并且被破坏后，物料偏流，在锅边形成厚度不均的粘结，部分进风口成正压，细小颗粒被吹出塔外，造成物料损失，同时说明塔内通风量并没有增加多少。运行15天左右就停止使用。
5.1.3 栈桥内安装吊扇，振动筛处安装轴流风机
栈桥内大部分窗户锈死打不开，形成相对封闭的空间。通过测量，栈桥内气温约高出环境温度1-3℃，影响尿素在皮带运输中的散热。为使尿素在包装成成品前，尽量降低温度，所以拆除了全部的窗户，使空气流通；在皮带上加装多块挡料板，使尿素在皮带上铺开，有利于散热；皮带上方安装15只吊扇，向皮带上吹风，加强散热；在振动筛处安装轴流风机，向振动筛吹风，加强散热。通过这些措施，尿素从出塔输送至包装包装成包，包内温度71℃左右，此过程中可降低5-8℃。
5.1.4 调整喷头孔径
从上述改造中可看出，虽然有一定的降溫，但成品包内温度仍高达70℃，并不能达到成品包内温度<60℃的要求。
出塔尿素粒子温度高低，主要由粒子直径、塔高和通风量决定。塔高和通风量不足已难以从根本上解决，适当降低尿素粒子粒度，是当前唯一的选择。
下表为针对夏季设计的喷头运行情况：
5.1.4.1 尿素颗粒粒度
表3、表5对比，粒度在φ1.5-0.85mm之间的尿素，从32.36%提高至72.26%，提高大于50%。而φ2.0-1.5mm间的尿素，从64.17%降低至25.83%，降低大于50%。表五、表一对比，似乎会到了改造前的状态，其实可从表中数据看出一些倪端，表五中粒度>φ2.5mm的尿素为0，粒度集中在φ2.5-0.85mm之间，其它范围的较少，说明尿素粒子比较均匀。而表一则不同，各粒度范围均有分布，说明尿素粒子的不均匀。从外观对比，整体均匀偏大，外观质量与改造前有较大的提高。
添加甲醛后的各监测情况
5.1.5造粒塔顶粉尘：
表6对比中可看出，在添加了甲醇材料后，尿素的生产制造成本会有明显降低，这主要与原料准换几率增大相关，工作人员要对这一反应现象进行测量并且记录在报表中。需要对粉尘垃圾进行控制，以免对环境造成恶劣影响，生产加工环节技术人员要深入现场监督管理，提升系统使用稳定性，发现突发情况时也能更好的做出解决对策。
生产现场状况：栈桥、振动筛、包装等，现场环境粉尘减少，大大改善了作业环境，添加甲醛后包装成品仓中几乎没有粉尘，小粒仓中（振动筛下）已由原来的粉尘变成非常细小的φ0.5mm以下的颗粒及少量粉尘。
5.1.5.1抗压强度
5.1.5.2 塔底粘结情况
塔底粘结尿素的清理周期能达60天以上一次，且厚度仅为<10cm，达到了20万吨/年尿素生产需求，改造取得了成效，同时也节省了另建新造粒塔上1000万的投资，取得了较好的经济效益和社会效益。
5 结论
通过对直径Φ13m造粒塔的造粒状况的改造，特别是选用好的造粒机，设计合理、质量优越的、孔径适当的造粒喷头，是造粒塔改造，挖掘潜力的关键。当然，适当的喷头转速，添加一定量的添加剂，定期清洗入口过滤网及造粒喷头，对改善造粒状况也很重要。直径Φ13m造粒塔的生产能力是可以提高的。
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