阅读内容

塔式尿素造粒技术分析与探讨

[日期:2017-04-27] 来源:《中氮肥》2017年第2期  作者: [字体: ]

塔式尿素造粒技术分析与探讨

 

刘孝弟,顾学颖,李作为

(北京航天动力研究所,北京  100076

 

[摘  要] 简述塔式尿素造粒系统常用造粒喷头的工作原理和设计理念,并对造粒喷头的设计计算方法进行了分析与探讨,介绍各种造粒喷头的应用情况并进行了比较,以期为业内人士提供一些设计思路和运行参考。

[关键词] 塔式尿素造粒技术;造粒喷头;工作原理;设计计算方法;应用情况

    [中图分类号] TQ 441.41  [文献标志码] B  [文章编号] 1004-9932201702-0035-04

 

尿素作为一种高效氮肥,是我国粮食稳产高产的重要保证条件之一,在农业生产中起着举足轻重的作用。目前市场上90%左右的尿素产品(中、小颗粒)是通过造粒塔生产的,其余的则是利用流化床、转鼓等造粒设备生产的大颗粒产品。以下对塔式尿素造粒技术的演变、目前普遍使用的尿素造粒喷头的设计计算方法和市场应用情况等进行分析与探讨,以期为广大技术人员和生产管理人员提供一些参考。

1  塔式尿素造粒喷头的种类

塔式尿素造粒喷头曾经使用过固定式喷头,其工作原理类似于淋浴用的喷头,喷头生产能力的调节主要取决于喷头前安装的储液槽内液位的高度。由于此种喷头的喷洒区域仅靠喷头直径的大小来决定,因此,一般在造粒塔内需布置多个喷头才能满足生产的需要。

旋转式造粒喷头是目前塔式尿素造粒唯一选用的设备,利用安装在造粒塔顶部中心位置的单个喷头的旋转进行熔融尿液的喷洒和造粒,喷头的结构与尺寸主要受造粒塔直径的影响,喷头上开孔的直径、孔数及喷头的转速决定了喷头的造粒能力和产品颗粒的大小。迄今单个喷头的生产能力最大可以达到150200 t/h

1.1  按造粒机理分类

1.1.1  带压式喷头

带压式喷头的工作原理是将熔融泵送来的尿液直接入喷头造粒,其生产能力和喷洒区域除受制于喷头本身的设计和喷头旋转速度外,还取决于熔融泵的扬程,极限情况是,如果熔融泵的扬程足够大的话,喷头可以不旋转就直接保证喷头的生产能力(相当于固定式喷头)。带压式喷头的优点是,即使喷头的喷孔发生一定比例的堵塞,在不考虑颗粒质量的前提下,喷头照样可以安全运行,有较长的运行周期(比如1个月以上)而不用频繁进行清洗。

但是,由于喷头为带压运行,其缺点是:① 熔融泵及系统的任何波动都会对喷头的生产能力及喷洒区域造成影响,对于塔径较小而造粒能力较大的装置,就会出现尿素粒子粘壁现象(如陕西某厂1 100 t/d尿素装置16 m内径造粒塔,就是此种原因造成了较大的困扰);② 由于尿液直接进入造粒喷头造粒,当尿液中游离氨超标或水分(温度在尿素熔点以上,基本上以水蒸气的形态存在)超标,喷头喷出的尿液中的游离氨或水蒸气就会从溶液中快速溢出,造成尿素液滴迸裂而产生额外的粉尘。目前带压式喷头仅在国内有使用,国外已经彻底废弃。

1.1.2  常压式喷头

常压式喷头是将熔融泵送来的尿液泄压后再送入造粒喷头,目前国外设计和广泛使用的喷头,无论是锥形直孔喷头还是柱形斜孔喷头,均为不带压的方式。这有两方面的好处:因为喷头的造粒能力、尿素颗粒的大小及喷洒区域完全取决于喷头的结构设计和旋转速度,而尿液泄压后再送入造粒喷头则彻底排除了熔融泵的残余压力及系统的所有干扰,可以使尿素粒子粘壁问题得到有效控制;更为重要的是,尿液泄压后再送入造粒喷头可以使尿液中的游离氨及残余水蒸气在造粒前及时排出,从而避免尿素液滴迸裂问题。

常压式喷头由于自身的设计要求,也存在一些缺点:由于喷头为不带压运行,当喷头喷孔出现一定比例(比如10%)的堵塞时,喷头就需要及时清洗,不然就会影响其造粒质量和造粒能力,因此其清洗周期较带压式喷头短,一般为1015 d(江苏某厂300 kt/a尿素装置就是因为希望延长清洗周期而更换为带压式喷头)。当然,未完全堵塞的喷孔造出的尿素颗粒会非常细小,这在颗粒质量要求越来越高的今天,喷头及时清洗也是保证成品尿素质量的重要条件之一。

1.2  按喷头结构分类

1.2.1  锥形直孔喷头

一般地,锥形直孔喷头的全锥角在20°~30°,喷孔均为直孔形式,利用喷头较大的全锥角可以适当地增大造粒塔内的喷洒面积,利于颗粒的冷却。此种喷头的材料一般使用不锈钢(304316 L),寿命相对要长一些,一般为35 a。目前国内设计的锥形直孔喷头均为带压方式,国外设计的锥形直孔喷头均为不带压方式。

1.2.2  柱形斜孔喷头

由于喷头采用斜孔方式,喷头的开孔需用数控铣床加工,加工难度要大一些,成本会相应高一些,不像直孔喷头那样用钻床就可以加工;另外,由于采用斜孔方式,喷头不能使用不锈钢材料,一般使用铝合金材料(典型用材为6061T6),其使用寿命较不锈钢要短一些,一般为23 a

之所以柱形斜孔喷头得到了广泛使用,主要原因是,柱形斜孔喷头造粒在塔内成品质量分布驼峰差不多仅为锥形直孔喷头的50%左右,即塔内的喷洒密度更均匀,水力试验和实际使用效果均证明了这一点1,理论计算结果也具有基本相同的结论2,这一点对于颗粒的冷却极为重要。锥形直孔喷头与柱形斜孔喷头造粒塔内横向喷洒密度(四川美丰绵阳分公司装置实测数据)的比较见图1[注:图中横坐标刻度“0”即为造粒塔中心(中轴线);纵坐标表示单位时间的喷洒量(某个时间段的喷洒量),实测中在造粒塔直径方向上布置多个小桶来接受成品,然后称重,其耗用时间和成品总重量于此不重要,重要的是表征物料的分布状况]。

1  2种旋转式喷头横向喷洒密度的比较

对于喷头喷筒上的开孔密度、开孔尺寸、开孔角度等问题,各种喷头有不同的设计思路,实际使用效果也有所差异,这些因素主要影响造粒塔内颗粒的冷却效果,以及产品粒径和均匀度。

2  旋转式尿素造粒喷头的设计计算方法及讨论

塔式尿素造粒技术在国内的应用已有近60 a的历史,一开始造粒喷头的设计主要靠水力试验的数据来确定,理论研究十分有限。可能出于技术保密的需要,关于造粒喷头设计计算的报导极为稀少。

《氮肥工艺设计手册——尿素》3一书中,第五章之第四节比较详细地介绍了“旋转造粒喷头计算”的方法,此后,国内在这一方面的文献报导几乎停滞。在此笔者将该书中介绍的方法进行简要阐述,并提出一些看法,以期起到抛砖引玉的作用。

更多内容详见《中氮肥》2017年第2

阅读:
录入:zdf

推荐 】 【 打印
相关新闻      
本文评论       全部评论
发表评论
  • 尊重网上道德,遵守中华人民共和国的各项有关法律法规
  • 承担一切因您的行为而直接或间接导致的民事或刑事法律责任
  • 本站管理人员有权保留或删除其管辖留言中的任意内容
  • 本站有权在网站内转载或引用您的评论
  • 参与本评论即表明您已经阅读并接受上述条款


点评: 字数
姓名:
内容查询