專利名稱：基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明“基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法”，涉及化肥工程技術(shù)中的高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝與裝備的系統(tǒng)集成優(yōu)化、改進(jìn)提高的創(chuàng)新技術(shù)方法。目的在于提高熔體造粒復(fù)合肥產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，節(jié)省裝置工程投資，解決現(xiàn)有工藝方法存在的生產(chǎn)能力利用率低、工藝適應(yīng)性單一、兼容性差等弊端。
背景技術(shù)：
本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，不改變現(xiàn)有的高塔熔體造粒生產(chǎn)顆粒復(fù)合肥料的主要工藝原理即固體尿素或硝銨(硝銨磷等)加熱熔融后成為熔融液，也可以直接使用化肥廠蒸發(fā)濃縮后的熔融液。在熔融液中加入相應(yīng)的磷肥、鉀肥、填料及添加劑制成混合料漿，送入高塔造粒機。高塔造粒機噴灑的造粒物料進(jìn)入造粒塔，在從高塔下降的過程中，與從塔底上升的氣體阻力相互作用，進(jìn)行熱交換后降落到塔底。落入塔底的顆粒物料經(jīng)篩分和表面處理后，得到顆粒復(fù)合肥料。本發(fā)明僅針對現(xiàn)有高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝及其裝備存在的缺陷提出了系統(tǒng)的集成優(yōu)化方法。
造粒塔是高塔造粒生產(chǎn)顆粒復(fù)合肥料的主要設(shè)備，主要作用是使復(fù)合肥物料在塔內(nèi)進(jìn)行冷卻、熱交換并結(jié)晶。造粒塔的直徑與高度是設(shè)備的主要指標(biāo)，它與產(chǎn)品的生產(chǎn)能力及品質(zhì)密切相關(guān)；造粒設(shè)備應(yīng)滿足復(fù)合肥造粒對各種料漿的要求，特別是對中、低氮品種復(fù)合肥的造粒應(yīng)具有優(yōu)良的性能；混合反應(yīng)釜主要作用是將物料在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制備流動性能好的混合料漿。熔體料漿的制備是該工藝的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，首先，磷酸一銨、硫酸鉀和填充料及返料等混合料的溫度一般控制在60-90℃。溫度過低在與尿液混合的過程中，會降低熔體料漿的溫度、增大其黏性，進(jìn)而導(dǎo)致其流動性差，堵塞管道和造粒噴頭。其次，篩分后混合物料的細(xì)度要小于0.8毫米，以保證固液混合均勻，使固體物料在混合后處于良好的懸浮狀態(tài)。另外，磷酸一銨的水分要≤1.5％。水分過高，會導(dǎo)致熔體料漿流動性變差。水分過高，會使混合物料在加熱過程中發(fā)粘，影響加熱器正常工作。再者，尿液的濃度、溫度、尿素熔融后的停留時間。尿液的濃度要≥98％，濃度過低在造粒過程中會使顆粒出現(xiàn)扁平狀。尿液溫度要控制在115℃-135℃范圍內(nèi)，盡量減少尿素熔融后的停留時間，以防止復(fù)混肥料中縮二脲含量升高。最后，要注意料漿的混合時間和混合溫度。料漿的混合時間≤4分鐘，而料漿的混合溫度要控制在115-125℃。造粒工序也屬于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，會受到造粒噴頭的結(jié)構(gòu)型式、造粒噴頭的轉(zhuǎn)速、混合料漿的粘性和流動性等三個因素的影響。
2001年寧夏開元肥業(yè)引進(jìn)第一套高塔造粒復(fù)合肥裝置后，短短六年時間，價值上千萬的高塔肥生產(chǎn)裝置已經(jīng)上了將近40套，產(chǎn)量也達(dá)到了三百多萬噸。專家認(rèn)為高塔復(fù)合肥項目的興起并不是國內(nèi)科研技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，而是傳統(tǒng)復(fù)合肥遭遇到了發(fā)展困境。由于以往的復(fù)混復(fù)合肥生產(chǎn)工藝相對比較簡單，為假冒偽劣復(fù)合肥的泛濫提供了條件，這給農(nóng)民帶來極大的損失，也造成了農(nóng)民對復(fù)合肥的不信任。另一方面，一些正規(guī)復(fù)混肥生產(chǎn)企業(yè)也經(jīng)常會遭受被假冒的困擾，使得企業(yè)自身信譽和經(jīng)濟(jì)受到雙重?fù)p害。高塔熔體造粒復(fù)合肥生產(chǎn)裝置，實質(zhì)是通過提高技術(shù)門檻來拓展復(fù)合肥市場，它的突出優(yōu)勢在于能夠制造出養(yǎng)分高、外觀好看，而且具有很好小孔防偽效果的高塔造粒復(fù)合肥，開辟了一條新的復(fù)合肥生產(chǎn)技術(shù)途徑，為高濃度、高保真度復(fù)合肥料的發(fā)展提供了支撐。
但是，高塔熔體造粒復(fù)合肥裝置從引進(jìn)到國產(chǎn)化的七年歷程中，也暴露出來諸多不利的工藝技術(shù)問題。歸納起來，主要問題在于1)現(xiàn)有的塔體有效冷卻高度基本都在80米以下，因塔冷卻高度不夠?qū)е略炝＠鋮s后出現(xiàn)半圓或扁圓形復(fù)合肥顆粒，從而增加了返料量，使成品率下降、影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量、生產(chǎn)效率降低。2)高塔造粒復(fù)合肥裝置的產(chǎn)量會受季節(jié)的影響，到了夏天的時候，由于溫度比較高，空氣濕度較大，肥料表面吸濕溶化較快，造成裝置系統(tǒng)設(shè)備堵塞和腐蝕加劇，產(chǎn)品質(zhì)量中水分偏高導(dǎo)致結(jié)塊嚴(yán)重，一些企業(yè)不得不因此而停產(chǎn)，因此夏季高溫多濕季節(jié)成為制約生產(chǎn)的最突出的問題。3)物料的計量設(shè)備精度低且不穩(wěn)定，導(dǎo)致物料混合配比后各養(yǎng)分指標(biāo)不穩(wěn)定，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。4)粉體物料輸送過程中易揚塵、泄漏，造成粉塵污染操作環(huán)境，造成粉體物料損失，也導(dǎo)致了設(shè)備腐蝕程度加劇。5)尿液在高溫狀態(tài)時間過長，很容易產(chǎn)生縮二脲。復(fù)合肥中縮二脲含量高會產(chǎn)生使用中的“燒苗”現(xiàn)象。尿素在熔融過程中會產(chǎn)生水解和異構(gòu)化縮合，水解和縮合均消耗尿素。尿素的水解速率隨溫度的升高而增大，隨停留時間的增加而增大。尿液濃度、溫度越高，縮二脲的生成速率也越高；停留時間越長，生成縮二脲的量就越大，這對產(chǎn)品質(zhì)量不利。6)產(chǎn)品品種配方單一，高塔復(fù)合肥雖然解決了傳統(tǒng)復(fù)合肥氮含量不高的難題，但是在低氮、高磷產(chǎn)品上有著自身的限制。當(dāng)前一些高塔復(fù)合肥企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)合肥中氮磷鉀比例為30∶5∶5，含量比例走了極端化，受磷含量高料漿黏度大的制約磷的含量一般都不超過10，而大田作物拔節(jié)時期對于磷的要求一般在15，所以在使用上也有一定的限制。7)混合制漿工序中存在料漿粘壁、結(jié)鍋蓋現(xiàn)象比較普遍，料漿混合強度低，造粒噴頭堵塞更換頻繁。8)高塔工藝的生成成本比較高，除了產(chǎn)能不能發(fā)揮出來外，一方面表現(xiàn)在原料和成品的轉(zhuǎn)運上需要大量的勞動力，另一方面返料的消化處理上增加了二次轉(zhuǎn)運成本，其次現(xiàn)有工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)選型、布局不盡合理，也是產(chǎn)品成本高的因素之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，針對現(xiàn)有高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝及其裝備存在的缺陷，提出了以下系統(tǒng)的集成優(yōu)化方法(1)提高高塔有效冷卻高度利用率，減少投資建設(shè)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。(2)采取高塔內(nèi)壁空氣冷凝水收集結(jié)合空調(diào)降溫除濕，解決夏季高溫多濕季節(jié)制約生產(chǎn)的瓶頸問題。(3)提高物料混合計量設(shè)備的計量精度。(4)解決了粉體輸送過程中的揚塵、泄漏難題。(5)實現(xiàn)了尿基肥料和硝基肥料兩種工藝的生產(chǎn)互換，尿基肥料和硝基肥料兩種工藝不能同時兼顧的單一化生產(chǎn)。(6)調(diào)整料漿的混合停留時間，提高物料的混合強度，延長造粒噴頭的更換周期。(7)采取機械化作業(yè)和系統(tǒng)自行消化返料的措施降低生產(chǎn)運行成本，其次對工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)選型、工藝設(shè)備布局上進(jìn)行了集成優(yōu)化。
四、具體實施方法 本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，是以下述方法實施完成的 1、改變高塔工藝高度、出風(fēng)口結(jié)構(gòu)及塔底收料方式。在本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法中，以直徑18米，總高度108米高塔為實施例，保持高塔的直徑和總高度保持不變，將塔體有效冷卻高度提高到90米(之前塔體的有效高度基本都在80米以下)，使復(fù)合肥熔融料漿冷卻結(jié)晶更充分，提高了復(fù)合肥成品的成球率和表面光滑圓整度，消除了因塔冷卻高度不夠?qū)е略炝＠鋮s后出現(xiàn)半圓或扁圓形復(fù)合肥顆粒。提高了產(chǎn)能和產(chǎn)品外觀質(zhì)量。將造粒塔的頂部出風(fēng)結(jié)構(gòu)由過去的內(nèi)側(cè)出風(fēng)改為上部出風(fēng)，出風(fēng)面積由原來的側(cè)出風(fēng)的120平方米提高到150平方米，用以提高塔的通風(fēng)強度。塔頂出風(fēng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使高塔頂部出風(fēng)口高度較原來的內(nèi)側(cè)出風(fēng)結(jié)構(gòu)降低7.6米，可降低單塔投資建設(shè)成本30多萬元。把造粒塔的底部收料斗由原來的單斗收料改為多斗收料，并將收料斗由原來的地面以上收料改為延伸到地面以下收料，這樣可使塔的總高度降低9米，單塔又可節(jié)省投資建設(shè)成本資金近50萬元。
實施改變高塔工藝高度、出風(fēng)口結(jié)構(gòu)及塔底受料方式的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較表 2、增加工藝降溫除濕。本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法中，在高塔底部進(jìn)風(fēng)窗內(nèi)側(cè)環(huán)繞高塔內(nèi)壁安裝空氣冷凝水收集設(shè)施，將夏季高溫多濕季節(jié)里順高塔內(nèi)壁流下來的空氣冷凝水收集起來引流至高塔外，解決了因該部分冷凝水流入高塔底部收料斗而導(dǎo)致肥料溶化粘料斗壁和堵塞成品處理工序設(shè)備等不利于生產(chǎn)的一系列難題。為防止高塔造粒冷卻后的肥料表面在成品處理工序中出現(xiàn)二次吸濕，在成品處理工序中引用了低溫干燥的空調(diào)風(fēng)對肥料進(jìn)行表面降溫干燥處理，既避免了肥料表面吸濕，又降低了肥料成品包裝溫度和水分，又能減輕肥料的結(jié)塊程度，解決夏季高溫多濕季節(jié)制約生產(chǎn)的瓶頸問題。
實施增加工藝降溫除濕的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比表 3、采用新的計量方式，保障配料精度。本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法中，改變物料的混合計量工具，淘汰原有廣泛使用的傳統(tǒng)單傳感或雙傳感器式計量皮帶秤，采用了仿“地磅秤”式計量秤，計量精度可以達(dá)到0.5％以內(nèi)，保證肥料養(yǎng)分配比穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量合格率可以達(dá)到99％以上?？朔藗鹘y(tǒng)計量皮帶秤誤差偏大引起的單養(yǎng)分波動導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格現(xiàn)象。
實施新的計量方式后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比表 4、采用環(huán)境友好的粉體物料輸送體系。粉體物料的輸送、提升過程中的揚塵和粉體物料泄漏一直以來都是各企業(yè)在現(xiàn)場管理上遇到的最大的麻煩，在粉體物料的輸送上，現(xiàn)有工藝皆采用皮帶輸送機，這種敞開式輸送粉體物料極易引起粉體的揚塵、泄漏。本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法中，改用新型全封閉式輸送機，避免了粉體物料的泄漏，在不增加動力設(shè)備的情況下，保證現(xiàn)場操作環(huán)境更干凈整潔。以往粉體物料經(jīng)100多米高的斗式提升機由地面提升至高塔頂部粉體儲存料倉，在卸料過程中，由于斗式提升機的瓦斗角度太小卸料不徹底，導(dǎo)致一部分粉體物料由斗式提升機頂部返回到底部，從底部進(jìn)料口處冒出來。本發(fā)明除了對斗式提升機輸送瓦斗角度和提升機的提升速度上進(jìn)行了調(diào)整外還在斗式提升機的底部物料進(jìn)口處新增加鎖風(fēng)給料裝置。既解決了粉體物料泄漏，避免了粉體物料損失，又改善了現(xiàn)場操作環(huán)境。
5、本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法中，采用尿素/硝銨/硝銨磷/硝酸磷專用熔融器設(shè)備，取消盤式熔融槽。這樣一來，既避免了因使用盤式熔融槽生產(chǎn)尿基肥時出現(xiàn)的尿液停留時間過長而產(chǎn)生水解和異構(gòu)化縮合生成縮二脲現(xiàn)象，又避免了因使用盤管式熔融槽生產(chǎn)硝基肥熔融硝銨時因低溫共熔物料存在熔融溫度控制過高導(dǎo)致硝銨自燃事故。采用尿素/硝銨/硝銨磷/硝酸磷專用熔融器設(shè)備后，較盤式熔融槽操作控制，更安全、容易。實現(xiàn)了尿基肥料和硝基肥料兩種工藝的生產(chǎn)互換，尿基肥料和硝基肥料兩種工藝不能同時兼顧的單一化生產(chǎn)。
6、本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法中，滿足低氮、高磷品種配方的生產(chǎn)的工藝條件和設(shè)備選型。工藝混合時間由原來的4分鐘延長至6分鐘，改單一槽為多槽分次混合，淘汰雙層槳葉式攪拌漿，采用高速高效式攪拌器，攪拌漿葉的端點線速度由雙層槳葉式攪拌漿的3-4米/秒提高到8-10米/秒，提高了物料的混合速度和均勻度，解決了混合槽粘壁和結(jié)鍋蓋現(xiàn)象。在制漿工序新增加料漿過濾設(shè)備，將混合料漿內(nèi)的雜物和塊狀物在進(jìn)造粒機之前一次性地過濾出來，延長造粒噴頭的更換周期。
實施低氮、高磷品種配方的生產(chǎn)的工藝條件和設(shè)備選型后的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較表 7、采取節(jié)能降耗措施。本發(fā)明基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法中，采取系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的返料全部自行消化，由皮帶輸送機將成品工序篩分下來的返料(大小顆粒肥料)輸送回粉體系統(tǒng)進(jìn)行計量、破碎后重新混合造粒，不存在二次包裝轉(zhuǎn)運成本。采用了自動包裝機、自動倒袋機、遠(yuǎn)距離皮帶輸送機和自動堆包機，實現(xiàn)工序的自動化操作生產(chǎn)，節(jié)省人員約20人，較使用人工包裝、轉(zhuǎn)運和堆存，成本顯著降低。通過工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)選型、工藝設(shè)備布局上進(jìn)行了集成優(yōu)化，使設(shè)備結(jié)構(gòu)更合理、工藝設(shè)備布局更緊湊，節(jié)約土地使用面積，降低動力消耗。
實施節(jié)能降耗措施后的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較表
權(quán)利要求
1、基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，其特征是以直徑18米，總高度108米高塔為實施例，保持高塔的直徑和總高度保持不變，將塔體有效冷卻高度提高到90米。將造粒塔的頂部出風(fēng)結(jié)構(gòu)由過去的內(nèi)側(cè)出風(fēng)改為上部出風(fēng)，出風(fēng)面積由原來的側(cè)出風(fēng)的120平方米提高到150平方米。把造粒塔的底部收料斗由原來的單斗收料改為多斗收料，并將收料斗由原來的地面以上收料改為延伸到地面以下收料，這樣可使塔的總高度降低9米。并且保持下表1的技術(shù)參數(shù)
表1
。
2、按照權(quán)利要求1規(guī)定的基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，其特征是在高塔底部進(jìn)風(fēng)窗內(nèi)側(cè)環(huán)繞高塔內(nèi)壁安裝空氣冷凝水收集設(shè)施，將夏季高溫多濕季節(jié)里順高塔內(nèi)壁流下來的空氣冷凝水收集起來引流至高塔外；在成品處理工序中引用了低溫干燥的空調(diào)風(fēng)對肥料進(jìn)行表面降溫干燥處理。
3、按照權(quán)利要求1和權(quán)利要求2規(guī)定的基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，其特征是改變物料的混合計量工具，淘汰原有廣泛使用的傳統(tǒng)單傳感或雙傳感器式計量皮帶秤，采用了仿“地磅秤”式計量秤，計量精度可以達(dá)到0.5％以內(nèi)，保證肥料養(yǎng)分配比穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量合格率可以達(dá)到99％以上。
4、基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，采用尿素/硝銨/硝銨磷/硝酸磷專用熔融器設(shè)備，取消盤式熔融槽。
5、按照權(quán)利要求1和權(quán)利要求4規(guī)定的基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，其特征是工藝混合時間由原來的4分鐘延長至6分鐘，改單一槽為多槽分次混合，淘汰雙層槳葉式攪拌漿，采用高速高效式攪拌器，攪拌漿葉的端點線速度由雙層槳葉式攪拌漿的3-4米/秒提高到8-10米/秒，提高了物料的混合速度和均勻度，解決了混合槽粘壁和結(jié)鍋蓋現(xiàn)象。在制漿工序新增加料漿過濾設(shè)備，將混合料漿內(nèi)的雜物和塊狀物在進(jìn)造粒機之前一次性地過濾出來，延長造粒噴頭的更換周期。
6、基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，采取系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的返料全部自行消化，由皮帶輸送機將成品工序篩分下來的返料(大小顆粒肥料)輸送回粉體系統(tǒng)進(jìn)行計量、破碎后重新混合造粒，不存在二次包裝轉(zhuǎn)運成本。采用了自動包裝機、自動倒袋機、遠(yuǎn)距離皮帶輸送機和自動堆包機，實現(xiàn)工序的自動化操作生產(chǎn)，節(jié)省人員約20人，較使用人工包裝、轉(zhuǎn)運和堆存，成本顯著降低。通過工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)選型、工藝設(shè)備布局上進(jìn)行了集成優(yōu)化，使設(shè)備結(jié)構(gòu)更合理、工藝設(shè)備布局更緊湊，節(jié)約土地使用面積，降低動力消耗。
7、按照權(quán)利要求1至權(quán)利要求6規(guī)定的基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，用于對現(xiàn)有高塔融體造粒生產(chǎn)復(fù)合肥料工藝的裝置進(jìn)行技術(shù)改造、工藝條件修改和新建高塔熔體造粒復(fù)合肥裝置及其設(shè)計。
全文摘要
基于高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝的系統(tǒng)集成優(yōu)化方法，涉及化肥工程技術(shù)中的高塔熔體造粒復(fù)合肥工藝與裝備的系統(tǒng)集成優(yōu)化、改進(jìn)提高的創(chuàng)新技術(shù)方法。本發(fā)明通過改變高塔工藝高度、出風(fēng)口結(jié)構(gòu)及塔底收料方式；增加工藝降溫除濕；采用新的計量方式，保障配料精度；采用環(huán)境友好的粉體物料輸送體系；采用尿素/硝銨/硝銨磷/硝酸磷專用熔融器設(shè)備，取消盤式熔融槽；滿足低氮、高磷品種配方的生產(chǎn)的工藝條件和設(shè)備選型；采取節(jié)能降耗措施等七個環(huán)節(jié)解決現(xiàn)有工藝方法存在的生產(chǎn)能力利用率低、工藝適應(yīng)性單一、兼容性差等弊端。同時有利于提高熔體造粒復(fù)合肥產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，節(jié)省裝置工程投資。
文檔編號C05G1/00GK101580413SQ20081001818
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者尹俊東, 喬占云, 孫竹柏, 張玉梅, 殷學(xué)德 申請人:陜西世紀(jì)景源化工有限公司