復合肥產品后處理工藝加料裝置的改進

周劍波

(中國-阿拉伯化肥有限公司　河北秦皇島　066003)

防結塊性能不僅是復合肥產品重要的質量指標之一，而且肥料一旦結塊會給施用帶來很大的不便。在復合肥生產中，后處理工藝是先在肥料表面涂上一層防結塊包裹劑，再涂一層包裹粉，而加料裝置運行狀況直接關系到包裹劑和包裹粉在肥料表面的涂覆質量，這是在保證產品內在質量(產品水分含量、強度、顆粒圓潤度、養分形態等)的前提下，產品防結塊性能的重要保證。

中國-阿拉伯化肥有限公司(以下簡稱中阿公司)采用先進的管式反應器噴漿造粒工藝，可保證復合肥產品具有養分精度和強度高、水分含量低、流動性好、養分形態合理的特點，產品各項指標均高于國家標準要求。盡管如此，中阿公司也曾經一度出現有較大量的復合肥因結塊而返廠的情況，尤其是一些硝態氮含量高的品種。返廠的肥料需重新送入生產裝置進行再加工，不但消耗大量的人工、能源等，也給企業帶來了較大的經濟損失。

1　技改背景

后處理工段處于中阿公司復合肥生產的末端，其作用是對產品表面進行包膜處理，防止復合肥在存放和運輸過程中出現吸潮、結塊現象。由于原有包裹劑加料方式和加料裝置存在包裹劑噴灑過于集中、包裹粉的落點位置不理想等問題，影響了包裹劑的分散性和包裹粉的黏結力，大量未黏附在成品顆粒上的包裹粉形成粉塵，給后處理工段的作業環境造成極大污染；冬季氣溫低時，包裹劑在包裹筒中快速遇冷后更不易分散，凝結成塊狀的包裹劑黏結于肥料表面，經常出現黃色顆粒，影響了產品外觀；未黏附在成品顆粒上的包裹粉隨尾氣被抽至除塵系統，只能作為價值不高的填料回收利用，造成了巨大的浪費；甚至有一部分包裹粉被吸入冷卻工段并進入流化冷卻床中，然后被冷卻風機送至洗滌系統，在洗滌煙囪排放口形成白色液滴并隨蒸汽飄落至地面，污染了廠區的周邊環境。

針對后處理工段存在的問題，中阿公司曾多次組織技術力量進行攻關，但效果均不理想，如：在包裹劑管道上通入壓縮空氣對包裹劑進行霧化，但由于包裹劑被霧化得過細，導致大量細小的包裹劑霧滴被抽吸至除塵風道；嘗試使用長距螺旋輸送機，卻頻繁出現堵料、卡阻等現象。

2　原因分析

2.1　后處理工藝概況

經流化床冷卻器冷卻后的復合肥靠重力進入包裹筒，在顆粒表面裹上包裹劑。包裹劑由助劑和礦物油加入帶有加熱和攪拌裝置的罐中配制而成，通過輸送泵和計量泵經噴嘴噴在包裹筒內滾動的料床上。包裹粉由料倉經螺旋輸送機送入包裹筒的下料溜槽中，與肥料顆?；旌虾舐湓诎矁?。

2.2　原因分析

2.2.1包裹劑加入量與分散性的矛盾

在原工藝流程中，包裹劑是通過設置在包裹機頭部的加料管噴嘴加入，為了保證包裹劑的分散性，噴嘴的孔徑較小。但由于噴嘴經常堵塞，影響了包裹劑的加入量，后改用直管加入，雖然保證了加入量，但無法保證分散性，影響了包裹劑的均勻涂覆。

2.2.2包裹粉的落點不理想

原包裹粉是通過插入肥料溜槽中部的圓管隨成品顆粒一起進入包裹筒內，包裹劑在包裹粉與成品顆粒的混合物上進行涂覆，造成包裹劑既包裹了成品顆粒又包裹了包裹粉，而被包裹劑浸潤后的包裹粉附著力下降，更易脫落，結果造成包裹粉和包裹劑的包裹效果均不理想。

2.2.3包裹時間短

由于包裹筒內未設置擋料裝置，致使包裹粉沒有充分的時間在肥料顆粒表面進行包裹，從而影響了包裹效果。

3　改進措施

3.1　改進包裹劑的加入方式

包裹劑的加入方式由一點噴射改為多點噴射，既可保證包裹劑的分散性又可保證其加入量。在一段加入管上，設置了5個可拆卸的螺旋噴嘴，噴嘴孔徑可通過更換噴頭進行調整。整個加入管段設蒸汽夾套，保證伴熱至噴射終端。夾套管設計成半圓形，噴射管上半部在夾套內保證伴熱效果，下半部及噴嘴與管道連接部分暴露在夾套外，便于及時發現漏點和更換噴嘴。噴嘴與油管采用螺紋連接，可以隨時進行拆卸、調整與清理。包裹劑加料裝置改造示意如圖1所示。

圖1　包裹劑加料裝置改造示意

3.2　改進包裹粉的加入方式

3.2.1改進包裹粉的落點

將包裹劑和包裹粉同時加入改為先加包裹劑后加包裹粉，即在包裹筒入口處噴灑包裹劑，在距離包裹筒入口2 m處加入包裹粉，裹有包裹劑的成品顆粒更容易被包裹粉涂覆且不易脫落，由此提高了包裹粉在成品顆粒表面的附著力，減少了包裹粉的損失，從而提高了包裹粉的利用率。

3.2.2改進包裹粉加料裝置

針對螺旋輸送機螺旋長而易變形、易堵、不易維修等弊端，通過分析發現：①螺旋的填充率、轉速、螺間距等關鍵參數應根據包裹粉的特性設計；②螺旋葉片采用變螺距設計，從入口到出口平滑過渡，從而保證葉片不易被物料卡死；③螺旋輸送機頭部加料端設置接料箱用于收集雜物，中部位置設置排料口以便于檢修時排料；④新增加料螺旋與上級螺旋聯鎖控制，在新增螺旋停運時，上級螺旋亦停止運行，同時在螺旋軸驅動端安裝速度檢測裝置并聯鎖停，實現螺旋在初始卡阻時就聯鎖停車，避免出現堵死現象；⑤加料螺旋帶傾角安裝，并設置翻蓋的外殼，便于螺旋內部堵塞時可隨時打開清理。包裹粉加料裝置改進示意如圖2所示。

圖2　包裹粉加料裝置改進示意

3.2.3包裹筒中增設擋圈

在包裹筒中距包裹粉落點2 m處增設擋圈以延長成品顆粒黏附包裹粉的時間，使其充分涂覆黏接，以提高包裹粉的黏結強度。

3.2.4設計內容與關鍵數據

(1) 螺旋輸送機給料量

按噸復合肥包裹粉用量3 kg、最大生產能力100 t/h計算，包裹粉最大用量為0.3 t/h，螺旋輸送機給料量按式(1)計算：

Q=15π·(D-d)·S·n·φ·ρ·C

(1)

式中：Q——螺旋輸送機給料量，t/h；

D——螺旋外徑，為140 mm；

d——螺旋軸徑，為60 mm；

S——螺距，為110 mm；

n——螺旋轉速，為21 r/min；

φ——填充系數，包裹粉為0.33；

ρ——物料密度，包裹粉取0.68 t/m3；

C——傾角系數，5%內取0.97。

經計算，Q=0.3 t/h，符合要求。

(2) 螺旋轉速

螺旋轉速n不能超過其極限轉速Nj,即：

(2)

式中：A——物料的綜合特性系數。

經計算，Nj=90 r/min，即螺旋最大轉速不得超過90 r/min。

(3) 螺旋軸功率

螺旋軸功率按式(3)計算：

N0=Q(ω0·L+H)/367

(3)

式中：N0——螺旋軸功率，kW；

ω0——物料阻力系數，包裹粉為1.1；

L——水平投影長度，為3 m；

H——垂直面投影長度，取0 m；

經計算，N0=0.002 7 kW。計算得到的軸功率很小，其原因是輸送量很小。結合中阿公司目前的實際情況，螺旋輸送機的電機功率選2.2 kW較為適宜。

(4) 螺旋葉外徑與筒體內徑的間隙

按國家機械行業標準《螺旋輸送機》(JB/T 7679—1995)中表4的規定，螺旋公稱直徑125～315 mm的間隙為10 mm，其最小間隙不得小于名義間隙的50%。根據現有螺旋輸送機的使用情況，選定間隙為5 mm。

(5) 包裹筒內部螺旋輸送機的安裝角度

工藝一包裹筒：Ф 2 000 mm×6 500 mm，8 r/min，傾斜2%。工藝二包裹筒：Ф 2 500 mm×8 000 mm，9 r/min，傾斜3%。

(6) 防堵專用的變螺距設計

螺旋葉片采用變螺距設計，前1/3節段的螺距采用110 mm，1/3～2/3節段采用110～140 mm的漸變螺距，后1/3節段的螺距采用140 mm，出料口后反向3/4螺距。

(7) 螺旋輸送機的關鍵數據

設計輸送能力0.06～0.30 t/h，正常轉速為21 r/min，右旋，輸送距離2.5 m。筒體Ф 159 mm×6 mm，輸送長度全長3.0 m。螺旋葉片外徑為Ф 140 mm，螺旋軸為Ф 60 mm×8 mm，葉片與筒體間隙5 mm。驅動電機轉速1 485 r/min，功率2.2 kW。單級擺線針輪減速機速比為71。

(8) 防長螺旋變形的安裝設計

在包裹筒內，沿軸向布置鋼結構支撐，安裝給料器、包裹油管、噴頭等。

(9) 防異物掉入卡阻的接料箱

入口端對應入口位置以及中部位置設置排料口，便于檢修時排料。

(10) 有利于檢修的盤車裝置

螺旋軸采用中空結構，兩端配實心軸，支撐軸承采用LSII樣式。輸入端和輸出端設計盤車盤，便于檢修時手動盤車。

(11) 控制方式

設置現場控制柜(不銹鋼外殼)，配置起停按鈕、正反轉轉換開關、低轉速報警(燈)、運行燈等。本機與上級螺旋給料器聯鎖，在本機停運時，上級螺旋亦停止加料。在螺旋軸驅動端安裝速度檢測裝置并聯鎖停，同時將低速報警(<5 r/min)信號引至中控室。中控室控制遠程啟停，不設置開啟聯鎖，但設置與包裹筒停機聯鎖，現場設置手動和遠程控制轉換開關。

包裹粉加料螺旋及擋圈安裝示意見圖3。

圖3　包裹粉加料螺旋及擋圈安裝示意

4　改進效果

4.1　包裹劑加料

改進后，包裹劑分散效果良好，通過檢測，包裹率達到100%。通過對3個月的包裹劑加入量累計數據進行分析，包裹劑的加入量達到消耗足量要求，冬季再未出現黃色顆?，F象。

4.2　包裹粉加料

改進后，大部分包裹粉包裹在成品顆粒表面；現場觀察，包裹筒內粉塵大幅減少；經實際檢測，包裹筒內粉塵質量濃度平均值由2 132 mg/m3降至52.5 mg/m3(表1)，大幅降低了除塵器的負荷，后處理工段操作環境明顯改善。

表1改進前后包裹筒粉塵質量濃度實測數據對比

檢測日期粉塵質量濃度/(mg·m-3)1#2#平均值2014-08-01(改進前)2 1122 1522 1322014-08-14(改進后)594652.5

4.3　產品防結塊性能

經實際測定，改進前后產品剪切力分別為17.95 N/顆和11.55 N/顆，以此計算，產品的防結塊性能提高了35%左右。

4.4　經濟效益

改進前，年因結塊退肥平均數量在2 000 t，

退肥加工費(含運費與制造成本)800元/t。改進后，實現零退肥，節約退肥加工費160.00萬元/a；改進后，回收包裹粉60 kg/h，價值77.80萬元/a；改進后，節省清理人工工時1 h/班，年節省人工工時1 800 h，價值2.25萬元/a；以上經濟效益合計超過240.00萬元/a。

5　結語

通過對復合肥后處理工藝中存在的問題進行分析，確定了影響產品防結塊質量問題的癥結所在，并研發出獨特的包裹劑和包裹粉加料裝置。改進后的包裹劑加料裝置兼顧了包裹劑的分散性和加入量，改善了防結塊劑的涂覆效果，提高了產品防結塊質量。改進后的包裹粉加料裝置為適應現場工況的新螺旋輸送機，其中變螺距、填充系數、轉速等參數根據包裹粉物料性質設計，具有防堵、防雜物卡阻、防設備變形等一系列功能。通過改進，滿足了先加包裹劑后加包裹粉的工藝要求，也實現了設備長周期、無故障運行，保證了產品防結塊質量，實現了零退貨，收到了良好的經濟和環保效益。