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流化床造粒机温度的控制-技术文献-中华造粒设备网
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流化床造粒机温度的控制

信息来源:中华造粒设备网 | 发布时间:2009-6-2 15:04:57
    摘要 介绍了中海石油化学股份有限公司二期化肥装置海德鲁大颗粒尿素流化床造粒机的温度控制要点,操作控制上的注意事项。
    关键词 流化床 造粒 温度 蒸发

    中海石油化学股份有限公司二期化肥装置设计生产规模为年产450 kt 合成氨、800 kt 尿素,于2003 年9 月底正式建成并投产。该装置生产大颗粒尿素的造粒工艺是采用挪威海德鲁的流化床技术。该技术在国内大型尿素装置中首次应用是在1996 年投产的中海石油化学股份有限公司一期化肥装置。造粒机是整个大颗粒造粒装置中的核心设备,造粒机运行情况的好坏直接决定了尿素产品的质量,同时造粒机的运行工况也决定了尿素造粒的运行周期。影响造粒机运行状态的因素很多,其中造粒机的床层温度将直接影响尿素的粒子抗破碎强度、缩二脲、水分等产品质量指标。由于2 套大颗粒造粒装置的工艺差别不大,该文仅对二期化肥造粒装置中的流化床造粒机的温度控制加以探讨。

1  造粒机的工作原理

    造粒机基本上是一个空的容器,包括尿素颗粒形成的流化床层。它由多孔板、下壳体、喷嘴、上壳体等部件组成,上壳体由隔板分为6 个室。在造粒机里,从蒸发系统送过来的浓度为96 %左右的尿素溶液和添加剂UF 溶液均匀混合后,通过312 个喷嘴被雾化空气雾化以后喷涂在晶种上面累积形成尿素颗粒。晶种是在造粒后系统筛分出来返回到造粒机的小颗粒尿素及大颗粒破碎尿素,这些作为晶种的尿素被流化空气流化在造粒机里呈沸腾状。在前3 室里产生的大小不一的尿素颗粒,在流化空气的作用下经过后3 室的冷却后进入第一流化床冷却器作进一步的冷却,然后进入后续工序继续处理。
    流化床造粒机内6 个室的温度各不相同,正常情况下第二室的温度(TI3532) 最高,设计温度为104~108 ℃。第一室由于有温度较低的晶种加入,所以该室温度(TI3531) 要比第二室的温度低2~4 ℃,第三室由于有第四室部分冷料返回的影响,造成第三室的温度(TI3533) 也要比第二室的温度低2~4 ℃。而第四、第五、第六室由于没有尿素溶液和雾化空气加入,只有流化空气冷却,因此这3 室的温度通常分别在102 ,100 ,95 ℃左右。正常生产时,造粒机的温度是以第二室的温度为控制点。温度控制的重要性,是考虑了以下几个因素:
    1) 温度太高,直接带来的不良后果有: ①粉尘太多。由于造粒机内部温度控制的过高,使得很多被雾化的尿素液滴在没有遇到晶种之前就已经蒸发凝固了。这些过量的尿素粉尘会加大洗涤回收系统以及蒸发系统的负荷,从而增加单位尿素产量的能耗。②造粒机内部温度过高,会使部分尿素颗粒在多孔板上熔融,形成片状尿素,严重时会堵塞喷头。③产品中水分含量偏低,尿素抗破碎强度降低。
    2) 温度太低,直接带来的不良后果有: ①雾化的尿素液滴过早冷凝或部分冷凝,这些提前凝固的尿素液滴对于晶种的粘附效果不好,造成产品抗破碎强度降低。②产品中水分含量超指标。

2  影响造粒机床层温度的因素及处理措施

    1) 尿素溶液的温度。正常生产时,蒸发尿素溶液的温度控制在128~130 ℃。尿素溶液的温度升高,造粒机的床层温度也会升高;同样当尿素溶液的温度降低时,造粒机的床层温度也会相应降低。由于蒸发的温度对尿素产品中的2 个非常重要的质量指标———水分、缩二脲的影响很大,因此蒸发的温度应该在厂控指标范围内根据实际产品中的水分、缩二脲数据进行调整。在满足水分含量不超标的情况下,若缩二脲含量偏高,则应将温度控制在指标范围内的低限,反之则可将温度适当提高,因为温度太低,产品中水分就难以保证。当然影响尿素产品中水分含量的因素还很多,包括蒸发的真空度等。
    2) 蒸发的真空度。众所周知,真空蒸发对于尿素溶液的浓缩是非常有利的,当蒸发的压力降低后,同等的蒸发效果在较低的温度下就可以达到。蒸发条件的选择依据是在一定的蒸发温度(尿素产品中缩二脲、水分含量决定) 下,蒸发的真空度尽可能高而且保证尿素溶液不会进入饱和区而发生结晶危险。考虑到一定的安全系数后,蒸发的真空度一般情况下是与蒸发出液的温度相对应的,这样在能耗方面才能做到最为经济。根据尿素水溶液的蒸汽压图可知,在温度为130 ℃,蒸发真空度(绝压) 达到34 kPa 时就可以得到浓度为96 %的尿素溶液。因此一期化肥装置尿素蒸发的设计真空度为29 kPa ,设计温度为128~133 ℃,正常操作温度为130 ℃。而二期化肥装置尿素蒸发的设计真空度为25 kPa ,设计温度为135 ℃。同样的负荷及其他条件下,蒸发的真空度越高,尿素溶液浓度越高,造粒机的温度也会相应提高。反之造粒机的温度也会随着蒸发真空度的下降而降低。
    3) 流化空气风量。在其他条件不变时,提高流化空气风量,带走尿素结晶时放出的热量就越多,这将会降低造粒机的温度,反之降低流化空气的风量时,造粒机的温度会上升。由于地处于海南长年高温少雨的地区,空气温度高,因此绝大部分时间流化风机的风门都是全开的,只有在造粒负荷和空气温度都很低且低压蒸汽比较紧张的时候可以适当关小流化空气的风门来维持造粒机的温度。
    4) 流化空气温度。流化空气的温度正常生产时就是正常的气温。一般情况下不会对流化空气进行加热。但是在特别阴冷的天气或下大雨时会投用流化空气加热器,以确保造粒机的温度在正常指标范围内。
    5) 雾化空气温度。雾化空气的温度升高,造粒机的温度也会有所升高,反之雾化空气的温度降低时,造粒机的温度也会有所降低。正常生产时雾化空气的温度一般控制与蒸发的尿素溶液温度相同为宜。因为雾化空气是最先与尿素溶液进行接触的,温差过大就会使尿素溶液受冷或加热,这2 种换热都是不利的。温度过高,尿素溶液被加热会增加产品中缩二脲的含量;温度过低,尿素溶液提前被冷却,会使造粒机中粉尘大量增加。实际操作过程当中要经常检查进造粒机前的尿液和雾化空气的现场温度是否一致。
    6) 空气湿度。在下雨或空气湿度较大时,由于空气中夹带的水分较大,这些水分在造粒机内蒸发时需带走大量的热量,造成造粒机内的温度下降,此时应该及时投用流化空气加热器。
    7) 造粒机的料位。控制造粒机的料位高低对于造粒机的温度也能起到一定的调节作用。造粒机的温度过高时,可以适当降低造粒机的料位,这样就缩短了尿素颗粒在造粒机里的停留时间,使部分尿素颗粒内部的热量留到冷却器中再带走。反之在造粒机的温度过低时可以适当提高造粒机的料位的方式来调整。造粒机的料位高低对造粒机的温度调整幅度有限,一般情况下只是在其他调节手段都采用后仍然达不到效果时才采用。
    8) 造粒机各室的风量。造粒机各室的风量分配也有讲究,如果各室的风量分配不合适,也会影响造粒机的温度,从而影响尿素产品的质量。二期造粒机的前5 个室的设计流化空气风量分别是:前3 室为75 t/ h ,后2 室为69 t/ h。实际生产中各室风量可以根据造粒机各室的负荷进行适当调整,但是由于风门调节不是很方便,一般不做经常性调整。
    9) 造粒负荷。造粒机负荷较低时,由于蒸发尿液带入到造粒机的热量相对降低,因此在相同的天气条件下造粒机的温度会下降。为确保尿液中的水分能够正常蒸发,此时应根据需要投用流化空气加热器来提高流化空气的温度,使造粒机的温度在正常范围内从而确保产品的质量。例如在投用造粒前,需要投用流化空气加热器将造粒机的温度提高到70 ℃~80 ℃,在造粒机的负荷慢慢提高的同时,可以逐步降低流化空气的温度,直至停止加热。另外需要特别注意的是:由于蒸发负荷低,尿素溶液在蒸发的停留时间较长,缩二脲含量偏高,因此尿素溶液的温度应控制在设计指标的低限,即使造粒机的温度偏低,此时也不宜靠提高尿素溶液的温度来调整。
    造粒负荷较高时,由于尿素溶液带入到造粒机的热量多,造粒机的温度会升高。在夏季气温高而系统的负荷又特别高时,造粒机的温度是最难以维持在正常范围内的,如前面所述,工艺人员应该综合考虑该文所提到的影响因素进行调节。2007 年6 —7 月,由于海上平台的故障造成二期尿素造粒多次停车,而二期化肥装置还要消化一期化肥装置送过来的液氨,造成二期尿素造粒的负荷一直都处于较高的负荷运行。如何在高温季节延长高负荷下造粒机的运行周期,是当前二期尿素生产人员不得不面临的一大问题。

3  实例说明

    造粒系统调整前后运行数据对比见表1。



    从表1 可以看出,蒸发负荷达到了1371543 t/h ,已经超过了设计负荷13418 t/ h。尽管流化风机的风门已经开到最大,但是由于气温较高,流化风机入口空气温度已经达到了3317 ℃,此时单靠提高造粒机的流化空气风量已不足以降低造粒机的流化床层温度,造粒机的温度仍然高达11217 ℃。该温度大大超过了造粒机的设计温度,直接后果是尿素产品抗破碎强度降低,产品中尿素粉尘明显增多,成品散库中尿素粉尘增加非常明显。产品中缩二脲和水分的指标都低于厂控指标。
    通过降低蒸发的温度和真空度以及造粒机的料位,造粒机的温度下降了214 ℃左右,从成品散库来看尿素中的粉尘含量也有所降低,尿素产品的缩二脲含量、水分含量这2 个质量指标仍然大大低于优等品的控制指标。通过对比一期蒸发的数据,在确保产品质量的前提下,在这种高负荷下蒸发温度和真空度还有下调的空间,也就是说造粒机的温度还可以降低。

4  结束语

    造粒机的温度控制看似简单,实际上要想在不同的工况下控制在合适的范围内还是很有讲究的,特别是高负荷、气温高的条件下更难控制。由于影响造粒机温度的因素很多,这些影响因素和造粒机的温度一起又直接影响着尿素产品的质量。系统中的许多工艺指标都是为了确保产品质量不超标而设置的,因此造粒机温度的调整也应该紧密围绕尿素产品质量指标来进行。各个工艺参数的设计值是调节的基础,但是在不同的条件下还应该根据实际情况进行优化,必要时也可以突破厂控指标的限制,以克服不利的环境因素,确保产品的质量达到优等品的标准。

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