高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥的工艺技术

高塔熔体造粒技术是世界复合肥行业一种先进的生产工艺。高塔造粒复合肥采用全自动电脑控制配料系统，以熔体尿素、磷、钾等原料，经充分溶合后，从高塔顶部喷淋而下，经空气自动冷却结晶而成为颗粒，其技术指标达到世界同行先进水平，具有以下5项优点:(1)颗粒均匀;(2)表面圆润光滑;(3)水分含量低、结块率低;(4)每一个颗粒都有针状融化孔，融化速度快;(5)水溶率高，施用肥效与转鼓造粒的尿基肥更好。

高塔复合肥采用先进熔体新工艺，客服并转变了传统尿素熔融的转鼓造粒生产工艺中的有害物质缩二脲含量的缺点，改变了工艺及流程，改善了生产环境。以固体尿素或硝铵磷经电脑计量熔化后的溶液与固体的磷酸一铵、硫酸钾或氯化钾、添加剂填充料等原料在混合槽加温混合后制成流动性较好的料浆，经旋转式差动造粒机造粒喷淋成液滴，液滴在从造粒塔顶下落的过程中与上升的冷空气接触被自然冷却固化结晶成颗粒，落于塔底部的收料斗及输送皮带，再经冷却、分筛、包膜、到成品料仓，经自动计量包装，成品入库；生产过程自动化程度相对较高，返料量相对较少、返料部分经过改造返料直接返回系统， 经过系统熔化后再生产，生产过程基本采用自动流程控制，操作环境好，无三废排放，属清洁生产工艺，粉尘浓度控制在100 mg/m³，高塔产品颗粒表面圆润光滑，颗粒有孔眼（是其它肥料所不具备的），不易结块，具有较强的市场竞争力。

 高塔复合肥具有以下特点：1、采用高塔熔体造粒工艺，产品性状好，品质稳定，颗粒圆润，色泽晶莹，有针状融化孔，天然防伪。产品水分含量低，溶解速度快，作追肥、冲施肥效果更好。2、营养丰富，配比合理。除含有作物必需的氮、磷、钾三大营养外，还富含钙、镁等中微量元素，养分均衡全面，充分满足作物需求，施用范围广，即适用于小麦、水果、水稻、玉米等粮食大田作物，而且适用于油菜、烟草、甘蔗、茶叶等经济作物，更适合于各种蔬菜、果树、药材等特殊用肥需要作物。利用率高，使用方便。3、本品是通过高塔造粒形成的高效复合肥，养分配比合理，能够满足不同作物各生长周期的需肥要求，它可作基肥、追肥、冲施肥。施用后作物长势稳健、根系发达、茎干粗壮、抗旱、抗寒、抗病虫害能力显著增强。不仅能提高作物单位面积产量，还能够提高农产品的品质。   

我们公司从设备、工艺等都加以了改进，可生产低氮高钾和硝硫基型复合肥。总之，高塔熔融喷浆造粒生产与传统的尿基复合肥生产相比，其工艺相应的提高了，并对工艺参数要求苛刻，特别是生产硝硫基型复合肥，对温度控制和其它工艺指标的控制要求相当严格，稍有不慎就能导致系统停车和其它安全事故的发生；造成不可估量的经济损失。现就技术、工艺原理及部分技改造的经验归纳如下。

1  高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥工艺
1.1  工艺原理

利用熔融尿素或硝酸磷、磷酸一铵、氯化钾或硫酸钾及填充剂等可以形成低共熔点化合物的特点，将预热后的粉状磷酸一铵、氯化钾或硫酸钾及填充剂与熔融后的尿液充分混合，通过反应生成流动性良好的N、P、K熔体料浆。该料浆通过专用喷头喷入造粒塔后，喷淋成液滴，液滴在从造粒塔顶下落的过程中与上升的冷空气接触被自然冷却固化结结晶成颗粒，落于塔底输送皮带，再经分筛从而获得养分分布均匀、颗粒形状良好的复合肥。达标颗粒，再进行颗粒表面处理、颗粒分级后进行计量包装，化验检测，入库成为合格产品，整个生产过程全部采用自动化控制。

该技术的关键点在于制备流动性良好的熔融料浆，那么制备流动性良好的熔融料浆溶液，就必须严格的控制好混合槽温度、料浆在混合槽内停留的时间及料浆液固比等，是工艺过程的主要参数，参数控制得好有助于降低料浆的黏度，保证其流动性，减少副反应，降低氨氮损失，使产品颗粒及养分均匀，表面光滑圆润，颗粒有孔眼多。

1.2         生产工艺及流程

我公司以尿素或硝酸磷、磷酸一铵、氯化钾或硫酸钾为主要原料添加填充剂为辅助原料，塔式熔融造粒制高浓度复合肥，1、主要原料入厂标准

   按《原料、辅料、包装物验收标准执行》。

固体尿素经尿素提升机提至尿素振动筛，去除杂质后进入尿素贮斗，经计量后进入尿素熔融器，熔融后的尿液进入缓冲进入一级混合槽；粉状氯化钾和磷酸一铵经人工拆包后各自经提升机，筛分、计量后与填充剂一起经混料输送带进入混料提升机提至混料贮斗，经螺旋输送机进入混料加热器用蒸汽预热。预热后的物料进入1#混合槽中，在此与尿液充分混合后再进入2#混合槽，混合后的熔融料浆进入造粒塔造粒；从塔顶喷洒下来的料浆通过空气自动冷却在塔底成型后经小漏斗进入输送带输送到冷却机，冷却处理后，由提升机提至转筒筛筛分，成品再经包膜处理后进入自动包装机包装入库；大颗粒与细粉返回塔顶重新回收造粒；冷却尾气经尾气风机、旋风除尘器、洗涤后排放。另外，在造粒机前的过滤槽内加微量的碳酸轻氨、明矾等（甲醛）是为了提高产品外观质量；设计冷却机和包膜机设备，是为了使肥料充分冷却后包膜，避免成品肥料结块，设计增加1套包膜机系统，对防结块剂的使用是通过电子皮带计量秤计量成品流量从而控制防结剂计量泵的流量，（使防结块剂能根据成品量的大小达到控制防结剂的流量）使之均匀喷雾防结剂达到成品防结块的处理效果。

1.3  主要设备

1.3         工艺参数

1.4         1.4.1  固体尿素输送、熔融及泵送岗位

尿素：w（N）≥46％，w（H2O）≤1.0％，颗粒状，尿素熔融温度不能超过130℃，因为尿素熔液温度超过130℃时及易产生缩二脲（缩二脲应小于1.5%，因为缩二脲对作物的根系生长有明显毒害作用）, 由尿素熔融岗位负责管理控制

制剂后的料浆温度：夏季120～125℃；冬季122～127℃  由塔上中和控制岗位负责管理控制

磷酸一铵：w（N）≥10％，w（P2O5）≥45％-48％，w（H2O）≤1.5％，粒度≤0.8mm占90％

氯化钾：w（K2O）≥60％，w（H2O）≤1.5％，粒度≤0.8mm占90％

硫酸钾：w（K2O）≥50％，w（H2O）≤1.5％，粒度≤0.8mm占90％

填充剂（白云石或碳酸钙粉）：细度≥200目（0.175mm）占100％，w（H2O）≤1.5％

1.4.3        混料加热岗位

按工艺配方对混料进行计量。

混料加热器物料控制温度：夏季60～70℃；冬季70～90℃。

1.4.4        混合及造粒岗位。

1）          混合槽熔融料浆温度：夏季为1#槽115～125℃，2#槽110～120℃；冬季为1#槽125～132℃，2#槽115～125℃。

2）          造粒成品颗粒粒径：国标为1～4.5mm，要求＜1mm的细粒少于3％。我们公司为了确保颗粒外观的均匀度将标准提高到2.8～4.2mm

以上工艺参数是针对含氯基复合肥。含硫基复合肥的工艺参数与含氯基复合肥工艺参数不同。对于含氯基的复合肥因配方不同，其工艺参数也有区别，常常需根据具体情况进行调整。

2                            装置主要设备功能及特点

2.1  配料秤

本生产装置的原料配料系统选用了集控变频调速配料系统，实现自动配料，确保产品养分比例。

集控变频调速配料系统的功能特点是：应用电子皮带秤，保证计量精确；计算机主机应用正压防尘机箱，适合于NPK复合肥的生产厂所；彩色 CRT显示，全中文界面、集中控制和生产工况的显示，便于生产操作和管理；自动声光超限报警，模拟图形显示；工业级I／O板应用，设备稳定可靠，抗干扰能力强；采用变频调速技术，节能降耗。

2.2  斗式提升机
    选用TH系列钢丝胶带斗式提升机，机身高度108米，其特点是：提升物料适用范围广泛，不仅能提升各种粉状和粒状物料，而且对提升高度适应能力强，最大提升高度可达120m，对物料温度要求不大于120℃，如超过120℃可采用耐高温胶带制造；输送能力大，提升输送量范围为10～480m3／h；采用变频驱动、功率小，节省能源，此类提升机采取流入式喂料，重力离心式混合卸料，物料提升过程中几乎无回料和挖料现象；钢丝胶带与驱动滚筒为柔性接触，无磨损，运行平稳，功能消耗低；密封性好，对环境无污染，操作环境洁净，噪声低。

2.3  HZPKJ－020混抖加热器

2.3.1  混料加热器的工作原理

该加热器是复合肥专用加热器，属间接传导型连续加热设备。被加热物料由设备上盖上方的加料口进入设备，物料在自重及轴旋转搅拌的作用下向出口逐渐移动；物料在向前移动的过程中与设备加热界面——中心轴及夹套内壁充分接触（中空轴通高压蒸汽，在器身内安置换热器），进行热量交换；符合要求的混合热物料从设备下部的出口排出。

 加热过程中应满足：物料不能出现团聚、结块、结片等现象；物料的加热温度稳定，温度的波动范围应控制在±3℃之内；物料通过加热器后，流量稳定；物料加热时，不能出现物料的分解现象；当混合槽出现工艺波动时，加热器具有储料和立即停料功能；粉体物料在加热过程中，应控制物料的粉尘污染。

该加热器设备紧凑，占地面积小；热效率高，能耗及操作成本低；被加热物料在中空轴的作用下，不断地被搅拌，瞬时更新热界面，保证了物料与设备的加热界面充分接触和物料加热的均匀性，同时，有效地防止了物料在加热过程中的闭聚与结块等现象；设备的尾气排放少，对环境污染小，尾气的处理简单易行；设备的安装及调试简单；低速运转设备噪声不超过85db。

2.3.2  混料加热器的特点
    采用间接传导加热方式，不污染物料，并且换热效率高，最高可达90％；操作弹性大，在物料与轴及夹套热量传递的过程中，通过调节设备安装倾角、加料量和出料口的高度，可以调节物料在设备内的停留时间，通过调节蒸汽压力，可以调节物料加热温度；设备连续运转，适用于规模化生产；采用拼装积木式上盖，操作灵活，维修简单，易于更换备件；密闭操作，无粉尘污染。

2.3.3  混料加热器的结构

HZPKJ－020加热器由两组相对旋转的中空轴（加热界面）、带夹套的器身（加热界面）、上盖、传动系统和蒸汽管路系统组成。

中空轴：由主动轴和被动轴组成，两轴由齿轮啮合作相对转动；两轴都装有数组带一定倾角的扇形叶，并由蒸汽提供热源；在运转时搅拌、混合物料，进行热交换。

器身：在器身外表设有夹套，运行时通入蒸汽；在器身尾部下方，开有小料口，用于卸料。

上盖：上盖能使加热过程密闭进行，热效率高，并改善操作环境；上盖上设有进料口、尾气出口、人孔和观察孔。

传动系统：由电机、联轴器和减速机组成，再经过链轮副驱动设备运行。

蒸汽管路系统：夹套和轴都有蒸汽进口和冷凝水出口，轴的管线系统带有旋转接头和金属软管，确保在两轴旋转时蒸汽管路系统的正常运行。

2.3.4        混料加热器的主要技术特性

设备外形尺寸：7500mm×2215mm×2250mm

操作压力：夹套、轴内≤0.3MPa；设备内为常压   

操作温度： 夹套、轴内、设备内均≤130℃

中空轴转速：约12r／min

电机功率：37kW

2.4  CD－CT3／ZKL造粒机

2.4.1  造粒机的工作原理

由于熔体法复合肥工艺的三元素物质在熔融混合过程中其黏度是纯尿素熔液的数千倍，其流动性很差，且含有相当数量的固体悬浮颗粒，故一般的喷淋造粒方法无法保证喷孔不被堵塞。常规的离心喷头采用加大喷孔直径的方法乃不能解决喷孔被堵塞的问题；我公司选用大直径喷孔的差动双速旋转造粒机。

与以往离心式造粒机原理截然不同，差动式双速旋转造粒机由两套独立的传动机构以及供料系统和电器控制组成，每个传动机构由相应的变频电源对其转速和转向进行无级控制。两套机构在同一轴心上差动工作（亦可同步）：一套负责将高黏度的带有固相颗粒的熔融液平均分配给造粒喷头的每个喷孔；另一套则负责将熔融液从喷头喷射到塔筒内，射出的熔融液遇空气阻力断裂收缩成一定直径范围的球形颗粒（与冰雹的形成相似）。高黏度的熔融液极易堵塞造粒喷头的喷孔，所以我们必须抓好投料的管理使杂质、杂物不得进入系统，才能较长时间不被堵塞以满足连续生产的要求，（若发现喷头堵塞必须及时更换备用造粒机，差动造粒喷头2套（1开1备）），喷头孔径必需能制造出工艺要求的一定直径范围的球形颗粒。差动造粒独特的造粒原理可令从D直径喷孔射出的液柱断裂为D／2球径的颗粒，而通常的造粒方法则不能做到这一点。

2.4.2        造粒机的工作特点

双电机、双主轴、二轴同心设置、通过传动机构带动造粒喷头和物料分配装置；此结构可令高黏度、含有固相颗粒的熔融物料较容易的通过造粒喷头，在工艺保证的前提下长时间不堵喷头。

2.4.3        造粒机的结构

差动造粒机2台（1开1备），差动造粒喷头2套（1开1备），造粒机快换支架1套，电控部分1套，切换造粒机省时、省力、安全。整个切换时间小于5分钟且不需任何通用或专用的工具。

造粒机易位切换的工艺步骤

1.    停止供料。

2.    关闭混合装置的专用阀。

3.    蒸汽吹除专用阀、进料管和造粒喷头。

4.    反向旋转快装手轮令进料管与造粒机分离。

5.    正向拉动工作机上方的手拉葫芦。升起工作机直至确认造粒机已被支架上方的挂钩完全挂住，再反向拉动链条使葫芦松劲。

6.    将支架旋转180度

7.    正向拉动葫芦链条使造粒机上升数毫米，向下板动挂钩脱离手柄令挂钩与造粒机分离。

8.    反向拉动葫芦链条使造粒机下降至工作位置，此时随着配重快的上升，挂钩脱离手柄将自动回位。

9.    正向旋转快装手轮令进料管与造粒机结合。

10.             蒸气预热专用阀、进料管和造粒喷头。

11.             打开混合装置阀门，开始供料。

造粒机喷头的性能及特点

造粒量（正常）：28t/h，最大30t/h，最小25t/h；粒子合格率：大于φ1.0mm的占总量的90％以上；喷头供料方式：侧供料；喷头布料方式：L型筋板复合布料；喷头调速方式：变频无级调速；喷头锥形整体旋压成形，材质为321；成品颗粒强度大于20N。

2.5                  冷却机

复合肥生产装置的冷却机一般采用转鼓冷却机或流化床冷却机。流化床冷却机具有尺寸小、布置灵活、不易将产品破碎等优点；但操作弹性小，产品颗粒均匀度要求高。相反，转鼓冷却机操作弹性大，产品均匀度要求低，运行稳定可靠。因此，我们选用转鼓冷却机。

 高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥的技术改造
3.1  尿素熔融器与尿熔缓冲槽的技术改造
    原设计在尿素熔融器上没有排气系统，尿素由于在加温熔化过程中所产生的水蒸气和少量氨气无法外排导致尿素含水分超标、操作环境也相对较差，导致成品含水分超标。为解决此问题，我们在尿素熔融器上部增加了一套φ325mm×17000mm排气系统、将尿素由于在加温熔化过程中所产生的水蒸气排出塔外。

尿液泵是高塔熔融喷浆造粒生产复合肥的关键设备之一，为保障其正常运行，尿熔缓冲槽中之尿液必须无杂质。现在的尿熔缓冲槽没有设计过滤单元，因此，在尿熔缓冲槽特定的部位增设过滤单元，过滤除去如线头等杂物。（石桥驿总部在此基础上进行了改进直接将固体尿素提升上塔融化生产，从而取消了尿液泵，大大的降低了由于尿液泵故障不上液造成停车的几率）。

3.2         混合槽的运用和改造

混合槽是高塔熔融喷浆造粒生产复合肥的核心设备，在生产中2个槽的底部连接管线为φ89mm且不保温，易堵塞，混合槽搅拌机直线型螺旋桨存在搅拌不匀。针对此问题，我们在两个混合槽中部及上部增加了φ159mm管线并进行了蒸汽夹套保温，把2个槽的底部连接管线由原φ89mm改为φ159mm，并进行蒸汽夹套保温；对3组直线型螺旋桨进行了优化设计：在长度不变的条件下改成向上翘半圆型，这样一来可以减少阻力，搅拌均匀，同时最大限度减轻搅拌物料溅到器壁的现象，因料浆溅到器壁后结块，在振动或温度变化时，结块料浆就会脱落堵塞管道，导致系统停车，这是打通全系统工艺之关键。通过改造，一是打通了全系统工艺；二是杜绝次品及半成品，降低生产成本；三是提高了成球率，减少了扁平颗粒与细粒；四是料浆混合均匀，提升了成品内在质量；五是确保2h换一次喷头，提高了塔的利用率及产能。

3.3         对造粒塔下部小漏斗的技术改造

全国生产熔体复合肥的造粒塔，塔高均在90m以上，我公司山东菏泽塔高118米，直径18米；石桥驿总部塔高95米，直径15米；塔上部81米处为喷浆造粒层，颗粒喷浆造粒喷出后从塔顶自由下落是靠空气自然冷却结晶而成，在此过程中如自然冷却效果不好，颗粒没有完全凝固，强度不够，颗粒与小漏斗相碰就会形成很多扁粒或破粒，所以塔体必须保持良好的通风状况，落到塔下部离地面3.6m的接料斗,（原山东菏泽高塔是锅形接料斗，物料落下后再由双臂式刮料机收集后，由一台皮带机直接传输至分筛机；石桥驿总部塔高是由4个梯形接料斗收集直接落入4条皮带输送机，再由一条收集皮带传送到冷却机进行冷却处理）。

颗粒从塔顶自由下落是靠自然冷却，在此过程中如自然冷却效果不好，颗粒没有完全凝固，强度不够，颗粒与小漏斗相碰就会在此处结疤，重则使系统停车，轻则影响产品外观质量。
3.4  防止成品结块

   3.4.1 、成品含水量与诸多因素有关，除自然因素外，混合槽、混合加热器等设备设计性能很关键。我们在混合槽上部新增1根φ219mm自然抽风筒，对混合加热器改造除尘抽风机管道，由原来的φ219mm改为φ325mm。改造后，提高了除湿效果，大大降低造粒塔通风阻力，使成品中的水分由原来的1.8％以上，降为1.0％以下；

3.4.2、为了避免成品肥料结块，设计增加1套包膜机系统，对防结块剂的使用是通过电子皮带计量秤计量成品流量从而控制防结剂计量泵的流量，（使防结块剂能根据成品量的大小达到控制防结剂的流量）使之均匀喷雾防结剂达到成品防结块的处理效果；

3.4.3、冷却主要是直接将塔上抛洒下来的65℃～85℃的颗粒肥料半成品，在冷却风机和冷却机的作用下，采用逆流冷却方式，物料从进料端进入筒体，由旋转叶片推向扬料板，使物料在机体内回转及风机抽风作用下作抛散和纵向的运动过程中，进行热交换，从而快速将颗粒物料半成品冷却到接近常温，使产品能在低温的情况下进行分筛、包膜、包装，防止产品在储、运过程中结块，有效控制了成品的结块率，达到了防结效果。

涂膜要达到防结块效果，必须严格控制好成品水分、降低成品温度，根据不同的产品规格、严格按照规定的用量均匀的喷雾包膜。