周劍波

(中國(guó)-阿拉伯化肥有限公司　河北秦皇島　066003)

防結(jié)塊性能不僅是復(fù)合肥產(chǎn)品重要的質(zhì)量指標(biāo)之一，而且肥料一旦結(jié)塊會(huì)給施用帶來很大的不便。在復(fù)合肥生產(chǎn)中，后處理工藝是先在肥料表面涂上一層防結(jié)塊包裹劑，再涂一層包裹粉，而加料裝置運(yùn)行狀況直接關(guān)系到包裹劑和包裹粉在肥料表面的涂覆質(zhì)量，這是在保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量(產(chǎn)品水分含量、強(qiáng)度、顆粒圓潤(rùn)度、養(yǎng)分形態(tài)等)的前提下，產(chǎn)品防結(jié)塊性能的重要保證。

中國(guó)-阿拉伯化肥有限公司(以下簡(jiǎn)稱中阿公司)采用先進(jìn)的管式反應(yīng)器噴漿造粒工藝，可保證復(fù)合肥產(chǎn)品具有養(yǎng)分精度和強(qiáng)度高、水分含量低、流動(dòng)性好、養(yǎng)分形態(tài)合理的特點(diǎn)，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)均高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。盡管如此，中阿公司也曾經(jīng)一度出現(xiàn)有較大量的復(fù)合肥因結(jié)塊而返廠的情況，尤其是一些硝態(tài)氮含量高的品種。返廠的肥料需重新送入生產(chǎn)裝置進(jìn)行再加工，不但消耗大量的人工、能源等，也給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

1　技改背景

后處理工段處于中阿公司復(fù)合肥生產(chǎn)的末端，其作用是對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行包膜處理，防止復(fù)合肥在存放和運(yùn)輸過程中出現(xiàn)吸潮、結(jié)塊現(xiàn)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(diǎn)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(jié)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(yè)環(huán)境造成極大污染；冬季氣溫低時(shí)，包裹劑在包裹筒中快速遇冷后更不易分散，凝結(jié)成塊狀的包裹劑黏結(jié)于肥料表面，經(jīng)常出現(xiàn)黃色顆粒，影響了產(chǎn)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(tǒng)，只能作為價(jià)值不高的填料回收利用，造成了巨大的浪費(fèi)；甚至有一部分包裹粉被吸入冷卻工段并進(jìn)入流化冷卻床中，然后被冷卻風(fēng)機(jī)送至洗滌系統(tǒng)，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(qū)的周邊環(huán)境。

針對(duì)后處理工段存在的問題，中阿公司曾多次組織技術(shù)力量進(jìn)行攻關(guān)，但效果均不理想，如：在包裹劑管道上通入壓縮空氣對(duì)包裹劑進(jìn)行霧化，但由于包裹劑被霧化得過細(xì)，導(dǎo)致大量細(xì)小的包裹劑霧滴被抽吸至除塵風(fēng)道；嘗試使用長(zhǎng)距螺旋輸送機(jī)，卻頻繁出現(xiàn)堵料、卡阻等現(xiàn)象。

2　原因分析

2.1　后處理工藝概況

經(jīng)流化床冷卻器冷卻后的復(fù)合肥靠重力進(jìn)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(jì)量泵經(jīng)噴嘴噴在包裹筒內(nèi)滾動(dòng)的料床上。包裹粉由料倉(cāng)經(jīng)螺旋輸送機(jī)送入包裹筒的下料溜槽中，與肥料顆粒混合后落在包裹筒內(nèi)。

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(shè)置在包裹機(jī)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(jīng)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(diǎn)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(jìn)入包裹筒內(nèi)，包裹劑在包裹粉與成品顆粒的混合物上進(jìn)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(rùn)后的包裹粉附著力下降，更易脫落，結(jié)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(shí)間短

由于包裹筒內(nèi)未設(shè)置擋料裝置，致使包裹粉沒有充分的時(shí)間在肥料顆粒表面進(jìn)行包裹，從而影響了包裹效果。

3　改進(jìn)措施

3.1　改進(jìn)包裹劑的加入方式

包裹劑的加入方式由一點(diǎn)噴射改為多點(diǎn)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(shè)置了5個(gè)可拆卸的螺旋噴嘴，噴嘴孔徑可通過更換噴頭進(jìn)行調(diào)整。整個(gè)加入管段設(shè)蒸汽夾套，保證伴熱至噴射終端。夾套管設(shè)計(jì)成半圓形，噴射管上半部在夾套內(nèi)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(shí)發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)和更換噴嘴。噴嘴與油管采用螺紋連接，可以隨時(shí)進(jìn)行拆卸、調(diào)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(jìn)包裹粉的加入方式

3.2.1改進(jìn)包裹粉的落點(diǎn)

將包裹劑和包裹粉同時(shí)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(jìn)包裹粉加料裝置

針對(duì)螺旋輸送機(jī)螺旋長(zhǎng)而易變形、易堵、不易維修等弊端，通過分析發(fā)現(xiàn)：①螺旋的填充率、轉(zhuǎn)速、螺間距等關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)根據(jù)包裹粉的特性設(shè)計(jì)；②螺旋葉片采用變螺距設(shè)計(jì)，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(jī)頭部加料端設(shè)置接料箱用于收集雜物，中部位置設(shè)置排料口以便于檢修時(shí)排料；④新增加料螺旋與上級(jí)螺旋聯(lián)鎖控制，在新增螺旋停運(yùn)時(shí)，上級(jí)螺旋亦停止運(yùn)行，同時(shí)在螺旋軸驅(qū)動(dòng)端安裝速度檢測(cè)裝置并聯(lián)鎖停，實(shí)現(xiàn)螺旋在初始卡阻時(shí)就聯(lián)鎖停車，避免出現(xiàn)堵死現(xiàn)象；⑤加料螺旋帶傾角安裝，并設(shè)置翻蓋的外殼，便于螺旋內(nèi)部堵塞時(shí)可隨時(shí)打開清理。包裹粉加料裝置改進(jìn)示意如圖2所示。

圖2　包裹粉加料裝置改進(jìn)示意

3.2.3包裹筒中增設(shè)擋圈

在包裹筒中距包裹粉落點(diǎn)2 m處增設(shè)擋圈以延長(zhǎng)成品顆粒黏附包裹粉的時(shí)間，使其充分涂覆黏接，以提高包裹粉的黏結(jié)強(qiáng)度。

3.2.4設(shè)計(jì)內(nèi)容與關(guān)鍵數(shù)據(jù)

(1) 螺旋輸送機(jī)給料量

按噸復(fù)合肥包裹粉用量3 kg、最大生產(chǎn)能力100 t/h計(jì)算，包裹粉最大用量為0.3 t/h，螺旋輸送機(jī)給料量按式(1)計(jì)算：

Q=15π·(D-d)·S·n·φ·ρ·C

(1)

式中：Q——螺旋輸送機(jī)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(zhuǎn)速，為21 r/min；

φ——填充系數(shù)，包裹粉為0.33；

ρ——物料密度，包裹粉取0.68 t/m3；

C——傾角系數(shù)，5%內(nèi)取0.97。

經(jīng)計(jì)算，Q=0.3 t/h，符合要求。

(2) 螺旋轉(zhuǎn)速

螺旋轉(zhuǎn)速n不能超過其極限轉(zhuǎn)速Nj,即：

(2)

式中：A——物料的綜合特性系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，Nj=90 r/min，即螺旋最大轉(zhuǎn)速不得超過90 r/min。

(3) 螺旋軸功率

螺旋軸功率按式(3)計(jì)算：

N0=Q(ω0·L+H)/367

(3)

式中：N0——螺旋軸功率，kW；

ω0——物料阻力系數(shù)，包裹粉為1.1；

L——水平投影長(zhǎng)度，為3 m；

H——垂直面投影長(zhǎng)度，取0 m；

經(jīng)計(jì)算，N0=0.002 7 kW。計(jì)算得到的軸功率很小，其原因是輸送量很小。結(jié)合中阿公司目前的實(shí)際情況，螺旋輸送機(jī)的電機(jī)功率選2.2 kW較為適宜。

(4) 螺旋葉外徑與筒體內(nèi)徑的間隙

按國(guó)家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《螺旋輸送機(jī)》(JB/T 7679—1995)中表4的規(guī)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(jù)現(xiàn)有螺旋輸送機(jī)的使用情況，選定間隙為5 mm。

(5) 包裹筒內(nèi)部螺旋輸送機(jī)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(shè)計(jì)

螺旋葉片采用變螺距設(shè)計(jì)，前1/3節(jié)段的螺距采用110 mm，1/3～2/3節(jié)段采用110～140 mm的漸變螺距，后1/3節(jié)段的螺距采用140 mm，出料口后反向3/4螺距。

(7) 螺旋輸送機(jī)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)輸送能力0.06～0.30 t/h，正常轉(zhuǎn)速為21 r/min，右旋，輸送距離2.5 m。筒體Ф 159 mm×6 mm，輸送長(zhǎng)度全長(zhǎng)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(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速1 485 r/min，功率2.2 kW。單級(jí)擺線針輪減速機(jī)速比為71。

(8) 防長(zhǎng)螺旋變形的安裝設(shè)計(jì)

在包裹筒內(nèi)，沿軸向布置鋼結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)入口位置以及中部位置設(shè)置排料口，便于檢修時(shí)排料。

(10) 有利于檢修的盤車裝置

螺旋軸采用中空結(jié)構(gòu)，兩端配實(shí)心軸，支撐軸承采用LSII樣式。輸入端和輸出端設(shè)計(jì)盤車盤，便于檢修時(shí)手動(dòng)盤車。

(11) 控制方式

設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)控制柜(不銹鋼外殼)，配置起停按鈕、正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)、低轉(zhuǎn)速報(bào)警(燈)、運(yùn)行燈等。本機(jī)與上級(jí)螺旋給料器聯(lián)鎖，在本機(jī)停運(yùn)時(shí)，上級(jí)螺旋亦停止加料。在螺旋軸驅(qū)動(dòng)端安裝速度檢測(cè)裝置并聯(lián)鎖停，同時(shí)將低速報(bào)警(<5 r/min)信號(hào)引至中控室。中控室控制遠(yuǎn)程啟停，不設(shè)置開啟聯(lián)鎖，但設(shè)置與包裹筒停機(jī)聯(lián)鎖，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置手動(dòng)和遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換開關(guān)。

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(jìn)效果

4.1　包裹劑加料

改進(jìn)后，包裹劑分散效果良好，通過檢測(cè)，包裹率達(dá)到100%。通過對(duì)3個(gè)月的包裹劑加入量累計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包裹劑的加入量達(dá)到消耗足量要求，冬季再未出現(xiàn)黃色顆粒現(xiàn)象。

4.2　包裹粉加料

改進(jìn)后，大部分包裹粉包裹在成品顆粒表面；現(xiàn)場(chǎng)觀察，包裹筒內(nèi)粉塵大幅減少；經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，包裹筒內(nèi)粉塵質(zhì)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(fù)荷，后處理工段操作環(huán)境明顯改善。

表1改進(jìn)前后包裹筒粉塵質(zhì)量濃度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

檢測(cè)日期粉塵質(zhì)量濃度/(mg·m-3)1#2#平均值2014-08-01(改進(jìn)前)2 1122 1522 1322014-08-14(改進(jìn)后)594652.5

4.3　產(chǎn)品防結(jié)塊性能

經(jīng)實(shí)際測(cè)定，改進(jìn)前后產(chǎn)品剪切力分別為17.95 N/顆和11.55 N/顆，以此計(jì)算，產(chǎn)品的防結(jié)塊性能提高了35%左右。

4.4　經(jīng)濟(jì)效益

改進(jìn)前，年因結(jié)塊退肥平均數(shù)量在2 000 t，

退肥加工費(fèi)(含運(yùn)費(fèi)與制造成本)800元/t。改進(jìn)后，實(shí)現(xiàn)零退肥，節(jié)約退肥加工費(fèi)160.00萬元/a；改進(jìn)后，回收包裹粉60 kg/h，價(jià)值77.80萬元/a；改進(jìn)后，節(jié)省清理人工工時(shí)1 h/班，年節(jié)省人工工時(shí)1 800 h，價(jià)值2.25萬元/a；以上經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)超過240.00萬元/a。

5　結(jié)語

通過對(duì)復(fù)合肥后處理工藝中存在的問題進(jìn)行分析，確定了影響產(chǎn)品防結(jié)塊質(zhì)量問題的癥結(jié)所在，并研發(fā)出獨(dú)特的包裹劑和包裹粉加料裝置。改進(jìn)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(jié)塊劑的涂覆效果，提高了產(chǎn)品防結(jié)塊質(zhì)量。改進(jìn)后的包裹粉加料裝置為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況的新螺旋輸送機(jī)，其中變螺距、填充系數(shù)、轉(zhuǎn)速等參數(shù)根據(jù)包裹粉物料性質(zhì)設(shè)計(jì)，具有防堵、防雜物卡阻、防設(shè)備變形等一系列功能。通過改進(jìn)，滿足了先加包裹劑后加包裹粉的工藝要求，也實(shí)現(xiàn)了設(shè)備長(zhǎng)周期、無故障運(yùn)行，保證了產(chǎn)品防結(jié)塊質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了零退貨，收到了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。