磷酸二銨造粒機(jī)改造提升產(chǎn)品質(zhì)量

廖國(guó)剛，陳豆林，鄧永達(dá)，鄭 映，潘自立，鐘 煬

（甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 福泉 550501）

甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司甕福化工公司（以下簡(jiǎn)稱公司）磷酸二銨裝置于1999年3月建成，最初為粒狀重過磷酸鈣（GTSP）裝置，后根據(jù)國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策并結(jié)合市場(chǎng)實(shí)際和裝置自身的特點(diǎn)，改造為磷銨裝置，主要生產(chǎn)粒狀磷酸二銨和磷酸一銨。經(jīng)過多年的生產(chǎn)運(yùn)行，部分設(shè)備及生產(chǎn)工藝控制已經(jīng)不能滿足當(dāng)下產(chǎn)品質(zhì)量的需求，產(chǎn)品質(zhì)量尤其是外觀質(zhì)量低于國(guó)內(nèi)同行業(yè)的其他生產(chǎn)裝置。

針對(duì)當(dāng)前狀況，研究對(duì)造粒工段部分設(shè)備升級(jí)改造，優(yōu)化工藝流程，從而增加生產(chǎn)控制的穩(wěn)定性和可操作性，最大限度提升產(chǎn)品質(zhì)量。

1 造粒工段改造

影響磷酸二銨產(chǎn)品外觀質(zhì)量的核心因素在于造粒工況，在操作控制參數(shù)不變的情況下，產(chǎn)品外觀質(zhì)量主要受到造粒機(jī)內(nèi)件布局、物料停留時(shí)間、返料比等方面的影響。為解決產(chǎn)品造粒穩(wěn)定性問題，對(duì)造粒機(jī)進(jìn)行局部整改，達(dá)到了生產(chǎn)需求，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。

1.1 增加物料停留時(shí)間

根據(jù)磷酸二銨的造粒工藝，對(duì)物料在筒體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)提出如下要求：物料在筒體內(nèi)能自然通過；物料在筒體內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時(shí)間，以完成必需的物理、化學(xué)反應(yīng)。磷酸二銨二次氨化的時(shí)間，僅是物料在筒體內(nèi)停留總時(shí)間的一部分，其余時(shí)間物料被掩埋在物料層下面，并未參與二次氨化。物料在光滑的圓筒內(nèi)所停留的時(shí)間，取決于筒體的長(zhǎng)度、直徑，筒體對(duì)水平面的傾角，筒體轉(zhuǎn)速，物料的自然休止角等，可以通過式（1）計(jì)算得到：

式中 α——筒體對(duì)水平面的傾角，2°；

θ——物料的自然休止角，35°；

n——筒體轉(zhuǎn)速，7.9 r/min；

L——筒體長(zhǎng)度，8.0 m；

D——筒體內(nèi)直徑，4.65 m；

t——物料顆粒在筒體內(nèi)的停留時(shí)間，min。

就當(dāng)前新建同等產(chǎn)能的磷銨裝置來看，轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)的尺寸選擇基本為4 000 mm×8 500 mm。結(jié)合新裝置的設(shè)計(jì)需求和現(xiàn)場(chǎng)查看安裝位置，決定將造粒機(jī)筒體增長(zhǎng)500 mm，考慮到施工難度，將造粒機(jī)從進(jìn)料端最近的一條焊接點(diǎn)進(jìn)行切割，即將進(jìn)料端1 800 mm的筒體加長(zhǎng)為2 300 mm，如圖1所示。

圖1 造粒機(jī)筒體示意

將造粒機(jī)筒體加長(zhǎng)500 mm（筒體長(zhǎng)度8 500 mm）后，由式（1）計(jì)算出造粒機(jī)內(nèi)磷酸二銨的停留時(shí)間為72.69 s，較加長(zhǎng)前（筒體長(zhǎng)度8 000 mm）停留時(shí)間（68.41 s）延長(zhǎng)4.28 s。

1.2 增加造粒返料比

磷酸二銨生產(chǎn)中造粒過程是影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)，磷酸二銨造粒主要有自成粒、黏結(jié)、涂布3種方式。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，來自返料系統(tǒng)的母料與管式反應(yīng)器噴出的料漿一起在造粒機(jī)中，生成合格的磷銨產(chǎn)品。為保證造粒效果和造粒過程的穩(wěn)定，需要選擇適當(dāng)偏大的返料比（返回系統(tǒng)物料量與取出產(chǎn)品量的比值）。600 kt/a磷酸二銨裝置本身是由400 kt/a GTSP裝置改造而來，部分設(shè)備的設(shè)計(jì)與600 kt/a磷酸二銨裝置要求不匹配，如果通過增加系統(tǒng)的循環(huán)量來增加返料比，需要增加系統(tǒng)全部設(shè)備的負(fù)荷，會(huì)增加一大筆資金投入，這顯然與生產(chǎn)實(shí)際要求不相符。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)研究，磷銨裝置造粒不穩(wěn)定，取出產(chǎn)品外觀質(zhì)量差，主要是因?yàn)樵炝C(jī)內(nèi)床層薄，系統(tǒng)返料比低。當(dāng)筒體長(zhǎng)度一定時(shí)，返料比與造粒機(jī)擋料圈高度成正比?？紤]到現(xiàn)有系統(tǒng)的負(fù)荷問題，公司選擇將造粒機(jī)擋料圈加高，采用增加造粒機(jī)內(nèi)物料的流通量來實(shí)現(xiàn)造粒過程返料比的增加。

造粒機(jī)料層運(yùn)動(dòng)軌跡見圖2。改造前，靜態(tài)物料高度為550 mm，寬度為3 003 mm，物料運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2中2所示；擋料圈加高后，靜態(tài)物料高度為700 mm，寬度為3 326 mm，物料運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2中1所示。通過對(duì)料層運(yùn)行分析與計(jì)算可得表1數(shù)據(jù)，筒體內(nèi)造粒機(jī)現(xiàn)役擋料圈高0.55 m，靜態(tài)物料量9.70 t，擋料圈加高到0.75 m，靜態(tài)物料量增加5.53 t，增率為57.04%，增加擋料圈高度后裝填系數(shù)增大。

圖2 造粒機(jī)料層運(yùn)動(dòng)軌跡

表1 造粒機(jī)物料堆存量

根據(jù)停留時(shí)間可以計(jì)算其對(duì)應(yīng)的返料比：已知未加長(zhǎng)筒體、加高擋料圈時(shí)造粒機(jī)內(nèi)靜態(tài)物料量為9.70 t，物料停留時(shí)間為68.41 s，按照生產(chǎn)負(fù)荷為85 t/h進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)無返料加入，則造粒機(jī)內(nèi)物料轉(zhuǎn)干所用時(shí)間=造粒機(jī)內(nèi)物料停留時(shí)間=68.41 s。

則造粒機(jī)出口取出物料速率=靜態(tài)物料量/停留時(shí)間=9.7 t/68.41 s=0.141 8 t/s。

則1 h取出總物料量=取出物料速率×1 h=0.141 8 t/s×3 600 s=510.48 t。

未加長(zhǎng)筒體、加高擋料圈時(shí)造料機(jī)的返料比=返料量/取出產(chǎn)品量=（總物料量-取出產(chǎn)品量）/取出產(chǎn)品量=（510.48-85.00）/85.00=5.01。

同理已知加長(zhǎng)筒體、加高擋料圈后造粒機(jī)內(nèi)靜態(tài)物料量為12.38 t，造粒機(jī)內(nèi)物料停留時(shí)間為72.69 s，按照生產(chǎn)負(fù)荷為85 t/h進(jìn)行計(jì)算。

造粒機(jī)出口取出物料速率=靜態(tài)物料量/停留時(shí)間=12.38 t/72.69 s=0.170 3 t/s。

1 h取出總物料量=0.170 3 t/s×3 600 s=613.12 t。

加長(zhǎng)筒體、加高擋料圈后造粒機(jī)的返料比=返料量/取出產(chǎn)品量=（總物料量-取出產(chǎn)品量）/取出產(chǎn)品量=（613.12-85.00）/85.00=6.21。

1.3 效果分析

造粒機(jī)擋料圈增高，可以實(shí)現(xiàn)等效加大返料比（返料比從5.01增至6.21）；筒體加長(zhǎng)，可以延長(zhǎng)物料在造粒機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間（停留時(shí)間從68.41 s延長(zhǎng)至72.69 s），實(shí)現(xiàn)充分造粒，使得物料顆粒圓潤(rùn)度更好。通過改造，可達(dá)到改善磷酸二銨產(chǎn)品外觀質(zhì)量的目的。改造前磷酸二銨造粒顆粒偏粗，在用鏈?zhǔn)狡扑闄C(jī)對(duì)粒徑大于4 mm的顆粒進(jìn)行破碎后，顆粒不圓潤(rùn)，而且產(chǎn)品出現(xiàn)兩極分化，均勻度（UI值）偏低。通過技術(shù)改造后可知，造粒機(jī)筒體加長(zhǎng)與擋料圈加高的主要作用是優(yōu)化二次氨化過程，造粒機(jī)物料停留時(shí)間增加，料床變厚，使得氨化反應(yīng)更加完全，減少氨從造粒機(jī)內(nèi)部逸出，在很大程度上減輕了尾氣洗滌系統(tǒng)的負(fù)荷。

2 質(zhì)量改善

技術(shù)改造前，收集公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)，產(chǎn)品UI值和圓潤(rùn)度平均值分別為59.53、55.00%。技術(shù)改造完成后，連續(xù)收集5月到8月的產(chǎn)品質(zhì)量分析數(shù)據(jù)，分別對(duì)比了造粒機(jī)取出物料、包裹筒取出產(chǎn)品、下線產(chǎn)品，對(duì)比技改前后產(chǎn)品UI值與圓潤(rùn)度（見表2）。

表2 改造后產(chǎn)品UI值與圓潤(rùn)度平均值

由表2可以看出，技術(shù)改造后產(chǎn)品UI值和圓潤(rùn)度平均值分別從59.53、55.0%提升到62.29、56.23%，UI值基本呈線性增長(zhǎng)，這可以說明產(chǎn)品均勻度與圓潤(rùn)度得到明顯提升，粒度改善效果明顯。關(guān)鍵的是，技術(shù)改造之后，生產(chǎn)過程操作穩(wěn)定性得到提升，生產(chǎn)負(fù)荷操作彈性變寬，使得產(chǎn)品質(zhì)量一致性得到有效保證。造粒機(jī)的局部改造對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量提升有較大的促進(jìn)作用，技改收益大。

3 結(jié)束語

造粒機(jī)口擋料圈加高、筒體加長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)等效加大返料比，延長(zhǎng)停留時(shí)間，改善磷酸二銨產(chǎn)品外觀質(zhì)量。整個(gè)磷銨裝置工藝裝備升級(jí)始終圍繞產(chǎn)品質(zhì)量提升開展，實(shí)施后效果明顯。生產(chǎn)控制得到了改善，產(chǎn)品質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力與產(chǎn)品品牌形象得到了極大的提升，為今后的發(fā)展夯實(shí)了基礎(chǔ)。