磷铵产品冷却技术探讨

2022-11-25何春云

磷肥与复肥 2022年5期

何春云

（云南云天化红磷化工有限公司，云南开远 661699）

0 引言

我国用占世界9%的耕地生产出占世界25%的农产品，养活了占世界20%的人口。磷肥产业是支撑国家农业发展、保障粮食安全的重要基础性产业。

近年来，随着我国磷肥产能逐步提升，产能过剩使用户对磷肥产品的选择由原来的价格导向向质量需求转变。目前大多数磷肥企业磷铵生产装置都建有或大或小的散堆库。散堆库的作用：一方面有利于降低产品的包装温度；另一方面有利于灵活调节产品养分含量，减少养分富余量及不合格品产生，以确保包装时产品质量达标。磷铵产品经过冷却系统后温度一般在40 ℃左右，经包裹窑喷涂防结块剂后产品温度又会有所升高，导致产品进入散堆库时温度≥40 ℃，在散堆库中堆存时，若不及时翻堆，中间部分产品由于散热不均匀会出现表面发白及结块现象，影响产品质量，客户投诉率高。而磷铵生产装置一般都采用24 h连续生产工作制，散堆库中产品温度过高是大多数企业生产过程中一直存在的问题。

针对此问题，磷肥企业采取了一些措施，但均存在不足之处。为降低磷肥企业散堆库中磷铵产品温度，笔者探讨采用液氮对磷铵产品进行冷却的新技术。

1 散堆库中磷铵产品发白、结块原因分析

一方面，散堆库中磷铵产品温度高时物料的临界相对湿度降低，同时周围的空气在温度高时处于不饱和状态，随着温度下降变为饱和空气，达到露点即冷凝，冷凝的水珠附着在肥料产品粒子表面，造成产品颗粒表面盐类先溶解后结晶。伴随着盐类的溶解再结晶，由于各种物质溶解度不同，结晶的先后顺序也不同，这就造成粒子由原来的均相物质变成了非均相物质，各种物质呈现出了各自不同的颜色，也会导致产品变花、变白。

另一方面，产品中水分在缓慢蒸发过程中，从内部向外扩散，同时溶解在水中的盐类也随着水分扩散至粒子表面，即所谓的盐类渗出，盐类之间又发生缓慢的反应，在颗粒表面析出新盐结晶，从而造成产品粒子褪色、变白，严重时形成盐桥而结块［1］。

因此，要保证磷铵产品外观质量不发生变化，解决产品发白、结块问题，除了添加防结块剂等方法，还要确保产品下线（从包裹窑出来）温度达到室温为宜。

2 目前主要采取的冷却措施

2.1 扩大散堆库面积

目前磷肥企业对磷铵产品堆存降温采取的主要措施为扩大散堆库面积，但该方法存在占地面积大、扬尘大、翻运成本高等问题。

2.2 改变散堆库内部的状态或性质

受地理位置限制无法扩大散堆库面积时，有些企业将散堆库由单层堆放产品改为多层空间堆放产品，以减少产品堆积厚度，并通过增加风冷设备实现有效降低产品温度。但该方法也存在扬尘大等问题。

2.3 皮带下方增加水冷式设备

磷铵产品从包裹窑出来后经输送皮带送至散堆库，可考虑在输送皮带机下方增加一台水冷式水平冷却输送机，利用冷水循环系统实现产品降温。冷却系统是由输送机输送槽面下部一个封闭的箱体组成，在设备两端分别设置有进水口和出水口，在物料通过输送槽体平面时，箱体内的冷水对平面上的物料进行间接冷却。此方案投资小，冷却效果好，基本不影响生产进度，但漏液时会存在产品受潮等质量隐患，且能耗高。

3 磷铵产品降温新技术探讨

3.1 对新冷却系统的要求

为解决产品发白、结块等质量问题，针对散堆库产品温度高于室温，考虑在包裹窑出来后的成品输送皮带处安装冷却系统来降低产品温度。结合装置情况，新增冷却系统必须达到以下几个方面要求：（1）投资小，成本低；（2）技改时不影响生产；（3）冷源来源方便充足，无毒无害，不可燃，无腐蚀性，绿色环保；（4）操作方便，能快速达到降温目的，并可实现自动化管控。

根据生产需求，笔者通过研究发现采用液氮冷却系统能满足快速降低磷铵产品温度的目的，且对磷铵产品无任何副作用。

3.2 技术路线

在包裹窑出来后的成品皮带机上方安装一个支架，用于架设液氮+空气混合气体喷嘴；喷嘴为DN15长管（长度与皮带上产品宽度一致），高度为30 cm 左右，管子上每间隔10 cm 开有一个细孔正对着皮带上成品，确保气体呈雾化状，孔数以能完全覆盖皮带上的磷铵产品而定，喷嘴与液氮储罐通过管道连接在一起。在常压下，液氮温度为-196 ℃，1 m3的液氮膨胀至21 ℃的纯气态氮体积为696 m3。由于液氮温度过低，所以在喷嘴前端处设有三通，输入干燥的压缩空气，压缩空气按一定比例和液氮混合使液氮温度达到冷却磷铵产品所需温度。在液氮储罐出口装有低温自动截止阀、自动排气阀、流量控制阀、紧急切断阀、压力释放阀，在喷嘴后端皮带处磷铵产品上方设有红外线测温仪，设定温度值为（23±3）℃。测温仪温度值与液氮流量控制阀实现联锁，通过调整液氮流量控制阀自动控制液氮流量来降低并稳定磷铵产品的温度，将信号引入分散控制操作系统（DCS）实现无人值守化管控。

新冷却系统工艺流程：从包裹窑出来的温度约40 ℃的磷铵产品经过成品皮带机时，开启液氮储罐低温自动截止阀向管道输送液氮，来自外管的干燥压缩空气与液氮通过喷嘴前端三通按一定比例（根据磷铵产品温度及所需冷却温度决定）混合后进入喷嘴，液氮+空气混合气体在压力的作用下呈雾化状喷射在磷铵成品上对其进行冷却，冷却温度通过磷铵产品皮带后端红外线测温仪测定，并通过温度设定值与液氮流量控制阀联锁来控制液氮输出流量，最终实现磷铵产品冷却温度调节。