高塔复合肥造粒工艺的常见问题及原因

孔亦周

高粘度复合肥熔体塔式旋转喷淋造粒工艺，是将含氮元素的物料（尿素或硝酸铵）熔融至工艺温度，再与含磷元素的粉体物料及含钾元素的粉体物料在热熔状态下搅拌混合成具有一定温度的可流动液态复合料浆，然后通过专用的造粒喷头将混合好的料浆以液滴的形式进入冷却媒介中，冷媒可以是气体也可以是与物料不互溶的液体，液滴在与冷媒接触冷却的过程中自动收缩成圆球形的固体颗粒。

上海化工研究院于1996年起开始了熔体法制高浓度复合肥技术的研发工作并相继开发成功了氮-磷（N-P）、氮-钾(N-K) 两元复合肥以及氮-磷-钾(N-P-K)三元复合肥等多项熔体造粒配方工艺。在氮素熔融液中配入一定比例的磷、钾元素以及填料等固态的粉状物料使其与熔融液混合，在加热措施的温度及机械搅拌的作用下熔融液迅速复合成具有一定流动性的低温共熔体，然后经造粒喷头喷淋造粒。复合熔融液出造粒喷孔后的成粒原理和过程与纯颗粒尿素或硝酸铵的相似，该工艺被上海化工研究院命名为熔体法复合肥造粒工艺。

熔体法复合肥造粒工艺的关键是制备流动性能良好的料浆制浆装置以及喷淋造粒装置。本文作者供职的企业宝鸡建光流体设备厂是国内生产塔式离心喷淋造粒设备的专业制造厂，至今已为国内近200家中小型尿素或硝酸铵生产厂商提供了多种型号规格的造粒设备。上海化工研究院于1998年邀请我们参与了该研究院熔体法复合肥造粒工艺项目的有关造粒装置的研发工作，其后我们与上海化工研究院、三门峡昊博化工工程有限公司等设备制造企业以及众多的用户一起历经两年的艰苦研发，终于开发出了能够适应复合肥生产要求的全套工艺装置，上海化工研究院的这一熔体法复合肥造粒工艺最终获得了商业成功，目前耸立全国的数十座复合肥造粒高塔就已经并继续证明着上海化工研究院的这项工艺的实用性。

由于熔体法复合肥工艺的三元素物质在熔融复合过程中其粘度比纯硝铵或纯尿素熔液的粘度大数百乃至数千倍且含有相当数量的固相悬浮颗粒，因此传统喷淋造粒工艺的造粒设备根本无法维持生产（喷孔很快即被堵塞），常规的离心式造粒喷头用加大喷孔直径的方法，也可以相对的延长造粒喷头的工作时间,但随之而来的问题是增大孔眼必然增大液滴断裂后的体积，增大液滴体积的后果是必然延长了颗粒冷却固化的时间，延长颗粒冷却固化的时间即等于要延长颗粒降落的路径（造粒塔的有效高度）。为解决高粘度的、含有相当比例的固相悬浮颗粒的熔融物料在塔式旋转喷淋造粒工艺中既能达到对产量、粒径、合格率以及颗粒强度、粉尘排放等指标，又能满足工业化生产对单机连续工作时间的要求，除了需要研制相应的工艺流程和制浆装置外，还必须研发一种能适应上述要求的全新结构的造粒装置。

经过上海化工研究院以及众多厂商的无私援助，经过两年的艰苦努力，我们最终确立了差动造粒原理并根据此原理开发出了相应的差动造粒机和差动造粒喷头。目前已有每小时5～60吨不等喷量的数款型号的差动造粒装置服役于国内外数十家复合肥企业。

差动造粒机的基本结构就是有两个同心设置的工作主轴，我们把它叫做内轴和外轴，两个轴分别负责驱动造粒喷头（锥体）和驱动布料机构（物料分配装置），通过各自独立的电器装置来控制两个传动机构驱动其各自的主轴以工艺需要的旋转速度以及旋转方向工作。

用户在生产过程中，如果因工艺问题、设备问题或操作问题未能及时处理，将可能影响产品质量甚至造成粘塔等必须停车的事故，给用户造成一定的麻烦并伴随相应的经济损失，因此，正确及时的处理各种问题对用户来讲至关重要。下面就是一些常见的影响用户生产及产品质量的现象以及原因: 

【1】、粉尘: 

1、化学反应过程产生的粉尘：以尿素为例，喷出的熔融物在较高的温度和偏低的氨压下会引起尿素分解而产生异氰酸和氨，但由于冷却结果，该两介质在重新相遇后又能反应成尿素。 

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熔融物温度愈高，分解越剧烈，从而形成的粉尘也相应越多。 

2、喷头加工过程孔眼毛刺末清除彻底以及喷头在使用过程中孔眼被硬物划伤或磕碰变形。 

3、部分喷孔被堵塞引起的射流粉尘：喷孔被堵塞的原因大致有三种，第一种是由于用户系统中的超出工艺要求的固体物质如粉体中的块状物、编织袋的纤维以及检修后系统中的杂物如电焊条、石棉板以及棉纱甚至香烟头等；第二种是水垢，也就是粉体物料中的钙镁离子在高温下形成的固体附着物在喷头某些孔眼内壁上不断积蓄；第三种是化学聚合反应，此类原因将导致喷头内的物料粘度急剧增加。当上述的堵塞喷孔的现象发生且未完全堵死该喷孔时，则会令该喷孔的形状发生变化从而形成不规则的射流，此时不但会产生大量的粉尘，还将严重破坏附近孔眼喷出的正常射流。 

4、工艺及操作不当引起的粉尘：如熔融温度过高或过低、含水量超标导致熔融液浓度不够、造粒量不稳定过大或过小、喷头转速调的不合适等。 

5、喷头能力与造粒量不匹配。 

6、喷头内圈速度过高。

7，用户制浆系统不稳定，供料量忽大忽小。 

8、过度追求大颗粒，将转速调的偏低，此时喷洒范围偏小，通风冷却效果极差，致使一部分颗粒未能完全冷却凝固，当碰到塔底时极易导致颗粒破碎，破碎的颗粒残渣形成粉尘。 

9、喷头与主轴联结处泄露。 

10、喷头端板处溢流。

【2】、粒子强度过低，空心颗粒增多: 

此原因多为操作转速过低及制浆工艺方面如熔融液温度、含水量超标、熔融液带汽、停留时间过长、粉体物料中某些理化指标超标及通风换热不够等。 

【3】、粘塔壁：

以下几种原因均有可能导致粘塔壁：

1. 当喷头能量过小或用户造粒量过大时，喷洒量与进料量不平衡致使喷头内部液层增厚，即离心压力加大而导致喷洒超出预定范围；

2. 当喷头外圈转速过高时，同样离心力就大，亦容易使喷洒超出范围；

3. 喷头上部端板溢料，通常为喷头内堵塞严重。

4. 如喷头孔眼一部分被杂物堵塞，其后果将同喷头能量过小或用户造粒量过大时相同。

5. 造粒塔的通风口调整不当亦可因为进风量不均衡造成局部粘塔壁。

6. 熔融液的液位高度变化导致静压头的变化。我们一直要求用户塔上熔融液的液位高度一定要恒定，也就是进入喷头的熔融液压头必须是常压状态且保持恒定！ 

【4】、粘塔底:  

以下几种原因均有可能导致粘塔底：

1. 喷头转速过低，此时必然有一部分大颗粒未能完全固化即落到塔底 (颗粒外表虽已固化但内部仍是塑态甚至是液态)，当碰到塔底时由于降落速度突然变为零，颗粒内部的半熔融状液体必将冲破外壳导致颗粒破碎，破碎的颗粒内部的塑态液体相互粘结于塔底，此现象在炎热夏季极易发生。 

2. 造粒机如发生机械或电气故障导致喷头不转则会严重粘塔底。 

3. 喷头与主轴联结处有泄露，除会造成粉尘增大外，严重时亦能  导致粘塔底。 

4. 大量超出工艺要求的固体物质堵塞孔眼（不完全堵塞）造成极不规则的喷洒射流。 

5. 拆装喷头时不洁物如油渍脏手套等接触喷头表面导致喷孔堵塞以及清洗喷头时未将被堵的孔眼清通或未将杂物清除净。 

6. 通风阻力过大，通风效果不良。 

7. 造粒喷头系统预热不够。 

8. 喷头内外圈转速调整不当。 

9. 制浆系统原料配比量不稳定导致料浆粘度变化。

10. 制浆系统工艺不稳定，供料量忽大忽小或突然断料。

11. 制浆系统工艺不稳定，熔融温度控制不严。 

12. 制浆系统工艺不稳定，熔融液浓度控制不严。 

13. 熔液带汽(如保温夹套蒸汽漏入系统)。

14. 开、停车过于频繁，大量的预热蒸气冷凝液滴至塔底或蒸气冷凝液滴至喷洒层面。

15. 空气湿度过大。 

【5】、粒子出塔温度过高: 

我们知道,球体的体积关系是立方的关系,以φ1.0毫米的颗粒为例，从φ1.0毫米粒径增加至φ2.0毫米，圆球直径增大一倍，其体积将增大8倍，在造粒塔高度、直径、通风量均未改变的情况下此时粒子的出塔温度必然要较φ1.0毫米时高出许多，但只要此时颗粒已经完全固化且不影响包装，此温度还是许可的。如果温度高得影响了颗粒的固化或粉尘明显增多则应适当调整喷头转速或调整通风甚至调整产量或重新购置相匹配的造粒喷头。

【6】、粒径偏小: 

此原因一是喷头能力偏大或是用户产量偏小，二是喷头外圈转速过高。 

【7】、合格率达不到: 

在喷头能力与用户造粒量或物料浓度相匹配的情况下，

1. 喷头孔眼严重堵塞。

2. 制浆工艺不稳定。 

3. 喷头内外圈转速调整不当。

【8】、其他: 

在熔体法复合肥造粒工艺中，颗粒产品的球形表面通常有一个肉眼可见的盲状小缩孔,它是由两种以上的物料加热分解反应以及遇冷收缩的自然结果，这一特征往往被作为高塔造粒的标志令许多用户很在意。由于种种原因，如果分解反应剧烈就会导致小缩孔太大甚至成空壳而影响颗粒的强度，如果分解反应不够则会导致小缩孔不明显甚至没有而影响产品的外观。

这一小缩孔的形成与熔融物料的配比以及投料顺序、混合温度、搅拌强度、停留时间乃至磷铵、钾盐甚至填料的具体成分、含水量以及粉体的细度等都有极大的关系，因为它与造粒喷头的关系不很直接，故本文就不絮缀了。总之用户通过摸索与总结，掌握控制该小缩孔形成的方法乃至规律并不困难。

综上所述，制浆工作非常非常重要，除保证行之有效的制浆工艺及装置外，使用与产量及物料浓度相匹配的喷头是关键之一；正确调整喷头内外圈转速是关键之二；保证喷头孔眼畅通是关键之三。

操作工省却了一点调整喷头内外圈转速的力气和时间、操作工省却了一点更换喷头的力气和时间，将要付出的是超标的粉尘污染环境甚至是清塔壁、清塔底的代价和得到大量的残次品!企业的经济效益都是从喷头孔眼中喷出来的，如果将前面工段辛辛苦苦产出来的熔融液最后被迫当做落地料低价处理甚至用水白白地冲进地沟，那将会令有些人为此心痛的，因此，我们希望并要求用户能用制度来保证定期清洗喷头(哪怕此时喷头并未堵塞)；经常根据不同的物料配比适当的调整喷头内外圈转速；采取措施确保熔融物料的充分混合等，防患于未然。造粒喷头一定能在正确的操作下为用户企业创效益做出它应有的贡献。

本文仅就差动造粒的有关问题与读者进行初步的探讨,至于其他诸如制浆等方面的问题本文从略,读者如对差动造粒有进一步了解的兴趣，可登陆作者企业的网站参阅相关的介绍文章或直接与作者本人交流