劉夢濤

(石家莊天人化工設(shè)備集團(tuán)有限公司河北石家莊052160)

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粉體流換熱器在尿素冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用

劉夢濤

(石家莊天人化工設(shè)備集團(tuán)有限公司河北石家莊052160)

在顆粒肥料生產(chǎn)中，產(chǎn)品冷卻是直接影響產(chǎn)品包裝及成品質(zhì)量的重要因素之一。如果成品在包裝前冷卻不徹底、包裝溫度過高，都將引起成品在儲存期間發(fā)生板結(jié)。一般要求冷卻后的產(chǎn)品溫度比周圍環(huán)境平均溫度高出5 ℃左右，以防止產(chǎn)品表面在裝袋前的短期散裝儲存期間吸收大氣中的水分。冷卻是一種相對簡單的單元操作，目前對于小顆粒尿素裝置來說，一般在造粒塔后加流化床冷卻器；對于大顆粒尿素裝置，一般采用轉(zhuǎn)鼓冷卻器或流化床冷卻器。但是，前面所述的冷卻設(shè)備存在能耗高、粉塵大、維修頻繁等問題，粉體流換熱器作為一種高效、節(jié)能的冷卻設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。

圖1 粉體流換熱器結(jié)構(gòu)示意

1 粉體流換熱器工作原理及優(yōu)點

粉體流換熱器(圖1)是一種用于冷卻粉體或顆粒狀物料的換熱設(shè)備，由進(jìn)料倉、傳熱板束、下料倉和控制系統(tǒng)組成，此種創(chuàng)新性的技術(shù)結(jié)合了密相輸送原理及傳統(tǒng)板式換熱器的設(shè)計思想。

粉體流換熱器工作原理：物料以密相輸送的方式自上而下通過一系列垂直放置的傳熱板間的間隙通道，與傳熱板內(nèi)自下而上的冷卻水進(jìn)行間壁式換熱，物料在自上而下的移動過程速度緩慢，以保證具有足夠的停留時間來降低物料溫度。設(shè)備下部裝有可調(diào)頻率的振蕩下料器，與控制系統(tǒng)相連，以確保設(shè)備最佳的運(yùn)行狀態(tài)和最佳的出料溫度。

粉體流換熱器的優(yōu)點：①換熱效率高，運(yùn)行能耗低(小功率振動電機(jī))，粉塵污染?。虎谌峋徬铝?，無物料降解現(xiàn)象；③模塊化設(shè)計，占地面積?。虎軣o大的運(yùn)轉(zhuǎn)部件，運(yùn)行維護(hù)費用及工作量少。

2 選型方案

某小氮肥企業(yè)原尿素裝置最大設(shè)計能力為130 kt/a，擴(kuò)產(chǎn)后能力提高至170 kt/a，導(dǎo)致尿素包裝前溫度高達(dá)70 ℃，故增加了1臺流化床冷卻器；但由于能耗較高、粉塵大等原因，現(xiàn)采用粉體流換熱器來取代流化床冷卻器。

設(shè)計參數(shù)如下：介質(zhì)為小顆粒尿素，處理能力170 kt/a，堆積密度1 335 kg/m3，粒徑0.85～2.80 mm，安息角36°，進(jìn)料溫度70 ℃，出料溫度40 ℃，流動性良好，比熱1.75 kJ/(kg·K)，冷卻水溫30 ℃。

通過計算確定設(shè)備參數(shù)如下：傳熱板尺寸為1.2 m×1.6 m(2層換熱板束)，傳熱板數(shù)量為66片，傳熱板的間距為35 mm，換熱有效容積為3.8 m3，傳熱板間停留時間14 min，單臺振動電機(jī)功率1.5 kW。

3 工藝流程確定

在工藝設(shè)計初期，主要考慮可能存在以下問題：①進(jìn)入粉體流換熱器內(nèi)的物料中有塊狀或片狀物料，可能在其板片間造成堵塞；②粉體流換熱器板片上形成結(jié)疤，進(jìn)而影響傳熱效果，也會造成堵塞。

為解決上述問題后，冷卻系統(tǒng)的工藝流程基本確定(圖2)：①工藝設(shè)計上，在進(jìn)粉體流換熱器之前讓物料先通過振動篩，使物料中的塊狀或片狀提前篩出來，避免堵塞；②結(jié)疤的原因是物料中混雜著一些濕空氣，尤其是夏季濕度較大時，當(dāng)通入低溫循環(huán)水時，容易在板壁上結(jié)露，與物料結(jié)合形成結(jié)疤而黏附在傳熱板面上，所以在傳熱板的上部通一定量的干空氣用于降低露點溫度。

圖2 冷卻系統(tǒng)工藝流程

4 運(yùn)行情況及存在的問題

2015年8月21日，該套粉體流換熱器投入運(yùn)行，總體運(yùn)行情況比較理想。各工藝指標(biāo)如下：進(jìn)料溫度60～70 ℃，出料溫度約40 ℃，進(jìn)水溫度約30 ℃，出水溫度35～40 ℃。從出料溫度指標(biāo)分析，可滿足生產(chǎn)要求，并低于其他冷卻設(shè)備。涼堿機(jī)連續(xù)運(yùn)行15 d后，打開檢修孔觀察結(jié)疤情況，進(jìn)料倉有少量塊狀和片狀物料，傳熱板上無結(jié)疤。從運(yùn)行情況看，料位控制系統(tǒng)使用較理想，進(jìn)料量與出料量達(dá)到一致，能夠保持滿料位運(yùn)行。

存在的問題：①振動篩篩網(wǎng)及篩壁上易形成塊狀或片狀物料，隨振動篩絞龍進(jìn)入粉體流換熱器堆積在進(jìn)料倉，進(jìn)而影響布料，堵塞傳熱板通道，需進(jìn)一步解決；②進(jìn)料倉容積偏小，在生產(chǎn)波動或振動電機(jī)故障時，容易在振動篩處發(fā)生溢料，可考慮在進(jìn)料倉處加溢流管道副線，以便于操作穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

粉體流換熱器與原有流化床冷卻器比較：①粉體流換熱器工藝流程比較簡單，其配套及附屬設(shè)備少；②兩者投資費用相當(dāng)；③流化床冷卻器所配的引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率較大，總功率

為67 kW，而粉體流換熱器的電機(jī)功率為3 kW，按全年運(yùn)行時間8 000 h、電價0.3元/(kW·h)計，則每年可節(jié)省運(yùn)行費用15.36萬元；④與流化床冷卻器相比，粉體流換熱器噪音小、占地面積小、能耗低。因此，粉體流換熱器具有高效節(jié)能、維護(hù)簡單、操作方便等特點，是一種低成本、低能耗、粉塵污染小的新一代尿素冷卻裝置。

2016- 06- 06)