振動流化床出口物料溫度偏高的原因及整改措施

萬本軍，婁倫武，白付明，李 策

(貴州西洋實業有限公司 貴州息烽 551107)

貴州西洋實業有限公司(以下簡稱貴州西洋公司)是全國最大的硫基復合肥生產基地，僅復合肥生產車間就有3個，共計6條生產線，生產能力達到800 kt/a，全部采用噴漿造粒工藝。配套的6臺振動流化床均由同一企業供貨，其中一車間振動流化床規格為1.8 m×5.0 m，二車間和三車間的振動流化床規格為2.0 m×6.8 m。出造粒機的肥料經篩分后進入振動流化床，以進一步降低肥料溫度并除去粉塵，然后經成品篩除去粒度不合格的顆粒，最后經包裹機包裹后進入成品包裝系統。

由于所選用的振動流化床存在設計缺陷，導致其出口物料溫度偏高。當環境溫度在30 ℃左右、流化床進口物料溫度在80 ℃左右及產量約15 t/h時，振動流化床出口物料溫度經常達到50 ℃左右，增大了復合肥結塊的可能性。為了解決振動流化床出口物料溫度偏高的問題，分別從設計、安裝、操作等方面分析原因，并進行了有針對性的改造。

1 工作原理

振動流化床就是將機械振動施加于流化床上，工作時由振動電動機提供激振力，使物料在空氣分布板上跳躍前行，同時與分布板下方送入的冷風接觸，從而實現物料的冷卻。下箱體為床層提供了一個穩定的具有一定壓力的風室，通過對引風機風量的調節，使上箱體中物料上部保持微負壓，維持良好的冷卻環境并防止粉塵外泄。操作時，物料經給料器均勻連續地加入到振動流化床中，物料落至分布板上后，在激振力和經空氣分布板均布的冷氣流的雙重作用下，物料呈懸浮狀態與冷氣流均勻接觸。通過調整給料量、振動參數以及風壓、風速后，物料床層就可形成均勻的流化狀態，達到冷卻物料的目的[1]。

2 振動流化床的特點

(1)由于施加激振力，使最小流化氣速降低，可顯著降低空氣需要量。

(2)可以通過調整振動參數來改變物料在振動流化床內的停留時間，從而使冷熱介質實現充分換熱。

(3)振動有助于物料分散，避免產生團聚及溝流等現象。

(4)由于無激烈的返混，對物料粒子損傷小，要求不破壞晶形或對粒子表面光亮度有要求的物料最為適合。

(5)對顆粒不規則物料及粒度分布范圍較寬的物料有很好的適應性[2]。

(6)設備占地面積小，節能高效，操作簡單。

3 設計條件

貴州西洋公司選用的振動流化床設計基礎數據如表1所示。

表1 振動流化床設計基礎數據

技術協議上的進料溫度為≤80 ℃，冷風溫度為35 ℃，而實際計算時的進料溫度為78 ℃，冷風溫度為30 ℃，按此計算所得的實際風量偏小。

4 設計計算

(1)物料冷卻所需散發的熱量Q

物料冷卻所需散發的熱量Q可按式(1)計算：

Q=CMΔT

(1)

式中：Q——物料冷卻散發的熱量，kJ/h；

C——復合肥的比熱，kJ/(kg·K)；

M——流化床的處理量，kg/h；

ΔT——流化床進出口物料溫差，K。

將表1中數據代入式(1)：

Q=1.427×20 000×(78-45)

=941 820(kJ/h)

(2)冷風質量流量m

空氣的比熱為1.0 kJ/(kg·K)，考慮熱損失為10%，根據熱量守恒定律，則：

=69 067(kg/h)

(3)冷風風量V

空氣的密度為1.2 kg/m3，則冷風風量V：

V=69 067/1.2=57 556(m3/h)

(4)振動流化床的壓降P

振動流化床的面積S=2.0×6.8=13.6(m2)。

P=150×13.6=2 040(Pa)

(5)引風機風壓

應綜合考慮空氣過濾器阻力、管道阻力、振動流化床阻力等，引風機風壓應>2 800 Pa。

(6)流化床冷風氣速V

V=57 556/(3 600×13.6)=1.17(m/s)，滿足傾斜振動流化床使用氣速要求。

計算結果表明，引風機風量應>57 556 m3/h，風壓應>2 800 Pa。如果按技術協議上的進料溫度為≤80 ℃、冷風溫度為35 ℃計算，風量應該為91 566 m3/h。

5 原因分析

通過對設計、制造、安裝等參數進行復核，對布料情況、流化情況、停留時間等進行檢查以及測試，并對操作方法進行了分析，認為造成貴州西洋公司振動流化床出口物料溫度偏高的主要原因如下。

(1)技術協議上明確振動流化床傾斜角度為5°，但現場實測為7°，在相同的負荷和振動強度下，造成物料停留時間縮短。

(2)由于下料管與進料口存在角度，進料端存在死角，導致物料在進料端分布不均，尤其在低負荷運行的情況下，篩板出現大面積無料狀態，冷空氣通過無料區域走短路，達不到應有的冷卻效果。

(3)由于振動電動機安裝方向角處于30°的最大位置，導致物料在振動流化床內的停留時間短。

(4)振動電動機偏心塊重合度過大，導致物料在振動流化床的停留時間短。

(5)振動流化床左右兩側的振動電動機不同步，導致物料在篩板上分布不均。

(6)引風機風量不足，導致振動流化床出口物料溫度偏高。

(7)設計不合理，主要體現在長寬比的取值不合理，導致物料停留時間較短。振動流化床越寬，布料越困難；而振動流化床越短，物料停留時間越短。

6 對策措施

(1)清理振動流化床篩板孔，確保篩板孔無堵塞，便于冷風均勻分布。

(2)在振動流化床的進料口增設擋料板，以消除進料端死角，使物料能夠在流化床篩板面上實現均勻分布。

(3)振動流化床兩側的振動電動機改為同步啟動。

(4)將電動機的安裝角度由30°改為水平安裝，將偏心塊重合度調整為50%。

(5)振動流化床篩板上均勻加裝4塊擋料板，擋料板高40 mm，擋料板與篩板面之間的間隙為10 mm。

7 運行效果

振動流化床改造實施完成后，對相關參數進行了跟蹤監測。從監測結果(表2)來看，改造效果十分明顯。

從表2可看出：改造前，振動流化床進口物料平均溫度為78.25 ℃，出口物料平均溫度為49.75 ℃，環境平均溫度為24.50 ℃，肥料平均產量約為14.07 t/h；振動流化床改造之后， 進口物料平均溫度為79.80 ℃，出口物料平均溫度為40.80 ℃，環境平均溫度為24.40 ℃，肥料的平均產量約為14.28 t/h。在環境溫度相差不大、進口物料溫度和產量均比改造前高的情況下，改造后振動流化床出口物料溫度降低了約9 ℃，說明此次改造取得了明顯效果。

表2 振動流化床改造前、后運行參數

項目進口物料溫度/℃出口物料溫度/℃環境溫度/℃產量/(t·h-1)改造前77482213.1579502514.2480502414.3277512714.57平均值78.2549.7524.5014.07改造后79462814.8184452614.5080432614.4879342312.7077361914.91平均值79.8040.8024.4014.28

8 結語

針對振動流化床出口物料溫度偏高的問題，通過對其原因進行分析論證并采取了有針對性的整改措施。改造后，物料分布均勻，料層厚度適中，流化狀態大為改觀，降溫效果明顯。但當環境溫度在28 ℃左右、流化床進口物料溫度在80 ℃左右以及產量在14.5 t/h左右時，振動流化床出口物料溫度仍有高于控制指標(45 ℃)的可能，此時只能通過降低產量來滿足振動流化床出口物料溫度低于45 ℃的要求。