熱篩分工藝的優勢及其在復合肥生產中的應用

江世文

（湖北都興隆農業技術有限公司，湖北 宜昌 444100）

熱篩分是肥料裝置大型設計單位的推薦篩分工藝［1］，但由于多種因素的權衡取舍，很多肥料生產企業還是選擇了冷篩分工藝。筆者通過理論計算來闡述熱篩分的優越性，介紹其在復合肥生產裝置設備改造中的應用。熱篩分工藝特別適用于低溫噴漿法生產工藝，在減少縮二脲生成、改善顆粒外觀、防止肥料結塊、提高產量等多方面均取得了良好的應用效果。

1 熱篩分與冷篩分工藝產品結塊性及物料熱量對比

1.1 產品結塊性

國內有很多肥料生產企業采用冷篩分工藝［2］（流程見圖1），其特點是在烘干、充分冷卻后再篩分，一般只進行一次篩分。冷篩分前的物料中混雜有合格顆粒、細粉與小顆粒，合格顆粒被細粉包裹、小顆粒填充，不利于冷卻，將導致細粉較多粘附、留存在于成品中，使得肥料產品出現結塊現象的概率更大。

圖1 冷篩分工藝流程

熱篩分是在烘干后即進行篩分，經過冷卻后再精篩，最后包膜、計量包裝完成，一般要進行2次篩分，工藝流程見圖2。還有廠家是“一烘二冷”裝置，其中間更要經過2次充分冷卻，在南方因天氣高溫高濕此工藝較為常見。熱篩分工藝產品經過2次篩分后能保證肥料顆粒的均勻性，降低冷卻系統的負荷，冷卻效果更好；細粉與小顆粒作為熱返料更有利于造粒；減少產品中粉末與小顆粒量，更加有利于防止肥料結塊［3］。

圖2 熱篩分工藝流程

1.2 物料熱量差異

相關的工藝條件為：每天生產線實際產量為600 t；熱篩分時，返料進造粒筒溫度t1為43 ℃；冷篩分時，返料進造粒筒溫度t2為28 ℃；肥料返料（養分規格16-8-21）比熱容（c返料）為1.44 kJ/（kg·℃）；每小時投料量與產出量（m投料）為25 000 kg；每小時平均返料量（m返料）為8 950 kg；標準煤當量的熱值q 為29 260 kJ/kg；本地工業用燃煤到廠價格為680元/t。

不考慮返料水分差異時，簡化保守計算：

換算為標準煤的量：

即熱篩分工藝理論上每小時可節約標準煤6.61 kg，換算為常用工業用燃煤為11.57 kg；考慮到熱效率系數（通常取0.8），則每天能節約工業用燃煤347.10 kg，其經濟價值為236.03 元。對于年產20萬t 的復合肥裝置，如采用熱篩分工藝，每年比冷篩分工藝節約燃煤費用為7.87萬元。

2 熱篩分工藝的設備選擇及關鍵控制點

2.1 設備選擇

雖然熱篩分工藝有諸多優點，但是很多肥料生產企業還是不選擇熱篩分工藝而選擇了冷篩分工藝。主要原因是早期熱篩分工藝的篩分設備存在很多不足，如篩分處理能力不足、噪聲大、易損壞、密封困難導致粉塵太大、物料溫度較高時易粘堵篩網等。

目前復合肥生產采用的篩分機主要有搖擺篩、振動電機型小振幅振動篩、振網篩、普通電機型大振幅振動篩、平面回轉篩、滾筒篩［4-5］。熱篩分工藝建議選擇普通電機型大振幅振動篩，該篩分機處理量大，篩分效率高。在精篩工序，主要是篩分細粉，建議選擇帶有自動擊打裝置的滾筒篩。

2.2 兩大關鍵控制點

1） 熱篩分前的物料溫度 烘干機出口的物料溫度不能太高，否則會使熱篩分的溫度過高。特別是細粉量較大的情況下，細粉粘附于合格顆粒表面，物料在空氣中吸濕嚴重，分散性變差，導致振動篩的篩網尤其是下層篩網會被糊住，不得不停車清理。因此，熱篩分前的物料溫度應控制在65 ～70 ℃。

2） 熱篩分前的物料水分 南方夏季高溫高濕的時候，空氣相對濕度高，接近于肥料的臨界相對濕度，物料吸濕將會嚴重影響篩分效率。因此，熱篩分前的物料w（H2O）應控制在1%～2%。

3 熱篩分工藝生產中的其他影響因素

3.1 縮二脲含量控制

復合肥料國家標準修訂工作一直在進行當中，縮二脲含量指標必將會更加嚴格［6-7］。除了要使用縮二脲含量低的尿素原料外，還要注意到如果含尿素的料漿溫度過高，縮聚反應會逐漸強烈，生成的縮二脲量將隨著溫度上升呈指數級上升。將料漿槽保溫溫度由100～125 ℃下調到85～90 ℃，即把高溫噴漿法變為低溫噴漿法，這是控制產品中縮二脲含量的必要措施。如果攪拌不充分導致盤管局部過度受熱時，肥料中縮二脲含量會急劇上升。

3.2 料漿水分控制

料漿水分控制直接影響料漿的流動性與造粒及烘干工序的物料水含量。料漿水分減少，勢必流動性變弱；水分增加，勢必流動性變強。造粒筒內如水分增加，物料溶解度會增加，內部液相量增加，這樣有利于造粒。而烘干筒對物料水分增加更為敏感，含尿素的復合肥物料在環境溫度下的臨界相對濕度（CRH）往往小于40%，而且臨界相對濕度隨著溫度的上升迅速下降，越是靠近烘干筒尾部出口的氣體中水含量越高，注定尾部干燥速度、干燥強度都會減弱，此時物料水分再增加無異于直接增加了肥料結塊的風險。故需要綜合考慮后確定一個經濟合理的范圍。

3.3 磷銨的雜質與黏性

磷銨是黏性物料，在團聚成球中起黏結劑的作用，如磷銨黏性差就會出現成球率低。生產中需要考慮到磷銨雜質、磷銨細度、中和度、供應的穩定性等。

隨著優質高品位磷礦資源逐漸減少，很多生產廠家只能選擇使用中低品位的磷礦，對于磷銨的雜質與黏性方面的研究肯定會加強。

3.4 廢液的循環利用

造粒與烘干工序中產生的尾氣需要經過文丘里洗滌器、噴淋吸收塔進行處理，產生循環洗滌水。循環洗滌水池要分開建設，未飽和的循環水與飽和的循環水不可混用。將飽和的循環洗滌水送到料漿制備工序中循環利用，可以回收利用廢液中養分［8］。

3.5 填充料的合理使用

在生產中，原則上盡量少使用膨潤土、石粉、元明粉、凹凸棒土等原料。提倡合理利用過磷酸鈣、鈣鎂磷肥、白磷肥、磷灰石粉、硅鈣鉀肥、硅鈣鎂磷鉀等作為填充料，既避免使用高價的中微量元素添加劑，又合理利用了廢棄資源。

把粉狀過磷酸鈣加入到含尿素的料漿中，形成含有磷酸脲、硫酸脲等產物的料漿，有助于肥料造粒成球。

3.6 防止肥料結塊

肥料結塊的最主要因素是物料水分，但不是唯一的因素，生產技術人員更應謹慎地從設備與生產工藝來進行品質控制，特別是降低肥料成品的吸濕性。防止肥料結塊的關鍵是改善肥料顆粒表面結構使之光滑密實，從而降低表面能、提高憎水性，降低肥料吸濕性［9］。比較簡單有效的措施是在肥料外表面實施包膜。

4 熱篩分工藝在實際技術改造中的應用

2019年3月，南方某復合肥生產企業，由于環保原因擬對200 kt/a 轉鼓造粒復合肥生產線進行技術改造。原生產線為半料漿法一烘二冷裝置，改造時充分利用舊設備，將從其他生產線拆下的大型普通電機型大幅度振動篩作為熱篩分裝置，原大型滾筒分級篩作為精篩裝置。

改造后的工藝流程見圖3。

圖3 改造后的復合肥生產工藝流程

原料漿中w（H2O）為28%～30%，現提高閃蒸槽工作真空度與工作負荷，嚴格控制料漿w（H2O）在22%～23%。每噸料漿中加入造粒劑2 kg使其黏性增加并保持良好流動性，料漿槽物料保持快進快出，將保溫溫度由100 ～105 ℃下調到90 ℃左右。造粒時筒內物料溫度控制在65 ～70 ℃。

將包膜系統分置于2個冷卻筒前端。一次包膜置于第一個冷卻筒前端，全水溶性防結塊劑經過霧化后均勻噴涂在物料上，用量為每噸0.8 ～1.0 kg，出口溫度45 ℃左右；經過精篩工序，二次包膜置于第二個冷卻筒前端，粉狀防結塊劑經過調速絞龍均勻噴涂在物料上，用量為每噸3.5 ～5.0 kg，出口溫度28 ℃左右。防結塊處理后，夏季取樣的8 t 成品（養分規格16-8-21）堆包放置到年底（超過6個月）無結塊。根據配方不同，實際防結塊處理成本控制在每噸15 ～20元。

原來每8 h 產量為180 ～210 t，現造粒筒內成球率由78%提高到95%以上，平均每小時投料量37.5 t，平均每小時返料量5.6 t，每8 h 產量290 ～310 t；每天產量約900 t，顆粒比以前更圓潤均勻，優粒率大于95%，w（縮二脲）穩定控制在0.8%以內，生產成本下降20 800元，即每噸生產成本下降23.11元。

改造完成后發現熱篩分效果很好，精篩階段的篩下物比較少，每8 h所得量為0.2 ～0.3 t。為簡化生產操作系統、增加人員與叉車通道，1個月后拆除該段返料線，改為噸袋敞開接料盛裝，生產時直接使用叉車搬運至投料混合盤，均勻進入轉鼓中造粒。

此次設備改造中，熱篩分及精篩、兩次包膜系統改造費用4.5 萬元，尾氣處理系統改造費用6 萬元，增加一套自動包裝機器人系統45 萬元，升級中央控制系統3萬元，總計改造費用58.5萬元，改造周期約30 d。

5 結論

“熱篩分+精篩”工藝具有一定的優越性，可應用于實際的復合肥生產裝置設備改造中，特別適用于低溫噴漿法生產工藝。改造后，肥料顆粒比以前更圓潤均勻，優粒率大于95%，w（縮二脲）穩定控制在0.8%以內，每噸生產成本下降了23.11元。