磷銨產品冷卻技術探討

何春云

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠 661699）

0 引言

我國用占世界9%的耕地生產出占世界25%的農產品，養活了占世界20%的人口。磷肥產業是支撐國家農業發展、保障糧食安全的重要基礎性產業。

近年來，隨著我國磷肥產能逐步提升，產能過剩使用戶對磷肥產品的選擇由原來的價格導向向質量需求轉變。目前大多數磷肥企業磷銨生產裝置都建有或大或小的散堆庫。散堆庫的作用：一方面有利于降低產品的包裝溫度；另一方面有利于靈活調節產品養分含量，減少養分富余量及不合格品產生，以確保包裝時產品質量達標。磷銨產品經過冷卻系統后溫度一般在40 ℃左右，經包裹窯噴涂防結塊劑后產品溫度又會有所升高，導致產品進入散堆庫時溫度≥40 ℃，在散堆庫中堆存時，若不及時翻堆，中間部分產品由于散熱不均勻會出現表面發白及結塊現象，影響產品質量，客戶投訴率高。而磷銨生產裝置一般都采用24 h連續生產工作制，散堆庫中產品溫度過高是大多數企業生產過程中一直存在的問題。

針對此問題，磷肥企業采取了一些措施，但均存在不足之處。為降低磷肥企業散堆庫中磷銨產品溫度，筆者探討采用液氮對磷銨產品進行冷卻的新技術。

1 散堆庫中磷銨產品發白、結塊原因分析

一方面，散堆庫中磷銨產品溫度高時物料的臨界相對濕度降低，同時周圍的空氣在溫度高時處于不飽和狀態，隨著溫度下降變為飽和空氣，達到露點即冷凝，冷凝的水珠附著在肥料產品粒子表面，造成產品顆粒表面鹽類先溶解后結晶。伴隨著鹽類的溶解再結晶，由于各種物質溶解度不同，結晶的先后順序也不同，這就造成粒子由原來的均相物質變成了非均相物質，各種物質呈現出了各自不同的顏色，也會導致產品變花、變白。

另一方面，產品中水分在緩慢蒸發過程中，從內部向外擴散，同時溶解在水中的鹽類也隨著水分擴散至粒子表面，即所謂的鹽類滲出，鹽類之間又發生緩慢的反應，在顆粒表面析出新鹽結晶，從而造成產品粒子褪色、變白，嚴重時形成鹽橋而結塊［1］。

因此，要保證磷銨產品外觀質量不發生變化，解決產品發白、結塊問題，除了添加防結塊劑等方法，還要確保產品下線（從包裹窯出來）溫度達到室溫為宜。

2 目前主要采取的冷卻措施

2.1 擴大散堆庫面積

目前磷肥企業對磷銨產品堆存降溫采取的主要措施為擴大散堆庫面積，但該方法存在占地面積大、揚塵大、翻運成本高等問題。

2.2 改變散堆庫內部的狀態或性質

受地理位置限制無法擴大散堆庫面積時，有些企業將散堆庫由單層堆放產品改為多層空間堆放產品，以減少產品堆積厚度，并通過增加風冷設備實現有效降低產品溫度。但該方法也存在揚塵大等問題。

2.3 皮帶下方增加水冷式設備

磷銨產品從包裹窯出來后經輸送皮帶送至散堆庫，可考慮在輸送皮帶機下方增加一臺水冷式水平冷卻輸送機，利用冷水循環系統實現產品降溫。冷卻系統是由輸送機輸送槽面下部一個封閉的箱體組成，在設備兩端分別設置有進水口和出水口，在物料通過輸送槽體平面時，箱體內的冷水對平面上的物料進行間接冷卻。此方案投資小，冷卻效果好，基本不影響生產進度，但漏液時會存在產品受潮等質量隱患，且能耗高。

3 磷銨產品降溫新技術探討

3.1 對新冷卻系統的要求

為解決產品發白、結塊等質量問題，針對散堆庫產品溫度高于室溫，考慮在包裹窯出來后的成品輸送皮帶處安裝冷卻系統來降低產品溫度。結合裝置情況，新增冷卻系統必須達到以下幾個方面要求：（1）投資小，成本低；（2）技改時不影響生產；（3）冷源來源方便充足，無毒無害，不可燃，無腐蝕性，綠色環保；（4）操作方便，能快速達到降溫目的，并可實現自動化管控。

根據生產需求，筆者通過研究發現采用液氮冷卻系統能滿足快速降低磷銨產品溫度的目的，且對磷銨產品無任何副作用。

3.2 技術路線

在包裹窯出來后的成品皮帶機上方安裝一個支架，用于架設液氮+空氣混合氣體噴嘴；噴嘴為DN15長管（長度與皮帶上產品寬度一致），高度為30 cm 左右，管子上每間隔10 cm 開有一個細孔正對著皮帶上成品，確保氣體呈霧化狀，孔數以能完全覆蓋皮帶上的磷銨產品而定，噴嘴與液氮儲罐通過管道連接在一起。在常壓下，液氮溫度為-196 ℃，1 m3的液氮膨脹至21 ℃的純氣態氮體積為696 m3。由于液氮溫度過低，所以在噴嘴前端處設有三通，輸入干燥的壓縮空氣，壓縮空氣按一定比例和液氮混合使液氮溫度達到冷卻磷銨產品所需溫度。在液氮儲罐出口裝有低溫自動截止閥、自動排氣閥、流量控制閥、緊急切斷閥、壓力釋放閥，在噴嘴后端皮帶處磷銨產品上方設有紅外線測溫儀，設定溫度值為（23±3）℃。測溫儀溫度值與液氮流量控制閥實現聯鎖，通過調整液氮流量控制閥自動控制液氮流量來降低并穩定磷銨產品的溫度，將信號引入分散控制操作系統（DCS）實現無人值守化管控。

新冷卻系統工藝流程：從包裹窯出來的溫度約40 ℃的磷銨產品經過成品皮帶機時，開啟液氮儲罐低溫自動截止閥向管道輸送液氮，來自外管的干燥壓縮空氣與液氮通過噴嘴前端三通按一定比例（根據磷銨產品溫度及所需冷卻溫度決定）混合后進入噴嘴，液氮+空氣混合氣體在壓力的作用下呈霧化狀噴射在磷銨成品上對其進行冷卻，冷卻溫度通過磷銨產品皮帶后端紅外線測溫儀測定，并通過溫度設定值與液氮流量控制閥聯鎖來控制液氮輸出流量，最終實現磷銨產品冷卻溫度調節。

4 結論與建議

（1）液氮為惰性氣體，無色，無臭，無腐蝕性，不可燃，溫度極低，對磷復肥產品質量無任何影響，且綠色環保。利用液氮冷卻系統能達到快速降低磷銨產品溫度的目的，能有效解決磷銨產品受溫度影響產生的發白、結塊等質量問題。

（2）所輸入的空氣必須為干燥的，否則空氣中夾帶的水氣會對磷銨產品水分造成影響。

（3）液氮儲罐需儲存于陰涼、通風的區域，溫度不宜超過30 ℃，并保持液氮噴嘴區域通風良好。