尿素粉尘产生的原因及解决方法

尿素粉尘产生的原因及解决 ??40??尿素粉尘产生的原因及解决方法贺华丁文捷(宁夏大学机械系，宁夏银川750021)摘要对尿素粉尘进行分类，阐述了一次粉尘及二次粉尘的概念，并着重了一次粉尘产生的原因，通过计算分析，提供了解决一次粉尘产生的一些方法。关键词尿素一次粉尘二次粉尘喷洒线由于近年来尿素市场供大于求，农民购买尿素时对尿素的质量有了较高的要求，特别是尿素粉尘问题，已成为影响购买的一个主要因素。其主要原因是由于粉尘多的尿素在使用过程中，施撒不均匀，而且粘手，另外粉尘多的尿素易结块，直接影响使用效果。作者经分析认为，尿素液体射流喷洒线在空中交错导致产生的粉尘以及尿素液体飞离喷头时产生的细小颗粒称之为一次粉尘;颗粒经飞行后与塔壁和塔底碰撞导致颗粒破碎产生的粉尘称之为二次粉尘。下面对于这2种粉尘产生的原因和解决办法进行分析。1产生一次粉尘的原因及解决办法实际的尿素造粒喷头为一倒锥台形状，喷头侧面上开有很多小孔，当转速选得合适时，喷头内表面各处液层厚度比较均匀，液面为抛物线形状。喷头内壁各点所受液体压力及孔口速度随喷头高度变化的关系曲线见图11。P和V随y的变化趋势是相同的，YPmin以上压力随y增加而增加，这时，由喷孔喷出液体的喷洒线不会交错。相反，YPmin以下压力随y减小而增加，喷洒线交错，产生的粉尘即是一次粉尘。当液体喷洒量不变，喷头以稳定转速旋转时，喷头内液面形状不变，喷头内壁各点的压力为该处垂直向上至抛物面表面的单位面积上液柱重2: P5.48×10-3×p×n2×y2×tg2α-py-y0×g1式中p-熔融尿素密度;n-喷头转速;y-锥顶至喷头各点的竖直距离;α-圆锥半顶角;g-重力加速度。如前面所述，为保证各排喷洒线不交错，减小粉尘的产生，要求YPminCa。(1)式两边对y求一次导数并令其为零:dP/dY0得:5.48×10-3×p×n2×2yPmin×tg2α-p×g02例如，我们对一实际在用喷头进行分析，喷头无内件，尺寸见图2。该喷头在使用中实际转速n260r/min，α16.4??。由2式得，Ypming5.48×10-3×n2×2×tg2α0.154m贺华等尿素粉尘产生的原因及解决方法经验交流图1喷头工作状态示意图V-孔口速度;Yvmin-孔口速度最小点高度;P-喷头内壁所受压力;Ypmin-压力最小点高度图2喷头尺寸收稿日期:2001-05-08经验交流??41????41??2001年第8卷第6期化工生产与技术 ChemicalProductionandTechnology可见YPmina119mm，会使一部分喷洒线交错，形成粉尘。要解决这个问题，有2种方法可作为参考。1在喷头尺寸不变的条件下改变转速。要满足YPminCa，由(2)得:ng5.48×10-3×2×tg2α×D0.119295r/min按计算，喷头转速必须在295r/min以上，在理论上喷洒线才不会交错。2改变喷头尺寸(喷头直径或高度)。例如，保持喷头直径240和70不变，要满足YPminCa的要求，则需改变喷头高度(或圆锥半顶角)。即:tgαg5.48×10-3×n2×2×D0.1190.333α18.4??上面2种解决喷洒线交错的方法，对于生产厂家来说，改变喷头转速比较方便。不过，值得注意的是，喷头转速过快，还会产生粘塔的问题，因此转速要经计算来确定。上面我们分析的是直孔喷头，对于直孔喷头来说，必须保持一定的喷头锥角，使喷头内壁压力由上至下逐渐减小，以形成上下喷孔液体喷出速度的差异，才能保证喷洒线不交错。对于斜孔喷头来说，其锥角一般较小，因此喷头内壁压力较均匀，造出的尿素颗粒粒度也均匀，颗粒的喷出速度靠斜孔的角度来控制，可以较好地控制喷洒线不交错。但是斜孔喷头适合产量稳定的生产情况，还受造粒塔直径的限制。对于直孔喷头来说，对产量的限制不大，而且一直被我国中氮厂所使用，因此对于中氮厂来说直孔喷头更加适用。还有一个问题值得注意，由于喷头都存在着一定的锥 角，喷头在正常平稳的工作状态下，其内侧壁压力和尿素颗粒的喷出速度从上至下是递减的，只要颗粒大小均匀，喷洒线就不会交错。但是由于喷头上各点的线速度从上到下递减，上部的线速度较大，尿液在孔口停留时间短，因此喷头上部所形成的尿素颗粒粒径小，较小的颗粒在飞离喷头后，平行飞行速度急剧减小3，会导致这部分喷洒线和喷头下部颗粒喷洒线产生交错，这样也会增加粉尘量。在喷头时，喷孔孔径从下至上应逐渐增大，使喷头上下产生的颗粒大小均匀，避免喷洒线的交错。因此，喷孔的设计也是十分重要的。2细小颗粒产生的原因及解决办法如果喷头操作情况不稳定，喷头内壁某些点液量供应不足，出现时断时续的情况，就极易产生细小的颗粒，这些细小颗粒也属于一次粉尘。尿素国标对粒度要求的下限为0.8mm，那么0.8mm以下的颗粒经筛分就要作为粉尘处理。对于斜孔喷头来说，对生产负荷的稳定性要求较高，一般要求生产负荷与设计负荷偏差?2t/h，因此可以避免这种现象。对于直孔喷头，其设计余量较大，理论上负荷越大越好。但如果喷头的动平衡破坏，旋转轴线偏离原中心线，喷头内的液面会产生大的波动，就会有更多的细小颗粒产生。因此，必须解决造粒设备的整体动平衡失稳的问题，目前各生产厂都没有注意到这一问题，应加以关注。3二次粉尘产生的原因1尿素颗粒降到塔底时，强度不够，容易摔碎而形成粉尘。尿素颗粒飞离喷头后，在飞行过程中降温结晶，其温度越低，颗粒密度越大，颗粒就越结实，不易破碎。但是，对于目前各氮肥企业的造粒塔来说，普遍存在塔的高度及宽度不够，颗粒降到塔底时温度还较高，从而造成较多颗粒的破碎;2较大颗粒在较大的初速度下，还没有完全结晶即飞到塔壁上与塔壁碰撞，颗粒破碎产生粉尘;3颗粒的粒径超过2.0mm时就会产生空心，空心尿素颗粒的强度非常低，更容易摔碎。对于目前的造粒塔来说，比较好的方法是控制通风量和颗粒的粒度。4小结对于目前我国尿素生产厂家来说，可通过改造喷头以及改进操作，尽量减少一次粉尘的产生。对于二次粉尘，只有添加一些增加强度的添加剂，在一定程度上改善这一问题。尿素喷淋造粒工艺虽然简单易行，但是生产的尿素颗粒小且粉尘多。因此，我们应该根据各厂的实际情况，尽快使用更加先进的造粒工艺，这样产品才会更有市场竞争力。参考文献1王蕊芳.尿素造粒喷头的动力分析.中国计量学院学报，1995，(1)2陈吉武，张仁娟等.造粒喷头工作特性探讨.中国计量学院学报，1996，(1)3贺华，丁文捷等.尿素造粒器试用大颗粒喷头的使用情况及分析.化肥工业，2000，(3)作者简介贺华，1969年出生，讲师，1991年毕业于成都科技大学化学工程系，现主要从事化工及化工设备的教学和科研工作。