一種新型尿素造粒塔粉塵回收裝置的創(chuàng)新與應用

苗立冬

(河北正元氫能科技有限公司，河北滄州 061000)

1 造粒塔除塵現(xiàn)狀

造粒塔是尿素顆粒生產(chǎn)中的關鍵設備，通過自然通風或機械強制通風使融熔尿素在下落過程中冷卻、干燥后形成顆粒，在此過程中尿素造粒塔頂部的排放氣中會夾帶大量的尿素粉塵。這些尿素粉塵大部分降落在附近的地面上，腐蝕道路和建筑物、危害部分作物的生長，對周邊環(huán)境造成了污染，其夾帶的尿素粉塵造成了產(chǎn)品浪費，也增加了生產(chǎn)成本消耗。尿素造粒塔的粉塵排放對環(huán)境的污染問題是長期困擾各尿素生產(chǎn)企業(yè)的技術難題。

現(xiàn)行高塔造粒粉塵執(zhí)行標準為GB 16297—1996 《大氣污染物綜合排放指標》中二級排放限值要求，即排放質(zhì)量濃度≤120 mg/m3，排放質(zhì)量流量≤236 kg/h。

2017年9月29日國家發(fā)布了HJ 864.1—2017 《排污許可證申請與核發(fā)技術規(guī)范 化肥工業(yè)-氮肥》，規(guī)定了合成氨企業(yè)針對所有工段的有組織排放、無組織排放的環(huán)保處理技術，尿素造粒塔氣體排放已被環(huán)保部門列為粉塵監(jiān)測排放口?！痘瘜W肥料工業(yè)大氣污染物排放標準》(征求意見稿)(氮肥)研討會于2017年12月6日在北京召開，公布的尿素造粒塔顆粒物排放質(zhì)量濃度限值為30 mg/m3，將“特別排放限值(質(zhì)量濃度)”確定為20 mg/m3。

行業(yè)內(nèi)應對尿素高塔造粒產(chǎn)生的粉塵有電除塵、布袋除塵、電袋復合除塵、濕法洗滌等多種處理方法。但目前幾乎沒有成熟的、可靠的技術方案解決尿素造粒塔粉塵問題。上海境業(yè)環(huán)保能源科技股份有限公司采用袋式除塵器應用于造粒塔頂，合肥瑞鑫化工科技有限公司推廣水洗塔式除塵方式，陽煤正元化工集團將自然通風過濾網(wǎng)水洗除塵方式應用于旗下企業(yè)。

尿素造粒塔塔頂粉塵回收技術有干法和濕法兩類，目前應用較普遍的是采用水吸收的濕法粉塵回收技術，即在造粒塔頂出風口上方安裝塔式水洗除塵裝置，通過水自上往下噴淋的方式與上升的含塵氣體逆流接觸，吸收其中的尿素粉塵。該尿素粉塵回收裝置存在尿素造粒塔阻力大的弊端，雖然在尿素造粒塔排放氣出口加裝風機可有效降低尿素造粒塔阻力，但是投資和運行費用將大大增加，此外還存在除塵效果不理想及由于安裝位置較高帶來的檢維修不方便等問題。干法粉塵回收技術主要為袋式除塵，雖然除塵效果較好，但是尿素粉塵附著于濾袋上很難清除，氣流阻力很大，需要更大更多的風機用來通風，得不償失[1-3]。

從經(jīng)濟角度來講，自然通風的方式更加節(jié)能；從除塵效果來講，過濾式袋除塵效果更好。增加除塵裝置等于增大了風阻，尿素造粒溫度升高；水洗除塵帶出水汽，造成拖尾現(xiàn)象，而袋式除塵存在尿素粉塵黏附于袋除塵濾袋上難以清除的問題[4]。因此,結(jié)合各除塵方式優(yōu)點的新型尿素造粒塔粉塵回收裝置應運而生。

2 新型尿素造粒塔粉塵回收裝置創(chuàng)新方案

2.1 實施方案

(1) 在造粒塔頂百葉窗處安裝專用除塵過濾網(wǎng)，配合安裝水洗噴頭，將尿素粉塵洗滌吸收；安裝專用除塵過濾網(wǎng)，對經(jīng)洗滌吸收后的排放氣進行除霧。

(2) 在造粒間頂部增設吸收液收集槽。

(3) 設置2臺循環(huán)吸收泵，洗滌吸收液循環(huán)使用，尿素質(zhì)量分數(shù)達到約10%后送至尿素系統(tǒng)尿液槽，生產(chǎn)尿素。

(4) 設置2臺清洗泵，利用尿素裝置的解吸液對除塵過濾網(wǎng)及噴頭進行定期清洗。

(5) 粉塵回收配套電氣儀表等設施。

2.2 主要流程

尿素造粒塔頂粉塵回收裝置采用原塔自然通風，不外加強制通風設施。整套裝置布置在造粒間和造粒塔頂部，操作、維護簡便，與生產(chǎn)系統(tǒng)合為一體。吸收粉塵后的溶液循環(huán)使用，當溶液中尿素濃度達到一定值后返回尿液槽，重新造粒。

2.2.1 空氣流程

造粒塔內(nèi)與尿素顆粒逆流接觸后的熱空氣經(jīng)過造粒間側(cè)面通道，熱壓頭增加后進入吸收區(qū)，吸收區(qū)安裝有專用粗過濾網(wǎng)及錐形實心噴頭，上升的熱空氣中夾帶微粒尿素，與側(cè)面噴頭噴出的循環(huán)吸收液充分接觸后，進入分離段除去夾帶的液滴。含塵熱空氣經(jīng)吸收粉塵微粒后進入第二層細濾網(wǎng)進行分離錯流捕獲水霧，除去大量霧滴后的飽和空氣溫度已經(jīng)降低，含尿素微粒的冷凝液滴落入收集池，處理后的氣體從造粒塔頂排放，充分解決了吸收液滴帶出造粒塔外的情況。

2.2.2 液體流程

以現(xiàn)有尿素裝置的解吸液為吸收液，解吸液進入沖洗水槽，經(jīng)沖洗水泵直接進入洗滌噴頭，沖洗除霧濾網(wǎng)及補液，清洗吸收液收集至循環(huán)水槽作為循環(huán)液循環(huán)使用，循環(huán)液經(jīng)過噴淋循環(huán)泵加壓進入洗滌噴頭吸收洗滌粉塵，吸收后的循環(huán)液又收集至循環(huán)水槽及循環(huán)泵緩沖槽，然后循環(huán)使用，尿素質(zhì)量分數(shù)達到約10%后送至尿素系統(tǒng)尿液槽，生產(chǎn)尿素。

2.2.3 粉塵回收流程

粉塵回收裝置原始開車時，先通過布置在粉塵回收裝置側(cè)面的洗滌噴頭向循環(huán)水槽補加尿素解吸塔出來的解吸液，當補加到一定液位時，開啟噴淋循環(huán)泵，吸收液通過吸收噴頭，噴淋洗滌粉塵，并循環(huán)吸收。

3 技術的先進性

該裝置采用自然通風，空氣環(huán)形側(cè)出、側(cè)噴吸收的結(jié)構方式，相比垂直噴淋結(jié)構，通氣面積增大，阻力減小，不需要增加強制通風設施即可正常運行，降低了運行成本，同時減小了投資；采用了多層高空隙率專有填料，由于在網(wǎng)格上形成連續(xù)封閉的水膜，吸收效果大大優(yōu)于垂直噴淋方式。該裝置裝設在造粒塔頂部出風口邊緣，增加塔高度小，巡檢、維修更加方便；施工周期短，對生產(chǎn)影響較小，適用于新建造粒塔及對現(xiàn)有造粒塔的改造。

4 裝置運行效益

該尿素造粒塔年產(chǎn)80萬t尿素,裝置日耗電量2 880 kW·h，夏季日耗水量約264 t。

隨水分蒸發(fā)及時補充水分，每日排放吸收液1次，排放尿液質(zhì)量分數(shù)為10%，每次排放量30 t。

以海淡水6.45元/t、電價0.58元/(kW·h)、尿素1 650元/t(2020年5月價格)計算,則每天產(chǎn)生經(jīng)濟效益1 576.8元。

改造前尿素造粒塔外排廢氣中顆粒物最高排放質(zhì)量濃度≥200 mg/m3，不符合GB 16297—1996的要求。改造后廢氣經(jīng)噴淋循環(huán)泵處理后，由100 m高造粒塔頂排放，外排廢氣中顆粒物最高排放質(zhì)量濃度為24.2 mg/m3，最高排放質(zhì)量流量為24.2 kg/h，均符合GB 16297—1996中二級排放限值要求(排放質(zhì)量濃度≤120 mg/m3，排放質(zhì)量流量≤236 kg/h)；氨最高排放質(zhì)量流量為3.76 kg/h，符合GB 14554—1993 《惡臭污染物排放標準》中排放限值要求(排放質(zhì)量流量≤75 kg/h)。

經(jīng)檢測,廠界外無組織排放顆粒物最高排放質(zhì)量濃度為0.446 mg/m3，符合GB 16297—1996中無組織排放限值要求(顆粒物質(zhì)量濃度≤1.0 mg/m3)；氨最高排放質(zhì)量濃度為0.74 mg/m3，符合GB 14554—1993中排放限值要求(排放質(zhì)量濃度≤1.5 mg/m3)。

經(jīng)檢測,廠界四周晝間噪聲為57.4～62.4 dB，夜間噪聲為49.0～54.9 dB，均符合GB 12348—2008 《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》中3類標準要求(晝間噪聲≤65 dB，夜間噪聲≤55 dB)。

5 結(jié)語

該裝置運行滿足除塵要求，監(jiān)測數(shù)據(jù)符合GB 16297—1996中二級排放限值的要求(排放質(zhì)量濃度≤120 mg/m3，排放質(zhì)量流量≤236 kg/h)。改造后新增經(jīng)濟效益83.304萬元/a。尿素造粒塔頂采用粉塵回收裝置后，對正常生產(chǎn)幾乎無影響，既降低了環(huán)境污染問題,又回收了尿素粉塵,增加了成品產(chǎn)量，降低了對周邊環(huán)境的危害，符合國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策,具有良好的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會效益。