張 軍,包鵬飛

(山東華魯恒升化工股份有限公司， 山東德州 253000)

山東華魯恒升化工股份有限公司(簡(jiǎn)稱華魯恒升)目前在運(yùn)行尿素裝置包括2套50萬t/a二氧化碳汽提工藝尿素裝置，1套100萬t/a二氧化碳汽提工藝尿素裝置，尿素產(chǎn)能達(dá)到200萬t/a以上。近年來，國家加強(qiáng)對(duì)大氣污染的治理力度，其中尤以針對(duì)尾氣排放的要求最為嚴(yán)格。為了應(yīng)對(duì)尿素造粒塔尾氣排放帶來的嚴(yán)峻環(huán)保壓力，華魯恒升在造粒塔粉塵治理上投入大量的人力物力，其中包括簡(jiǎn)單水洗除塵、多級(jí)水洗除塵、干式濾袋除塵等技術(shù)改造，對(duì)造粒塔的尾氣粉塵治理都取得了一定的效果。筆者針對(duì)以上幾種造粒塔粉塵治理裝置進(jìn)行總結(jié)和對(duì)比分析，為造粒塔尾氣粉塵治理工藝的選擇提供參考。

1 造粒塔放空氣中粉塵產(chǎn)生的機(jī)理

尿素生產(chǎn)中，造粒塔普遍采用的是圓柱形高大混凝土構(gòu)筑物，位于造粒塔頂中央的造粒噴頭噴灑尿素熔融物料，經(jīng)自然通風(fēng)降溫而形成尿素顆粒產(chǎn)品[1]。在造粒和尿素結(jié)晶形成顆粒的過程中,由于諸多化學(xué)和機(jī)械因素的影響形成了大量的尿素粉塵，不但損失了尿素產(chǎn)量，同時(shí)對(duì)周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。造粒塔放空氣中粉塵的產(chǎn)生主要有以下幾個(gè)原因：

(1) 當(dāng)尿液中的易揮發(fā)組分(如水分、游離氨、甲醇等)含量超標(biāo)時(shí)，它們會(huì)從尿素顆粒內(nèi)部向外部蒸發(fā)，造成尿素顆粒的破裂或空心，從而產(chǎn)生不規(guī)則的尿素粉塵[2]。

(2) 造粒過程中尿液離開造粒噴頭后，由于其本身的向下運(yùn)動(dòng)和與塔內(nèi)上行的冷空氣接觸，使尿液柱斷裂，形成長(zhǎng)度不等的液柱短節(jié)，尿液柱短節(jié)在表面張力的作用下，形成近似于球形的尿素顆粒。尿素液柱斷裂具有隨機(jī)性，必然會(huì)形成一部分細(xì)小的尿素顆粒和粉塵，當(dāng)上升的空氣速度大于這些粒子的懸浮速度時(shí)，細(xì)小的尿素顆粒和粉塵就會(huì)隨上升空氣一同排出塔外。

(3) 造粒噴頭上開有許多規(guī)則的圓形小孔，如果尿液系統(tǒng)中有雜質(zhì)，如金屬碎片、毛刺、密封填料碎片等，會(huì)堵塞噴頭小孔，造成小孔通道的不規(guī)則，極易產(chǎn)生粉塵。

(4) 造粒器的工作穩(wěn)定性也是影響粉塵產(chǎn)生的重要因素，如果造粒器的軸彎曲或有擺動(dòng)、振動(dòng)等現(xiàn)象，會(huì)造成尿液出現(xiàn)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，使尿素顆粒發(fā)生碰撞形成粉塵。

(5) 造粒塔通風(fēng)發(fā)生偏流會(huì)造成尿素顆粒的運(yùn)行軌跡發(fā)生變化，粒子相互碰撞后破損產(chǎn)生粉塵,有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致顆粒粘連，形成不規(guī)則的顆粒。

2 造粒塔除塵治理工藝

隨著國家環(huán)保治理越來越嚴(yán)格的形勢(shì)，造粒塔尾氣的排放質(zhì)量濃度限值為≤10 mg/m3[3]。在無粉塵回收裝置的造粒塔尾氣中尿素粉塵質(zhì)量濃度為120～180 mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國家制定的標(biāo)準(zhǔn)。為此國內(nèi)企業(yè)逐步開發(fā)出各種針對(duì)造粒塔尾氣粉塵排放的治理工藝，經(jīng)過20年的發(fā)展，相應(yīng)的粉塵治理技術(shù)也有了很大的進(jìn)步，從初期的簡(jiǎn)單水洗工藝逐步發(fā)展到干式濾袋除塵技術(shù)，造粒塔粉塵治理效果顯著提升，尾氣的感官效果改善明顯。目前國內(nèi)在用的造粒塔除塵技術(shù)有水洗除塵工藝和干式濾袋除塵工藝。

2.1 水洗除塵工藝

2.1.1 簡(jiǎn)單水洗除塵技術(shù)

在2000年后，由于國家環(huán)保檢查的強(qiáng)制性要求，催生了造粒塔粉塵治理技術(shù)的發(fā)展，受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平和施工能力的限制，簡(jiǎn)單水洗除塵裝置主要是在造粒塔頂部安裝一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)筒體裝置，用于收集造粒塔的尾氣(見圖1)。在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部均布一層或多層向上和向下的噴淋噴頭，在噴頭下方設(shè)置一層用于粉塵吸收的填料板或收水器，并且保證足夠的通風(fēng)量，防止造粒塔過高的落料溫度。在造粒間設(shè)置洗滌槽和洗滌泵，通過泵將洗滌液循環(huán)使用，將造粒塔尾氣中的粉塵在填料段捕集下來，達(dá)到降低尾氣中粉塵濃度的目的。2007年華魯恒升自主設(shè)計(jì)安裝2臺(tái)造粒塔水洗除塵裝置，但經(jīng)過運(yùn)行發(fā)現(xiàn)該裝置存在填料阻力大、噴淋洗滌效果差的問題，實(shí)際運(yùn)行效果并不理想。

圖1 簡(jiǎn)單水洗除塵工藝主要結(jié)構(gòu)

2.1.2 強(qiáng)制通風(fēng)多級(jí)水洗除塵技術(shù)

為了克服填料阻力、解決造粒塔通風(fēng)量、改善除塵裝置洗滌效果，經(jīng)過不斷地摸索和試驗(yàn)，部分環(huán)保公司推出了強(qiáng)制通風(fēng)多級(jí)水洗除塵技術(shù)。

強(qiáng)制通風(fēng)多級(jí)水洗除塵工藝裝置主要結(jié)構(gòu)仍是在造粒塔頂安裝鋼結(jié)構(gòu)筒體收集尾氣，并在其頂部安裝多臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，從而克服多級(jí)填料層造成的阻力，保證造粒塔足夠的通風(fēng)量(見圖2)。在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同高度位置安裝多層高效的專用填料，頂部安裝除沫填料層，在增大洗滌面積、提高洗滌效果、減少流通阻力、降低填料質(zhì)量等方面都有很好的效果。每層填料上方都配有噴淋裝置，達(dá)到多級(jí)洗滌的目的。洗滌液循環(huán)系統(tǒng)仍沿用早期的洗滌槽、洗滌泵設(shè)計(jì)，但洗滌液量有了較大增加，有利于提高洗滌效果。

圖2 強(qiáng)制通風(fēng)多級(jí)水洗除塵工藝主要結(jié)構(gòu)

目前強(qiáng)制通風(fēng)多級(jí)水洗除塵技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用較多，華魯恒升在2017年完成2臺(tái)造粒塔的強(qiáng)制通風(fēng)多級(jí)水洗除塵技術(shù)改造，洗滌后尾氣排放質(zhì)量濃度達(dá)到30 mg/m3左右。但由于需要大量的水洗滌，造成排放的尾氣相對(duì)濕度較高，現(xiàn)場(chǎng)感官效果較差。從2018年開始京津冀及周邊地區(qū)高塔尾氣排放質(zhì)量濃度指標(biāo)已經(jīng)提高至≤10 mg/m3，現(xiàn)有的水洗工藝已不能滿足國家越來越嚴(yán)格的排放指標(biāo)。

2.2 干式濾袋除塵工藝

由于水洗除塵工藝的除塵效果不理想，現(xiàn)場(chǎng)感官效果差，尿素企業(yè)仍面臨巨大的環(huán)保壓力。國內(nèi)的環(huán)保公司又針對(duì)造粒塔尾氣研發(fā)了干式濾袋除塵技術(shù)，即用特殊材料的濾袋過濾造粒塔尾氣，這種濾袋可以保證將大量的尿素粉塵捕集起來，再通過噴吹系統(tǒng)保證濾袋的連續(xù)運(yùn)行。目前國內(nèi)已有多家公司實(shí)施了干式濾袋除塵改造，華魯恒升于2019年完成了1臺(tái)造粒塔的干式濾袋除塵工藝技術(shù)改造，除塵效果較好，現(xiàn)場(chǎng)感官效果良好，但也存在影響運(yùn)行周期和通風(fēng)量的問題。

圖3為干式濾袋除塵工藝主要結(jié)構(gòu)。在造粒塔頂部安裝鋼結(jié)構(gòu)筒體，收集造粒塔的尾氣，在筒體內(nèi)安裝足夠長(zhǎng)度和數(shù)量的特殊材質(zhì)濾袋，用以過濾尾氣中的尿素粉塵，同時(shí)保證造粒塔的通風(fēng)面積。排氣采用強(qiáng)制通風(fēng)模式，早期使用大流量的離心風(fēng)機(jī)，由于現(xiàn)場(chǎng)空間的制約，后期逐步改為頂部帶變頻的軸流風(fēng)機(jī)。為提高噴吹效率，將早期塔頂四分區(qū)設(shè)計(jì)改八分區(qū)，不僅方便檢修，而且可以通過程序?qū)蝹€(gè)分區(qū)風(fēng)機(jī)定時(shí)降頻進(jìn)行噴吹，從而提高濾袋表面粉塵的分離效果，延長(zhǎng)濾袋的使用周期。

圖3 干式濾袋除塵工藝主要結(jié)構(gòu)

3 工藝對(duì)比分析

華魯恒升現(xiàn)有的3套造粒塔除塵裝置，1#造粒塔采用上海境業(yè)環(huán)保的干式濾袋除塵工藝，2#造粒塔采用福建龍凈環(huán)保的干式濾袋除塵工藝，3#造粒塔采用五環(huán)設(shè)計(jì)院的水洗除塵工藝。將3套造粒塔除塵裝置的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表1。

由表1可以看出干式濾袋除塵工藝和水洗除塵工藝的差別：

(1) 從除塵效果來看，2種除塵工藝第三方檢測(cè)尾氣中的顆粒物質(zhì)量濃度差別不大，都能滿足環(huán)保要求，并且遠(yuǎn)低于10 mg/m3的指標(biāo)。

(2) 干式濾袋除塵工藝處理尾氣效果較好，造粒塔塔頂看不到尾氣。而采用水洗除塵工藝的造粒塔拖尾明顯，在晴朗天氣條件下尤為嚴(yán)重，往往會(huì)成為外界投訴的重點(diǎn)部位，給企業(yè)帶來較大影響。

(3) 干式濾袋除塵技術(shù)由于濾袋自身存在阻力，并且運(yùn)行后阻力逐步增加，造成造粒塔的實(shí)際通風(fēng)量越來越小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)廠家后期也采取了多種措施，仍不能有效解決造粒塔通風(fēng)量小的問題，造成造粒塔落料溫度偏高。為控制落料溫度，不得不減負(fù)荷運(yùn)行;同時(shí),減負(fù)荷運(yùn)行對(duì)刮料機(jī)和尿素質(zhì)量都有影響，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受損。采用強(qiáng)制通風(fēng)多級(jí)水洗除塵技術(shù)由于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)余量大，優(yōu)化了填料層的阻力，基本不存在影響落料溫度的問題。

(4) 在運(yùn)行成本上，由于干式濾袋除塵技術(shù)采用的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓力較高、功率偏大、數(shù)量較多，造成能耗偏高，并且定期更換濾袋的費(fèi)用也不低。水洗除塵裝置的水消耗量較大，回收的洗滌液濃度偏低造成的蒸汽消耗偏高，但維護(hù)費(fèi)用低?？傮w上干式濾袋除塵技術(shù)的運(yùn)行成本高于水洗除塵技術(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，干式濾袋除塵技術(shù)和水洗除塵技術(shù)各有利弊，但國家環(huán)保政策會(huì)越來越嚴(yán)格，在解決高塔排放的消白和拖尾問題上，干式濾袋除塵技術(shù)將更具優(yōu)勢(shì)。水洗除塵技術(shù)更適合于新建造粒塔，可以保證足夠的設(shè)計(jì)余量，并且對(duì)于尾氣消白和拖尾要求不嚴(yán)的企業(yè)相對(duì)更加合適，隨著新型除霧材料的發(fā)展，將來還是有很大的市場(chǎng)空間。干式濾袋除塵技術(shù)重點(diǎn)要解決造粒塔通風(fēng)問題。相關(guān)廠家可以從濾袋自身阻力和濾袋表面除塵效果入手，采用新型材質(zhì)的濾袋，降低濾袋與尿素的附著性、提高濾袋通透性、增加濾袋的彈性、改善龍骨和噴吹結(jié)構(gòu)，從而增大造粒塔的通風(fēng)量。濾袋的使用成本比較高，需要研發(fā)可以長(zhǎng)期或重復(fù)使用的濾袋，降低生產(chǎn)成本。無論哪種技術(shù)，目前造粒塔除塵技術(shù)改造費(fèi)用偏高仍是主要問題。除塵技術(shù)的設(shè)備部件應(yīng)進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化和單元化，降低制造和安裝成本，通過更多的技術(shù)應(yīng)用，推動(dòng)粉塵回收技術(shù)的良性發(fā)展。

表1 3套尿素造粒塔除塵裝置運(yùn)行對(duì)比