李紅明

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453731)

王　獻(xiàn)

(合肥瑞鑫化工科技有限公司安徽合肥230061)

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尿素造粒塔粉塵回收裝置改造總結(jié)

李紅明

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453731)

王獻(xiàn)

(合肥瑞鑫化工科技有限公司安徽合肥230061)

尿素造粒塔是尿素生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。通過自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)使融熔尿素在下落過程中達(dá)到凝固成形和冷卻，故在尿素造粒塔頂部的排放氣中會(huì)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，不僅腐蝕道路和建筑物，而且危害作物的生長(zhǎng)，污染周邊環(huán)境。同時(shí)，此部分夾帶的尿素也增加了生產(chǎn)消耗，削弱了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因此，尿素造粒塔的粉塵排放對(duì)環(huán)境的污染是長(zhǎng)期困擾氮肥企業(yè)的一個(gè)難題。河南心連心化肥有限公司現(xiàn)有5套尿素生產(chǎn)裝置，已有4套裝置增設(shè)了尿素造粒塔粉塵回收裝置，但運(yùn)行情況不盡如人意，未達(dá)到預(yù)期的回收效果，為此，決定在化肥三廠Ф 19 m尿素造粒塔粉塵回收裝置的基礎(chǔ)上，采用合肥瑞鑫化工科技有限公司的專利技術(shù)(ZL 201220523238.9)對(duì)粉塵回收裝置進(jìn)行技術(shù)改造。

1　尿素造粒塔粉塵產(chǎn)生的原因

(1)化學(xué)反應(yīng)過程中所造成的粉塵。尿液從造粒噴頭噴出后，與來自尿素造粒塔塔底的冷空氣相遇，尿液本身的向下運(yùn)動(dòng)和冷空氣的向上運(yùn)動(dòng)使尿素液柱斷裂，形成長(zhǎng)度不等的液柱短節(jié)，短節(jié)的長(zhǎng)度取決于尿液的內(nèi)在黏性。由于尿液表面張力的存在，液柱短節(jié)最終形成近似于球形的尿素顆粒。由于尿素液柱斷裂的隨機(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)隨上升空氣排出塔外。另外，當(dāng)尿素溶液中水含量超標(biāo)時(shí)，尿素顆粒中的水分從內(nèi)部向外部蒸發(fā)，造成尿素顆粒的二次破裂，進(jìn)而產(chǎn)生不規(guī)則的尿素粉塵。 當(dāng)尿素溶液中游離氨含量超標(biāo)時(shí)，也會(huì)造成尿素顆粒的破裂。

(2)造粒噴頭的原因。造粒噴頭上開有許多規(guī)則的圓形小孔，若系統(tǒng)中有雜質(zhì)，如金屬碎片、毛剌、密封盤根碎片等，就會(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；嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)造成噴頭的生產(chǎn)能力不夠，進(jìn)而產(chǎn)生溢料。

(3)造粒機(jī)的工作穩(wěn)定與否也是產(chǎn)生粉塵的重要因素。如果造粒機(jī)的軸有彎曲、擺動(dòng)及振動(dòng)等現(xiàn)象，都會(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，這也是產(chǎn)生粉塵的重要原因。

(4)尿素造粒塔的通風(fēng)也會(huì)影響粉塵的產(chǎn)生，如果通風(fēng)發(fā)生偏流，則風(fēng)量過大，會(huì)造成尿素顆粒的運(yùn)行軌跡發(fā)生變化，尿素粒子相互碰撞后會(huì)產(chǎn)生粉塵。

(5)當(dāng)熔融尿素溫度過高時(shí)，容易產(chǎn)生粉塵和空心。

2　尿素造粒塔塔內(nèi)風(fēng)速、風(fēng)量的影響

尿素造粒塔的冷卻空氣量、流速與塔的設(shè)計(jì)高度有關(guān)，而其所需要的空氣量取決于熔融尿素及尿素顆粒中移去的熱量。通常每噸尿素設(shè)計(jì)空氣量為8 000～10 000 m3，則Ф 19 m尿素造粒塔最大自然通風(fēng)量為5×105m3/h。

化肥粉塵允許排放濃度目前尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際造粒塔排放空氣平均含塵質(zhì)量濃度在120～240 mg/m3(季節(jié)不同，產(chǎn)生的粉塵量也不一樣)，大顆粒尿素裝置中排出尾氣平均含塵質(zhì)量濃度在30～50 mg/m3(已有粉塵回收裝置)，塔內(nèi)平均風(fēng)速0.57 m/s。造粒塔排出的粉塵量和空氣的含塵質(zhì)量濃度隨生產(chǎn)規(guī)模和操作條件不同以及造粒噴頭的優(yōu)劣而有很大區(qū)別。據(jù)測(cè)定，Ф 19 m尿素造粒塔在自然通風(fēng)方式下，其尿素生產(chǎn)能力為1 000～1 500 t/d， 噴灑量為42～66 t/h，通風(fēng)量約為5×105m3/h，含塵質(zhì)量濃度為120～240 mg/m3(標(biāo)態(tài))，噸尿素產(chǎn)生粉塵量為1.2～1.4 kg(即尿素造粒塔的粉塵損失量)。Ф 19 m尿素造粒塔的產(chǎn)量在400 kt/a，大于10 μm的尿素顆粒在大氣風(fēng)速0.5 m/s的條件下，大致降落在6 km半徑范圍之內(nèi)。

3　粉塵回收裝置現(xiàn)狀

化肥三廠現(xiàn)有的Ф 19 m尿素造粒塔粉塵回收裝置的填料、收水器使用時(shí)間不到2年，變形、塌陷、破碎嚴(yán)重，噴頭和噴管堵塞，塔頂氣相帶液嚴(yán)重，尿素造粒塔阻力較大；特別是夏季，環(huán)境溫度較高時(shí)，尿素造粒塔下部黏塔嚴(yán)重，尿素顆粒溫度升高，粉塵回收效果不好，被迫扒出粉塵回收框架內(nèi)填料，以增加通風(fēng)量，因此也造成了粉塵無法回收，達(dá)不到環(huán)保要求。

該尿素造粒塔粉塵回收裝置在設(shè)計(jì)時(shí)存在嚴(yán)重缺陷，噴頭布置不合理，霧化液與氣體并流吸收，容易造成霧化液帶出造粒塔外，形成二次污染，且噴頭數(shù)量太少，裝置內(nèi)死角較多，嚴(yán)重影響粉塵回收效果。另外，收水器質(zhì)量差，收水效果不好，破損、腐蝕嚴(yán)重，容易造成吸收液從尿素造粒塔頂部隨風(fēng)帶出，進(jìn)而對(duì)環(huán)境造成二次污染。

4　尿素造粒塔粉塵回收裝置改造情況

尿素造粒塔粉塵回收技術(shù)采用循環(huán)噴淋洗滌技術(shù)，即用工藝?yán)淠夯蚪馕鈴U水洗滌粉塵，經(jīng)循環(huán)洗滌到一定濃度，稀尿液去尿素系統(tǒng)回用，同時(shí)噴淋洗滌也能除去塔頂尾氣排出的NH3，可解決尿素造粒塔排放尾氣中粉塵含量高的問題。

4.1粉塵回收裝置改造思路

(1)尿素粉塵具有腐蝕性，很多企業(yè)在增加粉塵回收裝置時(shí)，將裝置所有支承、箱體、支架全部采用不銹鋼材質(zhì)，避免了使用碳鋼每年都要進(jìn)行高空防腐帶來的風(fēng)險(xiǎn)。為確保排放氣體中尿素粉塵質(zhì)量濃度≤30 mg/m3，必須給尿素造粒塔增加強(qiáng)制通風(fēng)裝置。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，對(duì)尿素造粒塔的通風(fēng)阻力進(jìn)行測(cè)算，增加5臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，總風(fēng)量為160 000 m3/h，不但降低了尿素顆粒出塔溫度，而且解決了增加粉塵回收裝置后帶來的通風(fēng)阻力問題。風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量可根據(jù)不同季節(jié)的環(huán)境溫度，對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能效果。

(2)粉塵回收效率是評(píng)價(jià)該項(xiàng)目成功與否的重要指標(biāo)，將問題的焦點(diǎn)集中在噴淋噴頭、填料和收水器的設(shè)計(jì)上，必須確?；厥招Ч茫也粫?huì)帶液，避免造成二次污染。

(3)除塵液的來源和回收要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況來確定，各生產(chǎn)廠家情況會(huì)有所不同，將回收液返回二表槽，也可直接加入系統(tǒng)中。補(bǔ)充回收液使用碳銨液、水解廢液作為補(bǔ)充液，開始補(bǔ)液時(shí)還可適量補(bǔ)充蒸汽冷凝液，對(duì)噴頭進(jìn)行沖洗，在回收液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%左右時(shí)，即可補(bǔ)入到系統(tǒng)中去。

4.2粉塵回收裝置的技術(shù)要求

(1)工藝流程先進(jìn)、技術(shù)成熟、安全可靠，且工藝和配套設(shè)備性能優(yōu)越，保證裝置運(yùn)行平穩(wěn)。

(2)根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷可進(jìn)行相應(yīng)的負(fù)荷調(diào)整。

(3)設(shè)計(jì)安裝自控調(diào)節(jié)閥，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳操作，且操作方便，減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

(4)裝置全部置于尿素造粒塔上方，采用自然通風(fēng)，并有外加強(qiáng)力通風(fēng)設(shè)施，回收裝置的通風(fēng)量大大高于原塔設(shè)計(jì)的冷卻空氣通風(fēng)用量，裝置具有抗風(fēng)、抗震能力。

(5)粉塵回收裝置采用可靠、有效的氣水分離技術(shù)，以避免霧化洗滌液帶出尿素造粒塔外以及分離過程中飽和熱氣中的尿素液滴帶入大氣中而造成二次污染。

(6)采用DCS程序控制方式，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)控制切換，主要控制信號(hào)通過DCS的通訊接口進(jìn)入廠區(qū)DCS控制系統(tǒng)。

(7)粉塵回收裝置所有支承、箱體、支架全部采用0Cr18Ni9材質(zhì)，所有噴淋噴頭采用316L材質(zhì)。

4.3改造實(shí)施步驟

(1)粉塵回收噴淋噴頭重新設(shè)計(jì)布置，杜絕死區(qū)，更換1臺(tái)洗滌回收泵，增大洗滌吸收液的循環(huán)流量，提高吸收效果。

(2)在粉塵回收裝置頂部增加5臺(tái)防爆變頻風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為160 000 m3/h，每臺(tái)電機(jī)功率為18 kW，調(diào)速范圍在30～50 Hz，防護(hù)等級(jí)IP55，絕緣等級(jí)F級(jí)，防爆等級(jí)dIIBT4，主要目的是增加尿素造粒塔的自然通風(fēng)量，風(fēng)量可根據(jù)不同季節(jié)的環(huán)境溫度來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和開啟的數(shù)量。由于提高了尿素造粒塔的自然通風(fēng)量，從而降低了尿素顆粒溫度，減少尿素黏塔現(xiàn)象發(fā)生。

(3)更換填料及收水器，增加填料框，增加吸收液與粉塵的接觸時(shí)間，以提高吸收效果，減少粉塵外溢，避免二次污染。

(4)對(duì)粉塵回收框架進(jìn)行加固，提高抗風(fēng)能力。新增風(fēng)機(jī)在框架內(nèi)增加支承點(diǎn)，以確保風(fēng)機(jī)在工作時(shí)能夠平穩(wěn)運(yùn)行。

5　改造效果及效益分析

改造后，粉塵回收裝置于2015年11月6日開始投入運(yùn)行，整套裝置運(yùn)行平穩(wěn)，風(fēng)機(jī)無振動(dòng)現(xiàn)象。經(jīng)更換噴頭、填料及收水器，對(duì)出塔粉塵進(jìn)行了4次吸收；增加5臺(tái)總風(fēng)量為160 000 m3/h軸流風(fēng)機(jī)，使尿素造粒塔的自然通風(fēng)量提高了約1/3，尿素顆粒出塔溫度與沒有增加風(fēng)機(jī)之前相比降低了8～10 ℃。粉塵回收裝置的技術(shù)改造完成后，實(shí)現(xiàn)了全部自動(dòng)化操作，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，徹底杜絕了堵塞、帶液現(xiàn)象。經(jīng)一段時(shí)間的平穩(wěn)運(yùn)行，當(dāng)尿素產(chǎn)量為1 550 t/d時(shí)，可回收粉塵量約1 800 kg/d，粉塵回收率達(dá)90%以上，避免了二次污染。

該套粉塵回收裝置技術(shù)改造總投資費(fèi)用約為130萬元，按年生產(chǎn)時(shí)間330 d、尿素1 500元/t、電價(jià)0.50元/(kW·h)計(jì)，年回收尿素粉塵效益約為53.46萬元，不到3年即可收回全部投資。

2016-02-04)