何指揮

(河南心連心化肥有限公司 河南新鄉(xiāng) 453000)

1 改造前情況

1.1 工藝流程

河南心連心化肥有限公司復(fù)合肥分公司現(xiàn)有3條150 kt/a旋轉(zhuǎn)造粒生產(chǎn)線，其生產(chǎn)工藝流程為尿素、磷酸一銨、氯化鉀、添加劑等原料按比例摻混后送入破碎機(jī)進(jìn)行破碎，破碎后的物料送至造粒機(jī)中并噴入適量的蒸汽和水使物料黏結(jié)成粒，出造粒機(jī)的濕顆粒進(jìn)入臥式旋轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)與熱風(fēng)逆向直接接觸換熱。熱風(fēng)熱源由燃煤熱風(fēng)爐提供，所用燃煤為趙固塊煤，含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.4%。正常情況下的燃煤熱風(fēng)爐爐膛燃燒溫度在600～700 ℃，出爐膛的高溫?zé)煔膺M(jìn)入尾部煙室，與吸入的冷風(fēng)摻混后溫度降至200 ℃以下，隨后經(jīng)煙道進(jìn)入引風(fēng)機(jī)；煙道上設(shè)置有冷風(fēng)吸入口，通過(guò)調(diào)節(jié)冷風(fēng)吸入量使進(jìn)入干燥機(jī)的熱風(fēng)溫度保持在170 ℃以下，短時(shí)生產(chǎn)全固體配方肥料時(shí)干燥溫度需達(dá)300 ℃；經(jīng)干燥機(jī)后攜帶粉塵的熱風(fēng)溫度降至45～70 ℃，通過(guò)風(fēng)機(jī)抽出后依次經(jīng)旋風(fēng)除塵器、重力沉降室、文丘里洗滌器，最后經(jīng)由50 m高的煙囪排放。

1.2 工藝參數(shù)

干燥機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)溫度170 ℃，當(dāng)生產(chǎn)全固體配方肥料時(shí)為300 ℃(根據(jù)銷售訂單確定運(yùn)行時(shí)間)，進(jìn)口熱風(fēng)流量60 000～80 000 m3/h。單條生產(chǎn)線最大產(chǎn)能(只存在于個(gè)別配方，并取最好狀態(tài))27 t/h。噸復(fù)合肥耗煤量11 kg，燃煤熱風(fēng)爐平均耗煤量約120 kg/h，最大耗煤量300 kg/h，燃煤發(fā)熱量約28 464 kJ/kg(6 800 kcal/kg)。平均年運(yùn)行時(shí)間為7 560 h，參考?xì)v年耗煤量情況，3臺(tái)燃煤熱風(fēng)爐平均年耗煤在2 750 t左右。煤炭?jī)r(jià)格按照810元/t進(jìn)行計(jì)算，年燃煤成本約為223萬(wàn)元。

1.3 排放煙氣檢測(cè)數(shù)據(jù)

2016年10月，對(duì)復(fù)合肥裝置外排尾氣進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果分別如表1和表2所示。

表1 復(fù)合肥裝置排放尾氣檢測(cè)數(shù)據(jù)

項(xiàng)目煙道內(nèi)煙道外煙塵質(zhì)量濃度/(mg·m-3) 煙煤模式2522 褐煤模式1613氮氧化物質(zhì)量濃度/(mg·m-3)<10煙氣溫度/℃31含氧體積分?jǐn)?shù)/%20．4一氧化碳體積分?jǐn)?shù)7×10-6

注：1)檢測(cè)儀器為德國(guó)菲索STM225型檢測(cè)儀

表2 復(fù)合肥裝置排放尾氣中固體顆粒和氣態(tài)污染物檢測(cè)數(shù)據(jù)

濾筒初始質(zhì)量/g采樣后質(zhì)量/g凈質(zhì)量/mg采樣體積/L煙塵質(zhì)量濃度/(mg·m-3)1#1．07711．092014．9537．227．72#1．08221．126444．2536．882．33#1．09931．147748．4536．890．2

注：1)按照《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T 16157—1996)采樣；2)檢測(cè)儀器為嶗應(yīng)3012H型自動(dòng)煙塵(氣)測(cè)試儀；3)煙氣流量約80 000 m3/h，氮氧化物、二氧化硫未檢出，含氧體積分?jǐn)?shù)20.9%；4)濾筒內(nèi)部無(wú)可見(jiàn)雜質(zhì)成分，增加的質(zhì)量主要來(lái)自于干燥過(guò)程中攜帶的肥料細(xì)微顆粒及尿素?fù)]發(fā)產(chǎn)生的氣溶膠類物質(zhì)

1.4 存在的問(wèn)題

復(fù)合肥生產(chǎn)項(xiàng)目環(huán)評(píng)備案時(shí)的煙塵排放執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297—1996)，煙塵排放限值為120 mg/m3，原始設(shè)計(jì)煙囪高度為30 m，實(shí)際建成高度為50 m。2015年對(duì)環(huán)評(píng)進(jìn)行了修訂，將煙囪高度調(diào)整為50 m。2015年3月24日，新鄉(xiāng)市環(huán)保局對(duì)項(xiàng)目組織了環(huán)保驗(yàn)收，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為旋轉(zhuǎn)造粒、烘干工段煙塵、二氧化硫、氮氧化物執(zhí)行《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 9078—1996)，煙塵、二氧化硫排放限值分別為200 mg/m3和850 mg/m3，驗(yàn)收結(jié)論為合格，但并未明確是實(shí)測(cè)值合格還是折算值合格。根據(jù)GB 9078—1996規(guī)定，過(guò)量空氣系數(shù)為1.7，換算成基準(zhǔn)氧含量為8.6%(體積分?jǐn)?shù)，下同)。

2015年，河南省頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB41/ 1066—2015)，規(guī)定在用爐窯自2017年1月1日起，煙塵、二氧化硫以及氮氧化物的排放限值分別執(zhí)行30，200和400 mg/m3，按照基準(zhǔn)氧含量9%分別計(jì)算折算值。但因此次檢測(cè)煙氣中氧含量接近大氣中氧含量，折算系數(shù)高達(dá)120，即使實(shí)測(cè)濃度降至超低排放標(biāo)準(zhǔn)也無(wú)法保證煙塵、二氧化硫和氮氧化物的折算值達(dá)標(biāo)。

2 原因分析

針對(duì)復(fù)合肥裝置存在的問(wèn)題，其原因分析如下。

(1) 復(fù)合肥裝置采用旋轉(zhuǎn)造粒生產(chǎn)工藝，決定了系統(tǒng)處于常壓下運(yùn)行，干燥機(jī)采用開(kāi)口進(jìn)料、負(fù)壓工作，不可避免要吸入大量的空氣，從而造成氧含量升高。

(2) 熱風(fēng)爐耗煤量較少，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c大量的冷空氣摻混，大大稀釋了燃煤產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫和氮氧化物，再經(jīng)干燥、旋風(fēng)除塵、重力除塵、文丘里洗滌除塵等工序后，排放尾氣中的污染物濃度已經(jīng)很低，重量法檢測(cè)的粉塵主要來(lái)源于干燥過(guò)程。

(3) 工業(yè)爐窯是指直接用高溫?zé)煔饧訜峁べ|(zhì)、與粉狀物料間接接觸、不用空氣稀釋，從嚴(yán)格意義上講，旋轉(zhuǎn)造粒工藝不應(yīng)執(zhí)行《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》更為合適。

3 改造方案

根據(jù)河南心連心化肥有限公司復(fù)合肥分公司的生產(chǎn)現(xiàn)狀，制定了2種改造方案并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1 方案一：燃煤改燃?xì)?/h3>

此方案是將燃料由燃煤改為燃?xì)?，即采用氮肥生產(chǎn)系統(tǒng)的弛放氣作為燃料。燃煤改燃?xì)馔ǔ２捎萌紵龣C(jī)，具有自動(dòng)化程度高、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合湖南岳陽(yáng)創(chuàng)新?tīng)t窯燃燒設(shè)備制造廠生產(chǎn)的設(shè)備，制定了燃煤改燃?xì)夥桨浮?/p>

3.1.1 主要參數(shù)

1 m3(標(biāo)態(tài))弛放氣低位發(fā)熱值15 069 kJ(3 600 kcal)，燃?xì)馊紵髌骄細(xì)庀牧繛?14 m3/h(標(biāo)態(tài))，動(dòng)態(tài)燃?xì)鈮毫?～8 kPa，供熱能力12 557 555 kJ/h(3 000 000 kcal/h)，燃?xì)鉁囟葹槌?，安裝燃燒器1只，燃燒效率≥95%，單臺(tái)燃燒器價(jià)格約7萬(wàn)元，供貨周期20 d。

3.1.2 燃?xì)獬杀?/p>

3臺(tái)熱風(fēng)爐消耗弛放氣2 752 m3/h，弛放氣價(jià)格0.27元/m3，燃?xì)獬杀炯s為743元/h，年燃?xì)獬杀炯s562萬(wàn)元。

3.1.3 優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

優(yōu)點(diǎn)：燃燒弛放氣熱效率較高，產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫和氮氧化物濃度較低，利于環(huán)保達(dá)標(biāo)。

缺點(diǎn)：改造難度較大，需對(duì)熱風(fēng)爐本體進(jìn)行改造，鋪設(shè)的管線較長(zhǎng)，改造投資較大；弛放氣屬于危險(xiǎn)氣體，使用不當(dāng)容易發(fā)生爆炸事故；燃?xì)鉄犸L(fēng)爐仍需按照GB 9078—1996執(zhí)行，而旋轉(zhuǎn)造粒工藝不可避免地要吸入大量空氣，氧含量與大氣基本相同，折算系數(shù)非常高，無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；受氮肥生產(chǎn)系統(tǒng)波動(dòng)的影響大，一旦氮肥裝置停車，弛放氣停止供應(yīng)，熱風(fēng)爐無(wú)法運(yùn)行。

3.2 方案二：改蒸汽加熱

3.2.1 改造流程及投資

使用壓力為1.3 MPa、溫度為190 ℃的飽和蒸汽通過(guò)翅片式換熱器加熱空氣，將空氣由常溫(冬季最低-10 ℃)加熱至170 ℃，50 000 m3/h(標(biāo)態(tài))的冷空氣需消耗蒸汽6 t/h，需換熱面積2 200 m2，換熱后蒸汽變?yōu)?90 ℃的飽和水，換熱器尺寸為2 800 mm×2 000 mm×1 700 mm，空氣側(cè)阻力為450 Pa，3臺(tái)翅片式換熱器的價(jià)格約為40萬(wàn)元。

目前，河南心連心化肥有限公司復(fù)合肥分公司二分廠造粒使用壓力為1.3 MPa、溫度為220 ℃的過(guò)熱蒸汽，3條生產(chǎn)線最大用汽量為8～9 t/h，改用同樣壓力的飽和水即可滿足造粒要求，由此測(cè)算新增蒸汽耗量約9 t。蒸汽價(jià)格按照80元/t計(jì)，用汽成本約720元/h，換熱后的飽和水返回除氧器，可抵消部分成本。

3.2.2 優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

優(yōu)點(diǎn)：改造簡(jiǎn)單，改造工期較短；省去熱風(fēng)爐，污染物排放不必執(zhí)行《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，可按照現(xiàn)行的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，目前排放濃度符合標(biāo)準(zhǔn)要求；可以取消熱風(fēng)爐操作崗位，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境；受氮肥生產(chǎn)系統(tǒng)的波動(dòng)影響較??；資源可以回收利用，符合清潔生產(chǎn)要求。

缺點(diǎn)：受蒸汽溫度限制，無(wú)法滿足更高的熱風(fēng)溫度要求，需增設(shè)電加熱裝置，生產(chǎn)全固體配方肥料時(shí)將熱風(fēng)溫度由170 ℃提高至300 ℃，消耗電能1 511 kW。

3.3 改造方案的確定

方案二不僅使工業(yè)園區(qū)內(nèi)的資源得到了合理利用，而且是清潔能源，蒸汽產(chǎn)生的冷凝液可循環(huán)利用。因此，利用2016年11月生產(chǎn)淡季停車檢修機(jī)會(huì)，采用方案二進(jìn)行了改造。

4 改造后運(yùn)行情況

自2016年11月29日河南心連心化肥有限公司復(fù)合肥分公司一車間和二車間生產(chǎn)裝置開(kāi)車后，蒸汽換熱器相繼投入使用，各溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 蒸汽換熱器投運(yùn)后溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

車間肥料類型生產(chǎn)配方測(cè)溫點(diǎn)溫度/℃一車間尿基配方30?5?5蒸汽換熱器進(jìn)口160～16528?5?5干燥機(jī)進(jìn)口130～13626?10?12干燥機(jī)出口43～57全固體配方17?17?17S蒸汽換熱器進(jìn)口165～168干燥機(jī)進(jìn)口136～142干燥機(jī)出口50～57二車間尿基配方28?10?1218?15?13蒸汽換熱器進(jìn)口160～165干燥機(jī)進(jìn)口130～136干燥機(jī)出口43～57

由表3可知，6個(gè)配方的復(fù)合肥分為尿基和硫基2種類型，除了全固體配方肥料17- 17- 17S外，其余均為尿基配方肥料。

生產(chǎn)尿基配方肥料時(shí)，蒸汽換熱器的蒸汽進(jìn)口閥開(kāi)度約為2絲，平均臺(tái)時(shí)產(chǎn)量在13 t左右，干燥機(jī)進(jìn)口空氣溫度可達(dá)130 ℃以上，產(chǎn)品中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)可控制在0.38%～0.96%，平均控制在0.56%左右，產(chǎn)品顆粒強(qiáng)度在22.01～30.31 N/顆，達(dá)到指標(biāo)要求。當(dāng)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1%時(shí)，繼續(xù)降低水分含量的難度大大增加，即生產(chǎn)尿基配方肥料時(shí)，干燥機(jī)進(jìn)口空氣溫度無(wú)需過(guò)高，控制在115～125 ℃即可，既可保證產(chǎn)品水分含量及強(qiáng)度滿足要求，又可降低蒸汽消耗，從而降低生產(chǎn)成本。另外，在生產(chǎn)18- 15- 13尿基配方肥料時(shí)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量可達(dá)16 t，產(chǎn)品中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.7%～1.0%，產(chǎn)品顆粒強(qiáng)度在22～25 N/顆，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均能達(dá)到指標(biāo)要求。因此生產(chǎn)尿基配方肥料時(shí)可盡量多使用尿液，既可提高物料溫度和成球效果，同時(shí)產(chǎn)品外觀有光澤、色澤較為均勻，而且含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%～20%、低磷配方肥料可采用全尿液生產(chǎn)。

生產(chǎn)全固體配方肥料時(shí)，干燥機(jī)進(jìn)口空氣溫度控制在136～142 ℃，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量可維持在12 t，產(chǎn)品含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)可控制在0.54%～1.08%，平均控制在0.8%左右，平均顆粒強(qiáng)度在24 N/顆左右。因本次生產(chǎn)的17- 17- 17S全固體配方肥料以硫酸鉀為原料，未添加氯化銨，且磷酸一銨和硫酸鉀的黏性較強(qiáng)，造粒效果較好，無(wú)法代表所有全固體配方肥料的生產(chǎn)狀況，需要通過(guò)生產(chǎn)添加氯化銨的全固體配方肥料作進(jìn)一步的觀察。根據(jù)產(chǎn)品水分測(cè)定結(jié)果，采用普通粉狀尿素，蒸汽量控制在660～990 kg/h，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量可提高1～2 t，預(yù)計(jì)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)可保持在1.1%左右，顆粒強(qiáng)度可達(dá)到20 N/顆以上。

5 結(jié)語(yǔ)

采用蒸汽換熱器替代燃煤熱風(fēng)爐，不但實(shí)現(xiàn)了復(fù)合肥生產(chǎn)裝置尾氣中污染物的超低排放，而且通過(guò)清潔能源的合理利用，實(shí)現(xiàn)了使用前資源的共享、使用后資源的可持續(xù)循環(huán)利用，杜絕了燃?xì)馀c燃煤產(chǎn)生的二次污染，具有顯著的環(huán)保價(jià)值，值得推廣。