高青宇 王趙興

摘 要：隨著國(guó)家戰(zhàn)略中心的進(jìn)一步規(guī)劃、細(xì)化，對(duì)安全環(huán)保要求不斷提高，人們對(duì)日常生活及周?chē)h(huán)境的要求越來(lái)越高，噪聲治理、三廢處理、安全防范等領(lǐng)域面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，企業(yè)升級(jí)改造已經(jīng)迫在眉睫，技術(shù)創(chuàng)新和升級(jí)刻不容緩，對(duì)于氮肥生產(chǎn)企業(yè)，就尿素造粒粉塵而言，展開(kāi)相關(guān)的討論和研究且為必要。

關(guān)鍵詞：吸收；粉塵；回收；造粒；節(jié)能

一.排放現(xiàn)狀論述

環(huán)保問(wèn)題已關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展，企業(yè)必須考慮在發(fā)展中如何處理經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境保護(hù)現(xiàn)實(shí)情況。 尿素造粒塔頂排放氣中帶有不可忽視的粉塵，排放的粉塵， 很大一部分降落在造粒塔周?chē)蛷S區(qū)附近， 大大增加了廠區(qū)及附近的大氣腐蝕強(qiáng)度， 造成金屬設(shè)施被腐蝕， 混凝土地面破裂， 農(nóng)作物減產(chǎn)和其他植物枯黃。近年來(lái)， 國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求愈來(lái)愈高， 不僅制訂了排放標(biāo)準(zhǔn)，而且還將其列入了必須治理的環(huán)保項(xiàng)目之中。國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)境保護(hù)技術(shù)目錄中，一直推薦回收造粒塔粉塵技術(shù)， “氮肥企業(yè)廢氣、廢固處理及清潔生產(chǎn)綜合治理技術(shù)”， 以洗滌回收的方式， 能將尿素造粒塔尾氣中的尿素粉塵含量從100 mg / m3 以上降到30mg/ m3 以下， 氨含量從50 mg/ m3 以上降到10mg / m3 以下。這項(xiàng)技術(shù)適用于采用自然通風(fēng)造粒塔的尿素企業(yè)粉塵回收裝置的應(yīng)用不僅有直接的經(jīng)濟(jì)效益， 而且可以大大減少粉塵的排放， 從而達(dá)到增效環(huán)保要求。

二.企業(yè)簡(jiǎn)述

陜西省渭河化肥廠是“八五”期間建成的國(guó)內(nèi)第一套以煙煤為原料，采用水煤漿加壓氣化技術(shù)的大型化肥企業(yè)，設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)合成氨30萬(wàn)噸、尿素52萬(wàn)噸，也是國(guó)家批準(zhǔn)我省利用第三批日本政府貸款建設(shè)的國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目。1987年國(guó)家計(jì)委計(jì)原【1987】2444號(hào)文批準(zhǔn)立項(xiàng)，1990年省人民政府會(huì)同化工部對(duì)我廠初步設(shè)計(jì)（初版）在西安進(jìn)行了審查，省計(jì)委以陜計(jì)設(shè)【1990】400號(hào)文正式批準(zhǔn)，該項(xiàng)目與1992年3月正式開(kāi)工建設(shè)，1996年12月建成交付。1996年5月開(kāi)始試生產(chǎn)，1996年底試生產(chǎn)結(jié)束。 至今20多年來(lái)裝置滿(mǎn)負(fù)荷長(zhǎng)周期生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)常態(tài)化，連續(xù)創(chuàng)下多個(gè)煤化工領(lǐng)域的生產(chǎn)記錄。

三.技術(shù)分析

1）尿素生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述（附圖）：

本裝置以來(lái)自氨合成裝置的液氨和氣態(tài)二氧化碳為原料，生產(chǎn)1760MT/D粒狀尿素，其工藝流程可分為高壓合成、分解、濃縮、造粒、回收和工藝?yán)淠禾幚砹鶄€(gè)工序。

首先由界外來(lái)的液氨和二氧化碳和裝置內(nèi)回收的甲銨液在一定溫度、壓力下合成尿液，合成的尿液在高壓區(qū)內(nèi)部隨流程進(jìn)一步調(diào)節(jié)、變化組分后進(jìn)入分解工序，分兩步，高低壓分解，在此經(jīng)過(guò)減壓、加熱，將其中的甲銨、過(guò)量氨一起分解和分離出來(lái)。尿液被凈化至濃度為69wt%，含氨0.4%，然后送往濃縮工序，

由分解出來(lái)的濃度為69wt%的尿液在此經(jīng)過(guò)兩段的真空濃縮器加熱減壓后得到99.8wt%尿液，然后在熔融尿素泵的加壓下送往造粒工序造粒。在閥門(mén)控制下，進(jìn)入造粒塔頂?shù)男D(zhuǎn)式造粒裝置，經(jīng)造粒噴頭噴淋，熔融尿素與塔底上升的空氣逆流接觸而冷卻，固化成粒狀的尿素產(chǎn)品，在塔底，由刮料機(jī)收集到塔底皮帶上，經(jīng)稱(chēng)重后去包裝。

凈化工序分離出來(lái)的NH3、CO2，在回收工序用工藝?yán)淠杭右曰厥?，最后以甲銨形式返回前面進(jìn)一步合成尿素。

在濃縮工序?qū)⒛蛞簼饪s至98.9wt%時(shí)，蒸發(fā)出來(lái)的所有的水蒸氣，連同夾帶的尿素霧滴、氣氨和二氧化碳，在真空表冷器作用下冷凝成工藝?yán)淠?，該冷凝液?3%作為吸收劑送往回收工段，其余送往汽提塔汽提分解，液相送出界區(qū)，氣相送往返回凈化工序回收利用。

尿素生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)圖：

2）造粒論述

濃縮工序來(lái)的99.8%，溫度為138℃的濃溶尿素，經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥與三通閥，送往造粒塔頂?shù)男D(zhuǎn)式造粒裝置，經(jīng)造粒噴頭噴淋，熔融尿素從塔底上升的空氣逆流接觸而冷卻，固化成粒狀的尿素產(chǎn)品。在塔底，由刮料機(jī)收集到塔底皮帶上，經(jīng)稱(chēng)重后送去包裝系統(tǒng)，造粒塔為自然通風(fēng)型，熱空氣（含粉塵）由造粒塔頂部排放。

造粒原理，從蒸發(fā)來(lái)的尿素熔融液濃度為99.8%，經(jīng)尿素熔融泵輸送到造粒塔頂造粒一般造粒過(guò)程，熔融尿液經(jīng)噴頭噴灑與造粒塔底上升來(lái)的冷空氣逆流接觸，冷卻、凝固成為尿素成品顆粒。

造粒塔內(nèi)的空氣，自然通風(fēng)型造粒塔，由于塔內(nèi)上下溫度不同，空氣在不同高度的重度不同，重度大產(chǎn)生熱壓頭，熱壓頭可以估算出，塔越高，熱壓頭越大，但最大一般不超過(guò)幾十個(gè)毫米水柱，采用自然通風(fēng)型造粒塔可減少日常生產(chǎn)動(dòng)力的消耗，可自調(diào)空氣量，隨空氣排出的尿素粉塵每年可達(dá)幾百乃至上千噸，成品尿素顆粒粒度為1～2.4mm，最少占成品尿粒的95%，粒度與噴頭的轉(zhuǎn)速有關(guān)。尿素粒子的沉降受到從噴頭噴出的液滴角度與初速度的影響，也受到由于溫差造成的空氣浮力的影響，尿素顆粒應(yīng)保持一定得溫度，如果尿素粒子表面蒸汽壓大于空氣中水蒸氣分壓，則尿素粒子會(huì)蒸發(fā)出水分，反之，則尿素粒子將吸收空氣中的水分，造成尿素顆粒結(jié)塊，對(duì)尿素的存儲(chǔ)和包裝造成必要的困難。

3）洗滌回收原理

尿素造粒塔粉塵回收采用濕式噴淋吸收的原理，利用解吸廢液（溫度60℃）經(jīng)泵加壓霧化，與尿素粉塵充分接觸，形成的液滴經(jīng)氣液分離器分離下來(lái)，進(jìn)入循環(huán)液中，循環(huán)液達(dá)到一定濃度（尿素含量10%）回收進(jìn)入尿素生產(chǎn)系統(tǒng)。循環(huán)蒸發(fā)及補(bǔ)入系統(tǒng)的液體損失，由新鮮的解吸廢液補(bǔ)入。

4）流程敘述

1. 尿素造粒塔內(nèi)上升的含粉塵氣體，在出風(fēng)口處經(jīng)增設(shè)液體吸收裝置上升，與下降的循環(huán)吸收液噴頭壓力0.15MPa，充分接觸后氣體上升至一級(jí)分離段，液體下降進(jìn)入收集槽。經(jīng)一、二級(jí)錯(cuò)流霧化噴射吸收的氣體進(jìn)入二級(jí)分離段大通道低阻力分離裝置（H=360mm分離器），最后進(jìn)入三級(jí)低阻力分離裝置（H=150mm分離器），分離含尿素粉塵的吸收液及上升氣體.使氣體增加了分布、分離吸收效果。經(jīng)三次分離除去夾帶的液滴，經(jīng)最后一級(jí)分離除去飽和氣體中冷凝的液滴，充分解決了吸收液滴帶出塔外現(xiàn)象。

尿素粉塵回收裝置的循環(huán)液采用的是解吸廢液作為吸收液的補(bǔ)充（有低壓水解裝置除外），解吸廢液由解吸塔壓力0.25MPa，進(jìn)入解吸廢液槽，經(jīng)廢液泵加壓至0.85MPa，自造粒塔頂噴射洗滌噴頭加入分離裝置，起到洗滌吸收分離和系統(tǒng)加液及保證塔熱壓頭等多重功效。或直接進(jìn)入循環(huán)槽。循環(huán)泵將循環(huán)液加壓0.40MPa，進(jìn)入吸收霧化噴頭，達(dá)10%的循環(huán)液定期排入尿素蒸發(fā)系統(tǒng)予以回收。

在循環(huán)吸收過(guò)程中，由于尿素溶解吸熱和塔頂冷空氣的作用，循環(huán)吸收液溫度不斷下降，由循環(huán)液調(diào)溫加熱器，使溫度穩(wěn)定控制在30-40℃，不引起結(jié)晶為宜。調(diào)溫加熱器可設(shè)在循環(huán)槽內(nèi)，加熱源采用尿素系統(tǒng)低壓蒸汽0.20MPa，也可用系統(tǒng)保溫蒸汽。

2. 粉塵回收裝置空氣流程：

造粒內(nèi)熱氣經(jīng)過(guò)造粒間側(cè)面通道------熱壓頭增加后進(jìn)入霧化吸收區(qū)------經(jīng)過(guò)兩段霧化吸收后進(jìn)入一級(jí)分離器-------然后經(jīng)清洗噴頭進(jìn)入錯(cuò)流捕水霧器------除去霧滴后的飽和氣體進(jìn)入三級(jí)分離空間--------與通風(fēng)窗進(jìn)來(lái)的外圍冷空氣混合，進(jìn)一步冷凝下含尿素微粒的液滴--------再經(jīng)三級(jí)分離后放空

在霧化區(qū)上升的熱空氣中夾帶微粒尿素與下降的循環(huán)吸收液充分接觸后，進(jìn)入分離段，經(jīng)二次分離除去夾帶的液滴，經(jīng)最后一級(jí)分離除去飽和氣體中冷凝的液滴，充分解決了吸收液滴帶出塔外現(xiàn)象。

3、粉塵回收裝置液體流程：

廢液泵（尿素水解廢液）----直接進(jìn)入清洗噴頭，進(jìn)行初步吸收及加液作用----液體收集箱----循環(huán)降液水道--------過(guò)濾裝置------循環(huán)吸收泵----調(diào)溫裝置----霧化噴射器。

4、粉塵回收裝置采用尿素水解器的液體作為吸收液的置換補(bǔ)充液，即通過(guò)上部的洗滌噴頭加入裝置，起到洗滌汽水分離器和向系統(tǒng)加液的雙重作用。

粉塵回收裝置開(kāi)始使用時(shí)，先通過(guò)上部的洗滌噴頭向系統(tǒng)加水解廢液，當(dāng)加到循環(huán)槽液位一半時(shí)，開(kāi)啟循環(huán)泵充液至霧化噴頭，噴液進(jìn)行吸收。在吸收過(guò)程中，由于溶解尿素吸熱，吸收液溫度不斷下降，開(kāi)啟循環(huán)液調(diào)溫加熱器，控制在40-50℃之間，當(dāng)循環(huán)吸收液中濃度升到一定值，就應(yīng)排入尿素生產(chǎn)蒸發(fā)系統(tǒng)給于回收。

5）回收技術(shù)特點(diǎn)

1、該造粒塔粉塵回收裝置采用三段吸收、三段分離工藝，有效保證除塵效果和氣水分離，避免霧化洗滌液帶出造粒塔外，造成二次污染。

2、在分離過(guò)程中通入冷空氣，使飽和熱氣中的尿素液滴冷凝并分離，確保不帶入大氣中。

3、調(diào)溫裝置的使用，控制循環(huán)液溫度和循環(huán)液中尿素溶化物的濃度。

4、吸收過(guò)程、分離過(guò)程采用低阻力錯(cuò)流設(shè)計(jì)，控制熱壓頭損失，保證冷卻尿素顆粒空氣用量.

5、針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目，均根據(jù)該造粒塔的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷及風(fēng)量進(jìn)行重新計(jì)算，確保裝置投運(yùn)后，通風(fēng)阻力不增加，不帶液。

6）回收裝置控制操作優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：

裝置全部置于造粒塔上方，操作簡(jiǎn)便與生產(chǎn)系統(tǒng)合為一體，采用先進(jìn)霧化器和多噴嘴順觸霧化吸收器，裝置采用原塔自然通風(fēng)，不外加強(qiáng)力通風(fēng)設(shè)施。

操作控制要點(diǎn)指標(biāo)：

1）. 循環(huán)吸收液溫度： 30-40℃

2）. 回蒸發(fā)系統(tǒng)時(shí)循環(huán)吸收液濃度： 20-25% （重量）

3）. 循環(huán)槽吸收液位：40-60%？

4）. 循環(huán)吸收液回收：利用調(diào)節(jié)閥自動(dòng)回收。

5）. 上部通風(fēng)窗調(diào)節(jié)開(kāi)啟度：20-80%

6）. 開(kāi)啟噴頭數(shù)量可根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

7）. 泵進(jìn)口過(guò)濾器定時(shí)清洗， 為方便貴公司操作方便及收水器結(jié)晶、上層沖洗噴頭采用自動(dòng)裝置。

8）為防止裝置開(kāi)啟有阻力、本裝置設(shè)計(jì)出風(fēng)口比原出風(fēng)口大30平方米。

7）總投資費(fèi)用：

四.經(jīng)濟(jì)效益分析：

每年計(jì)算可回收尿素量如下：一天回收

尿素量： 3噸/天（粉塵凈回收150mg/m3，總空氣量80萬(wàn)m3/h），

年回收尿素：3*300*1600（價(jià)格）= 150萬(wàn)元

消耗主要費(fèi)用：

1）、蒸汽消耗費(fèi)用：一年耗蒸汽資金：尿液濃度按15%計(jì)算，1000噸÷15%=6666.7噸（參考尿素生產(chǎn)蒸發(fā)系統(tǒng)用蒸汽150公斤/噸尿素的能量平衡傳遞），一噸15%的稀尿液需要約350kg蒸汽。6666.7X0.35=2333噸，若每噸100元，2333 X100元/噸=23萬(wàn)元

2）、電消耗費(fèi)用：

電耗費(fèi)用：41KW×24小時(shí)×330天×0.5元/ KW.h=16.236萬(wàn)元.

3）、年凈效益：

150– 20.79- 16.236 = 111萬(wàn)元

經(jīng)以上核算，本裝置總投資362萬(wàn)元，運(yùn)行后年凈效益113萬(wàn)元， 大約3年收回成本，相關(guān)環(huán)保效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有關(guān)經(jīng)濟(jì)效益，是節(jié)能減排的一項(xiàng)較好措施。

五.綜上所述：

該回收技術(shù)在尿素造粒塔粉塵回收中得到很多應(yīng)用，為國(guó)家環(huán)?？偩滞茝V認(rèn)可，并且經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐改進(jìn)，改進(jìn)的后裝置提高了尿素回收產(chǎn)量、降低了成本、減少了排放、延長(zhǎng)了填料使用壽命、操作簡(jiǎn)易、增加了通風(fēng)量。