馮 萍，王 獻(xiàn)

(合肥瑞鑫化工科技有限公司，合肥 233610)

尿素造粒塔是尿素生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，它通過自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)使融熔尿素在下落過程中得到降溫并凝固成形。在此過程中，尿素造粒塔排出的氣體中夾帶有大量的尿素粉塵，這些尿素粉塵大部分會(huì)降落在附近數(shù)公里內(nèi)的地面上，不僅腐蝕物體，而且危害作物的生長(zhǎng)，造成附近樹木枝葉枯萎，破壞廠區(qū)綠化和清潔文明生產(chǎn)，同時(shí)損害人的身體健康。這些降落在地面上的尿素粉塵如果沒有得到合理的利用，不僅增加了生產(chǎn)設(shè)備的能耗，而且削弱了企業(yè)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，限制企業(yè)的生存和發(fā)展。因此，有必要對(duì)尿素造粒塔粉塵進(jìn)行回收。

2021年7月中國(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)在山西晉城召開的會(huì)議上，已經(jīng)制定出尿素造粒塔粉塵排放的行業(yè)指標(biāo)，即尿素粉塵質(zhì)量濃度≤30 mg/m3，氨質(zhì)量濃度≤30 mg/m3[1]。

目前國(guó)內(nèi)有很多尿素生產(chǎn)廠已經(jīng)增加自然通風(fēng)回收裝置，但運(yùn)行效果并不理想，特別是在夏季生產(chǎn)時(shí)，由于增加了粉塵回收裝置，尿素出塔顆粒溫度一般上升7～10 K，造成尿素結(jié)塊嚴(yán)重。為了降低尿素出塔溫度，被迫將回收箱體內(nèi)的填料扒出，但排放的尿素粉塵質(zhì)量濃度仍在80～120 mg/m3，直接影響了粉塵回收的效果。為了確保尿素造粒塔排放氣體中尿素粉塵質(zhì)量濃度≤30 mg/m3，解決夏季尿素粒子溫度高、易結(jié)塊的問題，研究開發(fā)了尿素造粒塔粉塵治理技術(shù)，并申請(qǐng)了國(guó)家專利[2-4]，從而既保證了尿素粒子溫度不升高，又更好地回收了尿素，確保尿素造粒塔粉塵回收裝置運(yùn)行后尿素造粒塔出口排放氣中的尿素粉塵質(zhì)量濃度≤20 mg/m3，氨質(zhì)量濃度≤30 mg/m3，夏季尿素粒子溫度<65 ℃。

1 傳統(tǒng)尾氣治理技術(shù)

當(dāng)前，尿素造粒塔尾氣治理的技術(shù)主要有3種，即自然通風(fēng)工藝、強(qiáng)制通風(fēng)水洗工藝、布袋除塵工藝。

1.1 自然通風(fēng)工藝

20世紀(jì)90年代，我國(guó)尿素行業(yè)飛速發(fā)展，大、中、小尿素生產(chǎn)裝置齊頭并進(jìn)，使我國(guó)的尿素產(chǎn)能得到了很大的提升，但同時(shí)也帶來了尿素環(huán)境污染問題，特別是尿素造粒塔排放氣體中含有的粉塵和氨，破壞廠區(qū)綠化和清潔文明生產(chǎn)，危害了廠區(qū)周圍作物的生長(zhǎng)，造成附近樹木枝葉枯萎，損害廠區(qū)附近居民的身體健康。為了治理環(huán)境污染，經(jīng)過有關(guān)技術(shù)人員的研究，開發(fā)出了自然通風(fēng)工藝回收尿素造粒塔粉塵。

對(duì)于自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的尿素造粒塔可采用噴霧除塵法。利用尿素粉塵的可溶解性，采用霧化屏蔽攔截方式，將塔頂排放氣中尿素粉塵溶解吸收，既減少空氣的污染，又回收了尿素粉塵。

自然通風(fēng)工藝的技術(shù)特點(diǎn)為：

(1)粉塵回收箱體直接置于尿素造粒塔頂部，采用濕法回收，工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便。

(2)應(yīng)用了三段吸收、三段分離的工藝技術(shù)，有效保證除塵效果和氣水分離。

(3)吸收過程、分離過程采用低阻力錯(cuò)流設(shè)計(jì)，控制熱源壓頭損失，保證冷卻尿素顆?？諝庥昧?。

(4)洗滌液采用蒸汽冷凝液或水解裝置排放廢液，充分利用尿素裝置產(chǎn)生的水，進(jìn)行循環(huán)利用。

(5)吸收提濃后的尿素溶液直接送入蒸發(fā)系統(tǒng)或者送去二段蒸發(fā)冷凝槽，再次回收利用，盡可能不破壞系統(tǒng)水平衡。

隨著國(guó)家對(duì)生產(chǎn)企業(yè)排放物的要求越來越嚴(yán)格，自然通風(fēng)工藝已不能適應(yīng)生產(chǎn)的需要，其主要表現(xiàn)為：

(1)綜合環(huán)保效益差。該工藝僅對(duì)粉塵有一定的截流過濾作用，但對(duì)氨、氣溶膠沒有任何的脫除能力，其處理后的排放氣體中氨和尿素粉塵濃度較高。

(2)運(yùn)行阻力大。夏季易造成尿素粒子溫度高達(dá)80 ℃，只能通過拆除填料、增加通風(fēng)量，才能維持正常生產(chǎn)。

(3)回收尿液濃度過低，噴淋噴頭只能開最下面的一層，如果循環(huán)水量稍大即會(huì)造成氣相帶液，造成周圍二次污染。

因此，自然通風(fēng)工藝不能滿足當(dāng)前環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2 強(qiáng)制通風(fēng)水洗工藝

強(qiáng)制通風(fēng)水洗工藝在自然通風(fēng)工藝的基礎(chǔ)上，增加了軸流風(fēng)機(jī)、規(guī)整填料、收水器，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大于尿素造粒塔的自然通風(fēng)量，同時(shí)增加了旋流風(fēng)裝置，促進(jìn)了氣溶膠的凝聚，以實(shí)現(xiàn)去除氣溶膠的目標(biāo)，從而達(dá)到除塵、除氨的目的。

強(qiáng)制通風(fēng)水洗工藝的技術(shù)特點(diǎn)為:

(1)工藝流程先進(jìn)、技術(shù)成熟、安全可靠。

(2)工藝和配套設(shè)備性能優(yōu)越，從而保證了裝置的正常運(yùn)行。

(3)設(shè)計(jì)安裝自控調(diào)節(jié)閥，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳操作。自控調(diào)節(jié)閥的配置數(shù)量應(yīng)滿足過程控制要求，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(4)粉塵回收箱體全部置于尿素造粒塔上方，采用自然通風(fēng)和外加強(qiáng)力通風(fēng)相結(jié)合的方式，增加風(fēng)機(jī)后的通風(fēng)量大大高于原塔設(shè)計(jì)通風(fēng)量。

(6)粉塵回收箱體內(nèi)采用了對(duì)尿素粉塵和氨具有吸收效果的規(guī)整填料，提高了尿液的回收濃度，收到了很好效果。

(7)粉塵回收箱體內(nèi)的噴淋密度大于2 m3/m2，提高了對(duì)尿素粉塵及氨的吸收效果。

(8)尿素造粒塔粉塵回收系統(tǒng)采用旋風(fēng)分離技術(shù)，避免了霧化洗滌液被帶出尿素造粒塔外，造成二次污染。

(9)對(duì)于尿素造粒塔尾氣拖尾，采用了多面球填料，較好地洗滌了氣體中氣溶膠，緩解了拖尾現(xiàn)象。

(10)采用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)控制切換，主要控制信號(hào)接入尿素裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)。

(11)粉塵回收箱體內(nèi)部、支承、支架全部采用304材質(zhì)(特別指定的除外),避免了每年都要進(jìn)行高空防腐作業(yè)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

強(qiáng)制通風(fēng)水洗工藝經(jīng)過應(yīng)用后，完全可以達(dá)到國(guó)家及行業(yè)部門標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保要求，且一次性投資不高，運(yùn)行后基本上不需要維修費(fèi)用。該技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)采用最多的水洗工藝回收技術(shù)，不僅保護(hù)了環(huán)境，而且回收了排放氣中的尿素和氨，給企業(yè)增加了效益，是一項(xiàng)值得推廣使用的技術(shù)。

1.3 布袋除塵工藝

尿素造粒塔布袋除塵裝置從運(yùn)行效果來看，除塵效果很好，但尿素造粒塔排放氣中仍有80～100 mg/m3的氨無法去除。布袋除塵裝置安裝在尿素造粒塔頂，檢修不方便。在夏季環(huán)境溫度達(dá)35～38 ℃時(shí)，生產(chǎn)負(fù)荷必須減至70%以下才能維持正常生產(chǎn)，新疆某化工廠布袋除塵裝置使用6個(gè)月后，布袋的損壞率高達(dá)60%以上，且由于尿素粒子過大，成品中的游離氨含量過高，造成尿素顆粒易碎、結(jié)塊、粉塵量大，給產(chǎn)品銷售帶來了困難。

使用布袋除塵的裝置在開車初期和生產(chǎn)不正常時(shí)，蒸發(fā)尿液經(jīng)常打循環(huán)，且在循環(huán)時(shí)需要用蒸汽吹除噴頭及管線上的尿液。尿素粉塵遇水后即粘連結(jié)晶，堵塞布袋，使阻力增大。出塔尿素顆粒溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成尿素結(jié)晶堵塞塔底料斗。夏季每半個(gè)月即要清理1次布袋，否則無法進(jìn)行正常生產(chǎn)。

以直徑為22 m的尿素造粒塔為例，布袋除塵裝置有20臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)的體積流量為6萬m3/h，功率為45 kW。另外，還有電磁閥、儀表、鼓風(fēng)機(jī)用電，合計(jì)功率為900～1 100 kW，每年的用電費(fèi)用為4 500 000～5 500 000元。由于尿素粉塵基本上無法回收，無任何經(jīng)濟(jì)效益，只是用于環(huán)保，治理污染，并且運(yùn)行中無法除去排放氣體中的氨，產(chǎn)生的粉塵及氣溶膠將布袋粘連，使尿素出塔顆粒溫度升高。布袋除塵裝置每年至少要更換1次布袋，費(fèi)用約100萬元。以直徑為22 m的尿素造粒塔為例，布袋除塵裝置投資費(fèi)用約1 800萬元。每年消耗的電費(fèi)及維修費(fèi)用約700萬元，給生產(chǎn)企業(yè)帶來了很大的經(jīng)濟(jì)壓力。

布袋除塵工藝直觀效果好，但一次性投資較高，每年維修費(fèi)用較大，且無法去除尿素粉塵氣體中的氨，推廣使用的難度較大。

2 尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收工藝

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收工藝是在尿素造粒塔強(qiáng)制通風(fēng)水洗工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合濕電捕集凈化工藝，主要利用了流體中粉塵顆粒的慣性撞擊力、靜電吸附力等特征，捕集大顆粒及部分小微顆粒的粉塵，洗去了氣體中的氨，并除去氣體中的水霧，從而解決了尿素造粒塔拖尾嚴(yán)重的問題。

尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收工藝的技術(shù)特點(diǎn)為：

(1)尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收裝置全部置于尿素造粒塔的頂部，粉塵回收箱體采用200 mm×200 mm的H鋼支承，周圍采用201不銹鋼輔助支承，使裝置的抗風(fēng)、抗震能力達(dá)7～8級(jí)。

(2)在尾氣進(jìn)入尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收裝置下部后，利用水洗工藝，使用大流量的噴頭噴淋在規(guī)整填料上，對(duì)尿素造粒塔排放氣體中的氨和粉塵進(jìn)行一次洗滌。

(3)經(jīng)過一次洗滌后的氣體，在抽風(fēng)機(jī)的作用下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)粉塵、氨等主要污染物的脫除，比較細(xì)小的顆粒通過濕電捕集進(jìn)行回收；同時(shí)，由于特種等離子體的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣溶膠的根治，有效控制了尾氣拖尾現(xiàn)象。

(4)經(jīng)濕電捕集后氣體繼續(xù)上升，氣體中夾帶著少量的水霧，采用旋流除霧收水器徹底避免了霧化洗滌液被帶出造粒塔外，造成二次污染。

(5)設(shè)計(jì)安裝自控調(diào)節(jié)閥，并與尿素裝置總控室連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作控制，大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(6)粉塵回收箱體內(nèi)部、支承、支架全部采用304材質(zhì)(特別指定的除外),噴頭材質(zhì)采用316L，確保不會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收工藝是一項(xiàng)自主開發(fā)的新技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)使用在水煤氣凈化、鋅煙高效低能除塵、酸霧靜電捕集凈化及脫硫濕電一體化實(shí)現(xiàn)超低排放工程上。

2.2 主要設(shè)備

尿素粉塵水洗+濕電捕集回收裝置內(nèi)的填料為聚丙烯，裝填量為92 m3，用于捕集粉塵和氨液滴，其他主要設(shè)備見表1。

表1 尿素粉塵水洗+濕電捕集回收裝置的主要設(shè)備

2.3 工藝流程

2.3.1 氣體流程

尿素造粒塔內(nèi)上升的含尿素粉塵及氨的氣體，在出風(fēng)口處經(jīng)增設(shè)的填料吸收裝置，與噴淋下來的循環(huán)吸收液充分接觸后進(jìn)行分離，氣體上升，液體下降進(jìn)入收集槽。分離后的氣體進(jìn)入濕電捕集裝置，在該裝置內(nèi)尿素粉塵微顆粒及氣溶膠在濕電的作用下被捕集下來。在抽風(fēng)機(jī)的作用下，捕集后的氣體進(jìn)入旋流收水器，除去氣體中的飽和冷凝的液滴，充分解決了吸收液滴被帶出塔外的現(xiàn)象。尿素造粒塔排放氣經(jīng)抽風(fēng)機(jī)排入大氣。

2.3.2 液體流程

尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收裝置的循環(huán)液采用解吸廢液或蒸汽冷凝液作為吸收液的補(bǔ)充液，解吸廢液經(jīng)廢液泵加壓至1.3 MPa后補(bǔ)入粉塵回收循環(huán)槽，蒸汽冷凝液由冷凝泵直接補(bǔ)入粉塵回收循環(huán)槽。循環(huán)泵將循環(huán)液加壓至過濾裝置，經(jīng)過濾后的液體進(jìn)入噴淋噴頭，噴淋液在填料的作用下，對(duì)出尿素造粒塔的排放氣中的尿素粉塵和氨進(jìn)行吸收，吸收的液體下降到收集槽，經(jīng)循環(huán)降液水道進(jìn)入過濾裝置，液體過濾后進(jìn)入粉塵 回收循環(huán)槽。吸收液中的尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%左右，經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制流量，排入尿素蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行回收。

2.3.3 液體補(bǔ)入流程

尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收裝置開始使用時(shí)，先通過上部的洗滌噴頭向系統(tǒng)加水解廢液，當(dāng)加到循環(huán)槽液位的50%時(shí)，開啟循環(huán)泵充液至霧化噴頭，噴液進(jìn)行吸收。在吸收過程中，由于溶解尿素吸熱，吸收液溫度不斷下降，故開啟循環(huán)液調(diào)溫加熱器，控制溫度為40～50 ℃。當(dāng)循環(huán)吸收液中的尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)升到8%左右時(shí)，就應(yīng)排入尿液槽，由蒸發(fā)系統(tǒng)回收尿素。

2.4 操作控制指標(biāo)

尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收工藝的具體操作控制指標(biāo)見表2。循環(huán)吸收液采用連續(xù)回收的方式，開啟噴頭的數(shù)量可根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

表2 操作控制指標(biāo)

3 結(jié)語

尿素造粒塔粉塵回收技術(shù)經(jīng)過了多年的研究和探討，就水洗工藝而言，由于在洗滌過程中難免會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，特別是在冬季，環(huán)境氣溫較低時(shí)，氣體拖尾現(xiàn)象仍然存在，直觀效果差。而干法除塵工藝的除塵效果好，直觀效果也不錯(cuò)，但是氣體中的氨難以清除，特別是遇到環(huán)境空氣潮濕時(shí)，布袋粘連嚴(yán)重，需要及時(shí)更換，運(yùn)行和維修費(fèi)用較高。水洗+濕電捕集工藝裝置建好以后，基本上不需要維修費(fèi)用，同時(shí)可以很好地吸收排放氣中的尿素粉塵和氨，無拖尾現(xiàn)象，直觀效果較好。因此，尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收工藝是一項(xiàng)值得推廣的技術(shù)。