尿素造粒塔粉塵回收裝置改造總結

李紅明

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉453731)

王　獻

(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

李紅明

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉453731)

王獻

(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中的關鍵設備。通過自然通風和機械通風使融熔尿素在下落過程中達到凝固成形和冷卻，故在尿素造粒塔頂部的排放氣中會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，污染周邊環境。同時，此部分夾帶的尿素也增加了生產消耗，削弱了企業的市場競爭力，因此，尿素造粒塔的粉塵排放對環境的污染是長期困擾氮肥企業的一個難題。河南心連心化肥有限公司現有5套尿素生產裝置，已有4套裝置增設了尿素造粒塔粉塵回收裝置，但運行情況不盡如人意，未達到預期的回收效果，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上，采用合肥瑞鑫化工科技有限公司的專利技術(ZL 201220523238.9)對粉塵回收裝置進行技術改造。

1　尿素造粒塔粉塵產生的原因

(1)化學反應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，尿液本身的向下運動和冷空氣的向上運動使尿素液柱斷裂，形成長度不等的液柱短節，短節的長度取決于尿液的內在黏性。由于尿液表面張力的存在，液柱短節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性，必然會形成一部分細小的尿素顆粒和粉塵，當上升空氣速度大于這些粒子的懸浮速度時，細小的尿素顆粒和粉塵就會隨上升空氣排出塔外。另外，當尿素溶液中水含量超標時，尿素顆粒中的水分從內部向外部蒸發，造成尿素顆粒的二次破裂，進而產生不規則的尿素粉塵。 當尿素溶液中游離氨含量超標時，也會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則的圓形小孔，若系統中有雜質，如金屬碎片、毛剌、密封盤根碎片等，就會堵塞噴頭小孔，造成小孔通道的不規則，極易產生粉塵；嚴重時，還會造成噴頭的生產能力不夠，進而產生溢料。

(3)造粒機的工作穩定與否也是產生粉塵的重要因素。如果造粒機的軸有彎曲、擺動及振動等現象，都會造成尿液出現不規則運動，使尿素顆粒發生碰撞，這也是產生粉塵的重要原因。

(4)尿素造粒塔的通風也會影響粉塵的產生，如果通風發生偏流，則風量過大，會造成尿素顆粒的運行軌跡發生變化，尿素粒子相互碰撞后會產生粉塵。

(5)當熔融尿素溫度過高時，容易產生粉塵和空心。

2　尿素造粒塔塔內風速、風量的影響

尿素造粒塔的冷卻空氣量、流速與塔的設計高度有關，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。通常每噸尿素設計空氣量為8 000～10 000 m3，則Ф 19 m尿素造粒塔最大自然通風量為5×105m3/h。

化肥粉塵允許排放濃度目前尚無明確標準，實際造粒塔排放空氣平均含塵質量濃度在120～240 mg/m3(季節不同，產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量濃度在30～50 mg/m3(已有粉塵回收裝置)，塔內平均風速0.57 m/s。造粒塔排出的粉塵量和空氣的含塵質量濃度隨生產規模和操作條件不同以及造粒噴頭的優劣而有很大區別。據測定，Ф 19 m尿素造粒塔在自然通風方式下，其尿素生產能力為1 000～1 500 t/d， 噴灑量為42～66 t/h，通風量約為5×105m3/h，含塵質量濃度為120～240 mg/m3(標態)，噸尿素產生粉塵量為1.2～1.4 kg(即尿素造粒塔的粉塵損失量)。Ф 19 m尿素造粒塔的產量在400 kt/a，大于10 μm的尿素顆粒在大氣風速0.5 m/s的條件下，大致降落在6 km半徑范圍之內。

3　粉塵回收裝置現狀

化肥三廠現有的Ф 19 m尿素造粒塔粉塵回收裝置的填料、收水器使用時間不到2年，變形、塌陷、破碎嚴重，噴頭和噴管堵塞，塔頂氣相帶液嚴重，尿素造粒塔阻力較大；特別是夏季，環境溫度較高時，尿素造粒塔下部黏塔嚴重，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填料，以增加通風量，因此也造成了粉塵無法回收，達不到環保要求。

該尿素造粒塔粉塵回收裝置在設計時存在嚴重缺陷，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，且噴頭數量太少，裝置內死角較多，嚴重影響粉塵回收效果。另外，收水器質量差，收水效果不好，破損、腐蝕嚴重，容易造成吸收液從尿素造粒塔頂部隨風帶出，進而對環境造成二次污染。

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采用循環噴淋洗滌技術，即用工藝冷凝液或解吸水解廢水洗滌粉塵，經循環洗滌到一定濃度，稀尿液去尿素系統回用，同時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，很多企業在增加粉塵回收裝置時，將裝置所有支承、箱體、支架全部采用不銹鋼材質，避免了使用碳鋼每年都要進行高空防腐帶來的風險。為確保排放氣體中尿素粉塵質量濃度≤30 mg/m3，必須給尿素造粒塔增加強制通風裝置。在設計方案時，對尿素造粒塔的通風阻力進行測算，增加5臺軸流風機，總風量為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阻力問題。風機開啟數量可根據不同季節的環境溫度，對通風量進行調節，以達到節能效果。

(2)粉塵回收效率是評價該項目成功與否的重要指標，將問題的焦點集中在噴淋噴頭、填料和收水器的設計上，必須確保回收效果好，且不會帶液，避免造成二次污染。

(3)除塵液的來源和回收要根據生產現場的具體情況來確定，各生產廠家情況會有所不同，將回收液返回二表槽，也可直接加入系統中。補充回收液使用碳銨液、水解廢液作為補充液，開始補液時還可適量補充蒸汽冷凝液，對噴頭進行沖洗，在回收液質量分數為15%左右時，即可補入到系統中去。

4.2粉塵回收裝置的技術要求

(1)工藝流程先進、技術成熟、安全可靠，且工藝和配套設備性能優越，保證裝置運行平穩。

(2)根據生產負荷可進行相應的負荷調整。

(3)設計安裝自控調節閥，并能實現遠傳操作，且操作方便，減輕操作人員勞動強度。

(4)裝置全部置于尿素造粒塔上方，采用自然通風，并有外加強力通風設施，回收裝置的通風量大大高于原塔設計的冷卻空氣通風用量，裝置具有抗風、抗震能力。

(5)粉塵回收裝置采用可靠、有效的氣水分離技術，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，可實現自動和手動控制切換，主要控制信號通過DCS的通訊接口進入廠區DCS控制系統。

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

4.3改造實施步驟

(1)粉塵回收噴淋噴頭重新設計布置，杜絕死區，更換1臺洗滌回收泵，增大洗滌吸收液的循環流量，提高吸收效果。

(2)在粉塵回收裝置頂部增加5臺防爆變頻風機，風量為160 000 m3/h，每臺電機功率為18 kW，調速范圍在30～50 Hz，防護等級IP55，絕緣等級F級，防爆等級dIIBT4，主要目的是增加尿素造粒塔的自然通風量，風量可根據不同季節的環境溫度來調節風機的轉速和開啟的數量。由于提高了尿素造粒塔的自然通風量，從而降低了尿素顆粒溫度，減少尿素黏塔現象發生。

(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間，以提高吸收效果，減少粉塵外溢，避免二次污染。

(4)對粉塵回收框架進行加固，提高抗風能力。新增風機在框架內增加支承點，以確保風機在工作時能夠平穩運行。

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日開始投入運行，整套裝置運行平穩，風機無振動現象。經更換噴頭、填料及收水器，對出塔粉塵進行了4次吸收；增加5臺總風量為160 000 m3/h軸流風機，使尿素造粒塔的自然通風量提高了約1/3，尿素顆粒出塔溫度與沒有增加風機之前相比降低了8～10 ℃。粉塵回收裝置的技術改造完成后，實現了全部自動化操作，降低了操作人員的勞動強度，徹底杜絕了堵塞、帶液現象。經一段時間的平穩運行，當尿素產量為1 550 t/d時，可回收粉塵量約1 800 kg/d，粉塵回收率達90%以上，避免了二次污染。

該套粉塵回收裝置技術改造總投資費用約為130萬元，按年生產時間330 d、尿素1 500元/t、電價0.50元/(kW·h)計，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)