第3代造粒塔尾氣高效凈化回收系統(tǒng)應(yīng)用與分析

陸文濤，周 列

(上海境業(yè)環(huán)保能源科技股份有限公司 上海 201206)

0 前言

2017年，中國政府批準(zhǔn)加入《巴黎協(xié)定》，承諾爭取到2020年實現(xiàn)碳強度降低40%～45%的目標(biāo)。2018年6月27日，國務(wù)院印發(fā)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，該計劃被認(rèn)為是2013年《大氣污染防治行動計劃》的延續(xù)，標(biāo)志著大氣治理第2階段正式開啟。近10年以來，我國氮肥行業(yè)中的很多尿素造粒塔尾氣都已經(jīng)進行了環(huán)保處理，大多配置水洗除塵裝置，處理后的尾氣含塵質(zhì)量濃度在30～100 mg/m3(標(biāo)態(tài))。不可否認(rèn)，該技術(shù)不失為造粒塔尾氣除塵的好方法，但對于粉塵排放量控制日趨嚴(yán)格的今天以及可預(yù)見的未來5～10年，該技術(shù)將難以達(dá)到國家在大氣污染防治和尾氣排放回收方面的諸多要求。

上海境業(yè)環(huán)保能源科技股份有限公司(以下簡稱境業(yè)環(huán)保公司)一直致力于精細(xì)化工和煤化工領(lǐng)域超凈排放除塵系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用，2015年全國鍋爐開始進入超低排放時代，境業(yè)環(huán)保公司的5 mg/m3(標(biāo)態(tài))以下超低排放技術(shù)開始大規(guī)模得到應(yīng)用；2017年，為響應(yīng)國家對化肥行業(yè)節(jié)能減排的要求，在造粒塔尾氣凈化回收領(lǐng)域，境業(yè)環(huán)保公司與河南心連心化肥有限公司、青海云天化集團等企業(yè)合作，推出第3代造粒塔尾氣高效凈化回收系統(tǒng)。2018年3月，采用該技術(shù)的首套項目投產(chǎn)運行，實測造粒塔尾氣顆粒物排放質(zhì)量濃度≤5 mg/m3(標(biāo)態(tài))。

1 造粒塔粉塵產(chǎn)生的原因

在尿素造粒塔中，高溫尿液自造粒塔上部經(jīng)噴頭向下噴灑，尿液在下降過程中與來自塔底的上升空氣接觸換熱，在塔底得到尿素產(chǎn)品顆粒。在造粒過程中，由于噴頭選型、熔料溫度高、熔料霧沫、機械磨損、熔料中游離的NH3和CO2含量偏高以及塔內(nèi)溫度高、冷卻效果差、尿素強度低等因素，容易產(chǎn)生尿素粉末并隨上升空氣從造粒塔塔頂排出，不僅造成粉塵污染，而且引起物料的損耗[1]。

2 造粒塔除塵技術(shù)回顧

自1954年我國第1座尿素造粒塔投運以來，一直伴隨著尿素粉塵逃逸污染及資源流失的技術(shù)難題，據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1 t尿素就會產(chǎn)生1 kg尿素粉塵逃逸。2017年，全國尿素產(chǎn)量53 370 kt，即使采用行業(yè)內(nèi)普遍應(yīng)用的水洗技術(shù)，仍有30 kt尿素粉塵污染及資源流失。在環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻的今天，正面臨三大技術(shù)壁壘：①應(yīng)對超凈、超低排放時代的來臨，達(dá)到出口粉塵質(zhì)量濃度低于10 mg/m3(標(biāo)態(tài))，甚至低于5 mg/m3(標(biāo)態(tài))；②應(yīng)對群眾的質(zhì)疑與投訴，消除煙氣拖尾；③提升產(chǎn)品競爭力，保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量不受氣候影響，并提升產(chǎn)品一級品率。造粒塔粉塵排放執(zhí)行通用國家標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297—1996),規(guī)定顆粒排放質(zhì)量濃度為150 mg/m3(標(biāo)態(tài))，已無法滿足環(huán)保要求，故造粒塔粉塵排放被政府部門列為重點整治對象。

2.1 不同造粒塔除塵工藝比較

不同造粒塔除塵工藝比較如表1所示。

表1 不同造粒塔除塵工藝比較

項目第1代傳統(tǒng)直排(1960—2000年)第2代簡單處理(2000—2017年)第3代超低超凈(2017年以后)排放指標(biāo)/(mg·m-3,標(biāo)態(tài))約25030～100≤5物料回收無回收,浪費和污染嚴(yán)重尿素粉塵只能部分回收,回收率最高可達(dá)65%尿素粉塵回收效果好,回收率最高可達(dá)97.5%以上運行情況穩(wěn)定性適中穩(wěn)定改善造粒無任何措施強制通風(fēng)強制通風(fēng),與落料溫度聯(lián)控,精準(zhǔn)控制通風(fēng)量拖尾嚴(yán)重拖尾有拖尾無拖尾改造周期不停工改造20 d

2.2 水洗除塵

水洗除塵裝置是在造粒塔塔頂排風(fēng)口處設(shè)置2排或多排噴嘴對尾氣進行噴霧，水霧在填料中與尾氣逆流接觸，尾氣中的粉塵被水霧吸收后沉降至收集槽。

2.2.1 優(yōu)點

水洗除塵裝置結(jié)構(gòu)簡單、造價低、施工周期短。

2.2.2 缺點

(1) 除塵效率低。水洗裝置通過將循環(huán)水霧化后噴射在造粒塔的塔頂出口處，水霧吸收粉塵后回落至造粒塔內(nèi)。由于水霧吸附粉塵能力有限，并不能保證所有粉塵顆粒均能夠被水霧捕捉吸附，所以造粒塔塔頂出口處排放的粉塵質(zhì)量濃度一般在50 mg/m3(標(biāo)態(tài))以上，難以滿足日益嚴(yán)苛的環(huán)保要求。

(2) 拖尾嚴(yán)重。由于粉塵濃度較高，加之水洗除塵過程會產(chǎn)生大量的水蒸氣，現(xiàn)有造粒塔的塔頂排出氣夾雜著較多粉塵顆粒，不易在空氣中自然擴散，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的拖尾現(xiàn)象，更易對周邊民眾造成困擾。

(3) 填料易堵塞。尿素粉末溶于水，如果被填料攔截后未能及時被水沖洗下來，或者有些死角區(qū)域長時間未得到?jīng)_洗，尿素粉末越積越多，便會在填料上形成結(jié)晶，逐漸將填料堵塞，增大了系統(tǒng)阻力；當(dāng)阻力達(dá)到一定值時，填料將會被氣體掀翻，導(dǎo)致氣體走短路，降低填料的除塵除霧效率。填料堵塞后會影響造粒塔的通風(fēng)，進而使得造粒塔冷卻效果變差。

(4) 受環(huán)境空氣溫度影響大。據(jù)了解，現(xiàn)有造粒塔水洗除塵裝置的有效高度一般在5 m左右，由最初簡單布置2級填料3級沖洗層發(fā)展至目前的多種填料配合使用。但當(dāng)環(huán)境空氣溫度高于28 ℃ 后，由于水洗除塵裝置裝填的填料大大增加了造粒塔內(nèi)氣體運行阻力，導(dǎo)致造粒塔塔底尿素產(chǎn)品溫度超過80 ℃，使造粒塔塔壁粉塵量急劇增加，且尿素產(chǎn)品粉末量大，容易結(jié)疤，次品率大幅提高。

(5) 回收工藝能耗高。通過水洗裝置得到的尿素溶液濃度較低，不能直接回收再利用，需設(shè)置循環(huán)水蒸發(fā)裝置以提高含塵循環(huán)液的尿素濃度，導(dǎo)致能耗較高。

隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求日趨嚴(yán)格，水洗除塵工藝很難滿足新的環(huán)保要求。特別是在京津冀及周邊“2+26”個城市以及冬季重污染執(zhí)行特別限值時，該工藝無法達(dá)到超低、超凈排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 第3代造粒塔尾氣高效凈化回收系統(tǒng)

3.1 工藝流程

第3代造粒塔尾氣高效凈化回收系統(tǒng)是在造粒塔頂部加裝1臺全封閉的過濾設(shè)備，造粒噴頭上方的含塵氣體經(jīng)過特制的過濾材料過濾，潔凈的氣體經(jīng)引風(fēng)機排風(fēng)口排放(圖1中空心箭頭方向)，過濾下來的尿素粉塵經(jīng)反吹落至料槽。

圖1 造粒塔尾氣高效凈化回收系統(tǒng)示意

料槽中尿素粉塵有2種回收方式：①當(dāng)造粒塔未配置電梯時，料槽中的尿素粉塵用水沖洗形成溶液并進入水箱循環(huán)，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%左右時送入生產(chǎn)系統(tǒng)的尿液儲槽或進入蒸發(fā)系統(tǒng)(圖1中實心箭頭方向)；②當(dāng)造粒塔內(nèi)配置電梯時，落入料槽的尿素粉塵直接由刮板機收集裝袋，通過電梯或吊裝葫蘆運送至塔底(圖2)。

3.2 技術(shù)特點

(1) 過濾器設(shè)計多臺引風(fēng)機對稱布置，風(fēng)量可根據(jù)不同工況按需調(diào)節(jié)，確保獲得優(yōu)質(zhì)的尿素產(chǎn)品。

(2) 干法除塵效率極高，出口粉塵質(zhì)量濃度<5 mg/m3(標(biāo)態(tài))，實現(xiàn)超低排放，而且不產(chǎn)生任何二次污染，此排放效果可滿足今后國內(nèi)5～10年的環(huán)保要求。

1.造粒塔本體 2.過濾器本體 3.凈氣氣箱 4.過濾組件 5.引風(fēng)機 6.逆洗裝置 7.收集層圖2 尿素粉塵回收示意

(3) 干法回收不會因水分蒸發(fā)而產(chǎn)生大量水蒸氣，可徹底消除拖尾現(xiàn)象。

(4) 裝置回收的粉塵為干粉尿素顆粒，可直接回收利用，無其他能耗。

(5) 除塵裝置設(shè)置在造粒塔塔頂，并與造粒塔塔頂直接對接，粉塵回收系統(tǒng)設(shè)置在塔內(nèi)并自動回收，完全適用于新建或改造項目。

(6) 強制通風(fēng)，與落料溫度聯(lián)控，精準(zhǔn)控制通風(fēng)量，造粒工況更穩(wěn)定，生產(chǎn)不受季節(jié)和環(huán)境空氣溫度的影響，夏季不減產(chǎn)。

4 改造條件與施工

4.1 塔體結(jié)構(gòu)和強度

在充分考慮載荷均勻的設(shè)計條件下，仍需進行強度校核，以保證造粒塔改造施工的安全性。

4.2 吊裝施工條件

首選塔吊，業(yè)主方與施工方確認(rèn)塔吊基礎(chǔ)及連墻件施工和布置。

4.3 公用工程條件

0.6 MPa壓縮空氣引至塔頂，耗量為 150 kg/h；引風(fēng)機按需供電。

4.4 施工及停產(chǎn)

現(xiàn)場施工內(nèi)容繁雜，包括原設(shè)備內(nèi)件拆除、修整、土建、安裝、吊裝、防水修復(fù)、支材、輔材及人員等，均需業(yè)主配合施工方完成。整體完工周期90 d，塔頂施工時間約15 d。

5 性能考核及驗收

5.1 性能考核

河南心連心化肥有限公司首套400 kt/a高效凈化回收系統(tǒng)于2018年2月投入運行，2018年3月23日完成項目驗收，性能考核指標(biāo)如表2所示。

5.2 性能驗收

(1) 性能驗收的目的是為了檢驗合同設(shè)備的所有性能是否符合本技術(shù)規(guī)格書的要求， 性能驗收地點為設(shè)備使用現(xiàn)場。設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束后，業(yè)主先進行初步驗收、空載試車驗收。

表2 高效凈化回收系統(tǒng)性能考核指標(biāo)

項目性能指標(biāo)設(shè)計值出口粉塵質(zhì)量濃度/(mg·m-3,標(biāo)態(tài))≤10≤5造粒塔尾氣拖尾無連續(xù)穩(wěn)定運行周期/月≥24設(shè)備阻力/Pa≤1 200≤1 200

(2) 設(shè)備性能驗收在設(shè)備正常投運后的30 d內(nèi)進行，并由業(yè)主組織第三方專業(yè)檢測機構(gòu)(河南省政院檢測研究院有限公司)進行驗收。河南心連心化肥有限公司四分公司造粒塔尾氣凈化回收系統(tǒng)(型號JYBF- PT- I)檢測報告如表3所示。

表3 造粒塔尾氣凈化回收系統(tǒng)檢測報告

高效凈化回收系統(tǒng)出口序號排風(fēng)量/(m3·h-1)排放粉塵質(zhì)量濃度/(mg·m-3,標(biāo)態(tài))排放速率/(kg·h-1)1#237 0003.150.7472#235 0002.980.7003#250 0003.720.9304#250 0003.170.793

注：1)檢測日期2018年3月23日，檢測項目為顆粒物，排氣筒高度108.4 m

6 結(jié)語

第3代造粒塔尾氣高效凈化回收系統(tǒng)在河南心連心化肥有限公司得到了成功應(yīng)用，實測造粒塔尾氣中顆粒物排放質(zhì)量濃度≤5 mg/m3(標(biāo)態(tài))，完全符合排放指標(biāo)要求。隨著國家對化肥行業(yè)尾氣排放要求的愈加嚴(yán)格，上海境業(yè)環(huán)保能源科技股份有限公司會更加關(guān)注相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，提出更加節(jié)能高效的凈化解決方案，為祖國的藍(lán)天白云貢獻自己的一份力量。