尿素造粒塔粉塵回收水洗+濕電捕集技術論述

馮 萍，王 獻

(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中的關鍵設備，它通過自然通風和機械通風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降落在附近數公里內的地面上，不僅腐蝕物體，而且危害作物的生長，造成附近樹木枝葉枯萎，破壞廠區綠化和清潔文明生產，同時損害人的身體健康。這些降落在地面上的尿素粉塵如果沒有得到合理的利用，不僅增加了生產設備的能耗，而且削弱了企業在市場的競爭能力，限制企業的生存和發展。因此，有必要對尿素造粒塔粉塵進行回收。

2021年7月中國氮肥工業協會在山西晉城召開的會議上，已經制定出尿素造粒塔粉塵排放的行業指標，即尿素粉塵質量濃度≤30 mg/m3，氨質量濃度≤30 mg/m3[1]。

目前國內有很多尿素生產廠已經增加自然通風回收裝置，但運行效果并不理想，特別是在夏季生產時，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，造成尿素結塊嚴重。為了降低尿素出塔溫度，被迫將回收箱體內的填料扒出，但排放的尿素粉塵質量濃度仍在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量濃度≤30 mg/m3，解決夏季尿素粒子溫度高、易結塊的問題，研究開發了尿素造粒塔粉塵治理技術，并申請了國家專利[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行后尿素造粒塔出口排放氣中的尿素粉塵質量濃度≤20 mg/m3，氨質量濃度≤30 mg/m3，夏季尿素粒子溫度<65 ℃。

1 傳統尾氣治理技術

當前，尿素造粒塔尾氣治理的技術主要有3種，即自然通風工藝、強制通風水洗工藝、布袋除塵工藝。

1.1 自然通風工藝

20世紀90年代，我國尿素行業飛速發展，大、中、小尿素生產裝置齊頭并進，使我國的尿素產能得到了很大的提升，但同時也帶來了尿素環境污染問題，特別是尿素造粒塔排放氣體中含有的粉塵和氨，破壞廠區綠化和清潔文明生產，危害了廠區周圍作物的生長，造成附近樹木枝葉枯萎，損害廠區附近居民的身體健康。為了治理環境污染，經過有關技術人員的研究，開發出了自然通風工藝回收尿素造粒塔粉塵。

對于自然通風或機械通風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。

自然通風工藝的技術特點為：

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

(2)應用了三段吸收、三段分離的工藝技術，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流設計，控制熱源壓頭損失，保證冷卻尿素顆粒空氣用量。

(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生的水，進行循環利用。

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

隨著國家對生產企業排放物的要求越來越嚴格，自然通風工藝已不能適應生產的需要，其主要表現為：

(1)綜合環保效益差。該工藝僅對粉塵有一定的截流過濾作用，但對氨、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)運行阻力大。夏季易造成尿素粒子溫度高達80 ℃，只能通過拆除填料、增加通風量，才能維持正常生產。

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

因此，自然通風工藝不能滿足當前環保標準要求，沒有市場競爭力。

1.2 強制通風水洗工藝

強制通風水洗工藝在自然通風工藝的基礎上，增加了軸流風機、規整填料、收水器，風機的風量大于尿素造粒塔的自然通風量，同時增加了旋流風裝置，促進了氣溶膠的凝聚，以實現去除氣溶膠的目標，從而達到除塵、除氨的目的。

強制通風水洗工藝的技術特點為:

(1)工藝流程先進、技術成熟、安全可靠。

(2)工藝和配套設備性能優越，從而保證了裝置的正常運行。

(3)設計安裝自控調節閥，能實現遠傳操作。自控調節閥的配置數量應滿足過程控制要求，減輕操作人員的勞動強度。

(4)粉塵回收箱體全部置于尿素造粒塔上方，采用自然通風和外加強力通風相結合的方式，增加風機后的通風量大大高于原塔設計通風量。

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

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

(8)尿素造粒塔粉塵回收系統采用旋風分離技術，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，緩解了拖尾現象。

(10)采用了計算機控制系統，可以實現自動/手動控制切換，主要控制信號接入尿素裝置的計算機控制系統，實現了遠程控制調節。

(11)粉塵回收箱體內部、支承、支架全部采用304材質(特別指定的除外),避免了每年都要進行高空防腐作業帶來的風險。

強制通風水洗工藝經過應用后，完全可以達到國家及行業部門標準環保要求，且一次性投資不高，運行后基本上不需要維修費用。該技術是目前國內采用最多的水洗工藝回收技術，不僅保護了環境，而且回收了排放氣中的尿素和氨，給企業增加了效益，是一項值得推廣使用的技術。

1.3 布袋除塵工藝

尿素造粒塔布袋除塵裝置從運行效果來看，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。在夏季環境溫度達35～38 ℃時，生產負荷必須減至70%以下才能維持正常生產，新疆某化工廠布袋除塵裝置使用6個月后，布袋的損壞率高達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、結塊、粉塵量大，給產品銷售帶來了困難。

使用布袋除塵的裝置在開車初期和生產不正常時，蒸發尿液經常打循環，且在循環時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晶，堵塞布袋，使阻力增大。出塔尿素顆粒溫度升高，嚴重時會造成尿素結晶堵塞塔底料斗。夏季每半個月即要清理1次布袋，否則無法進行正常生產。

以直徑為22 m的尿素造粒塔為例，布袋除塵裝置有20臺軸流風機，每臺風機的體積流量為6萬m3/h，功率為45 kW。另外，還有電磁閥、儀表、鼓風機用電，合計功率為900～1 100 kW，每年的用電費用為4 500 000～5 500 000元。由于尿素粉塵基本上無法回收，無任何經濟效益，只是用于環保，治理污染，并且運行中無法除去排放氣體中的氨，產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用約1 800萬元。每年消耗的電費及維修費用約700萬元，給生產企業帶來了很大的經濟壓力。

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 技術特點

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制通風水洗工藝的基礎上，結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重的問題。

尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收工藝的技術特點為：

(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、抗震能力達7～8級。

(2)在尾氣進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整填料上，對尿素造粒塔排放氣體中的氨和粉塵進行一次洗滌。

(3)經過一次洗滌后的氣體，在抽風機的作用下，實現了對粉塵、氨等主要污染物的脫除，比較細小的顆粒通過濕電捕集進行回收；同時，由于特種等離子體的優勢，實現了對氣溶膠的根治，有效控制了尾氣拖尾現象。

(4)經濕電捕集后氣體繼續上升，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)設計安裝自控調節閥，并與尿素裝置總控室連接，實現遠程操作控制，大大減輕了操作人員的勞動強度。

(6)粉塵回收箱體內部、支承、支架全部采用304材質(特別指定的除外),噴頭材質采用316L，確保不會出現腐蝕現象。

尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收工藝是一項自主開發的新技術，目前國內已經使用在水煤氣凈化、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現超低排放工程上。

2.2 主要設備

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

表1 尿素粉塵水洗+濕電捕集回收裝置的主要設備

2.3 工藝流程

2.3.1 氣體流程

尿素造粒塔內上升的含尿素粉塵及氨的氣體，在出風口處經增設的填料吸收裝置，與噴淋下來的循環吸收液充分接觸后進行分離，氣體上升，液體下降進入收集槽。分離后的氣體進入濕電捕集裝置，在該裝置內尿素粉塵微顆粒及氣溶膠在濕電的作用下被捕集下來。在抽風機的作用下，捕集后的氣體進入旋流收水器，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象。尿素造粒塔排放氣經抽風機排入大氣。

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液采用解吸廢液或蒸汽冷凝液作為吸收液的補充液，解吸廢液經廢液泵加壓至1.3 MPa后補入粉塵回收循環槽，蒸汽冷凝液由冷凝泵直接補入粉塵回收循環槽。循環泵將循環液加壓至過濾裝置，經過濾后的液體進入噴淋噴頭，噴淋液在填料的作用下，對出尿素造粒塔的排放氣中的尿素粉塵和氨進行吸收，吸收的液體下降到收集槽，經循環降液水道進入過濾裝置，液體過濾后進入粉塵 回收循環槽。吸收液中的尿素質量分數為10%左右，經調節閥控制流量，排入尿素蒸發系統進行回收。

2.3.3 液體補入流程

尿素造粒塔粉塵水洗+濕電捕集回收裝置開始使用時，先通過上部的洗滌噴頭向系統加水解廢液，當加到循環槽液位的50%時，開啟循環泵充液至霧化噴頭，噴液進行吸收。在吸收過程中，由于溶解尿素吸熱，吸收液溫度不斷下降，故開啟循環液調溫加熱器，控制溫度為40～50 ℃。當循環吸收液中的尿素質量分數升到8%左右時，就應排入尿液槽，由蒸發系統回收尿素。

2.4 操作控制指標

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見表2。循環吸收液采用連續回收的方式，開啟噴頭的數量可根據生產負荷進行相應的調整。

表2 操作控制指標

3 結語

尿素造粒塔粉塵回收技術經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產生水蒸氣，特別是在冬季，環境氣溫較低時，氣體拖尾現象仍然存在，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，但是氣體中的氨難以清除，特別是遇到環境空氣潮濕時，布袋粘連嚴重，需要及時更換，運行和維修費用較高。水洗+濕電捕集工藝裝置建好以后，基本上不需要維修費用，同時可以很好地吸收排放氣中的尿素粉塵和氨，無拖尾現象，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值得推廣的技術。