加氫裂化分子篩裝置粉塵治理研究

摘 要：文章從錐式電焙燒爐尾氣系統、轉筒式瓦斯焙燒爐尾氣系統、閃蒸布袋系統等多個方面進行加氫裂化劑專用分子篩裝置——LAY裝置的粉塵治理改造，降低了LAY裝置的塵濃，改善了LAY裝置的環保狀況。

關鍵詞：粉塵治理；閃蒸布袋系統；焙燒爐；尾氣系統改造

中圖分類號：TQ424.25 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）17-0014-04

近年來，隨著“清潔生產”概念的提出，環保工作日益受到人們的重視。環保觀念從以前單純的“末端治理”改為預防和治理相結合，特別強調生產過程的環境治理。中石化催化劑長嶺分公司LAY裝置是專為加氫裂化催化劑提供分子篩的生產裝置。其主要設備有：錐式電焙燒爐、轉筒式瓦斯焙燒爐、閃蒸布袋系統。由于設備選型等方面的問題，設備一直存在跑冒嚴重，造成裝置粉塵大，污染嚴重問題。自2005年以來陸續進行了錐式電焙燒爐尾氣系統的改造、閃蒸和布袋的下料和收集物料的改造、轉筒式焙燒爐的尾氣系統改造。通過三次改造，LAY裝置的粉塵治理工作取得了一定的成績，裝置的塵濃得到了有效降低。

1 設備上粉塵跑冒的原因和治理

1.1 電焙燒爐尾氣系統的改造

1.1.1 原電焙燒爐尾氣工藝存在的問題

LAY裝置有兩臺雙錐式焙燒爐，用于LAY分子篩生產時的焙燒。一直以來，尾氣系統采用穩壓調節，尾氣直接排空（見圖1），通過穩壓調節閥來調節爐內的壓力。但由于尾氣全部排空，造成分子篩跑損，環境中粉塵濃度高，污染環境。

1.1.2 電焙燒尾氣系統改造工藝

改造工藝的特點（見圖1）：將電焙燒爐尾氣的穩壓控制系統改為水封控制，并將電焙燒爐內的尾氣直接引入一水封罐，用罐內水位的高低來控制爐內的壓力，尾氣跑損的物料被水捕集，基本解決了尾氣直接向空氣排放，降低了空氣中的粉塵濃度。

1.2 閃蒸系統改造

1.2.1 原閃蒸干燥系統存在的問題

LAY裝置原閃蒸干燥系統主要由空氣加熱爐、雙軸螺旋輸送機、閃蒸干燥塔、旋風分離器、布袋除塵器、引風機、送風機等主要設備組成（見圖2）。

由于設計不合理，造成勞動強度大，生產不連貫，環境污染大。其在環保方面存在的具體問題包括以下幾個方面：

①雙軸螺旋輸送機無法滿足進料的要求。閃蒸干燥塔的進料系統采用的是雙軸螺旋輸送機，因分子篩濾餅粘度較大，使得單位時間內的進料量很小，輸送機故障頻繁，系統生產能力低。從箱式過濾機下來的濾餅只能采用人工投料的方法才能進入輸送機，勞動強度大，現場環境差。

②系統壓力不穩定。原系統同時設計了一個送風機和一個引風機。在實際生產中，由于某些偶然因素的影響，有時使得送風機和引風機風量不配套，導致閃蒸塔內產生正壓。閃蒸塔內產生正壓后，破壞了閃蒸干燥技術負壓操作的基本條件，阻礙了物料的快速干燥。其結果使得系統內粉塵向系統外泄漏擴散，污染環境。

③系統流程不合理。在系統中采用兩個旋風分離器進行閃蒸干燥后物料的收集，旋風分離器的尾氣進入布袋除塵器進行進一步的捕塵。物料的收集有三個出處，造成必須在三個地方包料，現場粉塵重，環境差。

④兩個旋風分離器其分級效果較差，物料難以旋下，而且由于沒有振打裝置，旋下的物料出料困難。大量沒有被收集下來的物料被引風機抽入布袋中，而布袋在裝置設計時是用于旋風分離器后的尾氣捕塵，只有60 m2，因此無法承擔此工作量，造成閃蒸干燥后的物料跑料嚴重，污染環境。

1.2.2 閃蒸干燥系統的改造

對閃蒸干燥系統進行了大的改造，主要包括以下幾個方面（見圖3）：

①改進了系統的進料方式。將雙軸螺旋輸送機進料改為軟管泵進料。將閃蒸系統原有的雙螺旋進料器改為了軟管泵進料，濾餅經過打漿后由原來的濾餅變為了漿液，軟管泵的進料速度由PLC控制。解決了帶濾機下物料灼減大、難以進入閃蒸的問題，保證閃蒸系統連續進料和連續生產。而且軟管泵代替雙軸螺旋輸送機在閃蒸進料的連續使用，也結束了LAY裝置人工投料進閃蒸的狀況，降低了勞動強度，保證了現場環境。

②將閃蒸系統的送風機和引風機改成引風機單獨抽風。將閃蒸系統的送風機和引風機改成引風機單獨抽風，徹底消除了因送風機和引風機相互影響而使系統形成正壓的可能，保證整個閃蒸系統呈負壓狀態。避免了系統內粉塵向系統外泄漏擴散，污染環境，保證了現場環境。

③改進了閃蒸后物料的收集方式。去掉兩臺旋風分離器，完全采用布袋撲塵，使閃蒸系統的下料口只有一個，不僅減少了單元設備，減少了環境污染點，而且不需要考慮旋風分離器下料的困難，保證了閃蒸系統的連續出料。

從將近兩年的使用效果來看，布袋除塵器能滿足連續收集大批量物料的生產要求，收集物料和下料都比較方便。我們對尾氣系統進行了多次標定，標定期間，經環保監測站標定：測量的布袋除塵器粉塵濃度平均為64.7 mg/m3 ，煙塵排放0.4kg/h，收率為99.8％，超過了設計能力。

1.3 轉筒式焙燒爐尾氣系統改造

LAY裝置有轉筒式瓦斯焙燒爐一臺，用于HY分子篩生產時的焙燒。它不僅用于HY分子篩的焙燒，煙氣和尾氣在爐頭混合后，通過閃蒸的引風機的抽力，通過四通閥去閃蒸，為閃蒸系統提供熱源。

1.3.1 焙燒爐尾氣系統的流程及主

要工作原理

如圖4所示，焙燒爐的爐膛煙氣量較大，水分、粉塵含量低，溫度較高在600℃左右，煙氣經管道和四通閥后進入閃蒸。其過程中沒有調控煙氣量大小的裝備，使得100%的煙氣熱量隨時都得到了回用。焙燒爐的尾氣粉塵含量較高，水汽含量較大且溫度較低在350℃左右，通過插板調節閥和近20 m長的水平管道后在爐頭與煙氣匯合后，再進入四通閥，后進入閃蒸。插板調節閥起到適時對尾氣流量進行調節的作用。這樣不但煙氣和尾氣的熱量得以循環利用，而且尾氣中的粉塵得以回收，有利于環境的保護和產品收率的提高。

1.3.2 尾氣線存在問題

焙燒爐尾氣系統在設計理論上是可行的，既環保又節能。但由于設計上的一些具體細節存在不足，導致實際運行中問題較多，效果不理想。尾氣線設計存在以下問題（見圖4）：

①煙氣供熱缺乏有效的調控手段，造成系統運行穩定性差，操作難度較大。旋轉閃蒸干燥系統所需要的熱量是由單位時間內進料量的大小和所干燥物料的固含量決定的，是持續而穩定的。而煙氣流量也是持續而穩定的，如果爐子余熱的供給和閃蒸所需的熱量能及時相對匹配，系統運行就很平穩。但實際生產中二者存在較大偏差，表現為爐子煙氣供給的熱量遠遠高于閃蒸物料所需要的熱量，而煙氣流量缺乏有效的調控手段，幾乎為100％的供給。出現閃蒸系統較大的超溫現象，運行不穩定。因此崗位操作人員只有頻繁地開關四通閥來控制閃蒸的超溫，四通閥存在的最大問題為：一方面煙氣100％地進入管道去閃蒸系統，煙氣的熱量遠遠大于閃蒸的熱量，造成閃蒸系統超溫；另一方面100％地排大氣，則閃蒸系統無熱源，造成閃蒸系統堵料。因此閃蒸系統非常難以控制，不但大幅度增大了操作人員的勞動強度，而且給設備的安全運行和環境保護帶來不利影響。

②尾氣系統設計不合理，造成管線堵塞嚴重。尾氣系統設計不合理，主要有以下幾個方面的因素：

其一，瓦斯爐焙燒提供的熱源遠遠大于閃蒸所需要的熱源，造成尾氣管線堵塞。瓦斯爐焙燒產生的煙氣和尾氣在爐頭混合后通過四通閥進入閃蒸系統為閃蒸提供熱源。但瓦斯爐焙燒提供的熱源遠遠大于閃蒸所需要的熱源，因此開閃蒸時，冷風閥全開都難以控制住閃蒸的溫度。為了避免閃蒸系統超溫，四通閥一會開至排大氣的位置，將煙氣和尾氣的熱源排向大氣；一會進閃蒸，為閃蒸提供熱源。在四通閥處于排大氣的位置，煙氣可以通過助燃風機鼓風排出，而尾氣中因為含有大量的粉塵，處于既沒有鼓風也沒有引風的狀態，難以從排大氣處直接排出，造成尾氣管線堵塞。若是四通閥處于進閃蒸的位置，由于冷風閥全開，引風機先抽的是冷空氣，再抽的是從四通閥上來的尾氣和煙氣的混合空氣，因此尾氣也難以抽動，尾氣管線也容易堵塞。

其二，尾氣和煙氣的混合方式不合理，造成尾氣管線堵塞。尾氣和煙氣在爐頭碰頭后進入四通閥，但煙氣無控制熱源的插板，而尾氣線上有調節爐內壓力的插板，造成煙氣抽力大，尾氣抽力小，尾氣中夾帶的物料更容易堵塞在尾氣管線中。

其三，尾氣線從爐尾出來的空間小，尾氣流速快，夾帶的物料太多。通過引風機的抽力，物料在焙燒過程中產生的尾氣能從爐尾通過尾氣管線進入閃蒸布袋系統。尾氣從爐尾出來后，夾帶大量粉塵，若此時尾氣流速快，則夾帶的粉塵越多；若尾氣流速慢，則夾帶的粉塵越少。因此在生產中希望尾氣在爐尾出口端速度慢，以減少夾帶的粉塵量，保證尾氣系統的暢通。

氣體質量流速(u)與質量通量（G）之間的關系為：

G＝ωs/A＝Vsρ/A＝uρ （1）

式中：G為質量通量，kg/s；ωs為質量流量，kg/s；Vs為體積流量，m3/s；u為流速，m/s；A 為與流動方向相垂直的管道截面積，m2；ρ為尾氣密度，kg/m3。

氣體質量流速(u)與爐尾出口端管線的截面積（A）之間的關系為：

Vs/A＝Vs/Лr2 （2）

從式2可以看出：若想降低尾氣在爐尾出口端的流速，必須增加爐尾出口端管線的截面積。而實際生產中，尾氣管線僅為直徑250 mm的圓形吸入口，管線過小，造成從爐尾出來的尾氣流速快，夾帶大量粉塵。

其四，尾氣管道上插板閥的安裝位置不妥。在尾氣管道上安裝插板閥的主要作用是調節爐內壓力。但尾氣管道上的插板調節閥安裝在尾氣管道的水平段上，并且是靠尾氣管線的后部，使本來平直的氣流通道，多出了一道阻礙氣流運動的瓶頸。造成部分粉塵沉積在尾氣管線內，而不是阻擋在爐內。

1.3.3 尾氣系統的改造（見圖5）

①在煙氣管道上設置排空線和排空調節插板。將煙氣管線在四通閥前增設排空線，并分別在排大氣和去四通閥的管路上各增加插板一個，通過調節兩個插板的開度，調節去四通閥的熱源量和排大氣的熱源量，保證爐子余熱的供給和閃蒸所需的熱量能及時相對匹配，閃蒸系統運行平穩。

②煙氣和尾氣分開，獨立進入閃蒸。將尾氣管線跨過四通閥和冷風閥，直接并入進閃蒸前的管線。這樣尾氣管線不再受煙氣和冷風閥傳入的冷空氣的影響，可以通過引風機的抽力將尾氣抽入閃蒸，保證尾氣管線的暢通。

③擴大爐尾尾氣出口端的管線，降低尾氣流速，減少尾氣夾帶的粉塵量。在尾氣出口的爐體上增設箱體，將原250 mm的圓形吸入口改為方形口，其最大直徑為350mm的正方形，擴大抽風口的空間，降低尾氣抽風口處的尾氣流速。

根據式（2）可知，改造后的流速u后和改造前的流速u前相比：

u后：u前＝Vs/d2：Vs/Лr2=Лr2 :d2＝3.14×2502/4：3502＝0.4＝40％ （3）

從式（3）可以看出：增大爐尾尾氣口的截面積，尾氣流速可以降低至原來的40％，有效地減少尾氣夾帶的粉塵量。

④爐頭增設尾氣線，保證爐頭、爐尾均能排尾氣。在爐頭增設尾氣線，并且在爐頭和爐尾的尾氣線交匯處增設兩個八字盲板，保證兩條尾氣線中若有一條尾氣線堵，可以馬上切換至另一條尾氣線，減少因清理尾氣線影響生產的狀況。

⑤改變插板調節閥的安裝位置。將原來安裝在尾氣管道水平段上的插板調節閥，移到尾氣管道上的吸入口處，且安裝在垂直位置。這樣即使部分粉塵微粒被其阻擋，當積聚到一定量后在重力作用下，會自動掉落入爐筒中，消除了原來安裝在水平位置時，被阻擋后沉積在管道中現象。

通過改造，基本解決了轉筒式焙燒爐尾氣系統堵塞、一套閃蒸運行不平穩的問題。從HY分子篩生產情況看：系統運行平穩、操作簡單方便，能基本滿足生產的需求。

2 粉塵治理的效果

通過以上三項改造，LAY裝置的粉塵治理工作上了一個新臺階，不僅污染源減少了12個，而且由于布袋的撲塵效果好，完全可以達到國家標準（見表1），改變了原來裝置一開工就到處冒灰，臟、亂、差的局面。為LAY裝置形成生產能力，開工正常創造了良好的環境。

參考文獻：

[1] 天津大學化工原理教研室.化工原理[M].天津:天津科學技術出版社，1988.