造粒塔粉塵治理技術(shù)研究

李紅明，劉欣，張洋洋，楊國(guó)洞

（河南心連心化肥有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453731）

1 前言

我國(guó)是尿素生產(chǎn)大國(guó)，且小顆粒和中顆粒尿素居多，多采用造粒塔使熔融尿素在降落過(guò)程中進(jìn)行冷卻成型，但由于造粒塔噴頭缺陷、尿素顆粒強(qiáng)度及操作等原因，在降溫冷卻過(guò)程中會(huì)形成較多的尿素粉末，夾帶在從造粒塔塔底進(jìn)入的冷卻空氣中，形成具有一定尿素粉末的外排廢氣。

采用自然通風(fēng)的造粒塔結(jié)構(gòu)使尿素熔融物成型的工藝，年有8000萬(wàn)噸產(chǎn)能，根據(jù)物料平衡核算，尿素產(chǎn)生的理論粉塵量為1.2kg/t，則年外排粉塵量約為9.6萬(wàn)t/a，不僅對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成影響，更對(duì)人身健康造成危害。近兩年來(lái)，隨著環(huán)境形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，造粒塔排放治理成為繼鍋爐煙氣治理后的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

許多老式造粒塔屬于A型結(jié)構(gòu)，塔體高度低，頂側(cè)排氣，所排放的尾氣粉塵含量相對(duì)較高，一般排放濃度在300～600mg/m3。新型造粒塔為B型結(jié)構(gòu)，塔體相對(duì)較高，頂中排氣，尾氣排放粉塵濃度相對(duì)較低，一般在100～300mg/m3[1]。粉塵排放濃度大大高于現(xiàn)有鍋爐外排煙氣粉塵濃度要求（10mg/m3以下）。隨著近些年造粒塔的產(chǎn)能逐漸加大，外排氣體總量也隨之加大，年產(chǎn)尿素40萬(wàn)噸的造粒塔所需的冷卻風(fēng)量在60萬(wàn)m3/h，外排氣體粉塵濃度按150mg/m3計(jì)算的話，年排放尿素粉塵量在720t/a。若將此部分尿素進(jìn)行回收，不僅可產(chǎn)生環(huán)境效益，也增加了尿素產(chǎn)量。

2 造粒塔外排廢氣治理難點(diǎn)

（1）工藝技術(shù)路線少

目前，已有的造粒塔外排氣體治理裝置多是采用水洗除塵工藝，不同的是布置的填料形式。

（2）除塵裝置布置難度大

無(wú)論是在造粒塔塔頂布置除塵裝置還是將造粒塔外排的廢氣引至地面處理，施工難度均是需要從設(shè)計(jì)和施工策劃上進(jìn)行解決的問(wèn)題：1）在塔頂布置：尿素裝置大型化對(duì)應(yīng)的造粒塔塔體和塔徑也會(huì)越來(lái)越大，新型尿素造粒塔的高度均在100m以上，在如此高的造粒塔塔頂布置除塵裝置，裝置的重量、施工組織、塔體承重等均存在較大的難度。2）在塔底布置：將造粒塔外排廢氣從造粒塔塔頂引至地面進(jìn)行處理，同樣存在較大的施工難度。由于造粒塔外排廢氣氣量大，管道長(zhǎng)（長(zhǎng)度在100m以上），存在如何進(jìn)行錨固的問(wèn)題，且外排廢氣引下來(lái)還需要布置新的煙囪，將處理后的氣體進(jìn)行高空排放。

3 現(xiàn)有除塵工藝情況

3.1 干式除塵工藝

（1）靜電除塵

靜電除塵器是利用高壓電場(chǎng)使顆粒荷電，在庫(kù)侖力作用下使顆粒與氣流分離沉降的裝置。除塵效率受粉塵比電阻的影響很大。對(duì)于細(xì)微顆粒物的去除由于存在振打清灰二次揚(yáng)塵的情況，因此單獨(dú)采用電除塵無(wú)法達(dá)到粉塵排放濃度在10mg/m3以下的效果。

尿素粉末的比電阻經(jīng)檢測(cè)在1.2×109Ω·cm，在電除塵適宜的比電阻（104～5×1010Ω·cm[2]）范圍內(nèi)，但靜電除塵器一般采用平進(jìn)平出的布置方式，如果在造粒塔塔頂布置需要下進(jìn)上出，則在造粒塔塔頂不適宜采用靜電除塵模式進(jìn)行粉塵治理，且存在臭氧污染。

（2）布袋除塵

布袋除塵器是利用多孔過(guò)濾介質(zhì)分離捕集氣體中固定或液體粒子的凈化裝置，主要依靠過(guò)濾介質(zhì)運(yùn)行一段時(shí)間后形成的粉塵初層為主要過(guò)濾層，本身濾料層起到粉塵初層的骨架作用。通過(guò)對(duì)濾袋材料的不斷創(chuàng)新研發(fā)達(dá)到粉塵排放濃度在10mg/m3以下的效果。

布袋除塵具有除塵效率高、能有效捕集對(duì)人體危害大的5μm以下的細(xì)微顆粒的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不受煙氣成分、粉塵性質(zhì)的影響。但尿素粉末易吸潮，布置濾袋進(jìn)行除塵存在糊袋的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 濕式除塵工藝

（1）采用填料攔截

填料多種多樣，主要目的在于以碰撞攔截的方式將氣體中所夾帶的霧滴進(jìn)行脫除。

管式除霧器：主要捕集粒徑較大（30μm以上）的含塵液滴。管式除霧器一般布置在除霧除塵段的下部，起到均布?xì)怏w和捕集較大顆粒液滴的作用。

折流板：主要形式有流線型、流線帶鉤型（如圖1），形式多樣，有單通道、雙通道，一個(gè)鉤、兩個(gè)鉤的不同組合（如圖2）。布置形式有平板式折流板和屋脊式折流板（如圖3）。

絲網(wǎng)除霧器（如圖4）：一般由金屬絲或工程塑料，采用特殊的經(jīng)緯方式編織而成，再將編織的絲網(wǎng)壓成具有一定角度的波紋，根據(jù)不同的操作環(huán)境選擇不同的絲網(wǎng)材質(zhì)和厚度。

（2）濕式電除塵

濕式電除塵技術(shù)是基于靜電除塵技術(shù)中近幾年廣泛應(yīng)用的細(xì)微顆粒物去除技術(shù)，電極絲放電使周圍氣體電離，粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場(chǎng)力的作用下向收塵極運(yùn)動(dòng)，并沉積在收塵極上，捕集下來(lái)粉塵集聚在極板上，被沖洗水帶走。避免了靜電除塵二次揚(yáng)塵的情況，但外排氣體存在帶液情況。

圖1 流線型折流板

圖2 平板式折流板

圖3 屋脊式折流板

圖4 絲網(wǎng)除霧器

濕式電除塵器的結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5 濕式電除塵器結(jié)構(gòu)

（3）聲波除霧

近年來(lái)，煙囪外排氣體的白煙情況受到關(guān)注。據(jù)悉，聲波除霧技術(shù)利用聲波對(duì)懸浮顆粒的匯聚作用，廢氣中微米、亞微米級(jí)超細(xì)顆粒通過(guò)聲波作用進(jìn)行凝并，變成顆粒較大的粒徑，再通過(guò)布置在后部的除霧裝置對(duì)凝并后的大顆粒進(jìn)行捕集。通過(guò)聲波凝并+除霧器捕集去除微米、亞微米級(jí)超細(xì)顆粒。

4 運(yùn)行實(shí)例

基于尿素易溶于水的情況，現(xiàn)有造粒塔外排氣體除塵均采用水洗工藝，某公司在新鄉(xiāng)地區(qū)有四套尿素裝置造粒塔均采用水洗除塵裝置。隨著對(duì)造粒塔環(huán)保排放關(guān)注度的日益提升，在行業(yè)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，該公司從2015年開(kāi)始對(duì)四套尿素造粒塔的水洗除塵裝置進(jìn)行改造，從噴頭分布情況提高水洗覆蓋面，提高循環(huán)液泵噴淋量加大氣液比，降低循環(huán)液濃度以降低外排氣體所含液滴中夾帶的尿素，加酸降低循環(huán)液pH值提高循環(huán)液的吸收能力，采用不同的填料（如纖維氈、絲瓜瓤等）進(jìn)行試驗(yàn)以降低外排氣體夾帶液滴量大的情況等。水洗除塵布置模式也由原來(lái)簡(jiǎn)單布置兩層填料的模式到現(xiàn)在的模式多樣（如圖6～圖9）。

4個(gè)造粒塔的水洗除塵裝置采用不同的填料，填料的作用主要有兩個(gè)：下層填料的均布?xì)饬鳎龃髿庖航佑|面；上層填料主要捕集氣體中的液滴。填料主要的形式有以下7種（如圖10～圖15）。

圖6 最早的水洗除塵布置模式

圖7 水幕簾、收水器水洗除塵

圖8 規(guī)整填料、收水器水洗除塵

圖9 高效填料、收水器水洗除塵

在適宜的流速范圍內(nèi)，填料對(duì)氣體有一定的均布和霧滴捕集的效果，但水洗除塵裝置仍存在如下問(wèn)題：

（1）除塵效率低

水洗除塵主要是將溶于水的尿素粉末通過(guò)重力作用進(jìn)行沉降，而對(duì)沒(méi)有沉降下來(lái)的霧滴則是靠填料進(jìn)行攔截，為提高除塵除霧效率，一般采用布置多級(jí)填料、多級(jí)沖洗的模式，但僅僅通過(guò)水洗除塵除霧裝置，很難達(dá)到粉塵濃度10mg/m3以下的效果。且布置填料層數(shù)越多，相對(duì)阻力越大、裝置尺寸越大。

（2）填料堵塞

由于噴淋布置存在死區(qū)及沖洗水雜質(zhì)堵塞噴頭，往往出現(xiàn)部分填料沖洗不干凈的情況，造成粉塵越積越多，增加系統(tǒng)阻力，嚴(yán)重的影響造粒塔通風(fēng)冷卻，影響正常生產(chǎn)。

圖10 規(guī)整填料

圖11 高效填料

圖12 水幕簾

圖13 絲網(wǎng)除霧

圖14 折流板收水器

圖15 多孔填料

（3）外排氣體帶液，拖尾現(xiàn)象嚴(yán)重

近年來(lái)的水洗除塵裝置，由于填料形式升級(jí)以及填料級(jí)數(shù)增加，提升了水洗除塵裝置的阻力，往往要增加頂部軸流風(fēng)機(jī)。而由于造粒塔塔頂施工難度大，水洗除塵裝置頂部填料距風(fēng)機(jī)只有2m左右的空間，通過(guò)填料后氣體中的液滴沒(méi)有足夠的沉降空間，且由于風(fēng)機(jī)抽力較大，水洗除塵裝置外排氣體帶液嚴(yán)重。

通過(guò)對(duì)水洗除塵裝置的改造，粉塵濃度最低能穩(wěn)定到30mg/m3，而對(duì)于日趨嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)，粉塵濃度降到10mg/m3以下仍需進(jìn)行新技術(shù)的研發(fā)與驗(yàn)證。

5 造粒塔粉塵治理技術(shù)可選路線

造粒塔粉塵治理，由于尿素粉末易溶于水，因此現(xiàn)有的造粒塔粉塵治理裝置均采用水洗除塵技術(shù)，從運(yùn)行情況看，在造粒塔排放氣體初始濃度150mg/m3的情況下，僅僅采用水洗除塵很難達(dá)到粉塵濃度10mg/m3以下的目標(biāo)，因此造粒塔可采用以下的除塵模式進(jìn)行超低排放的治理技術(shù)。

（1）水洗除塵+濕式電除塵

在現(xiàn)有水洗除塵裝置基礎(chǔ)上增加濕式電除塵，兩者協(xié)同達(dá)到前者去除大顆粒，后者去除細(xì)微顆粒的目的，但該種模式仍存在外排氣體帶液的情況。

（2）水洗除塵+聲波除霧

同第一種方法，也是兩者協(xié)同處理，通過(guò)簡(jiǎn)單的水洗除塵裝置降低聲波除霧裝置的除塵除霧負(fù)荷，通過(guò)水洗除塵+聲波除霧的處理達(dá)到除塵的目標(biāo)，并消除氣體中所含的液滴，達(dá)到消除白煙的效果。

（3）布袋除塵

采用布袋除塵方法達(dá)到超低排放的目標(biāo)是可行的，但需要考慮尿素粉末易吸潮結(jié)塊的情況，要求濾袋的耐水效果好，對(duì)清灰也有較高的要求。

從上可看出，水洗除塵均需要兩種方法協(xié)同處理，而干式除塵技術(shù)僅僅采用一種方法就可達(dá)到要求。但在造粒塔上只有水洗除塵模式有實(shí)際運(yùn)行的業(yè)績(jī)，且水洗除塵裝置存在除塵效率低、外排氣體拖尾長(zhǎng)等情況，因此采用水洗除塵的造粒塔裝置需加裝協(xié)同治理技術(shù)進(jìn)行深度除塵，并對(duì)氣體中霧滴進(jìn)行捕捉。

我國(guó)在鍋爐粉塵超低排放治理的道路上，多種技術(shù)同時(shí)發(fā)展進(jìn)行，且在鍋爐煙氣治理方面都運(yùn)行了一段時(shí)間，各種技術(shù)的運(yùn)行情況及問(wèn)題也逐漸明晰，這些都為造粒塔的粉塵治理技術(shù)提供了選擇。

從現(xiàn)有除塵裝置的運(yùn)行情況看，布袋除塵是可以作為造粒塔粉塵治理的首選工藝。布袋除塵運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行不消耗水，且外排氣體溫度高，容易擴(kuò)散。但尿素粉末容易吸潮，糊袋的潛在性很大。如果布袋除塵技術(shù)能突破尿素粉末吸潮糊袋，達(dá)到長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，那么布袋除塵技術(shù)在造粒塔粉塵治理上將大有作為。

[1] 尿素造粒塔粉塵控制及改進(jìn)措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2014，6：40（3）.

[2] 金小峰，王恩祿，王長(zhǎng)普.各種除塵技術(shù)性能比較及袋式除塵器在我國(guó)的應(yīng)用前景[J].鍋爐技術(shù)，2007，1：38（1）.