除塵技術及其在復合肥粉塵治理中的應用

王懷震，王 萍，張 帥，陳衛民

（1. 山東農業大學，山東 泰安 271018；2. 山東農大肥業科技有限公司，山東 泰安 271600）

復合肥生產過程中不可避免地產生含塵氣體，直接排放不僅會污染環境，危害人體健康甚至造成永久性傷害，而且造成物料損失嚴重，腐蝕設備管線，縮短裝置使用壽命。隨著社會的發展和人們環保意識的增強，國家對環境保護、節能減排提出了更高的要求，化工生產過程中粉塵排放的標準也在持續提高。為響應國家保護環境、節能減排要求，及時對復合肥生產過程中粉塵進行收集處理，不僅可減少對環境的污染，而且粉塵回收利用還會為企業帶來一定的經濟效益。

現有的除塵技術主要包括機械式除塵（利用重力、離心力等）、濕式除塵（利用汽液接觸傳質）、電除塵（利用電場力）、過濾式除塵、吸附式除塵等，不同的除塵方式有著各自的工作特點和適用生產條件。復合肥產品種類復雜，造粒工藝復雜多樣，主要包括轉鼓造粒、高塔造粒、噴漿造粒、圓盤造粒等。在復合肥造粒及干燥過程中容易產生粉塵，而且各部位產生的粉塵性質不盡相同，大部分粉塵顆粒具有較強的腐蝕性，有些粉塵含有氨氣等污染性氣體，有些粉塵粒度很小，所以復合肥尾氣一般都得經過二級及以上除塵才能達標排放。筆者主要介紹不同除塵方式的特點及其在復合肥生產過程中的應用實例，并展望復合肥粉塵綜合處理的未來。

1 除塵技術簡介

1.1 重力沉降除塵技術

重力沉降除塵原理見圖1。如圖1 所示，當含塵氣體進入重力沉降室時，顆粒較大的粉塵微粒在重力和阻隔板攔截雙重作用下沉降到集灰斗中，從而達到除塵的目的［1］。但是該方法不適用于粒徑較小的顆粒，只能作為正式除塵的預處理步驟。

圖1 重力沉降示意圖

1.2 旋風除塵技術

旋風除塵技術的原理是借助離心力將氣、塵分離。含塵氣體經過引風機沿切線方向進入旋風除塵器，在較大的離心力作用下，密度和顆粒較大的粉塵被驅趕至設備內壁并且在重力作用下落入旋風除塵器下方的灰斗中［2-5］。該裝置安裝簡單，占用面積小，投資成本相對較低，除塵效果較好，但是對于粒徑小于5 μm 的粉塵脫除效果較差，并且受溫度和濕度影響較大。而且當處理腐蝕性粉塵時，設備內壁容易被腐蝕、破壞，離心效率大大降低。

1.3 布袋除塵技術

布袋除塵技術是發展歷史比較長的一種除塵技術，因其較高的除塵效率，在各行業間被廣泛使用。含塵氣體進入濾室后，部分密度大的粉塵在重力作用下直接沉降到灰斗中，細小的顆粒粉塵被濾料攔截下來，從而達到除塵目的（見圖2）。清灰時只需要反吹或者機械振動即可［6］。布袋除塵技術比較適用于干燥細小的顆粒，而且不受粉塵濃度、比電阻、顆粒分散度等影響。但是不適用于水含量高、有腐蝕性、易燃易爆、黏結性高和溫度高的氣體，這些氣體在除塵過程中容易產生糊袋、濾袋被堵住等問題，使得除塵成本大大提高。

圖2 布袋除塵示意圖

1.4 云霧抑塵技術

云霧抑塵技術是用超聲波或者高壓使水變成超細云霧，利用超細云霧顆粒的細密性使其充分與粉塵顆粒接觸碰撞，結合成團聚物沉降下來達到除塵目的。云霧抑塵技術操作簡單，維護方便，運行可靠，水分耗用量很低，不影響后續工藝生產，并且云霧顆粒對設備起到了一定的保護作用。但是云霧抑塵對于設備的技術要求較高，不適用于吸水后黏附性很強的粉塵［7］。

1.5 生物納膜抑塵技術

生物納膜抑塵技術是一種新型除塵技術，可在源頭（散發前除塵）抑制粉塵產生［8］。這種除塵方法只需要將不同配比的生物納膜噴涂到物料表面即可。生物納膜是一種層間距達到納米級的雙電離層膜，它可以將物料運輸和干燥過程中的粉塵微粒吸引并團聚成大顆粒沉降下來，減輕后續的除塵壓力。該除塵方式效果穩定，不影響生產操作，使用方式簡單，但是需要一定的清潔水源，一般應用于礦石生產過程中。

1.6 電除塵技術

當含塵煙霧經過除塵設備時，煙塵和霧滴在高壓直流電場的影響下變成帶電粒子，帶電粒子向電極運動，被收塵極板捕集，經過振動或水膜沖洗除去（見圖3）。電除塵技術經過一段時間的發展已經比較成熟，現在應用較廣泛的有濕式電除塵技術、電袋除塵技術等，而且電除塵新技術正在不斷涌現，應用范圍也不斷擴展［9-11］。靜電除塵技術由于允許使用溫度高、技術成熟可靠、除塵效率高、適用范圍廣、處理氣量大、運行費用低等優點而被廣泛應用。但是其除塵效率受粉塵粒徑分布、比電阻、黏度和密度等的影響較大，電除塵技術不適用于難以荷電的粉塵。因此，電除塵技術一般用于最后一級除塵。

圖3 電除塵示意圖

1.7 噴淋洗滌除塵技術

噴淋洗滌塔的工作原理為含塵氣體從洗滌塔底部進入，然后與噴淋塔上部噴淋的液滴逆流接觸，在這個過程中粉塵和部分污染性氣體能被吸附除去，從而達到除塵的效果。尾氣洗滌塔主要包括立式洗滌塔和臥式洗滌塔。尾氣洗滌塔結構簡單，壓力損失小，操作穩定，可對氣體進行降溫。但是，出口氣體溫度較低，容易凝結成水滴，一般需要經過干燥處理，并且還需要對含塵洗滌水進行后續的沉降、過濾、干燥處理，否則會造成二次污染，而且由于裝置較高，布置起來較困難［12-14］。

1.8 文丘里洗滌器

文丘里洗滌器包括文丘里管和脫水器兩部分。文丘里管負責將水高度霧化并與塵粒充分碰撞而凝聚為大顆粒，之后在脫水器作用下分離掉大顆粒，完成氣體凈化過程（見圖4）。文丘里洗滌器構造簡單，占用面積小，具有較高的除塵效率；主要缺點為能耗較高，需要處理脫水器脫出的廢液和泥漿，而且排出氣體水含量較高，需干燥處理［15-16］。

圖4 文丘里洗滌器示意圖

1.9 其他除塵技術

在生產工況日益復雜的情況下，單獨的除塵技術難以滿足國家環保要求，所以各種除塵技術聯合應用，揚長補短，充分發揮各自的優勢，可以達到更加高效的除塵效果，適應更廣泛的場合。目前應用較廣泛的聯合技術主要有靜電洗滌除塵、旋風洗滌除塵、電袋除塵、靜電旋風除塵等。

1） 電袋除塵 電袋除塵是將電除塵和布袋除塵有機地連接在一起，通過兩種除塵方式聯合作用提高除塵效率的一種方式。其主要分類有前電后袋型、靜電增強型、嵌入混合型等［17］。前電后袋是將電除塵在前，布袋除塵在后，串聯起來除塵的一種技術。靜電增強型是利用靜電場將粉塵微粒荷電，使粉塵更容易過濾，然后用布袋收塵。嵌入混合型是將電除塵和布袋除塵組成一個除塵單元，然后將多個除塵單元有機結合到一起的先進除塵技術。

電袋除塵技術不僅解決了電除塵技術因比電阻問題而導致的除塵效率大幅度下降問題，而且經過電除塵后的含塵氣體溫度、含塵濃度等都有很大的降低，剩余的尾氣對于布袋的破壞性大大減小，延長了布袋除塵器的使用壽命，降低了維修費用。

2） 靜電洗滌除塵 靜電洗滌除塵是先用高壓電離器將含塵氣體荷電，再利用洗滌裝置將荷電的粉塵清除的一種技術。粒徑大于3 ～5 μm的荷電顆粒可以在進入填料段的短距離內被吸附于填料表面，然后經過噴淋液滴的沖洗而被清除。但是其會浪費一定的水源，而且對人體危害較大的超細顆粒除塵效果不佳。

3） 旋風洗滌除塵 旋風洗滌除塵是一種先沿著切線方向在旋風除塵器內壁形成一股水膜，然后從下方切線方向通入含塵氣體，塵粒在離心作用下黏附在水膜上一起被沖下來的除塵技術。這種方法雖然簡單高效，但是對內壁的沖刷作用較大，并且在處理腐蝕性粉塵時會加速內壁腐蝕，黏結性較強的粉塵還會黏附內壁，大大降低除塵效率，對設備材料要求較高。

4） 靜電旋風除塵 靜電旋風除塵是在經過旋風除塵器降低粉塵的濃度和粒度后，利用靜電除塵器將剩余的粉塵除掉的一種技術。不僅對物料的回收有著很好的作用，而且大大緩解了靜電除塵器的負擔，減少了靜電除塵設備的維修頻次。但是對于不適合靜電除塵的微粒，除塵效果達不到排放標準，需要加設另一級或多級除塵。

2 除塵技術在復合肥生產中的應用及優化實例

不同的除塵技術各有利弊，在復合肥除塵過程中應該選取適應具體生產流程的除塵技術，下面對不同除塵技術在復合肥生產廠家進行的嘗試應用和技術改造進行簡單介紹。

2.1 布袋除塵技術在復合肥尾氣處理中的應用

生產工藝、流程的調整往往需要伴隨著除塵系統的改造。甕福化工科技有限公司原有磷復肥產能嚴重過剩，為適應市場，公司將原來的單一團粒法生產流程升級為氨酸法、團粒法、料漿法3法共同生產的工藝流程。其原有噴淋洗滌系統難以滿足新的生產流程，尾氣中含有大量的污染性粉塵及氣體，而且設備老化問題嚴重，隨著國家不斷提高環境保護的標準、要求，必須盡快完成除塵系統的改造［18］。

由于復合肥生產過程中各工序產生的尾氣組成不同，需要不同的除塵工藝。例如該公司原有反應及一級干燥尾氣除塵系統為兩級文丘里洗滌+旋液塔洗滌，其余工序的除塵系統為旋風除塵+重力沉降。經過研討，該公司將原反應及一級干燥尾氣除塵系統后加入電除霧器來深度處理尾氣中的氨氣及含塵液滴，原其他工序除塵系統中的重力除塵室改為布袋除塵器來進一步處理較細粉塵［19］。

經過一段時間的實際運行后，尾氣排放滿足標準要求，證明了布袋除塵器在復合肥尾氣除塵中有較好的實用性。

2.2 旋風除塵技術在復合肥尾氣除塵中的應用

旋風除塵技術對于回收復合肥原料有著其他除塵方式無法取代的優勢。雖然在復合肥粉塵處理過程中曾經出現了各種問題，但是經過一系列的針對性改進后，旋風除塵技術在復合肥生產過程中仍有著很廣泛的應用。

旋風除塵技術在處理復合肥粉塵時常產生的問題以及對應的解決方法主要有以下幾個方面。

1） 卸料口處密封不嚴 如果卸料口密封不嚴，底部氣體吹入，將收集的粉塵揚起，造成二次揚塵，潮濕天氣時粉塵還會吸潮黏附于卸料口，嚴重影響除塵效果。解決方法：在卸料口安裝一個彈性翻板式閥門，及時處理積攢的粉塵，并且可以在卸料口通道和卸料門之間設置一道密封用的門，避免卸料時與大氣直接接觸。

2） 內壁結疤 復合肥粉塵一般具有很強的吸水性，若尾氣中含有的部分水汽觸碰到溫度較低的旋風除塵器內壁，一旦其溫度降低至露點之下就會與粉塵黏結在一起，黏附在內壁上，難以清理，并且腐蝕內壁。解決方法：保持內壁刮料繩正常運轉；設備運行過程中適當加熱旋風除塵器外壁，避免水汽降低到露點之下。

3） 排氣管道堵塞 風速較低可能造成排氣管道堵塞，但是風速過高又會引起夾帶，除塵效果嚴重降低。所以在生產過程中需要探索合適的風速，及時通過引風機電流判斷風道是否堵塞并及時清理。由于很多復合肥生產廠家不同種類的復合肥生產都在一條生產線上，而各種復合肥產生的粉塵的性質不盡相同，因此傳統碳鋼制作的旋風除塵器在很多場合難以適應，非常容易被腐蝕損壞［20-21］。宜興申利化工有限公司大膽嘗試利用陶瓷多管除塵器，其結構外部為鋼材制作，內部由多個小陶瓷旋風器有機地組合到一起，這種除塵器不僅耐腐蝕，不易粘料，而且處理風量大，可滿足大量粉塵的前期收集工作，適用于多功能復合肥生產線［22］。

2.3 濕式電除塵技術在復合肥尾氣除塵中的應用

在復合肥粉塵中通常會含有吸水性和黏附性都比較強的成分或者粒徑小于5 μm 的超細小顆粒，用傳統的除塵方法處理后超細粉塵顆粒的含量難以達到國家要求的排放標準。濕式電除塵器對于超細粉塵的除塵效率較高，而且適用范圍廣。山東紅日阿康化工股份有限公司利用江蘇永紀化工設備有限公司新開發的濕式電除塵器成功完成了復合肥生產過程中的粉塵深度治理。

這種濕式靜電除塵器主要部位材質采用抗腐蝕性、強度均較強的樹脂、玻璃纖維、碳纖維、鉛銻合金等，大大延長了其使用壽命［23］。濕式電除塵器不僅對于0.01 ～100.00 μm 霧滴及粉塵有很好的清除效果，而且對于低溫、含水較多的粉塵也有很好的清除效果。在使用濕式電除塵器除塵過程中，粉塵被沖刷進收塵池，后續需要對其進行濃縮、干燥、回收利用處理，避免二次污染，收塵水池中的上層清液可重復用于沖刷收塵極板上的粉塵。并且為了保持濕式靜電除塵器的高效除塵，需要定期對陽極管和陰極線進行清洗（斷電清理），并且需要定期檢查各部位的運行情況［24-25］。

2.4 尾氣洗滌在復合肥尾氣除塵中的應用

噴淋塔和文丘里洗滌對于造粒尾氣中的氨氣有著非常高效的清除作用，這兩種除塵方式一般用于預除塵后的尾氣深度處理。但是清理粉塵過程中粉塵吸附水分后容易黏附腐蝕內壁。中鹽安徽紅四方股份有限公司洗滌塔采用FRP（纖維增強復合材料）材質和304不銹鋼材質，并且對通向噴淋塔設備的管道設置一定的坡度和定期清洗裝備，避免了內壁粘料。噴淋塔的噴嘴使用螺旋噴嘴，噴淋覆蓋率達到了200%，在復合肥粉塵固含量較高時仍有很強的清除作用［26］。含塵洗滌液經過沉淀提濃后，上層清液與清潔水源混合再次被用作洗滌液，做到了部分水源的回收利用，減少了排放物，降低了對于環境的破壞［27-31］。

河南蓮花味精股份有限公司在噴淋沉降室內安裝了具有很好通氣阻水性能的“人”字形金屬燒結網，其對含塵液滴和粉塵團聚物有很強的阻攔作用，排放尾氣滿足當時的空氣排放標準［32］。

3 結論

近年來，隨著社會發展和人民生活水平提高，人民群眾對飲食安全、環境健康等方面的要求越來越高，國家也對環境保護，尤其是尾氣排放提出了更高的標準和要求。復合肥生產過程中部分傳統的粉塵處理裝置已難以滿足新除塵標準要求。

復合肥生產工藝復雜，每一步工藝產生的含塵尾氣也不盡相同。復合肥生產企業往往使用同一生產線生產不同種類的復合肥，產生的含塵尾氣也在不斷變化，除塵技術需要滿足不同復合肥尾氣的除塵要求，設備的適應范圍要廣泛。復合肥生產過程中產生的尾氣一般具有一定的腐蝕性，對于設備的耐腐蝕性能要求較高。因此，迫切需要新材料和新技術來延長設備的使用壽命，提高除塵效果。

除塵后得到的粉塵固體是復合肥原料的一部分，實現粉塵的資源化利用，不僅符合國家可持續發展的要求，還能為企業帶來一定的經濟效益，這也是目前研究的熱點之一。

總之，在復合肥除塵過程中，應綜合考慮實際生產情況和經濟條件，在滿足國家相關法律法規的前提下，選擇恰當的除塵技術和設備。例如可以采用多種除塵技術協同治理的方式，先在復合肥生產各流程安置多處引風機盡量收集粉塵，然后用重力沉降室或者旋風除塵器來預除塵，最后用電除塵、布袋除塵器、尾氣洗滌塔或文丘里洗滌器進行尾氣的深度治理［33］。在綜合考慮復合肥企業生產實際、經濟狀況和環境保護的基礎上，給出經濟合理的尾氣治理方案，不僅可以創造新的經濟效益，還能提高糧食產量、保護環境，為創造綠水青山的美好未來作出重要貢獻。