大型復合肥裝置尾氣深度治理技改總結

王禮龍，張兵印，楊振軍，周劍波，關鳳禹，王亞生，王云超

（中國-阿拉伯化肥有限公司，河北 秦皇島 066003）

0 引言

中國-阿拉伯化肥有限公司（以下簡稱公司）地處旅游城市秦皇島市，復合肥裝置煙囪距居民區只有900多米。公司復合肥二期裝置尾氣產生量高達55萬m3/h，來源為造粒、干燥、冷卻和通風4股尾氣，成分復雜，含有粉塵、氨和氟。該裝置引進法國AZF技術，尾氣采用除塵器和噴淋塔兩級洗滌，排煙顆粒物質量濃度小于100mg/m3。濕法洗滌后煙氣處于飽和狀態，煙囪排氣形成白色煙羽，造成不好的影響。本次技改的思路為，針對濕法洗滌無法去除的細微粉塵，增設濕式靜電除霧器，尾氣達到超凈排放；排煙前加熱尾氣降低相對濕度后排空，消滅大白煙現象。

1 復合肥裝置尾氣深度治理技改目標設定、內容及設計參數

1.1 技改目標設定

根據尾氣排放現狀，本次尾氣深度治理指標參照標準見表1。考慮到環保要求將越來越嚴，環保投入一次到位為宜，將技改目標設定為ρ（顆粒物）小于10mg/m3，消除煙氣拖尾。

表1 煙氣治理項目指標標準

1.2 技改內容

復合肥行業無現成超低排放范例，在比較管束除塵、濕式靜電除霧器（簡稱濕電）除塵、冷卻再混除塵3種技術路線后，選定除塵效率高、投資中等的濕電除塵方案［1］。

改造流程為二級洗滌尾氣在原有煙囪截斷，經新增管道引入濕電，除塵除霧后再進行加熱，然后經新增管道返回原煙囪上部排空，洗滌系統由二級變為三級。尾氣進入濕電后，顆粒物和霧滴在電場中荷電，被陽極管吸附，含塵液體在自身重力作用下沿陽極管表面流下，匯入下殼體后自流到沖洗液槽。為防止陽極管結料，定期對其進行噴淋沖洗。濕電除下液送到原洗滌系統作為補充工藝水，就地消化。濕電系統新增壓降：電除霧器500 Pa、管道及彎頭210 Pa，合計710 Pa。原裝置尾洗系統富裕壓力不足，拆除原尾氣洗滌塔旋流板后可以不要增壓風機，大幅度降低濕電系統電耗。

1.3 設計參數

（1）濕電主要設計參數：單臺尾氣處理能力為55萬m3/h，進口尾氣ρ（顆粒物）≤115mg/m3，處理后尾氣ρ（顆粒物）≤10mg/m3；除塵效率≥91.6%，設計尾氣溫度30～60℃，壓力降300～500 Pa，本體漏風率≤1.5%；上下殼體材質為316L，電除霧器外形尺寸為20.0m×13.7m×29.0m，總質量（含操作臺）320 t，設計使用壽命20年；氣流分布均勻性≥92%，尾氣流向為下進上出；陽極管1 140個，陽極管為內切圓直徑360mm的正六邊形，陽極管材質為導電玻璃鋼，陽極管模塊12個；電場氣速1.19m/s；噴淋沖洗系統1套，噴淋水壓0.2～0.5MPa，最大瞬時沖洗水量2.5m3/min；總流通面積127.9m2；電除霧器用電功率200×2 kW；氣體分布裝置為兩級，導流裝置+布風格柵；沖洗裝置為不銹鋼材質，間斷沖洗；沖洗噴頭40個，陰極線總長度7.6 m；高壓機組型號為100 kV/2 000 mA，控制型式為恒流源。

（2）用電設計參數：新增用電設備5臺，其中濕電、洗滌液泵及濕電配套風機為常開設備，濕電沖洗泵為間歇運行設備。濕電本體運行最大功耗為400 kW，實際平均運行功耗為180～240 kW。濕電系統總裝機容量為464 kW。

1.4 濕電系統施工

為盡快投入使用，將技改實施時間壓縮到最短。龐大的濕電本體設備現場組裝，支架為鋼結構。鋼結構上部與濕電設備安裝交叉施工，現場組焊不銹鋼上下殼體，配裝陽極管模組。通過精心組織施工，從設計到投產，實際技改工期僅為5個月。濕電系統實景見圖1。

圖1 濕電系統及進出風管

2 消除大白煙技改

濕電利用電場除去液態水，但對尾氣中攜帶的氣態水無能為力，濕電出口尾氣屬飽和煙氣，直接排放會有氣態水冷凝，導致大白煙現象。消除大白煙需要降低煙氣中氣態水量、煙氣相對濕度。技改前進行了脫白試驗，技改時根據實驗結果進行針對性設計。

2.1 脫白試驗

技改前公司成立煙氣脫白技術攻關小組，進行調研、小試和中試，確定先冷凝后加熱原則，措施為先冷卻尾氣以去除部分水，再加熱部分尾氣進行混風以降低排放煙氣相對濕度。在生產裝置進行了試驗，造粒和干燥尾氣管道里面增設換熱器來降低尾氣溫度，減少水分；在冷卻尾氣管道里面增設蒸汽換熱器來加熱升溫，再送入排氣煙囪與造粒、干燥尾氣混合，降低煙氣相對濕度。冷卻和升溫設施投用后，效果明顯，夏季幾乎看不到煙囪冒煙，實現夏季煙氣脫白。試驗成功后確定了本項技改的技術路線：前端采用冷卻措施降溫除去部分水，中端用濕電除塵除霧凈化尾氣，后端加熱升溫消除白煙。

2.2 風管特殊設計

本次技改在原有煙囪中間增設隔板，在隔板前將所有煙氣引入新增濕電，然后再返回隔板進入煙囪排放。由于風量較大，煙氣管道直徑為3.4m，考慮利用管道給尾氣降溫。風管后端15m采用316 L不銹鋼圓管，以起到換熱作用，相當于一臺換熱面積為160m2的空氣冷卻器。風管的特殊設計，使得尾氣降溫冷凝析出水分，投料后在進風管排液管觀察到明顯的水流，管道冷卻取得實際除水效果。析出形成的水霧，進入濕電后脫除。

2.3 蒸汽換熱器

在濕電出口增設蒸汽換熱器以提升尾氣溫度，從而降低煙氣相對濕度，減少煙囪排出氣冷凝產生的白煙。換熱器采用翅片式，以低壓蒸汽為熱源。換熱器由8組換熱管組成，分成2個獨立個體，4組為一個整塊，換熱管采用不銹鋼管，上部掛鋁翅片，換熱器面積2 686m2。換熱器設計可將尾氣溫度由35℃提高至65℃，最大蒸汽消耗量7.6 t/h。換熱器阻力降約400 Pa。加熱后煙氣相對濕度由100%降為27%，有效消減尾氣排放大白煙現象，視覺觀感明顯改善。

3 長周期運行措施

3.1 濕電布風系統

投料后發現尾氣粉塵含量超過設計指標，濕電除塵效率不足。實測濕電內部各處氣速，發現有1/3區域氣速超標，不能穩定在設計氣速1.19 m/s范圍。氣速高低不一說明氣流分布不均，氣流局部超速，通過電場時間不足導致除塵效率降低。布風系統設計為先經氣體導流裝置，再到氣體分布格柵。首先改進導流裝置，經計算機模擬氣流分布，在低速區增加出氣口，超速區增加折流板。結果，超速區減少1/2。再改進分布格柵，在格柵上增加30 cm填料層，提升布風性能。選用的填料增加阻力很小，布風效果好。增設填料后氣流超速現象全部消除，除塵效率達標。

3.2 濕電沖洗液過濾

濕電投料后馬上出現故障，開車檔位達不到設計最高20檔，經常在高檔位出現放電現象，電場不穩，被迫降低到5～12檔運行，尾氣粉塵超標。檢查發現陰極線芒刺上掛雜物，導致放電現象。被迫停車逐根檢查陰極線，清理懸掛雜物。檢查雜物為玻璃纖維絲線，必須加以清理。玻璃絲線為玻璃鋼尾氣管道施工遺留物，多次用清水置換沖洗液槽，一個月后玻璃纖維絲消除。

投料后發現噴淋沖洗管線螺旋噴頭嚴重堵塞，影響清洗效果。清理后又出現堵塞，反復多次無法消除。堵塞噴頭的雜物為編織袋絲線，為化肥原料編織袋破包中產生，混入系統隨尾氣帶入濕電。這是復合肥廠特有工序導致的噴嘴堵塞。找出原因后，在濕電沖洗泵前增設過濾器，阻擋編織袋絲線并定期清理。結果未再發生噴頭堵塞故障。幾個月后，雜物故障消除，濕電可以穩定在高檔位運行。

3.3 濕電清理周期調整

濕電陽極管內壁易結垢，必須定期進行噴淋沖洗。濕電設計清理周期為7 d清理1次，每次清理10～15min。同類濕電在貴州使用經驗是每班清洗1次，每天清洗3次［2］，使用2年后仍發生嚴重的結垢現象，以致需要在大修時進行專門的除垢作業。公司將濕電清理周期定為每天1次，每次15min，觀察清理效果。

濕電實際運行一年半后，實測濕電除下洗滌液量為1.64m3/h，陽極管內壁僅有一層很薄的結垢，運行良好。當沖洗液相對密度達到1.04后，則進行一次清水置換作業，實測工藝水消耗量為0.18m3/h。實際開車證明，每天1次的清洗頻率可以保證濕電長周期運行。

4 技改后運行效果

本技改項目于2018年投入使用，至今已連續穩定運行兩年多，運行效果總結如下。

4.1 尾氣超凈排放

濕電運行二次電壓60～81 kV，二次電流900～1 700mA，檔位10～18，粉塵低則降低濕電檔位以節能。視鏡觀察濕電內部通透性良好，內件清晰可見。濕電除下液進入沖洗液槽，并連續輸出到原有洗滌系統進行消化。

濕電投用后，秦皇島市環保局組織濕電項目竣工環境驗收，委托第三方檢測機構對排放尾氣進行6次檢測，結果見表2。

表2 公司濕電技改后尾氣檢測結果 mg/m3

檢測表明尾氣ρ（顆粒物）下降到7.2～7.9mg/m3，平均值7.5mg/m3。環保局尾氣在線監測系統實時監測顆粒物含量，1—6月實測ρ（顆粒物）月平均值為3.9、2.7、4.4、4.2、2.9、2.2 mg/m3，平均值3.3 mg/m3，達到超凈排放水平。

4.2 排煙視覺效果改善

本次技改為消除“大白煙”，在濕電出口設置蒸汽加熱器，運行表明，技改后春季、夏季和秋季無可視排煙，做到“無煙生產”。

技改前居民多次投訴公司煙氣，技改后排煙視覺改善，環保投訴未再出現。公司在廠區大門口樹立電子大屏幕，向社會公示在線實時監測尾氣顆粒物含量等數據。本次技改成功，讓公司有底氣接受社會監督。

5 尾氣深度治理效益評估

5.1 濕電系統運行成本

濕電的主要運行成本為設備電費和加熱蒸汽費用。

（1）實測濕電系統用電設備負荷為126 kW，年電費為126×7 000×0.6元=52.9萬元。

（2）加熱蒸汽冬季消耗量較大，其余3季消耗量較小，實測平均生產每噸復合肥消耗加熱蒸汽34 kg，外購蒸汽價格為200元/t，則每年增加蒸汽消耗費用為0.034×200×40萬元=272萬元。

濕電系統年運行費用合計為324.9萬元。

5.2 經濟和社會效益

直接經濟效益來自濕電對粉塵（復合肥）的回收。技改前尾氣ρ（顆粒物）平均100mg/m3，技改后降至6mg/m3，則每年回收的顆粒物為296 t。復合肥成本按2 750元/t計，則回收復合肥價值為296×2 750元=81.4萬元。濕電系統每年產生直接經濟效益為81.4萬元。

本次濕電技改項目立項快，建設快，效果顯著，再一次引領了復合肥行業在尾氣治理方面的發展。濕電投用后，公司從秦皇島市環保整改重點單位變為煙氣治理先進單位，解除了企業外遷威脅。同時，受到社會各界廣泛關注與好評，多次接待相關企業參觀。公司尾氣深度治理技術樹立了復合肥行業環保新典范，在國內有廣泛的應用空間。