尿素造粒塔袋式除塵器在線濕式清灰試驗研究

賴志華

（福建龍凈環保股份有限公司 國家環境保護電力工業煙塵治理工程技術中心，福建 龍巖 364000）

尿素造粒塔尾氣中含有濃度為150—200mg/m3的尿素粉塵[1]。1998 年，顧國培[2]首次對尿素造粒塔增設粉塵回收裝置進行了可行性分析和評價，相比直接排放，增設粉塵回收裝置會帶來可觀的社會和經濟效益。當時由于我國排放標準較寬松，粉塵回收裝置并未得到廣泛應用。2017 年發布的《化學肥料工業大氣污染物排放標準（征求意見稿）》中，尿素造粒塔的顆粒物排放限值為30mg/m3，特別排放限值為20mg/m3。一般的水洗清灰工藝難以滿足排放要求且易存在拖尾現象。袋式除塵器因其較高的除塵效率，被逐步應用于尿素造粒塔除塵，以確保尿素造粒塔尾氣含塵濃度達到10mg/m3乃至5mg/m3以下[3，4]。但是，由于尿素粉塵特有的團聚性，導致袋式除塵器的濾袋表面普遍出現尿素粉塵的團聚現象，傳統的脈沖清灰方式無法徹底實現濾袋表面尿素粉塵的剝離，造成袋式除塵器的整體阻力上升，造粒塔的通風量下降[5—7]，設備能耗增加[8—10]。此外，還會導致落料溫度偏高，不利于造粒塔的正常運行[11]，甚至會嚴重影響造粒塔的產能。不同于我國的塔式造粒工藝，國外主要采用流化床造粒工藝[12]，因此，對于如何解決造粒除塵及清灰問題不具有參考性。

為嘗試解決尿素造粒塔袋式除塵器脈沖噴吹清灰效果不佳的問題，利用尿素易溶于水的特性，嘗試采用濕式清灰工藝對清灰系統進行改進。為避免出現尿素結晶堵塞濾袋微孔的問題，濕式清灰方法采用離線的方式進行，即系統停機后開始進行清洗，清洗完畢后，待濾袋徹底干燥后再繼續生產。離線濕式清灰盡管可以徹底清除濾袋表面的尿素粉塵[13]，但是每次清灰都需要系統停產，不利于尿素企業的正常生產，而且離線濕式清灰后，系統的通風量僅在短暫幾天內有所改善，之后通風量又會恢復至清洗前的水平。因此，離線濕式清灰并不能使濾袋外粉塵團聚的現象得到徹底改善，離線濕式清灰通常僅在生產系統停機維護時進行，其時間間隔有時長達數月之久。

基于上述情況，有必要研發在線濕式清灰工藝，在系統不停產不限產的情況下，可以在線對濾袋進行清洗，同時提高清洗的頻率，即可有效、徹底改善造粒塔濾袋清灰問題，降低系統阻力，提高系統通風量，提高造粒塔的產能。因此，本研究依托某尿素造粒塔工程項目，開創性地在尿素造粒塔領域開展在線濕式清灰工藝試驗，探索對比了多種清灰和烘干方式，并結合阻力、落料溫度、風量三個影響系統運行的關鍵參數進行分析總結，確定了合理的在線濕式清灰方案，為尿素造粒塔袋式除塵在線濕式清灰提供了可靠依據，也為后續的改進優化工作提供了參考。

1 試驗系統

試驗系統見圖1。造粒塔頂部布置袋式除塵器，除塵器共分為8 個凈氣室，每個凈氣室配置一個差壓變送器，分別連接凈氣室的進口和出口煙道。每個凈氣室布置2 臺變頻軸流風機，每臺風機可實現遠程變頻開關控制。每個凈氣室頂部均勻布置4 個噴嘴，每個噴嘴可單獨控制開關。8 個凈氣室依次交替清灰，清洗其中某室時，可關閉或僅開啟30%風機，利用噴嘴將水均勻噴灑在花板表面，隨后水在重力的作用下，透過濾袋浸潤濾袋表面，溶解清洗表面的尿素粉塵。清洗結束后，再開啟30%或關閉風機，對濾袋進行烘干，烘干結束后，再全部開啟風機恢復運行。

圖1 尿素造粒塔袋式除塵器方案布置

2 試驗方法與過程

為探索在線濕式清灰的可行性及合理工藝，采用不同的清洗、烘干方式，依次對8 個凈氣室的濾袋進行清洗，每隔1h 記錄一次凈氣室的阻力、系統的落料溫度以及對應風機的風量參數。結合數據變化對系統進行分析和論證，整個試驗持續5 天。試驗工況見下表。

尿素造粒塔塔頂袋式除塵器濕式在線清灰試驗工況

3 試驗結果分析

3.1 試驗期間的阻力變化情況

由于試驗過程中4#、6#和8#室差壓變送器故障，故未納入阻力研究范圍。從圖2 可以看出，1#、2#、3#、5#、7#室在水清洗時，阻力先顯著下降，然后緩慢回升趨近平穩，平穩后的阻力相比于清洗前約下降200Pa。5 個凈氣室中，3#室阻力曲線最優，其運行工況為關風機洗2h，開啟30%風機，烘干1h，該室清洗前阻力約為1600Pa，在清洗穩定后，阻力約為1400Pa，阻力下降約12.5%。圖3 中從左到右依次為3#室水清洗前、清洗結束、烘干后運行趨于平穩的濾袋表面。清洗前，濾袋表面覆蓋了大量尿素結晶，濾袋表面細孔被堵死，導致通過率降低，有研究表明，粉塵經過濾袋過濾面時，經過碰撞、攔截等作用，會在濾料表面沉積而形成粉餅層[14]，粉餅層沉積到一定程度后，會導致運行阻力增加，此時需要利用噴吹系統對濾料實施清灰[15]。目前袋式除塵清灰主要采用脈沖清灰，可以有效降低阻力[16—19]。對于尿素造粒塔，由于尿素粉塵特有的團聚性，尿素粉塵與煙氣中的水蒸氣會形成結晶，從而堵塞濾袋微孔，導致脈沖清灰工藝對尿素造粒塔的清灰效果不佳。本試驗采用了煤電行業常用的0.2MPa 甚至0.35MPa 的袋式除塵器清灰壓力，皆無法有效清除濾袋表面的尿素粉塵。從圖3 可以清晰看出，水清洗前采用的脈沖清灰效果不佳，尿素粉塵緊緊裹附在濾袋上，導致阻力偏高。而在水清洗之后，濾袋表面被清洗干凈。在清洗烘干再次運行后，濾袋表面會再次附著尿素顆粒，從外形上看，粉塵層比清洗前更薄且均勻，阻力值比清洗前也更低。這說明設置合理的水清洗、烘干周期，可以有效地實現尿素造粒塔的在線清灰，降低運行阻力值。

圖2 試驗期間各個凈氣室的阻力變化

圖3 3#室濾袋表面變化

3.2 試驗期間的落料溫度變化情況

尿素造粒塔內的落料溫度必須嚴格控制，溫度過高易導致成品裝袋后在降溫過程中部分顆粒吸濕溶解，從而發生板結、粉化、強度下降，影響產品質量[20—21]。本研究的落料溫度控制在65℃以下。試驗期間系統落料溫度的變化見圖4。

圖4 試驗期間系統落料溫度的變化

從圖4 可以看出，落料溫度在4 月24—26 日的清洗試驗周期內呈鋸齒波浪狀變化，而且均處于65℃以下，落料溫度隨每日的溫度變化而起伏波動。其中，落料溫度的最高值54.27℃出現在24 日的13:00，對應環境溫度為24—26 日的最高值19℃，落料溫度的最低值36.75℃出現在26 日的9:00，對應環境溫度為24—26 日的最低值9.8℃，清洗前后落料溫度最大差值可達18℃，24—26 日的清洗試驗周期完成時，落料溫度比試驗開始時下降約7℃。由此可見，在線濕式清灰有助于落料溫度維持在控制要求以下。

2#室于25 日10∶00 開始啟動清洗，其落料溫度呈鋸齒狀持續下降，這表明清洗對于整個生產的影響是很明顯的。結合運行阻力數據、風量數據可以得出結論，每清洗一個室，都會較大幅度提高該室的風量，進而影響落料溫度，造成落料溫度的下降。隨著8#室的清洗、烘干結束于26 日13:00，整個清洗周期完成，實際共計花費25h。

3.3 試驗期間的風量變化情況

試驗過程中對1#室的9#風機和3#室的13#風機進行了實時風量測量（見圖5、圖6）。

圖5 1#室排氣筒煙氣流量隨時間變化分布曲線

圖6 3#室排氣筒煙氣流量隨時間變化分布曲線

測試結果表明，不論是9#風機還是13#風機，三次清洗后，在風機頻率相同情況下，其風量分別從45 651m3/h 上升至83 638m3/h、從58 944m3/h 上升至94 083m3/h、從37 230m3/h 上升至98 884m3/h。充分說明了在線清洗對于提高風機的風量是有巨大幫助的。9#風機第一次清洗完成后，風量緩慢下降，持續約20h 后，下降至58 944m3/h 并保持穩定狀態。9#風機第二次清洗完成后，風量從94 083m3/h 下降至64 750m3/h 后保持穩定，持續一天后，風量再度下降至55 116m3/h 附近后保持穩定。三天后，風量可以穩定在55 000m3/h 左右，整個過程9#風機風量上升了21%。13#風機在清洗后，風量先上升至98 884m3/h，又逐漸下降至51 877m3/h 并保持穩定，風量上升了39%。風量的上升，表明系統的煙氣流量越大，尿素造粒塔的產量越高。

4 結語

（1）試驗結果證明，在線濕式清灰工藝在尿素造粒塔是可行的，整個設備阻力比清洗前下降約200Pa，降幅約為12.5%。每次每室清洗2h，開啟30%風機，烘干1h，效果最佳。

（2）在線水清洗對尿素造粒塔落料溫度的影響明顯。清洗過程中，落料溫度整體呈明顯下降趨勢，清洗前后落料溫度最大差值可達18℃。清洗試驗周期完成后的落料溫度比試驗開始時下降約7℃，整個運行周期內落料溫度都能保持在65℃以下，利于尿素造粒塔系統的正常運行。

（3）經過水清灰至穩定后，造粒塔的風量提升21%—39%，從而可以提高尿素產量。