尿素造粒塔粉尘回收装置改造总结

李红明

(河南心连心化肥有限公司河南新乡453731)

王　献

(合肥瑞鑫化工科技有限公司安徽合肥230061)



尿素造粒塔粉尘回收装置改造总结

李红明

(河南心连心化肥有限公司河南新乡453731)

王献

(合肥瑞鑫化工科技有限公司安徽合肥230061)

尿素造粒塔是尿素生产中的关键设备。通过自然通风和机械通风使融熔尿素在下落过程中达到凝固成形和冷却，故在尿素造粒塔顶部的排放气中会夹带大量的尿素粉尘，这些尿素粉尘大部分降落在附近的地面上，不仅腐蚀道路和建筑物，而且危害作物的生长，污染周边环境。同时，此部分夹带的尿素也增加了生产消耗，削弱了企业的市场竞争力，因此，尿素造粒塔的粉尘排放对环境的污染是长期困扰氮肥企业的一个难题。河南心连心化肥有限公司现有5套尿素生产装置，已有4套装置增设了尿素造粒塔粉尘回收装置，但运行情况不尽如人意，未达到预期的回收效果，为此，决定在化肥三厂Ф 19 m尿素造粒塔粉尘回收装置的基础上，采用合肥瑞鑫化工科技有限公司的专利技术(ZL 201220523238.9)对粉尘回收装置进行技术改造。

1　尿素造粒塔粉尘产生的原因

(1)化学反应过程中所造成的粉尘。尿液从造粒喷头喷出后，与来自尿素造粒塔塔底的冷空气相遇，尿液本身的向下运动和冷空气的向上运动使尿素液柱断裂，形成长度不等的液柱短节，短节的长度取决于尿液的内在黏性。由于尿液表面张力的存在，液柱短节最终形成近似于球形的尿素颗粒。由于尿素液柱断裂的随机性，必然会形成一部分细小的尿素颗粒和粉尘，当上升空气速度大于这些粒子的悬浮速度时，细小的尿素颗粒和粉尘就会随上升空气排出塔外。另外，当尿素溶液中水含量超标时，尿素颗粒中的水分从内部向外部蒸发，造成尿素颗粒的二次破裂，进而产生不规则的尿素粉尘。 当尿素溶液中游离氨含量超标时，也会造成尿素颗粒的破裂。

(2)造粒喷头的原因。造粒喷头上开有许多规则的圆形小孔，若系统中有杂质，如金属碎片、毛剌、密封盘根碎片等，就会堵塞喷头小孔，造成小孔通道的不规则，极易产生粉尘；严重时，还会造成喷头的生产能力不够，进而产生溢料。

(3)造粒机的工作稳定与否也是产生粉尘的重要因素。如果造粒机的轴有弯曲、摆动及振动等现象，都会造成尿液出现不规则运动，使尿素颗粒发生碰撞，这也是产生粉尘的重要原因。

(4)尿素造粒塔的通风也会影响粉尘的产生，如果通风发生偏流，则风量过大，会造成尿素颗粒的运行轨迹发生变化，尿素粒子相互碰撞后会产生粉尘。

(5)当熔融尿素温度过高时，容易产生粉尘和空心。

2　尿素造粒塔塔内风速、风量的影响

尿素造粒塔的冷却空气量、流速与塔的设计高度有关，而其所需要的空气量取决于熔融尿素及尿素颗粒中移去的热量。通常每吨尿素设计空气量为8 000～10 000 m3，则Ф 19 m尿素造粒塔最大自然通风量为5×105m3/h。

化肥粉尘允许排放浓度目前尚无明确标准，实际造粒塔排放空气平均含尘质量浓度在120～240 mg/m3(季节不同，产生的粉尘量也不一样)，大颗粒尿素装置中排出尾气平均含尘质量浓度在30～50 mg/m3(已有粉尘回收装置)，塔内平均风速0.57 m/s。造粒塔排出的粉尘量和空气的含尘质量浓度随生产规模和操作条件不同以及造粒喷头的优劣而有很大区别。据测定，Ф 19 m尿素造粒塔在自然通风方式下，其尿素生产能力为1 000～1 500 t/d， 喷洒量为42～66 t/h，通风量约为5×105m3/h，含尘质量浓度为120～240 mg/m3(标态)，吨尿素产生粉尘量为1.2～1.4 kg(即尿素造粒塔的粉尘损失量)。Ф 19 m尿素造粒塔的产量在400 kt/a，大于10 μm的尿素颗粒在大气风速0.5 m/s的条件下，大致降落在6 km半径范围之内。

3　粉尘回收装置现状

化肥三厂现有的Ф 19 m尿素造粒塔粉尘回收装置的填料、收水器使用时间不到2年，变形、塌陷、破碎严重，喷头和喷管堵塞，塔顶气相带液严重，尿素造粒塔阻力较大；特别是夏季，环境温度较高时，尿素造粒塔下部黏塔严重，尿素颗粒温度升高，粉尘回收效果不好，被迫扒出粉尘回收框架内填料，以增加通风量，因此也造成了粉尘无法回收，达不到环保要求。

该尿素造粒塔粉尘回收装置在设计时存在严重缺陷，喷头布置不合理，雾化液与气体并流吸收，容易造成雾化液带出造粒塔外，形成二次污染，且喷头数量太少，装置内死角较多，严重影响粉尘回收效果。另外，收水器质量差，收水效果不好，破损、腐蚀严重，容易造成吸收液从尿素造粒塔顶部随风带出，进而对环境造成二次污染。

4　尿素造粒塔粉尘回收装置改造情况

尿素造粒塔粉尘回收技术采用循环喷淋洗涤技术，即用工艺冷凝液或解吸水解废水洗涤粉尘，经循环洗涤到一定浓度，稀尿液去尿素系统回用，同时喷淋洗涤也能除去塔顶尾气排出的NH3，可解决尿素造粒塔排放尾气中粉尘含量高的问题。

4.1粉尘回收装置改造思路

(1)尿素粉尘具有腐蚀性，很多企业在增加粉尘回收装置时，将装置所有支承、箱体、支架全部采用不锈钢材质，避免了使用碳钢每年都要进行高空防腐带来的风险。为确保排放气体中尿素粉尘质量浓度≤30 mg/m3，必须给尿素造粒塔增加强制通风装置。在设计方案时，对尿素造粒塔的通风阻力进行测算，增加5台轴流风机，总风量为160 000 m3/h，不但降低了尿素颗粒出塔温度，而且解决了增加粉尘回收装置后带来的通风阻力问题。风机开启数量可根据不同季节的环境温度，对通风量进行调节，以达到节能效果。

(2)粉尘回收效率是评价该项目成功与否的重要指标，将问题的焦点集中在喷淋喷头、填料和收水器的设计上，必须确保回收效果好，且不会带液，避免造成二次污染。

(3)除尘液的来源和回收要根据生产现场的具体情况来确定，各生产厂家情况会有所不同，将回收液返回二表槽，也可直接加入系统中。补充回收液使用碳铵液、水解废液作为补充液，开始补液时还可适量补充蒸汽冷凝液，对喷头进行冲洗，在回收液质量分数为15%左右时，即可补入到系统中去。

4.2粉尘回收装置的技术要求

(1)工艺流程先进、技术成熟、安全可靠，且工艺和配套设备性能优越，保证装置运行平稳。

(2)根据生产负荷可进行相应的负荷调整。

(3)设计安装自控调节阀，并能实现远传操作，且操作方便，减轻操作人员劳动强度。

(4)装置全部置于尿素造粒塔上方，采用自然通风，并有外加强力通风设施，回收装置的通风量大大高于原塔设计的冷却空气通风用量，装置具有抗风、抗震能力。

(5)粉尘回收装置采用可靠、有效的气水分离技术，以避免雾化洗涤液带出尿素造粒塔外以及分离过程中饱和热气中的尿素液滴带入大气中而造成二次污染。

(6)采用DCS程序控制方式，可实现自动和手动控制切换，主要控制信号通过DCS的通讯接口进入厂区DCS控制系统。

(7)粉尘回收装置所有支承、箱体、支架全部采用0Cr18Ni9材质，所有喷淋喷头采用316L材质。

4.3改造实施步骤

(1)粉尘回收喷淋喷头重新设计布置，杜绝死区，更换1台洗涤回收泵，增大洗涤吸收液的循环流量，提高吸收效果。

(2)在粉尘回收装置顶部增加5台防爆变频风机，风量为160 000 m3/h，每台电机功率为18 kW，调速范围在30～50 Hz，防护等级IP55，绝缘等级F级，防爆等级dIIBT4，主要目的是增加尿素造粒塔的自然通风量，风量可根据不同季节的环境温度来调节风机的转速和开启的数量。由于提高了尿素造粒塔的自然通风量，从而降低了尿素颗粒温度，减少尿素黏塔现象发生。

(3)更换填料及收水器，增加填料框，增加吸收液与粉尘的接触时间，以提高吸收效果，减少粉尘外溢，避免二次污染。

(4)对粉尘回收框架进行加固，提高抗风能力。新增风机在框架内增加支承点，以确保风机在工作时能够平稳运行。

5　改造效果及效益分析

改造后，粉尘回收装置于2015年11月6日开始投入运行，整套装置运行平稳，风机无振动现象。经更换喷头、填料及收水器，对出塔粉尘进行了4次吸收；增加5台总风量为160 000 m3/h轴流风机，使尿素造粒塔的自然通风量提高了约1/3，尿素颗粒出塔温度与没有增加风机之前相比降低了8～10 ℃。粉尘回收装置的技术改造完成后，实现了全部自动化操作，降低了操作人员的劳动强度，彻底杜绝了堵塞、带液现象。经一段时间的平稳运行，当尿素产量为1 550 t/d时，可回收粉尘量约1 800 kg/d，粉尘回收率达90%以上，避免了二次污染。

该套粉尘回收装置技术改造总投资费用约为130万元，按年生产时间330 d、尿素1 500元/t、电价0.50元/(kW·h)计，年回收尿素粉尘效益约为53.46万元，不到3年即可收回全部投资。

2016-02-04)