新型除尘技术在氯化钾生产中的应用及发展

陈美岭，马 珍，王 韧，张国玉

(青海盐湖工业股份有限公司，国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心，青海省盐湖资源综合利用重点实验室，青海 格尔木 816099)

青海盐湖工业股份有限公司(以下简称“公司”)是中国最大的钾肥工业生产基地。拥有设计年产能力2套100万t、1套20万t和1套10万t共计4套KCl生产装置，所有生产装置均采用拥有自主知识产权的“反浮选—冷结晶”生产工艺。

氯化钾生产所产生的精钾产品均需进行末端的干燥处理，目前氯化钾的干燥主要采用滚筒干燥，通过天然气或者煤燃烧产生高温烟气，与氯化钾直接接触，加热促使氯化钾脱水。在此过程中，钾肥干燥所产生的尾气含有部分氯化钾颗粒，因此，实际生产线干燥后端设置有旋风分离和布袋除尘装置，但工程实践结果表明，尤其是布袋除尘的实际运行情况效果并不理想，烟气经除尘后直接排入大气，无法满足排放标准要求。尾气在排放过程中因颗粒物(氯化钾粉尘)浓度过高，造成环境污染。与此同时，尾气中夹带粉尘实为氯化钾颗粒，污染环境的同时还带来明显的经济损失。因此，做好钾肥生产末端干燥尾气的粉尘回收工作对于盐湖钾资源高效利用具有重要意义。

1 除尘技术现状

工业上的烟气或者尾气除尘技术已经有一百多年的历史，早期的除尘器主要用于回收大颗粒物料，除尘效率不高，20世纪60年代，随着环境保护要求的严格，除尘技术得到迅速发展，特别是随着我国经济的发展和国家对焦化行业、钢铁行业、水泥行业、火电行业、有色金属行业等环境治理的要求加大，工业烟气除尘行业得到快速发展。目前，尾气粉尘回收工艺分类较多，优缺点各不相同，主要分为四种：机械式粉尘回收工艺、电粉尘回收工艺、过滤式粉尘回收工艺和湿式粉尘回收工艺。见表1。

表1 除尘工艺技术对比表Tab.1 Comparison table of dedusting technology

根据环境保护部及国家质量监督检验检疫总局发布的《化学肥料工业大气污染物排放标准》内容，氯化钾企业干燥炉尾气除尘器排放限值30 mg/m3，特别排放限值20 mg/m3。综合不同方式除尘技术特征，研究设计了新型模块化除尘技术。

2 新型除尘技术路线

由前述除尘技术研究现状可知，不同除尘技术因技术原理不同，相应除尘效果存在差异，即便采用同一除尘单元技术，其除尘效果也和含尘气体物性、粉尘化学组成、颗粒尺寸分布特点等密切相关。因此，针对盐湖氯化钾生产中除尘现状，围绕实际生产现场氯化钾干燥尾气进行粉尘相关检测分析。

2.1 基础参数及相关测算分析

氯化钾干燥车间围绕氯化钾干燥尾气排放进行检测，检测项目主要包括尾气粉尘颗粒物和氮氧化物含量，检测点选取干包车间新、老系统6个点位，检测频次为连续进行两个生产周期的监测，每个生产周期内检测三次。检测过程仪器名称型号、分析方法和检测灵敏度见表2，实际检测分析结果见表3。

表2 含尘尾气检测项目与分析方法Tab.2 Detection items and analysis methods of dusty tail gas

表3 含尘尾气检测项目与分析方法统计Tab.3 Statistics of detection items and analysis methods of dusty tail gas

由相关检测结果可知，两套系统的颗粒物检测结果基本维持200 mg/m3以上，另外，根据布袋除尘与旋风除尘尾气颗粒含量对比测算，布袋除尘结果与旋风除尘检测值基本接近，说明旧系统布袋除尘因结露、布袋粘结等问题，基本处于无效运行状态。

2.2 新型除尘技术原理

新型模块化袋式除尘系统是将单个袋式除尘设计成独立过滤单元，整体系统由独立的模块单元并联组成，因此，实际模拟针对单独模块除尘装置即可。对于整个袋式除尘，其主要核心单元为其过滤室，其次，因模块化并联设计思路，实际操作运行还涉及到尾气分配与过滤后尾气排放，故而相关模拟研究还包括进出风管道系统。

由于除尘模块的几何结构相对复杂，内部布袋数量较多，划分整体结构化网格步骤较为繁琐，故采用结构化与非结构网格混合的模式对模块进行网格划分。经过前期几何模型的分割，对满足扫掠条件的几何区域采用Sweep方法划分网格，建立六面体网格；对于不满足扫掠条件的几何区域则建立四面体网格。

3 新型除尘技术的应用

前期公司在现有烘干窑尾废气出风口处安装了1套处理气量为20 000 m3/h的内滤式布袋除尘器，该装置自带一套布袋除尘器反吹系统，通过罗茨风机将处理后的尾气引入布袋除尘器，进行逆气流清灰，不再另外考虑压缩空气。4#烘干窑布袋除尘器按照20 000 m3/h风量滤袋除尘净化试验装置进行扩大应用。

随着过滤过程的进行，粉尘沉积在滤袋的内表面，滤袋内外的压差会逐渐上升，当滤袋内表面积灰达到一定量时，为避免系统阻力过大，需要进行清灰操作。清灰时，由清灰控制装置(可采用差压、定时或手动控制模式，项目推荐采用定时清灰方案)按设定程序打开反吹风并利用净化后的洁净风进行反吹清灰。清灰机构由反吹风机和电动开断阀组成。清灰时，电动阀接受电控系统信号动作并打开，来自反吹风机的反吹风进入箱体，压缩滤袋外侧，引发滤袋全面抖动，使滤袋从膨胀状态转向吸瘪状态，从而清除附着在滤袋内表面的粉尘，达到清灰的目的。过滤过程和清灰过程中截流的粉尘落入灰斗中的粉尘经双层重力式卸灰阀锁气排至输灰螺旋机装置，以确保除尘系统的漏风率。

该技术采用离线检修方式，需要把布袋除尘器内部区分成14个密封气室，每个气室进气口、过滤后洁净风出口和反吹风进口均装有电动阀，共同组成离线阀系统。在对某个气室进行检修时，需要首先控制离线阀组使这个气室关闭，不再进行烟气过滤，使该室完全脱离工作系统，对该室进行相关检修与保养。布袋除尘器设置有差压及定时清灰装置，并采用PLC进行自动控制。其主要技术思路即在原有工艺基础上，通过袋式除尘尾气进行反吹，避免冷空气的引入和水蒸气的带入，进而达到抑制除尘过程结露、粘袋等现象。相应的工艺流程见图1。烘干窑排出的含尘气体经进风总管分配到各个袋式除尘过滤室，除尘后的烟气通过出风总管搜集，一部分通过反吹风引风机进入反吹风管，进行袋式除尘器反吹清灰，其余除尘后的烟气则直接排放。

图1 反吹风式布袋除尘器工艺流程简图Fig.1 Process flow diagram of reverse blowing bag filter

同时，基于上述工艺流程设计，此项目4#烘干窑布袋除尘器范围主要包括烘干转窑尾部排料罩、风管、内滤式布袋除尘器 (逆气流清灰)、设备基础、配电PLC室和排放烟囱加高六部分。为保证清灰过程连续自动化，布袋反吹卸料至灰斗后，捕及的粉尘颗粒通过重力卸灰阀进入螺旋输送机，由螺旋输送机送入4#皮带机，最终送入现有旋风皮带机，最终实现粉尘收集。表4为第三方分析检测结果。

表4 第三方分析检测结果Tab.4 Analysis and test results from the third party

表4检测分析结果表明，新建布袋除尘装置后的氯化钾干燥尾气除尘效果显著，尾气中氯化钾颗粒物夹带量由原先200 mg/m3降低至16 mg/m3，达到了环境保护部及国家质量监督检验检疫总局《化学肥料工业大气污染物排放标准》(征求意见稿)特别排放限值20 mg/m3的要求，建设后除尘效果显著提升。

4 结论及建议

该技术的实施，通过高温尾气循环利用解决了袋式除尘器结露、粘袋等工程技术瓶颈，实现了氯化钾生产尾气高效稳定除尘工艺模式。处理后尾气粉尘颗粒含量降低至20 mg/m3以下，降低钾肥生产尾气环境污染风险的同时，有效提高了氯化钾生产的产品回收率，实现了经济、环境效益协同提升，为国家碳中和、碳达峰战略发展提供支持。建设符合国家节能降耗和综合利用资源的政策，符合公司挖潜增产、降本增效的目标。符合国家产业政策和发展规划，符合国家可持续发展目标和科学发展政策。

目前该技术已经在公司4#干燥生产线实现了示范运行，建议在现有生产线上进一步开展优化研究，围绕碳中和、碳达峰战略发展，进一步提高粉尘颗粒回收率，同时开展尾气热能循环利用相关研究，实现氯化钾干燥生产的节能降耗，形成优化完善的改进模式，并在其它钾肥生产装置同步开展推广应用。