尿素造粒塔袋式除尘器在线湿式清灰试验研究

赖志华

（福建龙净环保股份有限公司 国家环境保护电力工业烟尘治理工程技术中心，福建 龙岩 364000）

尿素造粒塔尾气中含有浓度为150—200mg/m3的尿素粉尘[1]。1998 年，顾国培[2]首次对尿素造粒塔增设粉尘回收装置进行了可行性分析和评价，相比直接排放，增设粉尘回收装置会带来可观的社会和经济效益。当时由于我国排放标准较宽松，粉尘回收装置并未得到广泛应用。2017 年发布的《化学肥料工业大气污染物排放标准（征求意见稿）》中，尿素造粒塔的颗粒物排放限值为30mg/m3，特别排放限值为20mg/m3。一般的水洗清灰工艺难以满足排放要求且易存在拖尾现象。袋式除尘器因其较高的除尘效率，被逐步应用于尿素造粒塔除尘，以确保尿素造粒塔尾气含尘浓度达到10mg/m3乃至5mg/m3以下[3，4]。但是，由于尿素粉尘特有的团聚性，导致袋式除尘器的滤袋表面普遍出现尿素粉尘的团聚现象，传统的脉冲清灰方式无法彻底实现滤袋表面尿素粉尘的剥离，造成袋式除尘器的整体阻力上升，造粒塔的通风量下降[5—7]，设备能耗增加[8—10]。此外，还会导致落料温度偏高，不利于造粒塔的正常运行[11]，甚至会严重影响造粒塔的产能。不同于我国的塔式造粒工艺，国外主要采用流化床造粒工艺[12]，因此，对于如何解决造粒除尘及清灰问题不具有参考性。

为尝试解决尿素造粒塔袋式除尘器脉冲喷吹清灰效果不佳的问题，利用尿素易溶于水的特性，尝试采用湿式清灰工艺对清灰系统进行改进。为避免出现尿素结晶堵塞滤袋微孔的问题，湿式清灰方法采用离线的方式进行，即系统停机后开始进行清洗，清洗完毕后，待滤袋彻底干燥后再继续生产。离线湿式清灰尽管可以彻底清除滤袋表面的尿素粉尘[13]，但是每次清灰都需要系统停产，不利于尿素企业的正常生产，而且离线湿式清灰后，系统的通风量仅在短暂几天内有所改善，之后通风量又会恢复至清洗前的水平。因此，离线湿式清灰并不能使滤袋外粉尘团聚的现象得到彻底改善，离线湿式清灰通常仅在生产系统停机维护时进行，其时间间隔有时长达数月之久。

基于上述情况，有必要研发在线湿式清灰工艺，在系统不停产不限产的情况下，可以在线对滤袋进行清洗，同时提高清洗的频率，即可有效、彻底改善造粒塔滤袋清灰问题，降低系统阻力，提高系统通风量，提高造粒塔的产能。因此，本研究依托某尿素造粒塔工程项目，开创性地在尿素造粒塔领域开展在线湿式清灰工艺试验，探索对比了多种清灰和烘干方式，并结合阻力、落料温度、风量三个影响系统运行的关键参数进行分析总结，确定了合理的在线湿式清灰方案，为尿素造粒塔袋式除尘在线湿式清灰提供了可靠依据，也为后续的改进优化工作提供了参考。

1 试验系统

试验系统见图1。造粒塔顶部布置袋式除尘器，除尘器共分为8 个净气室，每个净气室配置一个差压变送器，分别连接净气室的进口和出口烟道。每个净气室布置2 台变频轴流风机，每台风机可实现远程变频开关控制。每个净气室顶部均匀布置4 个喷嘴，每个喷嘴可单独控制开关。8 个净气室依次交替清灰，清洗其中某室时，可关闭或仅开启30%风机，利用喷嘴将水均匀喷洒在花板表面，随后水在重力的作用下，透过滤袋浸润滤袋表面，溶解清洗表面的尿素粉尘。清洗结束后，再开启30%或关闭风机，对滤袋进行烘干，烘干结束后，再全部开启风机恢复运行。

图1 尿素造粒塔袋式除尘器方案布置

2 试验方法与过程

为探索在线湿式清灰的可行性及合理工艺，采用不同的清洗、烘干方式，依次对8 个净气室的滤袋进行清洗，每隔1h 记录一次净气室的阻力、系统的落料温度以及对应风机的风量参数。结合数据变化对系统进行分析和论证，整个试验持续5 天。试验工况见下表。

尿素造粒塔塔顶袋式除尘器湿式在线清灰试验工况

3 试验结果分析

3.1 试验期间的阻力变化情况

由于试验过程中4#、6#和8#室差压变送器故障，故未纳入阻力研究范围。从图2 可以看出，1#、2#、3#、5#、7#室在水清洗时，阻力先显著下降，然后缓慢回升趋近平稳，平稳后的阻力相比于清洗前约下降200Pa。5 个净气室中，3#室阻力曲线最优，其运行工况为关风机洗2h，开启30%风机，烘干1h，该室清洗前阻力约为1600Pa，在清洗稳定后，阻力约为1400Pa，阻力下降约12.5%。图3 中从左到右依次为3#室水清洗前、清洗结束、烘干后运行趋于平稳的滤袋表面。清洗前，滤袋表面覆盖了大量尿素结晶，滤袋表面细孔被堵死，导致通过率降低，有研究表明，粉尘经过滤袋过滤面时，经过碰撞、拦截等作用，会在滤料表面沉积而形成粉饼层[14]，粉饼层沉积到一定程度后，会导致运行阻力增加，此时需要利用喷吹系统对滤料实施清灰[15]。目前袋式除尘清灰主要采用脉冲清灰，可以有效降低阻力[16—19]。对于尿素造粒塔，由于尿素粉尘特有的团聚性，尿素粉尘与烟气中的水蒸气会形成结晶，从而堵塞滤袋微孔，导致脉冲清灰工艺对尿素造粒塔的清灰效果不佳。本试验采用了煤电行业常用的0.2MPa 甚至0.35MPa 的袋式除尘器清灰压力，皆无法有效清除滤袋表面的尿素粉尘。从图3 可以清晰看出，水清洗前采用的脉冲清灰效果不佳，尿素粉尘紧紧裹附在滤袋上，导致阻力偏高。而在水清洗之后，滤袋表面被清洗干净。在清洗烘干再次运行后，滤袋表面会再次附着尿素颗粒，从外形上看，粉尘层比清洗前更薄且均匀，阻力值比清洗前也更低。这说明设置合理的水清洗、烘干周期，可以有效地实现尿素造粒塔的在线清灰，降低运行阻力值。

图2 试验期间各个净气室的阻力变化

图3 3#室滤袋表面变化

3.2 试验期间的落料温度变化情况

尿素造粒塔内的落料温度必须严格控制，温度过高易导致成品装袋后在降温过程中部分颗粒吸湿溶解，从而发生板结、粉化、强度下降，影响产品质量[20—21]。本研究的落料温度控制在65℃以下。试验期间系统落料温度的变化见图4。

图4 试验期间系统落料温度的变化

从图4 可以看出，落料温度在4 月24—26 日的清洗试验周期内呈锯齿波浪状变化，而且均处于65℃以下，落料温度随每日的温度变化而起伏波动。其中，落料温度的最高值54.27℃出现在24 日的13:00，对应环境温度为24—26 日的最高值19℃，落料温度的最低值36.75℃出现在26 日的9:00，对应环境温度为24—26 日的最低值9.8℃，清洗前后落料温度最大差值可达18℃，24—26 日的清洗试验周期完成时，落料温度比试验开始时下降约7℃。由此可见，在线湿式清灰有助于落料温度维持在控制要求以下。

2#室于25 日10∶00 开始启动清洗，其落料温度呈锯齿状持续下降，这表明清洗对于整个生产的影响是很明显的。结合运行阻力数据、风量数据可以得出结论，每清洗一个室，都会较大幅度提高该室的风量，进而影响落料温度，造成落料温度的下降。随着8#室的清洗、烘干结束于26 日13:00，整个清洗周期完成，实际共计花费25h。

3.3 试验期间的风量变化情况

试验过程中对1#室的9#风机和3#室的13#风机进行了实时风量测量（见图5、图6）。

图5 1#室排气筒烟气流量随时间变化分布曲线

图6 3#室排气筒烟气流量随时间变化分布曲线

测试结果表明，不论是9#风机还是13#风机，三次清洗后，在风机频率相同情况下，其风量分别从45 651m3/h 上升至83 638m3/h、从58 944m3/h 上升至94 083m3/h、从37 230m3/h 上升至98 884m3/h。充分说明了在线清洗对于提高风机的风量是有巨大帮助的。9#风机第一次清洗完成后，风量缓慢下降，持续约20h 后，下降至58 944m3/h 并保持稳定状态。9#风机第二次清洗完成后，风量从94 083m3/h 下降至64 750m3/h 后保持稳定，持续一天后，风量再度下降至55 116m3/h 附近后保持稳定。三天后，风量可以稳定在55 000m3/h 左右，整个过程9#风机风量上升了21%。13#风机在清洗后，风量先上升至98 884m3/h，又逐渐下降至51 877m3/h 并保持稳定，风量上升了39%。风量的上升，表明系统的烟气流量越大，尿素造粒塔的产量越高。

4 结语

（1）试验结果证明，在线湿式清灰工艺在尿素造粒塔是可行的，整个设备阻力比清洗前下降约200Pa，降幅约为12.5%。每次每室清洗2h，开启30%风机，烘干1h，效果最佳。

（2）在线水清洗对尿素造粒塔落料温度的影响明显。清洗过程中，落料温度整体呈明显下降趋势，清洗前后落料温度最大差值可达18℃。清洗试验周期完成后的落料温度比试验开始时下降约7℃，整个运行周期内落料温度都能保持在65℃以下，利于尿素造粒塔系统的正常运行。

（3）经过水清灰至稳定后，造粒塔的风量提升21%—39%，从而可以提高尿素产量。