造粒塔粉尘治理技术研究

李红明，刘欣，张洋洋，杨国洞

（河南心连心化肥有限公司，河南 新乡 453731）

1 前言

我国是尿素生产大国，且小颗粒和中颗粒尿素居多，多采用造粒塔使熔融尿素在降落过程中进行冷却成型，但由于造粒塔喷头缺陷、尿素颗粒强度及操作等原因，在降温冷却过程中会形成较多的尿素粉末，夹带在从造粒塔塔底进入的冷却空气中，形成具有一定尿素粉末的外排废气。

采用自然通风的造粒塔结构使尿素熔融物成型的工艺，年有8000万吨产能，根据物料平衡核算，尿素产生的理论粉尘量为1.2kg/t，则年外排粉尘量约为9.6万t/a，不仅对周边生态环境造成影响，更对人身健康造成危害。近两年来，随着环境形势的日趋严峻，造粒塔排放治理成为继锅炉烟气治理后的重点关注对象。

许多老式造粒塔属于A型结构，塔体高度低，顶侧排气，所排放的尾气粉尘含量相对较高，一般排放浓度在300～600mg/m3。新型造粒塔为B型结构，塔体相对较高，顶中排气，尾气排放粉尘浓度相对较低，一般在100～300mg/m3[1]。粉尘排放浓度大大高于现有锅炉外排烟气粉尘浓度要求（10mg/m3以下）。随着近些年造粒塔的产能逐渐加大，外排气体总量也随之加大，年产尿素40万吨的造粒塔所需的冷却风量在60万m3/h，外排气体粉尘浓度按150mg/m3计算的话，年排放尿素粉尘量在720t/a。若将此部分尿素进行回收，不仅可产生环境效益，也增加了尿素产量。

2 造粒塔外排废气治理难点

（1）工艺技术路线少

目前，已有的造粒塔外排气体治理装置多是采用水洗除尘工艺，不同的是布置的填料形式。

（2）除尘装置布置难度大

无论是在造粒塔塔顶布置除尘装置还是将造粒塔外排的废气引至地面处理，施工难度均是需要从设计和施工策划上进行解决的问题：1）在塔顶布置：尿素装置大型化对应的造粒塔塔体和塔径也会越来越大，新型尿素造粒塔的高度均在100m以上，在如此高的造粒塔塔顶布置除尘装置，装置的重量、施工组织、塔体承重等均存在较大的难度。2）在塔底布置：将造粒塔外排废气从造粒塔塔顶引至地面进行处理，同样存在较大的施工难度。由于造粒塔外排废气气量大，管道长（长度在100m以上），存在如何进行锚固的问题，且外排废气引下来还需要布置新的烟囱，将处理后的气体进行高空排放。

3 现有除尘工艺情况

3.1 干式除尘工艺

（1）静电除尘

静电除尘器是利用高压电场使颗粒荷电，在库仑力作用下使颗粒与气流分离沉降的装置。除尘效率受粉尘比电阻的影响很大。对于细微颗粒物的去除由于存在振打清灰二次扬尘的情况，因此单独采用电除尘无法达到粉尘排放浓度在10mg/m3以下的效果。

尿素粉末的比电阻经检测在1.2×109Ω·cm，在电除尘适宜的比电阻（104～5×1010Ω·cm[2]）范围内，但静电除尘器一般采用平进平出的布置方式，如果在造粒塔塔顶布置需要下进上出，则在造粒塔塔顶不适宜采用静电除尘模式进行粉尘治理，且存在臭氧污染。

（2）布袋除尘

布袋除尘器是利用多孔过滤介质分离捕集气体中固定或液体粒子的净化装置，主要依靠过滤介质运行一段时间后形成的粉尘初层为主要过滤层，本身滤料层起到粉尘初层的骨架作用。通过对滤袋材料的不断创新研发达到粉尘排放浓度在10mg/m3以下的效果。

布袋除尘具有除尘效率高、能有效捕集对人体危害大的5μm以下的细微颗粒的优点，同时不受烟气成分、粉尘性质的影响。但尿素粉末易吸潮，布置滤袋进行除尘存在糊袋的风险。

3.2 湿式除尘工艺

（1）采用填料拦截

填料多种多样，主要目的在于以碰撞拦截的方式将气体中所夹带的雾滴进行脱除。

管式除雾器：主要捕集粒径较大（30μm以上）的含尘液滴。管式除雾器一般布置在除雾除尘段的下部，起到均布气体和捕集较大颗粒液滴的作用。

折流板：主要形式有流线型、流线带钩型（如图1），形式多样，有单通道、双通道，一个钩、两个钩的不同组合（如图2）。布置形式有平板式折流板和屋脊式折流板（如图3）。

丝网除雾器（如图4）：一般由金属丝或工程塑料，采用特殊的经纬方式编织而成，再将编织的丝网压成具有一定角度的波纹，根据不同的操作环境选择不同的丝网材质和厚度。

（2）湿式电除尘

湿式电除尘技术是基于静电除尘技术中近几年广泛应用的细微颗粒物去除技术，电极丝放电使周围气体电离，粉尘或雾滴粒子表面荷电，荷电粒子在电场力的作用下向收尘极运动，并沉积在收尘极上，捕集下来粉尘集聚在极板上，被冲洗水带走。避免了静电除尘二次扬尘的情况，但外排气体存在带液情况。

图1 流线型折流板

图2 平板式折流板

图3 屋脊式折流板

图4 丝网除雾器

湿式电除尘器的结构如图5。

图5 湿式电除尘器结构

（3）声波除雾

近年来，烟囱外排气体的白烟情况受到关注。据悉，声波除雾技术利用声波对悬浮颗粒的汇聚作用，废气中微米、亚微米级超细颗粒通过声波作用进行凝并，变成颗粒较大的粒径，再通过布置在后部的除雾装置对凝并后的大颗粒进行捕集。通过声波凝并+除雾器捕集去除微米、亚微米级超细颗粒。

4 运行实例

基于尿素易溶于水的情况，现有造粒塔外排气体除尘均采用水洗工艺，某公司在新乡地区有四套尿素装置造粒塔均采用水洗除尘装置。随着对造粒塔环保排放关注度的日益提升，在行业尚无标准要求的情况下，该公司从2015年开始对四套尿素造粒塔的水洗除尘装置进行改造，从喷头分布情况提高水洗覆盖面，提高循环液泵喷淋量加大气液比，降低循环液浓度以降低外排气体所含液滴中夹带的尿素，加酸降低循环液pH值提高循环液的吸收能力，采用不同的填料（如纤维毡、丝瓜瓤等）进行试验以降低外排气体夹带液滴量大的情况等。水洗除尘布置模式也由原来简单布置两层填料的模式到现在的模式多样（如图6～图9）。

4个造粒塔的水洗除尘装置采用不同的填料，填料的作用主要有两个：下层填料的均布气流，增大气液接触面；上层填料主要捕集气体中的液滴。填料主要的形式有以下7种（如图10～图15）。

图6 最早的水洗除尘布置模式

图7 水幕帘、收水器水洗除尘

图8 规整填料、收水器水洗除尘

图9 高效填料、收水器水洗除尘

在适宜的流速范围内，填料对气体有一定的均布和雾滴捕集的效果，但水洗除尘装置仍存在如下问题：

（1）除尘效率低

水洗除尘主要是将溶于水的尿素粉末通过重力作用进行沉降，而对没有沉降下来的雾滴则是靠填料进行拦截，为提高除尘除雾效率，一般采用布置多级填料、多级冲洗的模式，但仅仅通过水洗除尘除雾装置，很难达到粉尘浓度10mg/m3以下的效果。且布置填料层数越多，相对阻力越大、装置尺寸越大。

（2）填料堵塞

由于喷淋布置存在死区及冲洗水杂质堵塞喷头，往往出现部分填料冲洗不干净的情况，造成粉尘越积越多，增加系统阻力，严重的影响造粒塔通风冷却，影响正常生产。

图10 规整填料

图11 高效填料

图12 水幕帘

图13 丝网除雾

图14 折流板收水器

图15 多孔填料

（3）外排气体带液，拖尾现象严重

近年来的水洗除尘装置，由于填料形式升级以及填料级数增加，提升了水洗除尘装置的阻力，往往要增加顶部轴流风机。而由于造粒塔塔顶施工难度大，水洗除尘装置顶部填料距风机只有2m左右的空间，通过填料后气体中的液滴没有足够的沉降空间，且由于风机抽力较大，水洗除尘装置外排气体带液严重。

通过对水洗除尘装置的改造，粉尘浓度最低能稳定到30mg/m3，而对于日趋严峻的环保形势，粉尘浓度降到10mg/m3以下仍需进行新技术的研发与验证。

5 造粒塔粉尘治理技术可选路线

造粒塔粉尘治理，由于尿素粉末易溶于水，因此现有的造粒塔粉尘治理装置均采用水洗除尘技术，从运行情况看，在造粒塔排放气体初始浓度150mg/m3的情况下，仅仅采用水洗除尘很难达到粉尘浓度10mg/m3以下的目标，因此造粒塔可采用以下的除尘模式进行超低排放的治理技术。

（1）水洗除尘+湿式电除尘

在现有水洗除尘装置基础上增加湿式电除尘，两者协同达到前者去除大颗粒，后者去除细微颗粒的目的，但该种模式仍存在外排气体带液的情况。

（2）水洗除尘+声波除雾

同第一种方法，也是两者协同处理，通过简单的水洗除尘装置降低声波除雾装置的除尘除雾负荷，通过水洗除尘+声波除雾的处理达到除尘的目标，并消除气体中所含的液滴，达到消除白烟的效果。

（3）布袋除尘

采用布袋除尘方法达到超低排放的目标是可行的，但需要考虑尿素粉末易吸潮结块的情况，要求滤袋的耐水效果好，对清灰也有较高的要求。

从上可看出，水洗除尘均需要两种方法协同处理，而干式除尘技术仅仅采用一种方法就可达到要求。但在造粒塔上只有水洗除尘模式有实际运行的业绩，且水洗除尘装置存在除尘效率低、外排气体拖尾长等情况，因此采用水洗除尘的造粒塔装置需加装协同治理技术进行深度除尘，并对气体中雾滴进行捕捉。

我国在锅炉粉尘超低排放治理的道路上，多种技术同时发展进行，且在锅炉烟气治理方面都运行了一段时间，各种技术的运行情况及问题也逐渐明晰，这些都为造粒塔的粉尘治理技术提供了选择。

从现有除尘装置的运行情况看，布袋除尘是可以作为造粒塔粉尘治理的首选工艺。布袋除尘运行稳定、操作简便、自动化程度高、运行不消耗水，且外排气体温度高，容易扩散。但尿素粉末容易吸潮，糊袋的潜在性很大。如果布袋除尘技术能突破尿素粉末吸潮糊袋，达到长周期稳定运行，那么布袋除尘技术在造粒塔粉尘治理上将大有作为。

[1] 尿素造粒塔粉尘控制及改进措施[J].化工设计通讯，2014，6：40（3）.

[2] 金小峰，王恩禄，王长普.各种除尘技术性能比较及袋式除尘器在我国的应用前景[J].锅炉技术，2007，1：38（1）.