造粒塔粉尘治理技术研究

刘贤

摘 要：近年来，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t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。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t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。

关键词：造粒塔;粉尘治理;技术研究

在生产过程中，造粒塔塔顶排放气中夹带有一定量的尿素粉尘，一般造粒喷头喷洒1t物料产生的粉尘量在1.5～4.5kg。随着生产规模的扩大，粉尘排放造成的损失越来越严重，排放的粉尘很大一部分掉落在造粒塔周围和厂区附近，不仅引起严重的环境污染，而且造成金属设施被腐蚀、混凝土地面开裂，因此，增设粉尘回收装置回收造粒塔粉尘具有明显的经济效益和社会效益。

1 问题分析

1.1 尿素颗粒固化程度不够，导致粉末出现

①造粒塔的通风量不够如果造粒塔的通风量不够，就会导致粒子固化效果不好。一般而言，造粒塔的通风量需要在6.2×104m3/h以上，才可以保证粒子的固化程度足够。同时，造粒塔需要在30℃以下，保证出塔是尿素温度可以再60℃以下。如果处在超负荷的运转状态，就会导致通风不良，造粒塔的进风量降低，塔内的风速降低之后粒子的降落速度就会明显加快，造成热交换存在不足，出塔的温度甚至会达到80℃。尤其是在夏天，由于外界温度很高，如果没有控制好造粒塔周围的温度，很多尿素就会强度不足，进入散库之后就会因为强度不足破碎;②夏天的空气温度高夏天厂房内的温度会比较高，会造成尿素液滴固化的时间变长。这时，空气中的水蒸气分压会小于结晶的尿素液滴表面的水分压，所以在结晶的过程中，尿素中的水分就会向空气当中扩散，导致大量的粉末出现。而且，粒子的外表面也会变得比较输送，很难承受冲击，也导致粉尘容易形成。

1.2 喷头故障

如果喷头存在故障，就会导致最后成品的粒度非常差，也会导致粉尘质量增大。喷头的转速和负荷需要对应才能够正常工作，如果喷头的转速提升，但是没有及时调整负荷，那么熔融状态的尿素将会在并没有固化的情况下就和塔壁接触，温度降低，这些尿素可能会粘在塔壁上，还有些会沿着塔壁滑落，然后就会形成结块。在转速过低的情况下，尿素的液滴就会过于集中，在离开喷头之后还会黏在仪器上，下落的时候可能会出现冷却不均匀的情况，并且由于尿素出塔的温度升高，也會导致颗粒的强度不够，很容易受到冲击粉碎。有些喷头在使用过久之后，可能会有堵塞的问题，还可能因为长期使用导致毛刺的出现，这种时候就很容易造成尿素的粒度不均，产生大量的的粉尘。在喷头的中心轴出现弯曲或者机架稳定性不足的情况下，或者工人在清洗时没有注意保护设备导致喷头受到挤压出现了凹陷，就会导致喷头在运转的过程中发生跑偏。这种情况下，尿素液滴在喷出的时候，就可能存在某个角度不均匀的情况，导致冷却度不够，颗粒的强度也明显减弱。

2 优化措施分析

2.1 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）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。

2.2 做好散装库的管理和控制工作

散装库的布料小车会在散装库中来回移动，为此，需要做到散装库能够均匀的布料。必须避免散装库中出现库堆积过高的情况，散装库中的堆积必须要在8m以下，进库的尿素要尽快趴出包装，防止出现堆积时间过长的情况。其次，要控制好散装库的温度，保证库内的水蒸气分压地域尿素的吸湿汽压，保证尿素能够放湿，避免由于吸湿导致尿素的质量下降。其次，也需要减慢尿素的放湿过程，避免水分转移过快，从而降低尿素的结块速度。在冬季进行尿素的放湿时，很可能由于脱水导致粉化，为此需要减小出塔的温度和环境的温度差，让尿素能够减少放湿。

2.3 尿素成品温升

装置改造对尿素颗粒温度的影响，主要是造粒塔进风量。改造前为自然通风，设计通风量100万Nm3/h（60万t/a

尿素产能），改造后为强制通风，引风机最大风量112万Nm3/h，并且8台风机变频均为90%。2018年5月9日粒子平均温度为44.83℃，改造后2019年5月9日粒子平均温度为46.08℃，尿素颗粒温度上升温度为1.25℃;2018年5月10日粒子平均温度为46.92℃，改造后2019年5月10日粒子平均温度为48.5℃，尿素颗粒温度上升为1.58℃，均不超2℃。

2.4 优化蒸发系统

尿液的提浓会进行二段真空蒸发，一般一段出液尿素浓雾为95%，而二段的出液浓度一般为99.7%。为了能够降低缩二脲的比例，需要适当降低一段和二段的操作温度，但是一段的压力不能太低，避免由于压力过低导致氨分压太小，以及导致二段缩二脲的出现几率增加。其次，对于温度、液位的低限操作，能够降低缩二脲。通过严格控制蒸发的温度，并且保证在低限的情况下，尽量保持较低的液位，就能够明显缩短尿液的停留时间。

3 结语

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。由于造粒塔粉尘回收装置设置在造粒塔出风口处，不可避免地会增加通风阻力，进而影响尿素的冷却。由于该装置于冬季投入运行，环境温度较低，塔底尿素颗粒温升不明显。夏季如出现因该装置运行导致尿素颗粒温度升高现象时，可采取更换高效造粒喷头、实施强制通风、增设板式冷却器等措施。

参考文献：

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