尿素造粒塔粉尘回收水洗+湿电捕集技术论述

冯 萍，王 献

(合肥瑞鑫化工科技有限公司，合肥 233610)

尿素造粒塔是尿素生产中的关键设备，它通过自然通风和机械通风使融熔尿素在下落过程中得到降温并凝固成形。在此过程中，尿素造粒塔排出的气体中夹带有大量的尿素粉尘，这些尿素粉尘大部分会降落在附近数公里内的地面上，不仅腐蚀物体，而且危害作物的生长，造成附近树木枝叶枯萎，破坏厂区绿化和清洁文明生产，同时损害人的身体健康。这些降落在地面上的尿素粉尘如果没有得到合理的利用，不仅增加了生产设备的能耗，而且削弱了企业在市场的竞争能力，限制企业的生存和发展。因此，有必要对尿素造粒塔粉尘进行回收。

2021年7月中国氮肥工业协会在山西晋城召开的会议上，已经制定出尿素造粒塔粉尘排放的行业指标，即尿素粉尘质量浓度≤30 mg/m3，氨质量浓度≤30 mg/m3[1]。

目前国内有很多尿素生产厂已经增加自然通风回收装置，但运行效果并不理想，特别是在夏季生产时，由于增加了粉尘回收装置，尿素出塔颗粒温度一般上升7～10 K，造成尿素结块严重。为了降低尿素出塔温度，被迫将回收箱体内的填料扒出，但排放的尿素粉尘质量浓度仍在80～120 mg/m3，直接影响了粉尘回收的效果。为了确保尿素造粒塔排放气体中尿素粉尘质量浓度≤30 mg/m3，解决夏季尿素粒子温度高、易结块的问题，研究开发了尿素造粒塔粉尘治理技术，并申请了国家专利[2-4]，从而既保证了尿素粒子温度不升高，又更好地回收了尿素，确保尿素造粒塔粉尘回收装置运行后尿素造粒塔出口排放气中的尿素粉尘质量浓度≤20 mg/m3，氨质量浓度≤30 mg/m3，夏季尿素粒子温度<65 ℃。

1 传统尾气治理技术

当前，尿素造粒塔尾气治理的技术主要有3种，即自然通风工艺、强制通风水洗工艺、布袋除尘工艺。

1.1 自然通风工艺

20世纪90年代，我国尿素行业飞速发展，大、中、小尿素生产装置齐头并进，使我国的尿素产能得到了很大的提升，但同时也带来了尿素环境污染问题，特别是尿素造粒塔排放气体中含有的粉尘和氨，破坏厂区绿化和清洁文明生产，危害了厂区周围作物的生长，造成附近树木枝叶枯萎，损害厂区附近居民的身体健康。为了治理环境污染，经过有关技术人员的研究，开发出了自然通风工艺回收尿素造粒塔粉尘。

对于自然通风或机械通风的尿素造粒塔可采用喷雾除尘法。利用尿素粉尘的可溶解性，采用雾化屏蔽拦截方式，将塔顶排放气中尿素粉尘溶解吸收，既减少空气的污染，又回收了尿素粉尘。

自然通风工艺的技术特点为：

(1)粉尘回收箱体直接置于尿素造粒塔顶部，采用湿法回收，工艺流程简单，操作方便。

(2)应用了三段吸收、三段分离的工艺技术，有效保证除尘效果和气水分离。

(3)吸收过程、分离过程采用低阻力错流设计，控制热源压头损失，保证冷却尿素颗粒空气用量。

(4)洗涤液采用蒸汽冷凝液或水解装置排放废液，充分利用尿素装置产生的水，进行循环利用。

(5)吸收提浓后的尿素溶液直接送入蒸发系统或者送去二段蒸发冷凝槽，再次回收利用，尽可能不破坏系统水平衡。

随着国家对生产企业排放物的要求越来越严格，自然通风工艺已不能适应生产的需要，其主要表现为：

(1)综合环保效益差。该工艺仅对粉尘有一定的截流过滤作用，但对氨、气溶胶没有任何的脱除能力，其处理后的排放气体中氨和尿素粉尘浓度较高。

(2)运行阻力大。夏季易造成尿素粒子温度高达80 ℃，只能通过拆除填料、增加通风量，才能维持正常生产。

(3)回收尿液浓度过低，喷淋喷头只能开最下面的一层，如果循环水量稍大即会造成气相带液，造成周围二次污染。

因此，自然通风工艺不能满足当前环保标准要求，没有市场竞争力。

1.2 强制通风水洗工艺

强制通风水洗工艺在自然通风工艺的基础上，增加了轴流风机、规整填料、收水器，风机的风量大于尿素造粒塔的自然通风量，同时增加了旋流风装置，促进了气溶胶的凝聚，以实现去除气溶胶的目标，从而达到除尘、除氨的目的。

强制通风水洗工艺的技术特点为:

(1)工艺流程先进、技术成熟、安全可靠。

(2)工艺和配套设备性能优越，从而保证了装置的正常运行。

(3)设计安装自控调节阀，能实现远传操作。自控调节阀的配置数量应满足过程控制要求，减轻操作人员的劳动强度。

(4)粉尘回收箱体全部置于尿素造粒塔上方，采用自然通风和外加强力通风相结合的方式，增加风机后的通风量大大高于原塔设计通风量。

(6)粉尘回收箱体内采用了对尿素粉尘和氨具有吸收效果的规整填料，提高了尿液的回收浓度，收到了很好效果。

(7)粉尘回收箱体内的喷淋密度大于2 m3/m2，提高了对尿素粉尘及氨的吸收效果。

(8)尿素造粒塔粉尘回收系统采用旋风分离技术，避免了雾化洗涤液被带出尿素造粒塔外，造成二次污染。

(9)对于尿素造粒塔尾气拖尾，采用了多面球填料，较好地洗涤了气体中气溶胶，缓解了拖尾现象。

(10)采用了计算机控制系统，可以实现自动/手动控制切换，主要控制信号接入尿素装置的计算机控制系统，实现了远程控制调节。

(11)粉尘回收箱体内部、支承、支架全部采用304材质(特别指定的除外),避免了每年都要进行高空防腐作业带来的风险。

强制通风水洗工艺经过应用后，完全可以达到国家及行业部门标准环保要求，且一次性投资不高，运行后基本上不需要维修费用。该技术是目前国内采用最多的水洗工艺回收技术，不仅保护了环境，而且回收了排放气中的尿素和氨，给企业增加了效益，是一项值得推广使用的技术。

1.3 布袋除尘工艺

尿素造粒塔布袋除尘装置从运行效果来看，除尘效果很好，但尿素造粒塔排放气中仍有80～100 mg/m3的氨无法去除。布袋除尘装置安装在尿素造粒塔顶，检修不方便。在夏季环境温度达35～38 ℃时，生产负荷必须减至70%以下才能维持正常生产，新疆某化工厂布袋除尘装置使用6个月后，布袋的损坏率高达60%以上，且由于尿素粒子过大，成品中的游离氨含量过高，造成尿素颗粒易碎、结块、粉尘量大，给产品销售带来了困难。

使用布袋除尘的装置在开车初期和生产不正常时，蒸发尿液经常打循环，且在循环时需要用蒸汽吹除喷头及管线上的尿液。尿素粉尘遇水后即粘连结晶，堵塞布袋，使阻力增大。出塔尿素颗粒温度升高，严重时会造成尿素结晶堵塞塔底料斗。夏季每半个月即要清理1次布袋，否则无法进行正常生产。

以直径为22 m的尿素造粒塔为例，布袋除尘装置有20台轴流风机，每台风机的体积流量为6万m3/h，功率为45 kW。另外，还有电磁阀、仪表、鼓风机用电，合计功率为900～1 100 kW，每年的用电费用为4 500 000～5 500 000元。由于尿素粉尘基本上无法回收，无任何经济效益，只是用于环保，治理污染，并且运行中无法除去排放气体中的氨，产生的粉尘及气溶胶将布袋粘连，使尿素出塔颗粒温度升高。布袋除尘装置每年至少要更换1次布袋，费用约100万元。以直径为22 m的尿素造粒塔为例，布袋除尘装置投资费用约1 800万元。每年消耗的电费及维修费用约700万元，给生产企业带来了很大的经济压力。

布袋除尘工艺直观效果好，但一次性投资较高，每年维修费用较大，且无法去除尿素粉尘气体中的氨，推广使用的难度较大。

2 尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收工艺

2.1 技术特点

尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收工艺是在尿素造粒塔强制通风水洗工艺的基础上，结合湿电捕集净化工艺，主要利用了流体中粉尘颗粒的惯性撞击力、静电吸附力等特征，捕集大颗粒及部分小微颗粒的粉尘，洗去了气体中的氨，并除去气体中的水雾，从而解决了尿素造粒塔拖尾严重的问题。

尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收工艺的技术特点为：

(1)尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收装置全部置于尿素造粒塔的顶部，粉尘回收箱体采用200 mm×200 mm的H钢支承，周围采用201不锈钢辅助支承，使装置的抗风、抗震能力达7～8级。

(2)在尾气进入尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收装置下部后，利用水洗工艺，使用大流量的喷头喷淋在规整填料上，对尿素造粒塔排放气体中的氨和粉尘进行一次洗涤。

(3)经过一次洗涤后的气体，在抽风机的作用下，实现了对粉尘、氨等主要污染物的脱除，比较细小的颗粒通过湿电捕集进行回收；同时，由于特种等离子体的优势，实现了对气溶胶的根治，有效控制了尾气拖尾现象。

(4)经湿电捕集后气体继续上升，气体中夹带着少量的水雾，采用旋流除雾收水器彻底避免了雾化洗涤液被带出造粒塔外，造成二次污染。

(5)设计安装自控调节阀，并与尿素装置总控室连接，实现远程操作控制，大大减轻了操作人员的劳动强度。

(6)粉尘回收箱体内部、支承、支架全部采用304材质(特别指定的除外),喷头材质采用316L，确保不会出现腐蚀现象。

尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收工艺是一项自主开发的新技术，目前国内已经使用在水煤气净化、锌烟高效低能除尘、酸雾静电捕集净化及脱硫湿电一体化实现超低排放工程上。

2.2 主要设备

尿素粉尘水洗+湿电捕集回收装置内的填料为聚丙烯，装填量为92 m3，用于捕集粉尘和氨液滴，其他主要设备见表1。

表1 尿素粉尘水洗+湿电捕集回收装置的主要设备

2.3 工艺流程

2.3.1 气体流程

尿素造粒塔内上升的含尿素粉尘及氨的气体，在出风口处经增设的填料吸收装置，与喷淋下来的循环吸收液充分接触后进行分离，气体上升，液体下降进入收集槽。分离后的气体进入湿电捕集装置，在该装置内尿素粉尘微颗粒及气溶胶在湿电的作用下被捕集下来。在抽风机的作用下，捕集后的气体进入旋流收水器，除去气体中的饱和冷凝的液滴，充分解决了吸收液滴被带出塔外的现象。尿素造粒塔排放气经抽风机排入大气。

2.3.2 液体流程

尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收装置的循环液采用解吸废液或蒸汽冷凝液作为吸收液的补充液，解吸废液经废液泵加压至1.3 MPa后补入粉尘回收循环槽，蒸汽冷凝液由冷凝泵直接补入粉尘回收循环槽。循环泵将循环液加压至过滤装置，经过滤后的液体进入喷淋喷头，喷淋液在填料的作用下，对出尿素造粒塔的排放气中的尿素粉尘和氨进行吸收，吸收的液体下降到收集槽，经循环降液水道进入过滤装置，液体过滤后进入粉尘 回收循环槽。吸收液中的尿素质量分数为10%左右，经调节阀控制流量，排入尿素蒸发系统进行回收。

2.3.3 液体补入流程

尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收装置开始使用时，先通过上部的洗涤喷头向系统加水解废液，当加到循环槽液位的50%时，开启循环泵充液至雾化喷头，喷液进行吸收。在吸收过程中，由于溶解尿素吸热，吸收液温度不断下降，故开启循环液调温加热器，控制温度为40～50 ℃。当循环吸收液中的尿素质量分数升到8%左右时，就应排入尿液槽，由蒸发系统回收尿素。

2.4 操作控制指标

尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收工艺的具体操作控制指标见表2。循环吸收液采用连续回收的方式，开启喷头的数量可根据生产负荷进行相应的调整。

表2 操作控制指标

3 结语

尿素造粒塔粉尘回收技术经过了多年的研究和探讨，就水洗工艺而言，由于在洗涤过程中难免会产生水蒸气，特别是在冬季，环境气温较低时，气体拖尾现象仍然存在，直观效果差。而干法除尘工艺的除尘效果好，直观效果也不错，但是气体中的氨难以清除，特别是遇到环境空气潮湿时，布袋粘连严重，需要及时更换，运行和维修费用较高。水洗+湿电捕集工艺装置建好以后，基本上不需要维修费用，同时可以很好地吸收排放气中的尿素粉尘和氨，无拖尾现象，直观效果较好。因此，尿素造粒塔粉尘水洗+湿电捕集回收工艺是一项值得推广的技术。