加氫裂化分子篩裝置粉塵治理研究

摘 要：文章從錐式電焙燒爐尾氣系統(tǒng)、轉(zhuǎn)筒式瓦斯焙燒爐尾氣系統(tǒng)、閃蒸布袋系統(tǒng)等多個(gè)方面進(jìn)行加氫裂化劑專用分子篩裝置——LAY裝置的粉塵治理改造，降低了LAY裝置的塵濃，改善了LAY裝置的環(huán)保狀況。

關(guān)鍵詞：粉塵治理；閃蒸布袋系統(tǒng)；焙燒爐；尾氣系統(tǒng)改造

中圖分類號(hào)：TQ424.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）17-0014-04

近年來，隨著“清潔生產(chǎn)”概念的提出，環(huán)保工作日益受到人們的重視。環(huán)保觀念從以前單純的“末端治理”改為預(yù)防和治理相結(jié)合，特別強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)過程的環(huán)境治理。中石化催化劑長(zhǎng)嶺分公司LAY裝置是專為加氫裂化催化劑提供分子篩的生產(chǎn)裝置。其主要設(shè)備有：錐式電焙燒爐、轉(zhuǎn)筒式瓦斯焙燒爐、閃蒸布袋系統(tǒng)。由于設(shè)備選型等方面的問題，設(shè)備一直存在跑冒嚴(yán)重，造成裝置粉塵大，污染嚴(yán)重問題。自2005年以來陸續(xù)進(jìn)行了錐式電焙燒爐尾氣系統(tǒng)的改造、閃蒸和布袋的下料和收集物料的改造、轉(zhuǎn)筒式焙燒爐的尾氣系統(tǒng)改造。通過三次改造，LAY裝置的粉塵治理工作取得了一定的成績(jī)，裝置的塵濃得到了有效降低。

1 設(shè)備上粉塵跑冒的原因和治理

1.1 電焙燒爐尾氣系統(tǒng)的改造

1.1.1 原電焙燒爐尾氣工藝存在的問題

LAY裝置有兩臺(tái)雙錐式焙燒爐，用于LAY分子篩生產(chǎn)時(shí)的焙燒。一直以來，尾氣系統(tǒng)采用穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，尾氣直接排空（見圖1），通過穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)爐內(nèi)的壓力。但由于尾氣全部排空，造成分子篩跑損，環(huán)境中粉塵濃度高，污染環(huán)境。

1.1.2 電焙燒尾氣系統(tǒng)改造工藝

改造工藝的特點(diǎn)（見圖1）：將電焙燒爐尾氣的穩(wěn)壓控制系統(tǒng)改為水封控制，并將電焙燒爐內(nèi)的尾氣直接引入一水封罐，用罐內(nèi)水位的高低來控制爐內(nèi)的壓力，尾氣跑損的物料被水捕集，基本解決了尾氣直接向空氣排放，降低了空氣中的粉塵濃度。

1.2 閃蒸系統(tǒng)改造

1.2.1 原閃蒸干燥系統(tǒng)存在的問題

LAY裝置原閃蒸干燥系統(tǒng)主要由空氣加熱爐、雙軸螺旋輸送機(jī)、閃蒸干燥塔、旋風(fēng)分離器、布袋除塵器、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等主要設(shè)備組成（見圖2）。

由于設(shè)計(jì)不合理，造成勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)不連貫，環(huán)境污染大。其在環(huán)保方面存在的具體問題包括以下幾個(gè)方面：

①雙軸螺旋輸送機(jī)無法滿足進(jìn)料的要求。閃蒸干燥塔的進(jìn)料系統(tǒng)采用的是雙軸螺旋輸送機(jī)，因分子篩濾餅粘度較大，使得單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)料量很小，輸送機(jī)故障頻繁，系統(tǒng)生產(chǎn)能力低。從箱式過濾機(jī)下來的濾餅只能采用人工投料的方法才能進(jìn)入輸送機(jī)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差。

②系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定。原系統(tǒng)同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)送風(fēng)機(jī)和一個(gè)引風(fēng)機(jī)。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于某些偶然因素的影響，有時(shí)使得送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)風(fēng)量不配套，導(dǎo)致閃蒸塔內(nèi)產(chǎn)生正壓。閃蒸塔內(nèi)產(chǎn)生正壓后，破壞了閃蒸干燥技術(shù)負(fù)壓操作的基本條件，阻礙了物料的快速干燥。其結(jié)果使得系統(tǒng)內(nèi)粉塵向系統(tǒng)外泄漏擴(kuò)散，污染環(huán)境。

③系統(tǒng)流程不合理。在系統(tǒng)中采用兩個(gè)旋風(fēng)分離器進(jìn)行閃蒸干燥后物料的收集，旋風(fēng)分離器的尾氣進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行進(jìn)一步的捕塵。物料的收集有三個(gè)出處，造成必須在三個(gè)地方包料，現(xiàn)場(chǎng)粉塵重，環(huán)境差。

④兩個(gè)旋風(fēng)分離器其分級(jí)效果較差，物料難以旋下，而且由于沒有振打裝置，旋下的物料出料困難。大量沒有被收集下來的物料被引風(fēng)機(jī)抽入布袋中，而布袋在裝置設(shè)計(jì)時(shí)是用于旋風(fēng)分離器后的尾氣捕塵，只有60 m2，因此無法承擔(dān)此工作量，造成閃蒸干燥后的物料跑料嚴(yán)重，污染環(huán)境。

1.2.2 閃蒸干燥系統(tǒng)的改造

對(duì)閃蒸干燥系統(tǒng)進(jìn)行了大的改造，主要包括以下幾個(gè)方面（見圖3）：

①改進(jìn)了系統(tǒng)的進(jìn)料方式。將雙軸螺旋輸送機(jī)進(jìn)料改為軟管泵進(jìn)料。將閃蒸系統(tǒng)原有的雙螺旋進(jìn)料器改為了軟管泵進(jìn)料，濾餅經(jīng)過打漿后由原來的濾餅變?yōu)榱藵{液，軟管泵的進(jìn)料速度由PLC控制。解決了帶濾機(jī)下物料灼減大、難以進(jìn)入閃蒸的問題，保證閃蒸系統(tǒng)連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)生產(chǎn)。而且軟管泵代替雙軸螺旋輸送機(jī)在閃蒸進(jìn)料的連續(xù)使用，也結(jié)束了LAY裝置人工投料進(jìn)閃蒸的狀況，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

②將閃蒸系統(tǒng)的送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)改成引風(fēng)機(jī)單獨(dú)抽風(fēng)。將閃蒸系統(tǒng)的送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)改成引風(fēng)機(jī)單獨(dú)抽風(fēng)，徹底消除了因送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)相互影響而使系統(tǒng)形成正壓的可能，保證整個(gè)閃蒸系統(tǒng)呈負(fù)壓狀態(tài)。避免了系統(tǒng)內(nèi)粉塵向系統(tǒng)外泄漏擴(kuò)散，污染環(huán)境，保證了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

③改進(jìn)了閃蒸后物料的收集方式。去掉兩臺(tái)旋風(fēng)分離器，完全采用布袋撲塵，使閃蒸系統(tǒng)的下料口只有一個(gè)，不僅減少了單元設(shè)備，減少了環(huán)境污染點(diǎn)，而且不需要考慮旋風(fēng)分離器下料的困難，保證了閃蒸系統(tǒng)的連續(xù)出料。

從將近兩年的使用效果來看，布袋除塵器能滿足連續(xù)收集大批量物料的生產(chǎn)要求，收集物料和下料都比較方便。我們對(duì)尾氣系統(tǒng)進(jìn)行了多次標(biāo)定，標(biāo)定期間，經(jīng)環(huán)保監(jiān)測(cè)站標(biāo)定：測(cè)量的布袋除塵器粉塵濃度平均為64.7 mg/m3 ，煙塵排放0.4kg/h，收率為99.8％，超過了設(shè)計(jì)能力。

1.3 轉(zhuǎn)筒式焙燒爐尾氣系統(tǒng)改造

LAY裝置有轉(zhuǎn)筒式瓦斯焙燒爐一臺(tái)，用于HY分子篩生產(chǎn)時(shí)的焙燒。它不僅用于HY分子篩的焙燒，煙氣和尾氣在爐頭混合后，通過閃蒸的引風(fēng)機(jī)的抽力，通過四通閥去閃蒸，為閃蒸系統(tǒng)提供熱源。

1.3.1 焙燒爐尾氣系統(tǒng)的流程及主

要工作原理

如圖4所示，焙燒爐的爐膛煙氣量較大，水分、粉塵含量低，溫度較高在600℃左右，煙氣經(jīng)管道和四通閥后進(jìn)入閃蒸。其過程中沒有調(diào)控?zé)煔饬看笮〉难b備，使得100%的煙氣熱量隨時(shí)都得到了回用。焙燒爐的尾氣粉塵含量較高，水汽含量較大且溫度較低在350℃左右，通過插板調(diào)節(jié)閥和近20 m長(zhǎng)的水平管道后在爐頭與煙氣匯合后，再進(jìn)入四通閥，后進(jìn)入閃蒸。插板調(diào)節(jié)閥起到適時(shí)對(duì)尾氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的作用。這樣不但煙氣和尾氣的熱量得以循環(huán)利用，而且尾氣中的粉塵得以回收，有利于環(huán)境的保護(hù)和產(chǎn)品收率的提高。

1.3.2 尾氣線存在問題

焙燒爐尾氣系統(tǒng)在設(shè)計(jì)理論上是可行的，既環(huán)保又節(jié)能。但由于設(shè)計(jì)上的一些具體細(xì)節(jié)存在不足，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中問題較多，效果不理想。尾氣線設(shè)計(jì)存在以下問題（見圖4）：

①煙氣供熱缺乏有效的調(diào)控手段，造成系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差，操作難度較大。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥系統(tǒng)所需要的熱量是由單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)料量的大小和所干燥物料的固含量決定的，是持續(xù)而穩(wěn)定的。而煙氣流量也是持續(xù)而穩(wěn)定的，如果爐子余熱的供給和閃蒸所需的熱量能及時(shí)相對(duì)匹配，系統(tǒng)運(yùn)行就很平穩(wěn)。但實(shí)際生產(chǎn)中二者存在較大偏差，表現(xiàn)為爐子煙氣供給的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于閃蒸物料所需要的熱量，而煙氣流量缺乏有效的調(diào)控手段，幾乎為100％的供給。出現(xiàn)閃蒸系統(tǒng)較大的超溫現(xiàn)象，運(yùn)行不穩(wěn)定。因此崗位操作人員只有頻繁地開關(guān)四通閥來控制閃蒸的超溫，四通閥存在的最大問題為：一方面煙氣100％地進(jìn)入管道去閃蒸系統(tǒng)，煙氣的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閃蒸的熱量，造成閃蒸系統(tǒng)超溫；另一方面100％地排大氣，則閃蒸系統(tǒng)無熱源，造成閃蒸系統(tǒng)堵料。因此閃蒸系統(tǒng)非常難以控制，不但大幅度增大了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且給設(shè)備的安全運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)帶來不利影響。

②尾氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，造成管線堵塞嚴(yán)重。尾氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，主要有以下幾個(gè)方面的因素：

其一，瓦斯?fàn)t焙燒提供的熱源遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閃蒸所需要的熱源，造成尾氣管線堵塞。瓦斯?fàn)t焙燒產(chǎn)生的煙氣和尾氣在爐頭混合后通過四通閥進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)為閃蒸提供熱源。但瓦斯?fàn)t焙燒提供的熱源遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閃蒸所需要的熱源，因此開閃蒸時(shí)，冷風(fēng)閥全開都難以控制住閃蒸的溫度。為了避免閃蒸系統(tǒng)超溫，四通閥一會(huì)開至排大氣的位置，將煙氣和尾氣的熱源排向大氣；一會(huì)進(jìn)閃蒸，為閃蒸提供熱源。在四通閥處于排大氣的位置，煙氣可以通過助燃風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)排出，而尾氣中因?yàn)楹写罅康姆蹓m，處于既沒有鼓風(fēng)也沒有引風(fēng)的狀態(tài)，難以從排大氣處直接排出，造成尾氣管線堵塞。若是四通閥處于進(jìn)閃蒸的位置，由于冷風(fēng)閥全開，引風(fēng)機(jī)先抽的是冷空氣，再抽的是從四通閥上來的尾氣和煙氣的混合空氣，因此尾氣也難以抽動(dòng)，尾氣管線也容易堵塞。

其二，尾氣和煙氣的混合方式不合理，造成尾氣管線堵塞。尾氣和煙氣在爐頭碰頭后進(jìn)入四通閥，但煙氣無控制熱源的插板，而尾氣線上有調(diào)節(jié)爐內(nèi)壓力的插板，造成煙氣抽力大，尾氣抽力小，尾氣中夾帶的物料更容易堵塞在尾氣管線中。

其三，尾氣線從爐尾出來的空間小，尾氣流速快，夾帶的物料太多。通過引風(fēng)機(jī)的抽力，物料在焙燒過程中產(chǎn)生的尾氣能從爐尾通過尾氣管線進(jìn)入閃蒸布袋系統(tǒng)。尾氣從爐尾出來后，夾帶大量粉塵，若此時(shí)尾氣流速快，則夾帶的粉塵越多；若尾氣流速慢，則夾帶的粉塵越少。因此在生產(chǎn)中希望尾氣在爐尾出口端速度慢，以減少夾帶的粉塵量，保證尾氣系統(tǒng)的暢通。

氣體質(zhì)量流速(u)與質(zhì)量通量（G）之間的關(guān)系為：

G＝ωs/A＝Vsρ/A＝uρ （1）

式中：G為質(zhì)量通量，kg/s；ωs為質(zhì)量流量，kg/s；Vs為體積流量，m3/s；u為流速，m/s；A 為與流動(dòng)方向相垂直的管道截面積，m2；ρ為尾氣密度，kg/m3。

氣體質(zhì)量流速(u)與爐尾出口端管線的截面積（A）之間的關(guān)系為：

Vs/A＝Vs/Лr2 （2）

從式2可以看出：若想降低尾氣在爐尾出口端的流速，必須增加爐尾出口端管線的截面積。而實(shí)際生產(chǎn)中，尾氣管線僅為直徑250 mm的圓形吸入口，管線過小，造成從爐尾出來的尾氣流速快，夾帶大量粉塵。

其四，尾氣管道上插板閥的安裝位置不妥。在尾氣管道上安裝插板閥的主要作用是調(diào)節(jié)爐內(nèi)壓力。但尾氣管道上的插板調(diào)節(jié)閥安裝在尾氣管道的水平段上，并且是靠尾氣管線的后部，使本來平直的氣流通道，多出了一道阻礙氣流運(yùn)動(dòng)的瓶頸。造成部分粉塵沉積在尾氣管線內(nèi)，而不是阻擋在爐內(nèi)。

1.3.3 尾氣系統(tǒng)的改造（見圖5）

①在煙氣管道上設(shè)置排空線和排空調(diào)節(jié)插板。將煙氣管線在四通閥前增設(shè)排空線，并分別在排大氣和去四通閥的管路上各增加插板一個(gè)，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)插板的開度，調(diào)節(jié)去四通閥的熱源量和排大氣的熱源量，保證爐子余熱的供給和閃蒸所需的熱量能及時(shí)相對(duì)匹配，閃蒸系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

②煙氣和尾氣分開，獨(dú)立進(jìn)入閃蒸。將尾氣管線跨過四通閥和冷風(fēng)閥，直接并入進(jìn)閃蒸前的管線。這樣尾氣管線不再受煙氣和冷風(fēng)閥傳入的冷空氣的影響，可以通過引風(fēng)機(jī)的抽力將尾氣抽入閃蒸，保證尾氣管線的暢通。

③擴(kuò)大爐尾尾氣出口端的管線，降低尾氣流速，減少尾氣夾帶的粉塵量。在尾氣出口的爐體上增設(shè)箱體，將原250 mm的圓形吸入口改為方形口，其最大直徑為350mm的正方形，擴(kuò)大抽風(fēng)口的空間，降低尾氣抽風(fēng)口處的尾氣流速。

根據(jù)式（2）可知，改造后的流速u后和改造前的流速u前相比：

u后：u前＝Vs/d2：Vs/Лr2=Лr2 :d2＝3.14×2502/4：3502＝0.4＝40％ （3）

從式（3）可以看出：增大爐尾尾氣口的截面積，尾氣流速可以降低至原來的40％，有效地減少尾氣夾帶的粉塵量。

④爐頭增設(shè)尾氣線，保證爐頭、爐尾均能排尾氣。在爐頭增設(shè)尾氣線，并且在爐頭和爐尾的尾氣線交匯處增設(shè)兩個(gè)八字盲板，保證兩條尾氣線中若有一條尾氣線堵，可以馬上切換至另一條尾氣線，減少因清理尾氣線影響生產(chǎn)的狀況。

⑤改變插板調(diào)節(jié)閥的安裝位置。將原來安裝在尾氣管道水平段上的插板調(diào)節(jié)閥，移到尾氣管道上的吸入口處，且安裝在垂直位置。這樣即使部分粉塵微粒被其阻擋，當(dāng)積聚到一定量后在重力作用下，會(huì)自動(dòng)掉落入爐筒中，消除了原來安裝在水平位置時(shí)，被阻擋后沉積在管道中現(xiàn)象。

通過改造，基本解決了轉(zhuǎn)筒式焙燒爐尾氣系統(tǒng)堵塞、一套閃蒸運(yùn)行不平穩(wěn)的問題。從HY分子篩生產(chǎn)情況看：系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單方便，能基本滿足生產(chǎn)的需求。

2 粉塵治理的效果

通過以上三項(xiàng)改造，LAY裝置的粉塵治理工作上了一個(gè)新臺(tái)階，不僅污染源減少了12個(gè)，而且由于布袋的撲塵效果好，完全可以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（見表1），改變了原來裝置一開工就到處冒灰，臟、亂、差的局面。為L(zhǎng)AY裝置形成生產(chǎn)能力，開工正常創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 天津大學(xué)化工原理教研室.化工原理[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1988.