濕法噴淋與尿素造粒塔粉塵回收淺議

高青宇 王趙興

摘 要：隨著國家戰(zhàn)略中心的進一步規(guī)劃、細化，對安全環(huán)保要求不斷提高，人們對日常生活及周圍環(huán)境的要求越來越高，噪聲治理、三廢處理、安全防范等領域面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，企業(yè)升級改造已經(jīng)迫在眉睫，技術創(chuàng)新和升級刻不容緩，對于氮肥生產(chǎn)企業(yè)，就尿素造粒粉塵而言，展開相關的討論和研究且為必要。

關鍵詞：吸收；粉塵；回收；造粒；節(jié)能

一.排放現(xiàn)狀論述

環(huán)保問題已關系到企業(yè)的生存和發(fā)展，企業(yè)必須考慮在發(fā)展中如何處理經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境保護現(xiàn)實情況。 尿素造粒塔頂排放氣中帶有不可忽視的粉塵，排放的粉塵， 很大一部分降落在造粒塔周圍和廠區(qū)附近， 大大增加了廠區(qū)及附近的大氣腐蝕強度， 造成金屬設施被腐蝕， 混凝土地面破裂， 農(nóng)作物減產(chǎn)和其他植物枯黃。近年來， 國家對環(huán)保的要求愈來愈高， 不僅制訂了排放標準，而且還將其列入了必須治理的環(huán)保項目之中。國家鼓勵發(fā)展的環(huán)境保護技術目錄中，一直推薦回收造粒塔粉塵技術， “氮肥企業(yè)廢氣、廢固處理及清潔生產(chǎn)綜合治理技術”， 以洗滌回收的方式， 能將尿素造粒塔尾氣中的尿素粉塵含量從100 mg / m3 以上降到30mg/ m3 以下， 氨含量從50 mg/ m3 以上降到10mg / m3 以下。這項技術適用于采用自然通風造粒塔的尿素企業(yè)粉塵回收裝置的應用不僅有直接的經(jīng)濟效益， 而且可以大大減少粉塵的排放， 從而達到增效環(huán)保要求。

二.企業(yè)簡述

陜西省渭河化肥廠是“八五”期間建成的國內(nèi)第一套以煙煤為原料，采用水煤漿加壓氣化技術的大型化肥企業(yè)，設計能力為年產(chǎn)合成氨30萬噸、尿素52萬噸，也是國家批準我省利用第三批日本政府貸款建設的國家重點項目。1987年國家計委計原【1987】2444號文批準立項，1990年省人民政府會同化工部對我廠初步設計（初版）在西安進行了審查，省計委以陜計設【1990】400號文正式批準，該項目與1992年3月正式開工建設，1996年12月建成交付。1996年5月開始試生產(chǎn)，1996年底試生產(chǎn)結束。 至今20多年來裝置滿負荷長周期生產(chǎn)運轉已經(jīng)常態(tài)化，連續(xù)創(chuàng)下多個煤化工領域的生產(chǎn)記錄。

三.技術分析

1）尿素生產(chǎn)工藝流程簡述（附圖）：

本裝置以來自氨合成裝置的液氨和氣態(tài)二氧化碳為原料，生產(chǎn)1760MT/D粒狀尿素，其工藝流程可分為高壓合成、分解、濃縮、造粒、回收和工藝冷凝液處理六個工序。

首先由界外來的液氨和二氧化碳和裝置內(nèi)回收的甲銨液在一定溫度、壓力下合成尿液，合成的尿液在高壓區(qū)內(nèi)部隨流程進一步調(diào)節(jié)、變化組分后進入分解工序，分兩步，高低壓分解，在此經(jīng)過減壓、加熱，將其中的甲銨、過量氨一起分解和分離出來。尿液被凈化至濃度為69wt%，含氨0.4%，然后送往濃縮工序，

由分解出來的濃度為69wt%的尿液在此經(jīng)過兩段的真空濃縮器加熱減壓后得到99.8wt%尿液，然后在熔融尿素泵的加壓下送往造粒工序造粒。在閥門控制下，進入造粒塔頂?shù)男D式造粒裝置，經(jīng)造粒噴頭噴淋，熔融尿素與塔底上升的空氣逆流接觸而冷卻，固化成粒狀的尿素產(chǎn)品，在塔底，由刮料機收集到塔底皮帶上，經(jīng)稱重后去包裝。

凈化工序分離出來的NH3、CO2，在回收工序用工藝冷凝液加以回收，最后以甲銨形式返回前面進一步合成尿素。

在濃縮工序將尿液濃縮至98.9wt%時，蒸發(fā)出來的所有的水蒸氣，連同夾帶的尿素霧滴、氣氨和二氧化碳，在真空表冷器作用下冷凝成工藝冷凝液，該冷凝液的13%作為吸收劑送往回收工段，其余送往汽提塔汽提分解，液相送出界區(qū)，氣相送往返回凈化工序回收利用。

尿素生產(chǎn)工藝簡圖：

2）造粒論述

濃縮工序來的99.8%，溫度為138℃的濃溶尿素，經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥與三通閥，送往造粒塔頂?shù)男D式造粒裝置，經(jīng)造粒噴頭噴淋，熔融尿素從塔底上升的空氣逆流接觸而冷卻，固化成粒狀的尿素產(chǎn)品。在塔底，由刮料機收集到塔底皮帶上，經(jīng)稱重后送去包裝系統(tǒng)，造粒塔為自然通風型，熱空氣（含粉塵）由造粒塔頂部排放。

造粒原理，從蒸發(fā)來的尿素熔融液濃度為99.8%，經(jīng)尿素熔融泵輸送到造粒塔頂造粒一般造粒過程，熔融尿液經(jīng)噴頭噴灑與造粒塔底上升來的冷空氣逆流接觸，冷卻、凝固成為尿素成品顆粒。

造粒塔內(nèi)的空氣，自然通風型造粒塔，由于塔內(nèi)上下溫度不同，空氣在不同高度的重度不同，重度大產(chǎn)生熱壓頭，熱壓頭可以估算出，塔越高，熱壓頭越大，但最大一般不超過幾十個毫米水柱，采用自然通風型造粒塔可減少日常生產(chǎn)動力的消耗，可自調(diào)空氣量，隨空氣排出的尿素粉塵每年可達幾百乃至上千噸，成品尿素顆粒粒度為1～2.4mm，最少占成品尿粒的95%，粒度與噴頭的轉速有關。尿素粒子的沉降受到從噴頭噴出的液滴角度與初速度的影響，也受到由于溫差造成的空氣浮力的影響，尿素顆粒應保持一定得溫度，如果尿素粒子表面蒸汽壓大于空氣中水蒸氣分壓，則尿素粒子會蒸發(fā)出水分，反之，則尿素粒子將吸收空氣中的水分，造成尿素顆粒結塊，對尿素的存儲和包裝造成必要的困難。

3）洗滌回收原理

尿素造粒塔粉塵回收采用濕式噴淋吸收的原理，利用解吸廢液（溫度60℃）經(jīng)泵加壓霧化，與尿素粉塵充分接觸，形成的液滴經(jīng)氣液分離器分離下來，進入循環(huán)液中，循環(huán)液達到一定濃度（尿素含量10%）回收進入尿素生產(chǎn)系統(tǒng)。循環(huán)蒸發(fā)及補入系統(tǒng)的液體損失，由新鮮的解吸廢液補入。

4）流程敘述

1. 尿素造粒塔內(nèi)上升的含粉塵氣體，在出風口處經(jīng)增設液體吸收裝置上升，與下降的循環(huán)吸收液噴頭壓力0.15MPa，充分接觸后氣體上升至一級分離段，液體下降進入收集槽。經(jīng)一、二級錯流霧化噴射吸收的氣體進入二級分離段大通道低阻力分離裝置（H=360mm分離器），最后進入三級低阻力分離裝置（H=150mm分離器），分離含尿素粉塵的吸收液及上升氣體.使氣體增加了分布、分離吸收效果。經(jīng)三次分離除去夾帶的液滴，經(jīng)最后一級分離除去飽和氣體中冷凝的液滴，充分解決了吸收液滴帶出塔外現(xiàn)象。

尿素粉塵回收裝置的循環(huán)液采用的是解吸廢液作為吸收液的補充（有低壓水解裝置除外），解吸廢液由解吸塔壓力0.25MPa，進入解吸廢液槽，經(jīng)廢液泵加壓至0.85MPa，自造粒塔頂噴射洗滌噴頭加入分離裝置，起到洗滌吸收分離和系統(tǒng)加液及保證塔熱壓頭等多重功效。或直接進入循環(huán)槽。循環(huán)泵將循環(huán)液加壓0.40MPa，進入吸收霧化噴頭，達10%的循環(huán)液定期排入尿素蒸發(fā)系統(tǒng)予以回收。

在循環(huán)吸收過程中，由于尿素溶解吸熱和塔頂冷空氣的作用，循環(huán)吸收液溫度不斷下降，由循環(huán)液調(diào)溫加熱器，使溫度穩(wěn)定控制在30-40℃，不引起結晶為宜。調(diào)溫加熱器可設在循環(huán)槽內(nèi)，加熱源采用尿素系統(tǒng)低壓蒸汽0.20MPa，也可用系統(tǒng)保溫蒸汽。

2. 粉塵回收裝置空氣流程：

造粒內(nèi)熱氣經(jīng)過造粒間側面通道------熱壓頭增加后進入霧化吸收區(qū)------經(jīng)過兩段霧化吸收后進入一級分離器-------然后經(jīng)清洗噴頭進入錯流捕水霧器------除去霧滴后的飽和氣體進入三級分離空間--------與通風窗進來的外圍冷空氣混合，進一步冷凝下含尿素微粒的液滴--------再經(jīng)三級分離后放空

在霧化區(qū)上升的熱空氣中夾帶微粒尿素與下降的循環(huán)吸收液充分接觸后，進入分離段，經(jīng)二次分離除去夾帶的液滴，經(jīng)最后一級分離除去飽和氣體中冷凝的液滴，充分解決了吸收液滴帶出塔外現(xiàn)象。

3、粉塵回收裝置液體流程：

廢液泵（尿素水解廢液）----直接進入清洗噴頭，進行初步吸收及加液作用----液體收集箱----循環(huán)降液水道--------過濾裝置------循環(huán)吸收泵----調(diào)溫裝置----霧化噴射器。

4、粉塵回收裝置采用尿素水解器的液體作為吸收液的置換補充液，即通過上部的洗滌噴頭加入裝置，起到洗滌汽水分離器和向系統(tǒng)加液的雙重作用。

粉塵回收裝置開始使用時，先通過上部的洗滌噴頭向系統(tǒng)加水解廢液，當加到循環(huán)槽液位一半時，開啟循環(huán)泵充液至霧化噴頭，噴液進行吸收。在吸收過程中，由于溶解尿素吸熱，吸收液溫度不斷下降，開啟循環(huán)液調(diào)溫加熱器，控制在40-50℃之間，當循環(huán)吸收液中濃度升到一定值，就應排入尿素生產(chǎn)蒸發(fā)系統(tǒng)給于回收。

5）回收技術特點

1、該造粒塔粉塵回收裝置采用三段吸收、三段分離工藝，有效保證除塵效果和氣水分離，避免霧化洗滌液帶出造粒塔外，造成二次污染。

2、在分離過程中通入冷空氣，使飽和熱氣中的尿素液滴冷凝并分離，確保不帶入大氣中。

3、調(diào)溫裝置的使用，控制循環(huán)液溫度和循環(huán)液中尿素溶化物的濃度。

4、吸收過程、分離過程采用低阻力錯流設計，控制熱壓頭損失，保證冷卻尿素顆?？諝庥昧?

5、針對每個項目，均根據(jù)該造粒塔的實際運行負荷及風量進行重新計算，確保裝置投運后，通風阻力不增加，不帶液。

6）回收裝置控制操作優(yōu)勢和特點：

裝置全部置于造粒塔上方，操作簡便與生產(chǎn)系統(tǒng)合為一體，采用先進霧化器和多噴嘴順觸霧化吸收器，裝置采用原塔自然通風，不外加強力通風設施。

操作控制要點指標：

1）. 循環(huán)吸收液溫度： 30-40℃

2）. 回蒸發(fā)系統(tǒng)時循環(huán)吸收液濃度： 20-25% （重量）

3）. 循環(huán)槽吸收液位：40-60%？

4）. 循環(huán)吸收液回收：利用調(diào)節(jié)閥自動回收。

5）. 上部通風窗調(diào)節(jié)開啟度：20-80%

6）. 開啟噴頭數(shù)量可根據(jù)生產(chǎn)負荷進行相應的調(diào)整。

7）. 泵進口過濾器定時清洗， 為方便貴公司操作方便及收水器結晶、上層沖洗噴頭采用自動裝置。

8）為防止裝置開啟有阻力、本裝置設計出風口比原出風口大30平方米。

7）總投資費用：

四.經(jīng)濟效益分析：

每年計算可回收尿素量如下：一天回收

尿素量： 3噸/天（粉塵凈回收150mg/m3，總空氣量80萬m3/h），

年回收尿素：3*300*1600（價格）= 150萬元

消耗主要費用：

1）、蒸汽消耗費用：一年耗蒸汽資金：尿液濃度按15%計算，1000噸÷15%=6666.7噸（參考尿素生產(chǎn)蒸發(fā)系統(tǒng)用蒸汽150公斤/噸尿素的能量平衡傳遞），一噸15%的稀尿液需要約350kg蒸汽。6666.7X0.35=2333噸，若每噸100元，2333 X100元/噸=23萬元

2）、電消耗費用：

電耗費用：41KW×24小時×330天×0.5元/ KW.h=16.236萬元.

3）、年凈效益：

150– 20.79- 16.236 = 111萬元

經(jīng)以上核算，本裝置總投資362萬元，運行后年凈效益113萬元， 大約3年收回成本，相關環(huán)保效益遠遠大于有關經(jīng)濟效益，是節(jié)能減排的一項較好措施。

五.綜上所述：

該回收技術在尿素造粒塔粉塵回收中得到很多應用，為國家環(huán)保總局推廣認可，并且經(jīng)過多次實踐改進，改進的后裝置提高了尿素回收產(chǎn)量、降低了成本、減少了排放、延長了填料使用壽命、操作簡易、增加了通風量。