大型復(fù)合肥裝置尾氣深度治理技改總結(jié)

王禮龍，張兵印，楊振軍，周劍波，關(guān)鳳禹，王亞生，王云超

（中國(guó)-阿拉伯化肥有限公司，河北 秦皇島 066003）

0 引言

中國(guó)-阿拉伯化肥有限公司（以下簡(jiǎn)稱公司）地處旅游城市秦皇島市，復(fù)合肥裝置煙囪距居民區(qū)只有900多米。公司復(fù)合肥二期裝置尾氣產(chǎn)生量高達(dá)55萬(wàn)m3/h，來(lái)源為造粒、干燥、冷卻和通風(fēng)4股尾氣，成分復(fù)雜，含有粉塵、氨和氟。該裝置引進(jìn)法國(guó)AZF技術(shù)，尾氣采用除塵器和噴淋塔兩級(jí)洗滌，排煙顆粒物質(zhì)量濃度小于100mg/m3。濕法洗滌后煙氣處于飽和狀態(tài)，煙囪排氣形成白色煙羽，造成不好的影響。本次技改的思路為，針對(duì)濕法洗滌無(wú)法去除的細(xì)微粉塵，增設(shè)濕式靜電除霧器，尾氣達(dá)到超凈排放；排煙前加熱尾氣降低相對(duì)濕度后排空，消滅大白煙現(xiàn)象。

1 復(fù)合肥裝置尾氣深度治理技改目標(biāo)設(shè)定、內(nèi)容及設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 技改目標(biāo)設(shè)定

根據(jù)尾氣排放現(xiàn)狀，本次尾氣深度治理指標(biāo)參照標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。考慮到環(huán)保要求將越來(lái)越嚴(yán)，環(huán)保投入一次到位為宜，將技改目標(biāo)設(shè)定為ρ（顆粒物）小于10mg/m3，消除煙氣拖尾。

表1 煙氣治理項(xiàng)目指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

1.2 技改內(nèi)容

復(fù)合肥行業(yè)無(wú)現(xiàn)成超低排放范例，在比較管束除塵、濕式靜電除霧器（簡(jiǎn)稱濕電）除塵、冷卻再混除塵3種技術(shù)路線后，選定除塵效率高、投資中等的濕電除塵方案［1］。

改造流程為二級(jí)洗滌尾氣在原有煙囪截?cái)?，?jīng)新增管道引入濕電，除塵除霧后再進(jìn)行加熱，然后經(jīng)新增管道返回原煙囪上部排空，洗滌系統(tǒng)由二級(jí)變?yōu)槿?jí)。尾氣進(jìn)入濕電后，顆粒物和霧滴在電場(chǎng)中荷電，被陽(yáng)極管吸附，含塵液體在自身重力作用下沿陽(yáng)極管表面流下，匯入下殼體后自流到?jīng)_洗液槽。為防止陽(yáng)極管結(jié)料，定期對(duì)其進(jìn)行噴淋沖洗。濕電除下液送到原洗滌系統(tǒng)作為補(bǔ)充工藝水，就地消化。濕電系統(tǒng)新增壓降：電除霧器500 Pa、管道及彎頭210 Pa，合計(jì)710 Pa。原裝置尾洗系統(tǒng)富裕壓力不足，拆除原尾氣洗滌塔旋流板后可以不要增壓風(fēng)機(jī)，大幅度降低濕電系統(tǒng)電耗。

1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）濕電主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)闻_(tái)尾氣處理能力為55萬(wàn)m3/h，進(jìn)口尾氣ρ（顆粒物）≤115mg/m3，處理后尾氣ρ（顆粒物）≤10mg/m3；除塵效率≥91.6%，設(shè)計(jì)尾氣溫度30～60℃，壓力降300～500 Pa，本體漏風(fēng)率≤1.5%；上下殼體材質(zhì)為316L，電除霧器外形尺寸為20.0m×13.7m×29.0m，總質(zhì)量（含操作臺(tái)）320 t，設(shè)計(jì)使用壽命20年；氣流分布均勻性≥92%，尾氣流向?yàn)橄逻M(jìn)上出；陽(yáng)極管1 140個(gè)，陽(yáng)極管為內(nèi)切圓直徑360mm的正六邊形，陽(yáng)極管材質(zhì)為導(dǎo)電玻璃鋼，陽(yáng)極管模塊12個(gè)；電場(chǎng)氣速1.19m/s；噴淋沖洗系統(tǒng)1套，噴淋水壓0.2～0.5MPa，最大瞬時(shí)沖洗水量2.5m3/min；總流通面積127.9m2；電除霧器用電功率200×2 kW；氣體分布裝置為兩級(jí)，導(dǎo)流裝置+布風(fēng)格柵；沖洗裝置為不銹鋼材質(zhì)，間斷沖洗；沖洗噴頭40個(gè)，陰極線總長(zhǎng)度7.6 m；高壓機(jī)組型號(hào)為100 kV/2 000 mA，控制型式為恒流源。

（2）用電設(shè)計(jì)參數(shù)：新增用電設(shè)備5臺(tái)，其中濕電、洗滌液泵及濕電配套風(fēng)機(jī)為常開(kāi)設(shè)備，濕電沖洗泵為間歇運(yùn)行設(shè)備。濕電本體運(yùn)行最大功耗為400 kW，實(shí)際平均運(yùn)行功耗為180～240 kW。濕電系統(tǒng)總裝機(jī)容量為464 kW。

1.4 濕電系統(tǒng)施工

為盡快投入使用，將技改實(shí)施時(shí)間壓縮到最短。龐大的濕電本體設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)組裝，支架為鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)上部與濕電設(shè)備安裝交叉施工，現(xiàn)場(chǎng)組焊不銹鋼上下殼體，配裝陽(yáng)極管模組。通過(guò)精心組織施工，從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)，實(shí)際技改工期僅為5個(gè)月。濕電系統(tǒng)實(shí)景見(jiàn)圖1。

圖1 濕電系統(tǒng)及進(jìn)出風(fēng)管

2 消除大白煙技改

濕電利用電場(chǎng)除去液態(tài)水，但對(duì)尾氣中攜帶的氣態(tài)水無(wú)能為力，濕電出口尾氣屬飽和煙氣，直接排放會(huì)有氣態(tài)水冷凝，導(dǎo)致大白煙現(xiàn)象。消除大白煙需要降低煙氣中氣態(tài)水量、煙氣相對(duì)濕度。技改前進(jìn)行了脫白試驗(yàn)，技改時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

2.1 脫白試驗(yàn)

技改前公司成立煙氣脫白技術(shù)攻關(guān)小組，進(jìn)行調(diào)研、小試和中試，確定先冷凝后加熱原則，措施為先冷卻尾氣以去除部分水，再加熱部分尾氣進(jìn)行混風(fēng)以降低排放煙氣相對(duì)濕度。在生產(chǎn)裝置進(jìn)行了試驗(yàn)，造粒和干燥尾氣管道里面增設(shè)換熱器來(lái)降低尾氣溫度，減少水分；在冷卻尾氣管道里面增設(shè)蒸汽換熱器來(lái)加熱升溫，再送入排氣煙囪與造粒、干燥尾氣混合，降低煙氣相對(duì)濕度。冷卻和升溫設(shè)施投用后，效果明顯，夏季幾乎看不到煙囪冒煙，實(shí)現(xiàn)夏季煙氣脫白。試驗(yàn)成功后確定了本項(xiàng)技改的技術(shù)路線：前端采用冷卻措施降溫除去部分水，中端用濕電除塵除霧凈化尾氣，后端加熱升溫消除白煙。

2.2 風(fēng)管特殊設(shè)計(jì)

本次技改在原有煙囪中間增設(shè)隔板，在隔板前將所有煙氣引入新增濕電，然后再返回隔板進(jìn)入煙囪排放。由于風(fēng)量較大，煙氣管道直徑為3.4m，考慮利用管道給尾氣降溫。風(fēng)管后端15m采用316 L不銹鋼圓管，以起到換熱作用，相當(dāng)于一臺(tái)換熱面積為160m2的空氣冷卻器。風(fēng)管的特殊設(shè)計(jì)，使得尾氣降溫冷凝析出水分，投料后在進(jìn)風(fēng)管排液管觀察到明顯的水流，管道冷卻取得實(shí)際除水效果。析出形成的水霧，進(jìn)入濕電后脫除。

2.3 蒸汽換熱器

在濕電出口增設(shè)蒸汽換熱器以提升尾氣溫度，從而降低煙氣相對(duì)濕度，減少煙囪排出氣冷凝產(chǎn)生的白煙。換熱器采用翅片式，以低壓蒸汽為熱源。換熱器由8組換熱管組成，分成2個(gè)獨(dú)立個(gè)體，4組為一個(gè)整塊，換熱管采用不銹鋼管，上部掛鋁翅片，換熱器面積2 686m2。換熱器設(shè)計(jì)可將尾氣溫度由35℃提高至65℃，最大蒸汽消耗量7.6 t/h。換熱器阻力降約400 Pa。加熱后煙氣相對(duì)濕度由100%降為27%，有效消減尾氣排放大白煙現(xiàn)象，視覺(jué)觀感明顯改善。

3 長(zhǎng)周期運(yùn)行措施

3.1 濕電布風(fēng)系統(tǒng)

投料后發(fā)現(xiàn)尾氣粉塵含量超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)，濕電除塵效率不足。實(shí)測(cè)濕電內(nèi)部各處氣速，發(fā)現(xiàn)有1/3區(qū)域氣速超標(biāo)，不能穩(wěn)定在設(shè)計(jì)氣速1.19 m/s范圍。氣速高低不一說(shuō)明氣流分布不均，氣流局部超速，通過(guò)電場(chǎng)時(shí)間不足導(dǎo)致除塵效率降低。布風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為先經(jīng)氣體導(dǎo)流裝置，再到氣體分布格柵。首先改進(jìn)導(dǎo)流裝置，經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬氣流分布，在低速區(qū)增加出氣口，超速區(qū)增加折流板。結(jié)果，超速區(qū)減少1/2。再改進(jìn)分布格柵，在格柵上增加30 cm填料層，提升布風(fēng)性能。選用的填料增加阻力很小，布風(fēng)效果好。增設(shè)填料后氣流超速現(xiàn)象全部消除，除塵效率達(dá)標(biāo)。

3.2 濕電沖洗液過(guò)濾

濕電投料后馬上出現(xiàn)故障，開(kāi)車檔位達(dá)不到設(shè)計(jì)最高20檔，經(jīng)常在高檔位出現(xiàn)放電現(xiàn)象，電場(chǎng)不穩(wěn)，被迫降低到5～12檔運(yùn)行，尾氣粉塵超標(biāo)。檢查發(fā)現(xiàn)陰極線芒刺上掛雜物，導(dǎo)致放電現(xiàn)象。被迫停車逐根檢查陰極線，清理懸掛雜物。檢查雜物為玻璃纖維絲線，必須加以清理。玻璃絲線為玻璃鋼尾氣管道施工遺留物，多次用清水置換沖洗液槽，一個(gè)月后玻璃纖維絲消除。

投料后發(fā)現(xiàn)噴淋沖洗管線螺旋噴頭嚴(yán)重堵塞，影響清洗效果。清理后又出現(xiàn)堵塞，反復(fù)多次無(wú)法消除。堵塞噴頭的雜物為編織袋絲線，為化肥原料編織袋破包中產(chǎn)生，混入系統(tǒng)隨尾氣帶入濕電。這是復(fù)合肥廠特有工序?qū)е碌膰娮於氯?。找出原因后，在濕電沖洗泵前增設(shè)過(guò)濾器，阻擋編織袋絲線并定期清理。結(jié)果未再發(fā)生噴頭堵塞故障。幾個(gè)月后，雜物故障消除，濕電可以穩(wěn)定在高檔位運(yùn)行。

3.3 濕電清理周期調(diào)整

濕電陽(yáng)極管內(nèi)壁易結(jié)垢，必須定期進(jìn)行噴淋沖洗。濕電設(shè)計(jì)清理周期為7 d清理1次，每次清理10～15min。同類濕電在貴州使用經(jīng)驗(yàn)是每班清洗1次，每天清洗3次［2］，使用2年后仍發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，以致需要在大修時(shí)進(jìn)行專門的除垢作業(yè)。公司將濕電清理周期定為每天1次，每次15min，觀察清理效果。

濕電實(shí)際運(yùn)行一年半后，實(shí)測(cè)濕電除下洗滌液量為1.64m3/h，陽(yáng)極管內(nèi)壁僅有一層很薄的結(jié)垢，運(yùn)行良好。當(dāng)沖洗液相對(duì)密度達(dá)到1.04后，則進(jìn)行一次清水置換作業(yè)，實(shí)測(cè)工藝水消耗量為0.18m3/h。實(shí)際開(kāi)車證明，每天1次的清洗頻率可以保證濕電長(zhǎng)周期運(yùn)行。

4 技改后運(yùn)行效果

本技改項(xiàng)目于2018年投入使用，至今已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行兩年多，運(yùn)行效果總結(jié)如下。

4.1 尾氣超凈排放

濕電運(yùn)行二次電壓60～81 kV，二次電流900～1 700mA，檔位10～18，粉塵低則降低濕電檔位以節(jié)能。視鏡觀察濕電內(nèi)部通透性良好，內(nèi)件清晰可見(jiàn)。濕電除下液進(jìn)入沖洗液槽，并連續(xù)輸出到原有洗滌系統(tǒng)進(jìn)行消化。

濕電投用后，秦皇島市環(huán)保局組織濕電項(xiàng)目竣工環(huán)境驗(yàn)收，委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)排放尾氣進(jìn)行6次檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 公司濕電技改后尾氣檢測(cè)結(jié)果 mg/m3

檢測(cè)表明尾氣ρ（顆粒物）下降到7.2～7.9mg/m3，平均值7.5mg/m3。環(huán)保局尾氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顆粒物含量，1—6月實(shí)測(cè)ρ（顆粒物）月平均值為3.9、2.7、4.4、4.2、2.9、2.2 mg/m3，平均值3.3 mg/m3，達(dá)到超凈排放水平。

4.2 排煙視覺(jué)效果改善

本次技改為消除“大白煙”，在濕電出口設(shè)置蒸汽加熱器，運(yùn)行表明，技改后春季、夏季和秋季無(wú)可視排煙，做到“無(wú)煙生產(chǎn)”。

技改前居民多次投訴公司煙氣，技改后排煙視覺(jué)改善，環(huán)保投訴未再出現(xiàn)。公司在廠區(qū)大門口樹(shù)立電子大屏幕，向社會(huì)公示在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)尾氣顆粒物含量等數(shù)據(jù)。本次技改成功，讓公司有底氣接受社會(huì)監(jiān)督。

5 尾氣深度治理效益評(píng)估

5.1 濕電系統(tǒng)運(yùn)行成本

濕電的主要運(yùn)行成本為設(shè)備電費(fèi)和加熱蒸汽費(fèi)用。

（1）實(shí)測(cè)濕電系統(tǒng)用電設(shè)備負(fù)荷為126 kW，年電費(fèi)為126×7 000×0.6元=52.9萬(wàn)元。

（2）加熱蒸汽冬季消耗量較大，其余3季消耗量較小，實(shí)測(cè)平均生產(chǎn)每噸復(fù)合肥消耗加熱蒸汽34 kg，外購(gòu)蒸汽價(jià)格為200元/t，則每年增加蒸汽消耗費(fèi)用為0.034×200×40萬(wàn)元=272萬(wàn)元。

濕電系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)為324.9萬(wàn)元。

5.2 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

直接經(jīng)濟(jì)效益來(lái)自濕電對(duì)粉塵（復(fù)合肥）的回收。技改前尾氣ρ（顆粒物）平均100mg/m3，技改后降至6mg/m3，則每年回收的顆粒物為296 t。復(fù)合肥成本按2 750元/t計(jì)，則回收復(fù)合肥價(jià)值為296×2 750元=81.4萬(wàn)元。濕電系統(tǒng)每年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益為81.4萬(wàn)元。

本次濕電技改項(xiàng)目立項(xiàng)快，建設(shè)快，效果顯著，再一次引領(lǐng)了復(fù)合肥行業(yè)在尾氣治理方面的發(fā)展。濕電投用后，公司從秦皇島市環(huán)保整改重點(diǎn)單位變?yōu)闊煔庵卫硐冗M(jìn)單位，解除了企業(yè)外遷威脅。同時(shí)，受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注與好評(píng)，多次接待相關(guān)企業(yè)參觀。公司尾氣深度治理技術(shù)樹(shù)立了復(fù)合肥行業(yè)環(huán)保新典范，在國(guó)內(nèi)有廣泛的應(yīng)用空間。