新型除塵技術(shù)在氯化鉀生產(chǎn)中的應(yīng)用及發(fā)展

陳美嶺，馬 珍，王 韌，張國(guó)玉

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，國(guó)家鹽湖資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，青海省鹽湖資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 格爾木 816099)

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“公司”)是中國(guó)最大的鉀肥工業(yè)生產(chǎn)基地。擁有設(shè)計(jì)年產(chǎn)能力2套100萬(wàn)t、1套20萬(wàn)t和1套10萬(wàn)t共計(jì)4套KCl生產(chǎn)裝置，所有生產(chǎn)裝置均采用擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“反浮選—冷結(jié)晶”生產(chǎn)工藝。

氯化鉀生產(chǎn)所產(chǎn)生的精鉀產(chǎn)品均需進(jìn)行末端的干燥處理，目前氯化鉀的干燥主要采用滾筒干燥，通過(guò)天然氣或者煤燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔猓c氯化鉀直接接觸，加熱促使氯化鉀脫水。在此過(guò)程中，鉀肥干燥所產(chǎn)生的尾氣含有部分氯化鉀顆粒，因此，實(shí)際生產(chǎn)線干燥后端設(shè)置有旋風(fēng)分離和布袋除塵裝置，但工程實(shí)踐結(jié)果表明，尤其是布袋除塵的實(shí)際運(yùn)行情況效果并不理想，煙氣經(jīng)除塵后直接排入大氣，無(wú)法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。尾氣在排放過(guò)程中因顆粒物(氯化鉀粉塵)濃度過(guò)高，造成環(huán)境污染。與此同時(shí)，尾氣中夾帶粉塵實(shí)為氯化鉀顆粒，污染環(huán)境的同時(shí)還帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)損失。因此，做好鉀肥生產(chǎn)末端干燥尾氣的粉塵回收工作對(duì)于鹽湖鉀資源高效利用具有重要意義。

1 除塵技術(shù)現(xiàn)狀

工業(yè)上的煙氣或者尾氣除塵技術(shù)已經(jīng)有一百多年的歷史，早期的除塵器主要用于回收大顆粒物料，除塵效率不高，20世紀(jì)60年代，隨著環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)格，除塵技術(shù)得到迅速發(fā)展，特別是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)焦化行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、水泥行業(yè)、火電行業(yè)、有色金屬行業(yè)等環(huán)境治理的要求加大，工業(yè)煙氣除塵行業(yè)得到快速發(fā)展。目前，尾氣粉塵回收工藝分類較多，優(yōu)缺點(diǎn)各不相同，主要分為四種：機(jī)械式粉塵回收工藝、電粉塵回收工藝、過(guò)濾式粉塵回收工藝和濕式粉塵回收工藝。見(jiàn)表1。

表1 除塵工藝技術(shù)對(duì)比表Tab.1 Comparison table of dedusting technology

根據(jù)環(huán)境保護(hù)部及國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布的《化學(xué)肥料工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》內(nèi)容，氯化鉀企業(yè)干燥爐尾氣除塵器排放限值30 mg/m3，特別排放限值20 mg/m3。綜合不同方式除塵技術(shù)特征，研究設(shè)計(jì)了新型模塊化除塵技術(shù)。

2 新型除塵技術(shù)路線

由前述除塵技術(shù)研究現(xiàn)狀可知，不同除塵技術(shù)因技術(shù)原理不同，相應(yīng)除塵效果存在差異，即便采用同一除塵單元技術(shù)，其除塵效果也和含塵氣體物性、粉塵化學(xué)組成、顆粒尺寸分布特點(diǎn)等密切相關(guān)。因此，針對(duì)鹽湖氯化鉀生產(chǎn)中除塵現(xiàn)狀，圍繞實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)氯化鉀干燥尾氣進(jìn)行粉塵相關(guān)檢測(cè)分析。

2.1 基礎(chǔ)參數(shù)及相關(guān)測(cè)算分析

氯化鉀干燥車間圍繞氯化鉀干燥尾氣排放進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目主要包括尾氣粉塵顆粒物和氮氧化物含量，檢測(cè)點(diǎn)選取干包車間新、老系統(tǒng)6個(gè)點(diǎn)位，檢測(cè)頻次為連續(xù)進(jìn)行兩個(gè)生產(chǎn)周期的監(jiān)測(cè)，每個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)檢測(cè)三次。檢測(cè)過(guò)程儀器名稱型號(hào)、分析方法和檢測(cè)靈敏度見(jiàn)表2，實(shí)際檢測(cè)分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 含塵尾氣檢測(cè)項(xiàng)目與分析方法Tab.2 Detection items and analysis methods of dusty tail gas

表3 含塵尾氣檢測(cè)項(xiàng)目與分析方法統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of detection items and analysis methods of dusty tail gas

由相關(guān)檢測(cè)結(jié)果可知，兩套系統(tǒng)的顆粒物檢測(cè)結(jié)果基本維持200 mg/m3以上，另外，根據(jù)布袋除塵與旋風(fēng)除塵尾氣顆粒含量對(duì)比測(cè)算，布袋除塵結(jié)果與旋風(fēng)除塵檢測(cè)值基本接近，說(shuō)明舊系統(tǒng)布袋除塵因結(jié)露、布袋粘結(jié)等問(wèn)題，基本處于無(wú)效運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 新型除塵技術(shù)原理

新型模塊化袋式除塵系統(tǒng)是將單個(gè)袋式除塵設(shè)計(jì)成獨(dú)立過(guò)濾單元，整體系統(tǒng)由獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)組成，因此，實(shí)際模擬針對(duì)單獨(dú)模塊除塵裝置即可。對(duì)于整個(gè)袋式除塵，其主要核心單元為其過(guò)濾室，其次，因模塊化并聯(lián)設(shè)計(jì)思路，實(shí)際操作運(yùn)行還涉及到尾氣分配與過(guò)濾后尾氣排放，故而相關(guān)模擬研究還包括進(jìn)出風(fēng)管道系統(tǒng)。

由于除塵模塊的幾何結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，內(nèi)部布袋數(shù)量較多，劃分整體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格步驟較為繁瑣，故采用結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格混合的模式對(duì)模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分。經(jīng)過(guò)前期幾何模型的分割，對(duì)滿足掃掠條件的幾何區(qū)域采用Sweep方法劃分網(wǎng)格，建立六面體網(wǎng)格；對(duì)于不滿足掃掠條件的幾何區(qū)域則建立四面體網(wǎng)格。

3 新型除塵技術(shù)的應(yīng)用

前期公司在現(xiàn)有烘干窯尾廢氣出風(fēng)口處安裝了1套處理氣量為20 000 m3/h的內(nèi)濾式布袋除塵器，該裝置自帶一套布袋除塵器反吹系統(tǒng)，通過(guò)羅茨風(fēng)機(jī)將處理后的尾氣引入布袋除塵器，進(jìn)行逆氣流清灰，不再另外考慮壓縮空氣。4#烘干窯布袋除塵器按照20 000 m3/h風(fēng)量濾袋除塵凈化試驗(yàn)裝置進(jìn)行擴(kuò)大應(yīng)用。

隨著過(guò)濾過(guò)程的進(jìn)行，粉塵沉積在濾袋的內(nèi)表面，濾袋內(nèi)外的壓差會(huì)逐漸上升，當(dāng)濾袋內(nèi)表面積灰達(dá)到一定量時(shí)，為避免系統(tǒng)阻力過(guò)大，需要進(jìn)行清灰操作。清灰時(shí)，由清灰控制裝置(可采用差壓、定時(shí)或手動(dòng)控制模式，項(xiàng)目推薦采用定時(shí)清灰方案)按設(shè)定程序打開(kāi)反吹風(fēng)并利用凈化后的潔凈風(fēng)進(jìn)行反吹清灰。清灰機(jī)構(gòu)由反吹風(fēng)機(jī)和電動(dòng)開(kāi)斷閥組成。清灰時(shí)，電動(dòng)閥接受電控系統(tǒng)信號(hào)動(dòng)作并打開(kāi)，來(lái)自反吹風(fēng)機(jī)的反吹風(fēng)進(jìn)入箱體，壓縮濾袋外側(cè)，引發(fā)濾袋全面抖動(dòng)，使濾袋從膨脹狀態(tài)轉(zhuǎn)向吸癟狀態(tài)，從而清除附著在濾袋內(nèi)表面的粉塵，達(dá)到清灰的目的。過(guò)濾過(guò)程和清灰過(guò)程中截流的粉塵落入灰斗中的粉塵經(jīng)雙層重力式卸灰閥鎖氣排至輸灰螺旋機(jī)裝置，以確保除塵系統(tǒng)的漏風(fēng)率。

該技術(shù)采用離線檢修方式，需要把布袋除塵器內(nèi)部區(qū)分成14個(gè)密封氣室，每個(gè)氣室進(jìn)氣口、過(guò)濾后潔凈風(fēng)出口和反吹風(fēng)進(jìn)口均裝有電動(dòng)閥，共同組成離線閥系統(tǒng)。在對(duì)某個(gè)氣室進(jìn)行檢修時(shí)，需要首先控制離線閥組使這個(gè)氣室關(guān)閉，不再進(jìn)行煙氣過(guò)濾，使該室完全脫離工作系統(tǒng)，對(duì)該室進(jìn)行相關(guān)檢修與保養(yǎng)。布袋除塵器設(shè)置有差壓及定時(shí)清灰裝置，并采用PLC進(jìn)行自動(dòng)控制。其主要技術(shù)思路即在原有工藝基礎(chǔ)上，通過(guò)袋式除塵尾氣進(jìn)行反吹，避免冷空氣的引入和水蒸氣的帶入，進(jìn)而達(dá)到抑制除塵過(guò)程結(jié)露、粘袋等現(xiàn)象。相應(yīng)的工藝流程見(jiàn)圖1。烘干窯排出的含塵氣體經(jīng)進(jìn)風(fēng)總管分配到各個(gè)袋式除塵過(guò)濾室，除塵后的煙氣通過(guò)出風(fēng)總管搜集，一部分通過(guò)反吹風(fēng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入反吹風(fēng)管，進(jìn)行袋式除塵器反吹清灰，其余除塵后的煙氣則直接排放。

圖1 反吹風(fēng)式布袋除塵器工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Process flow diagram of reverse blowing bag filter

同時(shí)，基于上述工藝流程設(shè)計(jì)，此項(xiàng)目4#烘干窯布袋除塵器范圍主要包括烘干轉(zhuǎn)窯尾部排料罩、風(fēng)管、內(nèi)濾式布袋除塵器 (逆氣流清灰)、設(shè)備基礎(chǔ)、配電PLC室和排放煙囪加高六部分。為保證清灰過(guò)程連續(xù)自動(dòng)化，布袋反吹卸料至灰斗后，捕及的粉塵顆粒通過(guò)重力卸灰閥進(jìn)入螺旋輸送機(jī)，由螺旋輸送機(jī)送入4#皮帶機(jī)，最終送入現(xiàn)有旋風(fēng)皮帶機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)粉塵收集。表4為第三方分析檢測(cè)結(jié)果。

表4 第三方分析檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Analysis and test results from the third party

表4檢測(cè)分析結(jié)果表明，新建布袋除塵裝置后的氯化鉀干燥尾氣除塵效果顯著，尾氣中氯化鉀顆粒物夾帶量由原先200 mg/m3降低至16 mg/m3，達(dá)到了環(huán)境保護(hù)部及國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局《化學(xué)肥料工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見(jiàn)稿)特別排放限值20 mg/m3的要求，建設(shè)后除塵效果顯著提升。

4 結(jié)論及建議

該技術(shù)的實(shí)施，通過(guò)高溫尾氣循環(huán)利用解決了袋式除塵器結(jié)露、粘袋等工程技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了氯化鉀生產(chǎn)尾氣高效穩(wěn)定除塵工藝模式。處理后尾氣粉塵顆粒含量降低至20 mg/m3以下，降低鉀肥生產(chǎn)尾氣環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，有效提高了氯化鉀生產(chǎn)的產(chǎn)品回收率，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益協(xié)同提升，為國(guó)家碳中和、碳達(dá)峰戰(zhàn)略發(fā)展提供支持。建設(shè)符合國(guó)家節(jié)能降耗和綜合利用資源的政策，符合公司挖潛增產(chǎn)、降本增效的目標(biāo)。符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展規(guī)劃，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和科學(xué)發(fā)展政策。

目前該技術(shù)已經(jīng)在公司4#干燥生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了示范運(yùn)行，建議在現(xiàn)有生產(chǎn)線上進(jìn)一步開(kāi)展優(yōu)化研究，圍繞碳中和、碳達(dá)峰戰(zhàn)略發(fā)展，進(jìn)一步提高粉塵顆粒回收率，同時(shí)開(kāi)展尾氣熱能循環(huán)利用相關(guān)研究，實(shí)現(xiàn)氯化鉀干燥生產(chǎn)的節(jié)能降耗，形成優(yōu)化完善的改進(jìn)模式，并在其它鉀肥生產(chǎn)裝置同步開(kāi)展推廣應(yīng)用。