盧敏榮

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 尿素造粒塔粉塵的形成

1.1 尿素造粒塔基本造粒原理

我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)尿素生產(chǎn)所使用的造粒塔普遍采用的是圓柱形或者矩形的高大混凝土結(jié)構(gòu)，造粒塔通過造粒噴頭噴灑尿素熔融物料經(jīng)過通風(fēng)降溫而固化形成尿素顆粒產(chǎn)品。

具體過程如下：高溫（約140℃）熔融狀態(tài)的尿素溶液從造粒塔塔頂?shù)男D(zhuǎn)噴頭噴灑出來(lái)，線狀的液態(tài)尿素在重力和表面張力的作用下，破裂成很多微小的小段，以液滴狀態(tài)在塔內(nèi)下落，被由下而上的冷空氣冷卻并凝固，落至塔底形成60℃左右的固體尿素顆粒[1]。

1.2 尿素造粒塔的粉塵產(chǎn)生

在造粒塔生產(chǎn)過程中，除了化學(xué)反應(yīng)等基本原因外，尿素液柱的隨機(jī)斷裂、尿素顆粒中的水分或者游離氨就會(huì)從內(nèi)部向外蒸發(fā)分離、造粒噴頭上細(xì)孔通道不規(guī)則、造粒塔內(nèi)通風(fēng)偏流導(dǎo)致的尿素顆粒碰撞，都會(huì)產(chǎn)生細(xì)小粉塵[2]。

因此造粒塔頂會(huì)有大量的粉塵排放到空中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，尿素造粒塔每噴灑1t物料就會(huì)產(chǎn)生1.5kg~4.5kg的粉塵，排放的粉塵大部分都會(huì)在造粒塔周圍沉降，增加廠區(qū)周圍的大氣腐蝕強(qiáng)度，造成農(nóng)作物減產(chǎn)、混凝土破裂、金屬腐蝕等現(xiàn)象，在當(dāng)前環(huán)保大環(huán)境下，尿素造粒塔除塵已是勢(shì)在必行。

2 尿素造粒塔除塵方式和其優(yōu)缺點(diǎn)

尿素造粒塔在尿素造粒生產(chǎn)的過程中，必須進(jìn)行通風(fēng)冷卻。造粒塔的通風(fēng)方式有自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)2種，機(jī)械通風(fēng)造粒塔是由風(fēng)機(jī)來(lái)協(xié)助造粒塔通風(fēng)散熱，而自然通風(fēng)的造粒塔則沒有風(fēng)機(jī)，靠造粒塔本身高度差形成的氣流推動(dòng)力完成通風(fēng)散熱，自然通風(fēng)的造粒塔塔內(nèi)上升氣流的推動(dòng)力很小，粗略的計(jì)算公式如下。

式中：ΔP為推動(dòng)力，kg/m2；H為尿素塔高度，m；ρ進(jìn)/ρ出為進(jìn)塔/出塔干空氣密度，kg/m3。

以50m塔高為例，進(jìn)塔空氣溫度設(shè)為30℃，出塔空氣溫度設(shè)為79℃，則可取ρ進(jìn)=1.165kg/m3，ρ出=1.029kg/m3，計(jì)算出ΔP=6.8kg/m2，換算成壓差值為68Pa。

早期化工行業(yè)的環(huán)保要求并不嚴(yán)格，尿素造粒塔多采用自然通風(fēng)方式。自然通風(fēng)由于沒有輔助通風(fēng)等配套設(shè)備，因此能耗、建設(shè)成本和生產(chǎn)成本低。其缺點(diǎn)也很明顯：尿液的冷卻速度緩慢，尿素顆粒的尺寸大小受到限制，由于自然通風(fēng)的氣體流動(dòng)力小，造粒塔出口無(wú)法布置阻力稍大的除塵裝置，這限制了造粒塔出口除塵裝置的選擇，排放的氣體中尿素顆粒含量較大，大氣污染和尿素經(jīng)濟(jì)損失也較大。

機(jī)械式通風(fēng)造粒塔是采用風(fēng)機(jī)輔助的強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備，相比自然通風(fēng)的造粒塔，機(jī)械通風(fēng)造粒塔的通風(fēng)量大，冷卻速度快。另外，由于采用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，通風(fēng)量大，氣體流動(dòng)力強(qiáng)勁，因此可以在造粒塔出口選擇多種除塵裝置，對(duì)尾氣中的尿素粉塵進(jìn)行捕集回收，減少對(duì)大氣的污染和尿素成品的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)然，機(jī)械通風(fēng)塔的建設(shè)成本、運(yùn)行能耗、設(shè)備維護(hù)成本要比自然通風(fēng)塔高。

目前造粒塔上的除塵裝置主要分濕法除塵和干法除塵。

濕法除塵典型的代表就是噴淋水洗除塵。噴淋水洗除塵工藝運(yùn)行阻力小，因此可以應(yīng)用于自然通風(fēng)造粒塔，并且建設(shè)成本較低。但從運(yùn)行效果來(lái)看，單級(jí)的噴淋水洗除塵器除塵效率不高，造粒塔口存在明顯的拖尾現(xiàn)象。如果布置多級(jí)噴淋水洗裝置，產(chǎn)生的運(yùn)行阻力就超過了自然通風(fēng)造粒塔的自身氣體流動(dòng)力，還需要加裝風(fēng)機(jī)進(jìn)行輔助通風(fēng)，會(huì)增加建設(shè)成本。但即便是多級(jí)噴淋水洗工藝的除塵效率也不高，并且耗水量大，廢水處理同樣也存在壓力，已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前的環(huán)保和排放要求。

干法除塵中首選電除塵和布袋除塵，這2種除塵方式在電力行業(yè)中廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟，除塵效率高。1）電除塵即高壓靜電除塵，利用高壓靜電場(chǎng)來(lái)捕集粉塵顆粒。其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行阻力小，通過布置多級(jí)電場(chǎng)、增大集塵面積，可以提升除塵效率，理論上可達(dá)到99.5%以上。但尿素造粒塔的情況不同于電力行業(yè)：一是空間位置限制，電力行業(yè)的電除塵建設(shè)于地面上，空間足夠大，因此可以布置多級(jí)電場(chǎng)來(lái)提升除塵效率；但尿素造粒塔的直徑和結(jié)構(gòu)承重量都是有限的，無(wú)法在造粒塔上疊加多級(jí)電場(chǎng)。二是被造粒塔排放的尿素顆粒都是細(xì)小顆粒狀粉塵且伴有揮發(fā)的氨氣，電除塵運(yùn)行過程中易產(chǎn)生火花，存在較大安全隱患。因此，電除塵并不適用于尿素造粒塔。2）布袋除塵是通過濾袋物理過濾的方式來(lái)達(dá)到除塵的目的。隨著新型高精度、耐腐蝕濾袋的研發(fā)投產(chǎn)，袋式除塵的除塵效率一般能高達(dá)99.95 %以上，并且效率穩(wěn)定，基本上不受煙塵物化特性影響，還可捕集PM10 以下的粉塵顆粒和重金屬[3]。

3 布袋除塵應(yīng)用于尿素造粒塔分析

3.1 布袋除塵的技術(shù)措施和優(yōu)勢(shì)

布袋除塵技術(shù)成熟，性能優(yōu)異，成本可控，已廣泛應(yīng)用在電力行業(yè)等領(lǐng)域。

3.1.1 布袋除塵原理

布袋除塵器依靠纖維濾料做成的濾袋和濾袋表面上形成的粉塵層來(lái)過濾粉塵。通常的織物濾料，含塵氣流通過纖維層時(shí)，由于纖維間的孔隙遠(yuǎn)大于粉塵粒徑，所以剛開始過濾時(shí)，篩分作用很小，主要是纖維濾塵機(jī)制：慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散和靜電作用。但是當(dāng)濾布上逐漸形成了一層粉塵黏附層后，則碰撞、擴(kuò)散等作用變得很小，主要是靠篩分作用除塵。袋式除塵器的濾塵效率高，主要是靠濾料覆膜和其上形成的粉塵層進(jìn)行除塵，濾布則主要起形成粉塵層和支撐它的骨架的作用。所以為控制一定的壓力損失而進(jìn)行清灰時(shí)，應(yīng)保留住粉塵層，不應(yīng)清灰過度，導(dǎo)致除塵效率顯著下降，濾料磨損加快。

新的濾袋運(yùn)行中粉塵層形成、濾料間隙被填充后，過濾效率明顯提高，排放穩(wěn)定在低值。

3.1.2 高精過濾技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超低排放

布袋除塵技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用多年，早期受限于濾袋濾料的性能影響，布袋除塵存在濾袋壽命較短、工況適應(yīng)范圍較差、抗拉抗折性能差等缺點(diǎn)，但隨著新型的高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、高過濾精度的濾料開發(fā)成熟，布袋除塵性能優(yōu)異，排放穩(wěn)定，可對(duì)各種粒徑的尿素顆粒、粉塵實(shí)現(xiàn)高效攔截，總體排放可控制在5mg/Nm3以下，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的超低排放。

3.1.3 布袋除塵耗能小，成本可控

與電除塵的高耗能不同，布袋除塵純靠濾袋物理過濾來(lái)實(shí)現(xiàn)除塵，只需配置相應(yīng)的空壓機(jī)系統(tǒng)提供壓縮空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)濾袋運(yùn)行中的清灰功能即可，而且壓縮空氣使用量小，電氣設(shè)備少，總體耗能低，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。而且隨著新型濾料的應(yīng)用，濾袋的使用壽命大幅延長(zhǎng)，目前常規(guī)濾袋的使用壽命可達(dá)40000h，金屬濾袋的使用壽命更長(zhǎng)，大大延長(zhǎng)了濾袋的更換周期，有效降低了布袋除塵的使用成本。

3.2 布袋除塵的高效清灰技術(shù)

該技術(shù)是一種高效、大流量以及低壓的長(zhǎng)袋行脈沖噴吹技術(shù)。

清灰系統(tǒng)是布袋除塵器的核心技術(shù)之一。清灰效率直接影響除塵器運(yùn)行阻力和濾袋壽命。清灰系統(tǒng)采用長(zhǎng)袋低壓脈沖技術(shù)，采用質(zhì)量穩(wěn)定可靠的淹沒閥，合理設(shè)計(jì)和布置清灰系統(tǒng)氣路的元器件，可方便地實(shí)現(xiàn)清灰方式和參數(shù)的選擇和調(diào)整，以滿足不同工況的運(yùn)行要求，保證清灰系統(tǒng)高效穩(wěn)定。

圖1為該公司的二次引流專利技術(shù)，通過噴嘴末端的引流孔，在壓縮空氣通過噴嘴噴出時(shí)，可經(jīng)引流孔引動(dòng)周圍空氣一同噴入濾袋中，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，可提高30%的噴吹氣量，節(jié)約了壓縮空氣用量，實(shí)現(xiàn)更好的清灰效果。

圖1 噴嘴末端二次引流結(jié)構(gòu)及效果

3.3 高均勻性氣流分布技術(shù)，滿足造粒塔運(yùn)行散熱要求

由于使用環(huán)境的特殊性，應(yīng)用于尿素造粒塔上的布袋除塵器與電力行業(yè)的布袋除塵器有所不同。

尿素造粒塔的降溫性能直接影響造粒塔的產(chǎn)量和尿素顆粒的成型，因此尿素出塔溫度需要降到60℃以下。所以造粒塔上的布袋除塵不僅需要攔截回收尿素粉塵，實(shí)現(xiàn)超低排放的功能，還要有效實(shí)現(xiàn)尿素塔通風(fēng)降溫的功能，而降溫效果與塔內(nèi)的上升氣流的均布情況和風(fēng)量直接相關(guān)。理論上來(lái)說，塔內(nèi)的氣流分布越均勻，上升氣流與下落尿素顆粒接觸就會(huì)越充分，換熱效率越高，在塔底入口空氣溫度一定（入塔空氣的溫度按環(huán)境溫度計(jì)）的情況下，氣流分布和風(fēng)量的大小直接決定了換熱量的大小。

在氣流分布方面，龍凈流體方針中心和袋除塵實(shí)驗(yàn)中心通過大量模擬和實(shí)驗(yàn)，使尿素造粒塔配套布袋除塵器各分室的相對(duì)流量偏差絕對(duì)值控制在5%以內(nèi)，氣流均布系數(shù)δ小于0.25，氣流分布較均勻，完全可以滿足使用要求。

至于風(fēng)量的大小，可以通過安裝合適的頂部風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和底部通風(fēng)機(jī)，來(lái)加強(qiáng)通風(fēng)，滿足布袋除塵的運(yùn)行需要。

3.4 尿素造粒塔布袋除塵器的結(jié)構(gòu)組成

尿素造粒塔配套布袋除塵器系統(tǒng)主要由殼體、花板組件、濾袋袋籠、清灰系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

與傳統(tǒng)電力行業(yè)的布袋除塵不同的是，尿素造粒塔上的布袋除塵器的各個(gè)分室都需要安裝1臺(tái)單獨(dú)的風(fēng)機(jī)和閥門系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)分室的投入和退出。

3.5 布袋除塵應(yīng)用于尿素造粒塔的缺點(diǎn)

布袋除塵器相比于其他的除塵方式，也有其缺點(diǎn)。布袋除塵靠高過濾精度的濾袋來(lái)高效地?cái)r截回收尿素粉塵，在穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)超高除塵效率的同時(shí)，不可避免地會(huì)形成較大的運(yùn)行阻力，造成壓力損失，影響造粒塔的通風(fēng)散熱。

在自然通風(fēng)造粒塔中，自然通風(fēng)的氣流上升推動(dòng)力很小，因此加裝布袋除塵器后，必須加裝足夠的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)輔助通風(fēng)，才能保證尿素造粒塔的正常生產(chǎn)運(yùn)行。對(duì)機(jī)械通風(fēng)造粒塔，因布袋除塵的阻力較大，原有風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的余量不足，也要對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，增大風(fēng)機(jī)風(fēng)量，才能保證造粒塔的散熱效果。

因此，加裝布袋除塵器的建設(shè)成本相對(duì)較高。

3.6 應(yīng)用案例分析

以代號(hào)項(xiàng)目A為例，該項(xiàng)目尿素造粒塔原本采用的是多級(jí)噴淋水洗強(qiáng)制通風(fēng)式的粉塵洗滌除塵裝置，排放較高，塔出口存在比較嚴(yán)重的煙氣拖尾現(xiàn)象，對(duì)周圍空氣造成嚴(yán)重污染，其排放已無(wú)法達(dá)到新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行改造。

經(jīng)過分析校核，決定將原水洗強(qiáng)制通風(fēng)式除塵裝置改造為布袋除塵器。同時(shí)為降低改造成本，充分利用原有的各種設(shè)備，改造過程中將原水洗除塵裝置內(nèi)部構(gòu)件全部拆除，利用原設(shè)備殼體來(lái)布置袋式除塵設(shè)備：1）原水洗除塵裝置殼體部分（包括上部鋼殼體部分及下部混凝土殼體部分）利舊，但拆除原內(nèi)部噴淋洗滌裝置，包括支撐梁、 管道、 噴頭等設(shè)備，拆除原裝置內(nèi)部填料、收水器、除霧器、原頂板以及頂部設(shè)備。2）原設(shè)備拆除工作完成后，于上部鋼殼體內(nèi)部重新布置花板組件、 清灰系統(tǒng)等。同時(shí)對(duì)鋼制殼體進(jìn)行加高工作，利舊恢復(fù)頂板。3）待內(nèi)外部設(shè)備安裝完成后， 安裝濾袋、 袋籠。4） 原頂部軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)量等性能已不能匹配新的袋式除塵器，因此更換頂部軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用變頻風(fēng)機(jī)，可根據(jù)尿素造粒塔的產(chǎn)量負(fù)荷來(lái)調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，從而降低運(yùn)行能耗。

改造后運(yùn)行效果穩(wěn)定、良好，經(jīng)第三方檢測(cè)，塔頂各軸流風(fēng)機(jī)排放口固體顆粒物排放濃度約3mg/Nm3。

如圖2所示，完成布袋除塵改造后，運(yùn)行中造粒塔頂部出口干干凈凈，沒有原先的拖尾現(xiàn)象，已看不到煙塵。

圖2 改造后造粒塔口的潔凈排放

相比較于原水洗強(qiáng)制通風(fēng)式除塵裝置，袋式除塵有效減少了水耗，降低了生產(chǎn)系統(tǒng)的污水產(chǎn)量，增加了尿素粉塵的物料回收，提高經(jīng)濟(jì)效益，滿足了新形勢(shì)下的環(huán)保排放要求。

3.7 該案例存在的問題和改進(jìn)方法

以上尿素塔改造案例總體運(yùn)行效果良好，長(zhǎng)期運(yùn)行過程中也發(fā)現(xiàn)部分問題，經(jīng)后續(xù)分析，給出了改進(jìn)方法。1）夏天極端高溫天氣的影響。由于尿素造粒塔的冷卻風(fēng)是由塔身底部靠近地面周圍的空氣經(jīng)由塔底部進(jìn)入造粒塔中形成，在夏天極端高溫天氣時(shí)，地面經(jīng)太陽(yáng)暴曬溫度非常高，地面附近的空氣溫度相應(yīng)的也高，形成的冷卻風(fēng)進(jìn)入造粒塔后的冷卻效果不及設(shè)計(jì)預(yù)期，在造粒塔滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，頂部軸流風(fēng)機(jī)開到最大，依然只能將尿素顆粒出塔溫度降到65℃左右，影響尿素生產(chǎn)。為保證生產(chǎn)，該案例的改進(jìn)方法是在塔底進(jìn)風(fēng)口增設(shè)2臺(tái)底部通風(fēng)機(jī)，增加入塔風(fēng)量，使造粒塔冷卻效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2）由于通過軸流風(fēng)機(jī)排放口的尿素粉塵顆粒細(xì)小，吸附性較強(qiáng)，會(huì)吸附到軸流風(fēng)機(jī)電機(jī)上，侵徹到電機(jī)內(nèi)部，造成了幾臺(tái)電機(jī)絕緣下降，電機(jī)燒毀。改進(jìn)方法為，更換絕緣、防護(hù)等級(jí)更高的電機(jī)，可杜絕此類電機(jī)燒毀現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

所謂金山銀山，不如綠水青山，經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，環(huán)境更需要保護(hù)，各行業(yè)環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高是大勢(shì)所趨。布袋除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)論是尿素造粒塔新建項(xiàng)目還是舊塔改造項(xiàng)目，都可以比較便捷地加裝或改裝布袋除塵。與其他除塵器相比，布袋除塵器具有運(yùn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定、可實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單可靠、設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)便、低能耗且運(yùn)行成本較低的優(yōu)勢(shì)，能夠完全滿足尿素造粒塔在新形勢(shì)下的除塵和運(yùn)行需求，將是尿素造粒塔除塵的必然選擇。