尿素造粒塔粉塵產(chǎn)生的原因及排放控制

1、尿素造粒塔粉塵產(chǎn)生的原因及排放控制 魏作峰（河南省中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司化肥事業(yè)部河南濮陽457004）摘要:本文通過對尿素造粒原理的原理和設(shè)計闡述，深入剖析造粒過程中尿素粒度、 噴頭質(zhì)量、噴頭噴孔直徑、噴頭轉(zhuǎn)速、熔料溫度較高等因素對尿素造粒塔粉塵產(chǎn)生的原因的 探討，提出選用好的造粒噴頭、合理控制所需空氣量、精心優(yōu)化工藝控制及更換新型高效造 粒噴頭等改進(jìn)措施減少造粒塔粉塵產(chǎn)生的可能途徑。關(guān)鍵詞：尿素造粒塔尿素粉塵河南省中原大化集團(tuán)公司尿素生產(chǎn)裝置是從意大利斯納姆公司成套引進(jìn)的，采用氨氣 提法工藝技術(shù)的大型尿素生產(chǎn)裝置，日產(chǎn)尿素1760T/D。尿素是由氨和二氧化碳在合成塔R101內(nèi)高溫高壓下反

2、應(yīng)生成的，經(jīng)過逐級降壓，濃縮，分離，尿液濃度最終提高到99.7%（質(zhì)量），送入造粒塔頂部，生產(chǎn)出成品尿素。在造粒過程中，如何采取措施，減少尿素造 粒塔粉塵排放，是節(jié)能減排，減少大氣污染的一個值得研究的重要問題。1. 尿素造粒塔工作原理為了制得粒狀尿素，須將尿素溶液濃縮至 99.7% （質(zhì)量），然后經(jīng)熔融尿素泵 P108加壓送至造粒塔頂?shù)脑炝婎^L109 ,由此旋轉(zhuǎn)噴頭L109將熔融尿素沿造粒塔截面噴灑成小液滴（顆粒直徑在0.5-2.0mm ）下落，經(jīng)過50m高度的自由落程和上升的冷空氣逆流接觸，驟 冷至132.7C,經(jīng)凝固和冷卻兩個過程落入塔底，被冷卻固化成顆粒尿素。尿素造粒塔為自然 通風(fēng)，有

3、效高度50m，落至尿素造粒塔底部的尿素溫度主要靠塔下部的百葉窗開度控制通風(fēng) 量來調(diào)節(jié)，以保證出料尿素顆粒溫度在50C。一般尿素造粒塔內(nèi)空氣流速為0.8 1.5M/S ,空氣在塔內(nèi)的流速不僅影響粒子的沉降速度，而且也影響造粒塔排放的尿素粉塵量。落至尿素造粒塔底部的顆粒狀尿素經(jīng)旋轉(zhuǎn)刮料機(jī)H101送至皮帶運(yùn)輸機(jī) H102,由此再送往自動稱量機(jī) WT09616 ,然后送入尿素倉庫。該工藝的特點(diǎn)是操作簡單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用相對較少， 不足之處是顆粒相對較小，強(qiáng)度低，粉塵大等。2. 尿素造粒塔所用冷卻空氣量的確定尿素造粒塔的冷卻空氣量及其流速與塔的設(shè)計高度有關(guān)；而其需量則主要決定于自熔料及尿素顆粒中移去的熱量

4、。由于尿素造粒熔料濃度常在99.7 %以上，故蒸發(fā)水分所需的熱量甚微。而在尿素顆粒固化及冷卻過程中所釋熱量只能借空氣移去。通?？梢杂脽崃科胶獾姆椒ㄓ嬎氵M(jìn)風(fēng)量。假設(shè)在造粒過程中，入塔尿液的溫度為138C,出塔成品尿素的溫度為50 C,入塔空氣的溫度為 20C，出塔空氣的溫度為 70C若不考慮濕空氣和塔壁散熱造成的影響，在 此情況下每生產(chǎn)1kg尿素冷卻時需要的空氣量為其結(jié)晶熱與冷卻過程中釋放出的顯熱兩者之和（Q 凝取 24.2 X04 J/Kg , C 取 2.09 X103J/Kg C）:由公式Q = Q凝+ C （t211）得：尿素放出的熱量 Q = 24.2 104 + 2.09 103 （

5、138 50） q 42.6 乂 104 J/KgUr X 426 KJ/KgUr若空氣密度 p取1.2Kg/M3 , 20 C和70 C空氣的粉值分別為 291 KJ/Kg和345 KJ /KgI =345 291 = 54 KJ/Kg則實(shí)際所需要的冷卻空氣量：V 實(shí) =R 7.23 M3 /KgUr每噸尿素需要的冷空氣量為7230 M3。通常設(shè)計時每噸尿素需要的空氣量取800010000M3。若每小時生產(chǎn) 70噸尿素，一般需要的最大空氣量為7刈05M3。由上述計算可知，造粒塔的通風(fēng)量可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷、環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。若通風(fēng)量過 大，容易增加塔頂?shù)姆蹓m量，但風(fēng)窗開度過小，空氣量不夠，尿素顆

6、粒得不到充分冷卻，產(chǎn) 品質(zhì)量得不到保證。正常生產(chǎn)中，塔底通風(fēng)量可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷及時調(diào)整。3.粉塵的形成3.1尿素粒度對粉塵的影響：粒度越小，粉塵量越大。3.1.1、噴頭噴孔直徑的大小的影響：孔徑越大，粒度越大?？讖皆叫?，粒度越小。3.1.2、 噴頭轉(zhuǎn)速的影響：噴頭轉(zhuǎn)速越高，離開噴頭產(chǎn)生的離心力越大，所形成的尿素顆粒越 小，反之則相反.3.1.3噴頭質(zhì)量對尿素粒度的影響：噴頭上每排和每行噴孔之間的夾角要保持相對均勻和平行，這樣可以保持尿液在噴灑過程中不至于相互碰撞而導(dǎo)致尿素顆粒粘連現(xiàn)象的發(fā)生，再則,噴頭上每一個小孔要保證平滑光潔，可以減少碎小顆粒尿素。3.1.4. 造粒噴頭內(nèi)的雜物對顆粒的影響

7、：若尿素中微小顆粒較多，很有可能是造粒噴頭的噴孔堵塞或有大量的毛刺，雜物（碎塑料袋，四氟帶）輕微時，產(chǎn)生小顆粒尿素，雜物嚴(yán)重時，噴孔堵塞,使噴頭溢流。比較明顯的例子：2005年9月19日7點(diǎn)多鐘，噴孔被三套三胺返回尿液 （內(nèi) 含大量三胺廢物OAT）堵塞,導(dǎo)致噴頭溢流，成了粉沫狀尿素。為此我們在各機(jī)泵入口增設(shè)了過 濾網(wǎng)，對過濾系統(tǒng)中的雜質(zhì)效果明顯。3.2 熔料溫度較高 送入噴頭的尿素熔料溫度較高將導(dǎo)致更多的水分蒸發(fā)，成粒即易于破裂。經(jīng)驗(yàn)表明：145 C熔料比138 C形成的粉塵量約高 10 %。此外，熔料在高溫（1403）下分 解生成的氨與異割尿酸在塔內(nèi)冷卻時將發(fā)生下述逆反應(yīng)3NH2CONH2

8、= OCNHCONHCONH + 3NH3因而生成的尿素微粒 （ 1卬順隨空氣排入大氣；據(jù)STAC（斯太米卡幫公司）測定，由此形成的粉塵量約占總粉塵量的20 %。3.3蒸氣及氣溶物冷凝尿素蒸氣及其氣溶物的冷凝產(chǎn)物將生成15210 m的塵粒，其數(shù)量約占總粉塵量的50 %。3.4 形成霧沫塔內(nèi)風(fēng)速分布不勻，特別在噴頭附近空間易產(chǎn)生熔料霧沫散落而形成10100 m的塵粒，其數(shù)量約占粉塵總量的5 %。3.5 機(jī)械磨損 尿素顆粒與塔底刮料機(jī) H101間的碰撞磨損可形成 1100 m的塵粒，其數(shù)量約占粉塵總量的 5 %。4. 尿素造粒塔頂部粉塵排放控制措施：4. 1選用好的造粒噴頭一個好的造粒噴頭，造粒后

9、尿素顆粒在造粒塔內(nèi)應(yīng)呈均勻分布。如圖1中曲線所示，這樣塔內(nèi)任何部位的尿素顆?？梢缘玫骄鶆虻乩鋮s，造粒塔的利用效率就比較高，尿素冷卻效果比較好。曲線所示的造粒分布情況比較多見，尿素顆粒主要集中在距塔壁25M的區(qū)間內(nèi)。這種情況下一方面表現(xiàn)為塔內(nèi)尿素分布存在集中現(xiàn)象，尿素不容易冷卻；另一方面由于尿素噴灑距離靠近塔壁，很容易出現(xiàn)尿液黏塔壁現(xiàn)象，存在著潛在的安全隱患。曲線 尿素基本集中在造粒塔的中心部位，由于尿素顆粒距風(fēng)窗距離相對較遠(yuǎn)，這種情況下尿素的冷卻效果很差，很容易出現(xiàn)尿素粘連，嚴(yán)重時導(dǎo)致尿素結(jié)塊或拉稀。生產(chǎn)過程中，必須定期清理造粒噴頭。 一旦發(fā)現(xiàn)成品尿素中小顆粒尿素增多， 就應(yīng)及時 更換造粒噴頭

10、進(jìn)行清洗。清理噴孔時，要注意使用相對較軟的工具清理被堵塞的噴孔，以防將噴孔劃傷出現(xiàn)毛刺或噴孔變形。4.2合理控制所需空氣量應(yīng)根據(jù)負(fù)荷量的大小及天氣情況和尿素下塔溫度及時調(diào)整造粒塔底部風(fēng)窗開度，合理控制所需空氣量，防止通風(fēng)量過大增加塔頂排放的粉塵量。4.3精心優(yōu)化工藝控制4.3.1蒸發(fā)崗位每2小時記錄一次下塔尿素的溫度和大氣溫度、濕度，發(fā)現(xiàn)問題及時匯報。4.3.2二段蒸發(fā)溫度T-09507必須控制在134137C,并作為重要工藝指標(biāo)進(jìn)行考核。4. 3.3蒸發(fā)二段喉管沖洗采取連續(xù)沖洗，各班組可根據(jù)二段真空情況將水量控制在2060% 之間。4.3.4嚴(yán)格控制上塔蒸汽壓力在2.42.8 105Pa之間

11、，控制 T09603與T09507溫差不大于2C。4.3.5. 主控應(yīng)及時調(diào)整噴頭轉(zhuǎn)速與負(fù)荷相對應(yīng)，對于非正常情況下（如噴頭溢流）提高 噴頭轉(zhuǎn)速，正常后應(yīng)及時調(diào)整與負(fù)荷相對應(yīng)。4.36.嚴(yán)格控制下塔尿素在65 C以下，在高溫高濕條件下（32 C、75%以上），應(yīng)控制該溫度不低于60 C。4.3.7在高溫高濕條件下，如造粒塔風(fēng)窗出現(xiàn)水珠，應(yīng)及時將風(fēng)窗打到外側(cè)，避免水珠 滴入塔內(nèi)。4.3.8.確保二段真空度在 0.07 105Pa以上，必要時可沖洗二段喉管。4.3.9定期徹底清理造粒塔底部錐體內(nèi)的結(jié)疤尿素，防止刮料機(jī)下部的刮板與錐體發(fā)生 研磨，使一部分尿素被研為粉末狀。4.3.10.在冬季如果發(fā)現(xiàn)下塔尿素的皮帶上揚(yáng)起的粉塵較大，很有可能是尿素中的水含 量控制太低造成的。操作中可以適當(dāng)降低蒸發(fā)系統(tǒng)二段真空的控制指標(biāo)，一定程度上也可以減少傳送皮帶上揚(yáng)起的粉塵。4.3.11造粒噴頭拉稀時，也會導(dǎo)致大量的粉塵產(chǎn)生。因此要嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，嚴(yán)防造 粒噴頭拉稀。5. 改進(jìn)措施5.1. 在尿素造粒塔頂部設(shè)置粉塵回收裝置，