尿素造粒塔粉尘产生的原因及排放控制

1、尿素造粒塔粉尘产生的原因及排放控制魏作峰河南省中原大化集团有限责任公司化肥事业部 河南濮阳 457004)摘 要:本文通过对尿素造粒原理的原理和设计阐述，深入剖析造粒过程中尿素粒度、 喷头质量、喷头喷孔直径、喷头转速、熔料温度较高等因素对尿素造粒塔粉尘产生的原因的 探讨，提出选用好的造粒喷头、 合理控制所需空气量、 精心优化工艺控制及更换新型高效造 粒喷头等改进措施减少造粒塔粉尘产生的可能途径。关键词 : 尿素造粒塔 尿素粉尘 河南省中原大化集团公司尿素生产装置是从意大利斯纳姆公司成套引进的，采用氨气 提法工艺技术的大型尿素生产装置，日产尿素 1760T/D 。尿素是由氨和二氧化碳在合成塔 R

2、101 内高温高压下反应生成的，经过逐级降压，浓缩，分离，尿液浓度最终提高到 99.7% (质量)，送入造粒塔顶部，生产出成品尿素。在造粒过程中，如何采取措施，减少尿素造 粒塔粉尘排放，是节能减排，减少大气污染的一个值得研究的重要问题。1. 尿素造粒塔工作原理为了制得粒状尿素，须将尿素溶液浓缩至 99.7% (质量)，然后经熔融尿素泵 P108加压送至造粒塔顶的造粒喷头L109，由此旋转喷头L109将熔融尿素沿造粒塔截面喷洒成小液滴(颗粒直径在 0 . 5-2 . 0mm )下落，经过 50m 高度的自由落程和上升的冷空气逆流接触，骤 冷至1327C，经凝固和冷却两个过程落入塔底，被冷却固化成

3、颗粒尿素。尿素造粒塔为自然 通风，有效高度50m，落至尿素造粒塔底部的尿素温度主要靠塔下部的百叶窗开度控制通风 量来调节，以保证出料尿素颗粒温度在50C。一般尿素造粒塔内空气流速为0.8 1.5M/S ,空气在塔内的流速不仅影响粒子的沉降速度， 而且也影响造粒塔排放的尿素粉尘量。 落至尿 素造粒塔底部的颗粒状尿素经旋转刮料机H101送至皮带运输机 H102，由此再送往自动称量机 WT09616，然后送入尿素仓库。该工艺的特点是操作简单，运行维护费用相对较少， 不足之处是颗粒相对较小，强度低，粉尘大等。2. 尿素造粒塔所用冷却空气量的确定 尿素造粒塔的冷却空气量及其流速与塔的设计高度有关;而其需

4、量则主要决定于自熔料及尿素颗粒中移去的热量。由于尿素造粒熔料浓度常在 99.7 %以上，故蒸发水分所需的热量 甚微。而在尿素颗粒固化及冷却过程中所释热量只能借空气移去。通常可以用热量平衡的方法计算进风量。假设在造粒过程中，入塔尿液的温度为138C，出塔成品尿素的温度为50 C ,入塔空气的温度为 20C，出塔空气的温度为 70 C若不考虑湿空气和塔壁散热造成的影响，在此情况下每生产 1kg 尿素冷却时需要的空气量为其结晶热与冷却过程中释放出的显热两者 之和(Q 凝取 24.2 104 J/Kg , C 取 2.09 XI03J/Kg C):由公式Q = Q凝+ C (t211)得：尿素放出的热

5、量 Q = 24.2 1042.09 103(13850)42.6 104 J/KgUr 426 KJ/KgUr若空气密度 p取1.2Kg/M3 , 20 C和70 C空气的焓值分别为 291 KJ/Kg和345 KJ /KgI =345291 = 54 KJ/Kg则实际所需要的冷却空气量：V 实 = 7.23 M3 /KgUr每吨尿素需要的冷空气量为7230 M3。通常设计时每吨尿素需要的空气量取800010000M3 。若每小时生产 70 吨尿素，一般需要的最大空气量为 7105M3 。由上述计算可知，造粒塔的通风量可以根据系统负荷、 环境温度进行调节。若通风量过 大，容易增加塔顶的粉尘量

6、，但风窗开度过小，空气量不够，尿素颗粒得不到充分冷却，产 品质量得不到保证。正常生产中，塔底通风量可以根据系统负荷及时调整。3. 粉尘的形成3.1 尿素粒度对粉尘的影响：粒度越小，粉尘量越大。3.1.1、喷头喷孔直径的大小的影响：孔径越大，粒度越大。孔径越小，粒度越小。3.1.2、喷头转速的影响： 喷头转速越高， 离开喷头产生的离心力越大， 所形成的尿素颗粒越 小，反之则相反 .3.1.3 喷头质量对尿素粒度的影响 : 喷头上每排和每行喷孔之间的夹角要保持相对均匀和平 行,这样可以保持尿液在喷洒过程中不至于相互碰撞而导致尿素颗粒粘连现象的发生,再则 ,喷头上每一个小孔要保证平滑光洁 ,可以减少

7、碎小颗粒尿素。3.1.4. 造粒喷头内的杂物对颗粒的影响 : 若尿素中微小颗粒较多，很有可能是 造粒喷头的喷 孔堵塞或有大量的毛刺 ，杂物 （碎塑料袋 ,四氟带 ）轻微时 ,产生小颗粒尿素 ,杂物严重时 ,喷孔 堵塞,使喷头溢流。 比较明显的例子 :2005年 9月 19日7点多钟,喷孔被三套三胺返回尿液 （内 含大量三胺废物OAT）堵塞,导致喷头溢流，成了粉沫状尿素。为此我们在各机泵入口增设了过 滤网，对过滤系统中的杂质效果明显。3.2 熔料温度较高 送入喷头的尿素熔料温度较高将导致更多的水分蒸发 ,成粒即易于破 裂。经验表明：145 C熔料比138 C形成的粉尘量约高 10 %。此外，熔料

8、在高温（ 140C ）下 分解生成的氨与异氰尿酸在塔内冷却时将发生下述逆反应3NH2CONH2 = OCNHCONHCONH + 3NH3因而生成的尿素微粒 （ 1卩即）随空气排入大气；据STAC（斯太米卡帮公司）测定,由此形成的粉尘量约占总粉尘量的20 %。3.3蒸气及气溶物冷凝尿素蒸气及其气溶物的冷凝产物将生成15210卩m的尘粒，其数量约占总粉尘量的 50 %。 3.4 形成雾沫 塔内风速分布不匀 ,特别在喷头附近空间易产生熔料 雾沫散落而形成10100卩m的尘粒,其数量约占粉尘总量的 5 %。3.5 机械磨损 尿素颗 粒与塔底刮料机 H101间的碰撞磨损可形成 1100卩m的尘粒，其数

9、量约占粉尘总量的 5 %。4. 尿素造粒塔顶部粉尘排放控制措施：41 选用好的造粒喷头一个好的造粒喷头， 造粒后尿素颗粒在造粒塔内应呈均匀分布。 如图 1 中 曲线 所示， 这样塔内任何部位的尿素颗粒可以得到均匀地冷却， 造粒塔的利用效率就比较高， 尿素冷却 效果比较好。曲线所示的造粒分布情况比较多见，尿素颗粒主要集中在距塔壁25M的区间内。 这种情况下一方面表现为塔内尿素分布存在集中现象，尿素不容易冷却； 另一方面由于尿素喷洒距离靠近塔壁， 很容易出现尿液黏塔壁现象， 存在着潜在的安全隐患。 曲线 尿素基本集中在造粒塔的中心部位， 由于尿素颗粒距风窗距离相对较远， 这种情况下尿素的 冷却效果

10、很差，很容易出现尿素粘连，严重时导致尿素结块或拉稀。生产过程中， 必须定期清理造粒喷头。 一旦发现成品尿素中小颗粒尿素增多， 就应及时 更换造粒喷头进行清洗。 清理喷孔时， 要注意使用相对较软的工具清理被堵塞的喷孔， 以防 将喷孔划伤出现毛刺或喷孔变形。4.2合理控制所需空气量 应根据负荷量的大小及天气情况和尿素下塔温度及时调整造粒塔底部风窗开度，合理控制所需空气量，防止通风量过大增加塔顶排放的粉尘量。4.3 精心优化工艺控制4.3.1 蒸发岗位每 2 小时记录一次下塔尿素的温度和大气温度、湿度，发现问题及时汇 报。432二段蒸发温度T-09507必须控制在134137 C,并作为重要工艺指标

11、进行考核。4. 3.3 蒸发二段喉管冲洗采取连续冲洗，各班组可根据二段真空情况将水量控制在 2060%之间。4.3.4严格控制上塔蒸汽压力在2.42.8 W5Pa之间，控制 T09603与T09507温差不大于2C。4.3.5. 主控应及时调整喷头转速与负荷相对应，对于非正常情况下（如喷头溢流）提高 喷头转速，正常后应及时调整与负荷相对应。4.36严格控制下塔尿素在 65 C以下，在高温高湿条件下（32C、75%以上），应控制该 温度不低于60 C。4.3.7 在高温高湿条件下，如造粒塔风窗出现水珠，应及时将风窗打到外侧，避免水珠 滴入塔内。4.3.8.确保二段真空度在 0.07 105Pa以上，必要时可冲洗二段喉管。4.3.9 定期彻底清理造粒塔底部锥体内的结疤尿素，防止刮料机下部的刮板与锥体发生 研磨，使一部分尿素被研为粉末状。4.3.10. 在冬季如果发现下塔尿素的皮带上扬起的粉尘较大，很有可能是尿素中的水含 量控制太低造成的。 操作中可以适当降低蒸发系统二段真空的控制指标， 一定程度上也可以 减少传送皮带上扬起的粉尘。4.3.11 造粒喷头拉稀时，也会导致大量的粉尘产生。因此要严格控制工艺指标，严防造 粒喷头拉稀。5. 改进措施5.1. 在尿素造粒塔顶部设置粉尘回收装置，