尿素造粒塔粉尘产生的原因及排放控制

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R101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132.7℃,经凝固和冷却两个过程落入塔底，被冷却固化成颗粒尿素。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50℃。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138℃，出塔成品尿素的温度为50 ℃,入塔空气的温度为20℃,出塔空气的温度为70℃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2.09×103J/Kg℃）：

由公式Q = Q凝＋C（t2—t1）得：

尿素放出的热量Q = 24.2×104＋2.09×103（138—50）

≈ 42.6×104 J/KgUr

≈426 KJ/KgUr

若空气密度ρ 取1.2Kg/M3，20℃和70℃空气的焓值分别为291 KJ/Kg和345 KJ /Kg △I =345—291 = 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8000～10000M3 。若每小时生产70吨尿素，一般需要的最大空气量为7×105M3 。

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，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 ℃熔料比138 ℃形成的粉尘量约高10 %。此外,熔料在高温( ≥140 ℃) 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( ≤1μm) 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15～210μm 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10～100μm 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1～100μm 的尘粒,其数量约占粉尘总量的5 %。

4. 尿素造粒塔顶部粉尘排放控制措施：

4．1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①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②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2～5M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③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。