尿素造粒塔粉尘回收分析

摘要:本文对尿素造粒塔粉尘产生的原因的探讨，提出粉尘回收装置的工艺流程和特点并阐述了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；措施

中图分类号：TQ441.41 文献标识码：A 文章编号：

我国化肥厂尿素生产中造粒塔一般普遍采用的是圆柱形或矩形的高大混凝土构筑物，造粒塔通过造粒喷头喷洒尿素熔融物料经自然通风降温而形成尿素颗粒产品。由于化学反应过程、喷头喷射及不正常操作状态等，造粒塔顶排放气中带有不可忽视的粉尘量，随着生产规模扩大，其损失价值和对环境的污染越来越严重。大约喷洒每吨物料会产生1.5-4.5kg的粉尘。排放的粉尘量很大一部分降落在造粒塔周围和厂区附近，大大增加了厂区及其附近的大气腐蚀强度，造成金属设施被腐蚀，混凝土地面破裂，农作物减产和其它植物枯黄。因此，我国相关部门制订了允许排放的标准而且还将其列入了必须治理的环保项目之中。

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。

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 ＋ 3NH 3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粉尘回收装置的工艺流程和特点

4.1 工艺流程：

4.1.1气体流程

造粒塔内上升热气体进入收集分布装置，收集分布装置经特殊设计，无任何动力设施，能使气体均匀分布，保持上升含粉尘气体的热压头，使气体能够顺利通过后续整个流程；并保证造粒塔内产品温度保持在65°C左右，维持生产正常运转。含粉尘气体经过收集系统的重新分布后进入高效喷射水幕吸收区，经过两段高效喷射

水幕吸收后进入二级分离器，然后经高效清洗喷头进入错流捕水雾器，除去雾滴后的饱和气体进入三级分离空间,进一步冷凝下含尿素微粒的液滴，再经三级分离后放空,经最后一级分离除去饱和气体中冷凝的液滴，充分解决了吸收液滴带出塔外现象。

4.1.2液体流程

尿素水解废液直接进入五级清洗喷头，进行终端吸收并起加液作用。吸收液依次经过高效喷射吸收装置（五级吸收）、液体采集箱，循环降液水道，过滤装置，循环吸收泵，调温装置，高效喷射吸收装置。循环吸收，循环液达到一定浓度后回收至系统回用。

4.2 技术特点

4.2.1装置全部布置在造粒塔上部，采用自然通风，阻力低，不需外加通风设施，操作简便与原生产系统合为一体，设备少、投资省。

4.2.2该技术采用三级分离、五级吸收工艺，有效保证除尘效果和气液分离，避免雾化洗涤液带出塔外及溅入塔内，杜绝二次污染和对生产的影响。

4.2.3采用先进雾化喷嘴，同时进行顺逆流低阻力雾化吸收，同一高度内增加了有效吸收空间和吸收次数，确保吸收效果，减少装置投入。

4.2.4 在吸收、分离过程中，采用低阻力错流技术，控制热压头损失，保证冷却尿素颗粒空气用量。

4.2.5清洗过滤装置的应用保证了循环泵的长周期稳定运行。

4.2.6调温装置的使用，保证循环液最佳吸收效果及循环液中尿素溶化物的浓度。

4.2.7 新型型材的应用，增加了装置的抗风强度，降低装置建设费用。

4.2.8循环吸收液达到一定浓度时定期回收到尿液槽或蒸发系统，对原生产系统影响小，回收效益明显。

4.2.9 使用水解系统废水作为吸收液，减少了废水的排放。

5改进措施

5.1在尿素造粒塔顶部设置粉尘回收装置，将塔顶排气中的尿素粉尘回收。一方面可以减少对大气的污染；另一方面还可以回收尿素粉尘，增加企业经济效益。

5.2更换新型高效造粒喷头。

5.3在蒸发系统的尿液中加入甲醛不仅避免了粉化，同时也增加了尿素的强度。但缺点是增加甲醛添加剂后，一方面会对尿素废水处理系统产生影响，使水解后的废水不能作为锅炉水正常回收；另一方面加甲醛后的尿素会影响一些工业用户的正常使用。

总之：尿素造粒塔增设粉尘回收装置后，对正常生产无任何影响，提高和改善了环境质量，减少对周围环境的危害，有利于安全文明生产、经济技术指标合格，消耗降低，尿素造粒塔尾气粉尘实现环保达标排放。尿素粉尘直接危害和影响作业区和生活区职工身体健康、对生产设备带来一定的腐蚀和损害的现象消失，社会效益和环境效益显著。尿素造粒塔增设粉尘回收装置符合国家环保产业政策及构建和谐社会的要求。增加了企业效益，减轻了环境污染具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。

参考文献

[1]关于进一步加强尿素合成塔生产使用检验工作的通知.

[2]李珊珊. 尿素合成工艺的比较[J]. 科技情报开发与经济, 2010, (11) .

[3]沈华民. 工业尿素合成理论(一)[J]. 化肥工业, 2009, (05).