尿素造粒塔粉尘回收装置

尿素造粒塔粉尘回收装置1、概述目前，尿素主要作为农业肥料，而且基本上是以颗粒的形式出现在市场上。

尿素造粒主要是用两种方法。

一是塔式造粒，即利用安装在造粒塔顶部的旋转造粒喷头将熔融尿液喷洒在造粒塔内，塔底部进入的冷空气将下降的尿素颗粒冷却，然后在塔底收集后包装出售。

二是机械式造粒（例如：滚筒造粒、流化床造粒等），即将尿液雾化后喷洒在晶种上，使晶种不断长大，颗粒达到需要的尺寸后，排出装置包装出售。

塔式造粒一般情况下采取自然通风形式，其优点是，能耗低，设备维护使用费用低。

缺点是：由于受到尿液的粘性和表面张力及冷却速度的影响，颗粒尺寸大小受到限制（一般称之为小颗粒，粒径为1～3 mm）。

并且采用自然一次性冷却方式，尿素颗粒的抗压强度相对较低，同时，造粒塔顶部的排放气体中不可避免地要带走一定量的尿素粉尘和细小颗粒，对大气造成污染和一定的尿素成品损失。

机械式造粒一般情况下采取强制通风形式，其优点是，颗粒的尺寸大小可以控制（一般称之为大颗粒，粒径为3～5 mm），尺寸未达到要求的颗粒可以返回造粒机再次（或多次）长大，直到达到要求，而过大的尿素颗粒可以通过粉碎机破碎后作为晶种使用。

由于采用强制冷却方式，而且，颗粒的冷却是逐层进行的，有时，在造粒过程中还要添加一定量的甲醛，因此抗压强度相对较高。

另外，在造粒机的排风处设置有除尘装置，可以对排放气体中的尿素粉尘进行捕集，减少了对大气的污染，同时减少了尿素成品的损失。

当然，为了追求较大颗粒，尿素颗粒的返回量就会多一点，这必然会影响造粒机的生产能力和造粒的成本。

其缺点是：造粒机的投资比起造粒塔要大一点，运行能耗要高一点，设备的维护使用费用要多一点。

机械式造粒的尿素产品，即大颗粒尿素，主要用途是草原和森林的飞机播洒，部分也用于农作物的深施底肥。

由于造粒成本较高，相对来说售价也较高（一般每吨要高出50～100元），市场用量仍然是有限的，在总产量中的比例也不大。

因此，绝大部分尿素仍然使用塔式造粒。

塔式造粒会有一定的粉尘排放，会对环境造成一定的污染，特别是随着设备的改造、工艺的升级，装置的生产能力不断提高，由于尿素造粒塔一般是钢筋混凝土结构，很难进行扩能改造，造成很多造粒塔处于超负荷运行的状态。

其结果是，造粒塔塔顶的粉尘排放量超标，污染和损失同步增大。

为了解决由于生产能力过大造成的塔底颗粒温度较高的问题，有的厂家在塔底安装了强制通风装置，即流化床，这样进一步加剧了塔顶的粉尘排放，造粒塔塔顶的粉尘回收问题就变得非常急需。

2 造粒塔塔顶粉尘产生的原因分析除了上述的基本原因之外，造粒塔顶的粉尘形成还有以下几方面的特定因素。

（1）尿液从造粒喷头喷出以后，和来自塔底的冷空气在造粒塔中相遇，由于尿液本身的向下运动和与冷空气的向上运动，使尿素液柱断裂，形成长度不等的液柱短节，短节的长度取决于尿液的内在粘性，由于尿液表面张力的存在，液柱短节最终会形成近似于球形的尿素颗粒。

由于尿素液柱断裂的随机性，必然会形成一部分细小的尿素颗粒和粉尘，当上升的空气速度大于这些粒子的悬浮速度时，这些细小的尿素颗粒和粉尘就会随上升空气一同排出塔外。

（2）当尿素溶液中的水分超标时，尿素颗粒中的水分从内部向外部蒸发，会造成颗粒的二次破裂，产生不规则的尿素粉尘。

（3）当尿素溶液中的游离氨超标时，在造粒过程中，由于游离氨的分离，也会造成尿素颗粒的碎裂。

（4）造粒喷头的原因。

造粒喷头上开有许多规则的圆形小孔，如果系统中有杂质，如金属碎片、密封盘根碎片等，就会堵塞喷头小孔，造成小孔通道的不规则，这样极易产生粉尘。

严重时还会造成喷头的生产能力不够，产生溢料。

（5）造粒机的工作稳定与否也是产生粉尘的重要因素，如果造粒机的轴有弯曲或有摆动、振动等现象，会造成尿液出现不规则运动，使尿素颗粒发生碰撞，这也是产生粉尘的重要原因。

（6）造粒塔的通风也会影响粉尘的产生，如果通风发生偏流，也会造成尿素颗粒的运行轨迹变化，尿素粒子相互碰撞后产生粉尘（有时会导致颗粒粘连，形成不规则的颗粒）。

因此，可以看出，塔式造粒产生粉尘的因素很多，有些是可以避免的，有的是可以减轻的，有的是必然的。

尽量排除可以避免的，尽量保证可以减轻的，最终解决必然的，彻底解决塔顶的粉尘排放，是我们的共同愿望。

3 造粒塔塔顶的粉尘回收由于造粒塔的特定环境和通风量等原因，文献［1］中分析了不同的除尘方案，说明湿法除尘对于尿素造粒塔来说是比较适合的方案。

同时文献［1］中指出了湿法除尘必须解决的几个问题，具体如下。

（1）考虑通风阻力。

在设计方案时需要对造粒塔的通风阻力进行核算，以便在装置投入运行后确保正常运行。

（2）粉尘回收效率。

粉尘的回收效率是评价该项目成功与否的重要指标，并将问题的焦点集中在了雾化喷头的设计上。

（3）除尘液的利用。

除尘液的来源和回收要根据生产现场的具体情况来定，各厂家情况可能会有所不同。

（4）除尘液的循环量。

除尘液的循环量既要保证除尘的效果，又要考虑节省循环液所需的动力消耗。

（5）回收装置的安全。

由于该装置安装在造粒塔顶，安全方面的考虑也是非常重要的。

本文作者参加了该工程项目的总体设计和关键设备——雾化喷头的布置和雾化喷头的设计，并为该项目提供了除尘喷头53个，冲洗喷头32个。

该项目从2006年4月开始，一直稳定运行，超过2年多，为企业产生了可观的经济效益和社会效益。

文献［1］对于福建永安智胜公司内径12 m造粒塔的粉尘回收方案、运行情况、经济效益和社会效益进行了详细介绍。

本文在此基础上，对于文献［1］未涉及的其他内容进行简单的介绍，以期为准备进行此项改造的厂家提供一些参考。

4除尘装置的总体设计福建永安智胜公司提出在造粒塔的出风口处增加一个除尘室（截面为长方形），设计尺寸为：L×W×H=10000×5600×6000，除尘室中安装除尘喷头、冲洗喷头、收水填料层，达到去除粉尘和收集雾化水的目的。

最终确定的整体布局如图1。

图1 除尘装置总体布局根据厂家提出的要求，我们共同确定的方案如下。

（1）除尘喷头分两层布置，上层布置32个，下层布置21个，两层喷头雾化覆盖情况如图2a、图2b。

喷头的覆盖面积由喷头的雾化角和雾化距离所决定，喷头的数量要保证喷头喷洒的覆盖面积充满除尘室的整个截面。

图2a 上层除尘喷头布置图图2b 下层除尘喷头布置图（2）除尘喷头的设计要注意以下几方面的问题：①雾化水流量，这是除尘能力所需要的；②雾化角度，即满足喷头的雾化覆盖面积，这一点对于除尘效果非常重要；③雾化液滴尺寸，这是除尘效率的关键。

（3）除尘喷头的作用是将非常细小的尿素粉尘快速溶解在除尘液中；并将较大颗粒粉尘浸湿，增大其悬浮速度，使其在除尘室中产生沉降，达到捕集的目的。

雾化液滴要适中，雾化液滴小，有利于降低雾化循环水量，提高除尘效率，但会增加水量，当然也会增加排放气体中的尿素含量，造成浪费。

雾化液滴过大出现的情况恰好相反，也是不可行的。

（4）在除尘室中布置收水填料层的目的，是为了将随着排放气体一起上升的水雾（已含有尿素成份）拦截，降低排放污染，同时节省循环水的补充量。

（5）当循环除尘水中尿素浓度达到一定值时，需要排出，进行尿素的浓缩收集。

处理方法有多种，文献［1］中已有介绍，这里就不赘述。

同时，由于排放气体中不可避免地要带走一定的水（其中一部分是以水蒸气的形式），因此，循环除尘水需要定时补充。

（6）在收水填料层的上方需要布置一层冲洗喷头（共计32个），喷头的雾化覆盖面积和图2b相同，其目的是为了对收水填料进行定时定期冲洗。

因为收水填料在运行过程中，填料表面不断受到含有尿素的湿空气污染，流通面积会不断缩小，阻力会不断增大，如果不定期冲洗，必然会影响造粒塔的通风能力。

冲洗喷头的设计要考虑以下因素：①喷头的流量要足够大，一般能够在较短的时间内实现对填料层的冲洗。

②喷头的雾化液滴尺寸不能太小，不然会使排风中携带的水分超标。

5 雾化喷头的设计上文中提到，在除尘室中需要布置两种喷头，即除尘喷头和冲洗喷头。

喷头在设计中还要考虑以下因素。

（1）喷头要选用不锈钢材料，要有一定的抗腐蚀能力。

因为排风中含有尿素，同时冲洗液也会受到尿素粉尘的污染。

（2）喷头的结构形式，要考虑到长周期稳定运行，不容易出现堵塞，同时要满足安装、检修方便等要求。

（3）设计原理上，要考虑到雾化流量和雾化角的需求，同时雾化压力不能太高，以免使循环水泵的能耗过大。

经过和厂家协商，最后确定的喷头设计参数如表1。

表1 雾化喷头设计参数雾化角度/（º）覆盖面积设备名称设计压力/MPa 设计流量/m3/h除尘喷头0.4 0.5 100 Φ2000 冲洗喷头0.2 1.5 80 Φ1800 最终，对于除尘喷头和冲洗喷头，我们选取压力雾化式离心喷头，结构简图如图3。

此结构具有以下特点。

图3 雾化喷头结构简图（1）可以满足雾化角度的要求，即喷头的雾化覆盖面积；（2）喷孔最小直径为4 mm（对于除尘喷头），不容易产生堵塞；（3）此结构形式的喷头属于成熟产品，在其他领域内，我们已成功应用于国内20多家生产线（国产化大颗粒尿素液雾化喷头），目前已有近2000多个喷头在线运行。

在雾化喷头完成生产以后，我们利用水力试验台进行了试验，除尘喷头和冲洗喷头的试验结果分别列在表2a、表2b和图4a、4b中。

一方面对设计参数进行核实，同时为生产现场的操作提供运行参考。

整个项目实施以后，取得了良好的效果。

粉尘回收率达到92%左右，大大降低了排放气中的尿素含量，减轻了环境污染，投资回收期不足一年（按照2006年的投资基础和尿素成本），由此得出该项目的实施是成功的。

表2a 除尘喷头试验结果项目 1 2 3 4 5压力/MPa 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44流量/g/s 140 144 148 152 155表2b 冲洗喷头试验结果项目 1 2 3 4 5压力/MPa 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24流量/g/s 382 405 427 447 467图4a 除尘喷头工作曲线图4b 冲洗喷头工作曲线6 华鲁恒升项目简介山东华鲁恒升化工有限公司在内径为12 m的尿素造粒塔塔顶，布置除尘室的同时，增加了2台通风能力为200 km3/h的轴流风机。

由于采取了强制通风，除尘室的尺寸相对较小，具体尺寸为L×W×H=8700×3700×4000，喷头的布置和福建永安的基本类似。

该工程项目需要的雾化喷头共计110个（其中除尘喷头70个，冲洗喷头40个），已全部交付，预计在2008年9月底可完成安装，10月份可以投入运行。

7 结论以上介绍的造粒塔粉尘回收方法是可行的，经济效益和社会效益明显，施工安装简单，维护费用很小，运行费用仅仅包含循环水泵和补液水泵电耗（对于通风能力不足的造粒塔，还要考虑可能增加的风机电耗。