论文部分内容阅读
摘 要：本文介绍了沧州正元化肥有限公司采用的尿素造粒塔顶粉尘回收项目的背景、工艺流程、运行情况及经济效益。
关键词：尿素造粒塔；粉尘回收；工艺流程；经济效益
沧州正元化肥有限公司“60-80”项目年产60万吨合成氨和80万吨尿素，于2015年建成投运，尿素造粒塔顶原设计无除尘回收装置，造粒塔顶排放气夹带尿素粉尘微粒，顶部出气粉尘平均含量：120mg/Nm3，刚好能满足目前执行的《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中粉尘含量不大于120mg/m3环保要求，但是这部分尿素粉尘排放到大气中，既污染了环境又造成了资源浪费。
2007年国家环保总局发布了两个文件：《国家鼓励发展的环境保护技术目录（2007年度）》和《国家先进污染防治示范技术名录（2007年度）》，向社会推荐多项环保技术。有三项技术涉及化肥生产，且可以申报中央政府财政支持。其中，《国家鼓励发展的环境保护技术目录（2007年度）》中有一项，“氮肥企业废气、废固处理及清洁生产综合治理技术”，以洗涤回收方法、将尿素造粒塔尾气中的尿素粉尘含量从100mg/Nm3以上降到30mg/Nm3以下。这项技术适用于采用自然通风造粒塔的尿素企业。2017年9月29日国家发布了HJ864.1-2017《排污许可证申请与核发技术规范化肥工业-氮肥》，标准中规定了合成氨企业针对所有工段的有组织排放、无组织排放的环保处理技术，尿素造粒塔顶气体排放已被环保部门列为粉尘监测排放口，国家、省、市、园区各级环保部门加大了环保督查力度，频繁对企业环保情况进行检查，多次提出造粒塔粉尘回收问题。
鉴于当前严峻的环保形势，急需对造粒塔顶粉尘进行回收，对于目前社会上诸多粉尘回收技术存在的不足，沧州正元60-80项目尿素造粒塔顶粉尘回收项目于2017年下半年开始考察筹建，自行研发设计，设计遵循的原则是：尿素造粒塔顶粉尘回收装置采用原塔自然通风，不外加强力通风设施。该装置布置在造粒塔塔顶，不增加造粒塔高度，相对安全性较高，巡检、维修方便，操作简便，尽量与生产系统合为一体。
一、尿素造粒塔相关参数及排放指标
尿素装置设计产能：正常产量101 t/h
尿素造粒塔设计风量：1000000m3/h
尿素造粒塔总高：101m，除尘装置安装高度：91.5m
尿素造粒塔内径：28 m
顶部出气粉尘平均含量：120mg/Nm3
通過尿素造粒塔顶粉尘回收装置完成后，尿素造粒塔顶排放的尾气中的颗粒物浓度控制在30mg/Nm3以内。
二、工艺方案选择
塔式造粒和流化床造粒是当今世界上最主要的尿素造粒技术。国内以塔式造粒为主，产能占比高达85%左右，且全部是污染严重的自然通风式传统造粒塔。对尿素造粒塔除尘有湿法洗涤、电除尘、布袋除尘和电袋复合除尘等多种的处理方式，而造粒塔粉尘处理的难点在于排污点过高（达80-120米），且无可靠的除尘设备安装位置。电除尘、布袋除尘和电袋复合除尘等干式除尘方法在造粒塔设备上增加的荷载大，清理、维修繁杂，基本在行业内没有成功的案例，因此造粒塔的湿法洗涤粉尘是一个行之有效的方法。
湿法洗涤除尘又包括自然通风塔顶洗涤和塔顶强制通风洗涤，但塔顶强制通风洗涤方式会对造粒塔的安全性产生很大影响，塔内强制通风增加风机的设备数量多，安装高度也会增加很多，安全隐患增加，施工周期长，运行费用也会增加，并且塔顶强制通风装置的耗费大致与回收尿素的价值相当。自然通风空塔洗涤技术的效果比较差，达不到标准，本技术选择在自然通风塔顶洗涤的基础上，增加了填料洗涤装置，而且每年回收尿素的价值与装置耗费的价值相比较，还略有剩余。
沧州正元化肥有限公司根据自己的实际情况提出以下两个问题：既解决了自然通风空塔喷淋洗涤装置的效果差的问题，又解决了强制通风洗涤装置增加的造粒塔高度和动荷载引起的安全隐患问题。基于以上两个问题，我公司根据国外运行多年的大颗粒尿素粉尘回收冲洗装置的经验，开发出了尿素造粒塔顶粉尘回收装置采用横流式高效填料洗涤装置，该装置利用原塔自然通风，不外加强力通风设施。装置布置在造粒塔顶内部，操作简便，与生产系统合为一体。吸收液循环使用，吸收液中尿素浓度达到一定值后返入生产系统回用。
三、工艺流程简介
沧州正元化肥有限公司采用的尿素造粒塔顶粉尘回收装置利用新型尿素造粒塔横流式高效填料洗涤装置，其核心技术在气流流速和高效丝网填料的合理匹配上。该装置的填料是由热塑性单丝编织而成的阶梯状三维结构材料，结构是交织结构型丝网且具有方向性，使得几乎全部的丝网是垂直于气流方向，保证最大面积地有效拦截气流中夹带的雾状液滴，可以对1μm以上雾滴达到最高祛除效率大于等于99%的效率；同时由于有效面积大，高空隙率（94-97%）提供最高的抗堵塞性能，在相同效率下，大大降低了产生的压力降。
1、空气流程
造粒塔内与尿素颗粒逆流接触后的空气经过百叶窗进入粉尘回收装置吸收区，吸收区安装有填料层及雾状除尘喷头，热空气与侧面布置的喷头横流喷出的水雾以顺流方式接触，然后在填料上形成水幕吸收。经吸收后的空气进入除雾层，除去大量雾滴后的饱和空气温度得到降低，进一步冷凝含尿素微粒的液滴，从塔顶排放，充分解决了吸收液滴带出塔外的现象。
2、液体流程
本项目的吸收液为现有尿素生产系统的解吸废液，来自现有尿素生产系统的解吸废液经补水泵进入循环水槽，循环液经过喷淋循环泵加压进入雾状除尘喷头吸收洗涤粉尘，吸收后的循环液又收集至循环水槽循环使用，尿素浓度达到约10%后送至尿素系统尿液槽，生产尿素。
四、运行情况
该技术于2018年5月份在沧州正元化肥有限公司60-80项目尿素造粒塔顶上成功投运，达到环保排放标准最新要求。 截止到2019年3月装置已经平稳运行10个月，监测数据及环保效益如下：
废气经喷淋在丝网上水幕吸收处理后，由101米高造粒塔顶排放，外排废气中颗粒物最高排放浓度为24.2mg/m3，最高排放速率为24.2kg/h，均符合《大气污染物综合排放指标》（GB16297-1996）表2二级排放限值要求（排放浓度≤120mg/m3，排放速率≤236kg/h）。
本技术是目前国内采用自然通风技术的尿素造粒塔排气粉尘指标低于30mg/Nm3且运行成功的案例之一。
五、项目效益分析
5.1 本项目总投资为618万元。
5.2 运行数据及经济效益
5.2.1 回收尿素的效益
沧州正元化肥有限公司尿素造粒塔顶粉尘回收装置没有独立生产的产品，回收的稀尿素溶液送原厂区内的尿素装置蒸发系统，然后按照系统流程进行蒸发造粒，生产尿素产品外售。随水分蒸发及时补充水分，排放尿液浓度10%，每次排放量24m3，尿素回收量为2.4吨/天，每年可回收尿素的量为（每年按330天运行计算）：2.4吨/天×330天/年=792吨/年，尿素价格按1800元/吨计算，年经济效益为：792吨/年×1800元/吨=142.56万元/年
5.2.2 运行成本
（1）蒸汽消耗：每天排放24m3尿素溶液按消耗蒸汽量为1吨/m3计算，每1吨蒸汽按80元计算：24吨/天×330天/年×80元/吨=63.36万元/年
（2）电消耗：电费按0.58元/kw·h计算，68kw×24h/天×0.58元/kw·h×330天/年=31.23万元/年
5.2.3 由于该系统工艺简单，静止设备均采用不锈钢材质，工艺介质的腐蚀性相对较小，且运转设备少，需投入的维护费用也较少。因该系统不增加专职操作人员，故该项费用可忽略。
5.2.4 直接经济效益：142.56 -63.36 -31.23 =47.97万元/年
5.2.5 环境效益
按照目前《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中粉尘含量不大于120mg/Nm3要求，沧州正元化肥有限公司新上粉尘回收装置后，尿素造粒塔排放粉尘量小于30mg/Nm3，每天回收尿素2.4t，污染物浓度降低了超过75%。
根据2018年1月1日实施的《中华人民共和国环境保护税法》中大气污染物污染当量值表中一般性粉尘污染物当量值为4kg，沧州当地每污染当量的税额为4.8元。税法中规定纳税人排放应税大气污染物或者水污染物的浓度值低于国家和地方规定的污染物排放标准30%的，减按75%征收环境保护税。纳税人排放应税大气污染物或者水污染物的浓度值低于国家和地方规定的污染物排放标准50%的，减按50%征收环境保护税。因此计算降低税额为：2.4×1000÷4×4.8=2880元/天，折合每年降低86.4万元（年操作天数按照300天计）。
随着社会经济的快速发展，能源危机、环境污染日趋严重，影响了整个社会的生存环境，降低了人们的生活质量，节能降耗、治理环境势在必行。本项目实施后，减少了尿素造粒塔排放气中尿素粉尘含量，实现达标排放，减轻对周边环境污染，对于当地环境的保护具有不可估量的环境效益。
5.2.6 社会效益
本项目建成后，尿素造粒塔废气達标排放，有利于企业的可持续发展，对当地的经济发展、社会稳定、人们生活环境的改善同样有着良好的作用。
6 项目总结
沧州正元化肥有限公司尿素粉尘回收项目实施后，造粒塔排气排放达标，粉尘浓度显著减低，颗粒物浓度≤30mg/Nm3，适应了当前的环境保护形势。公司独有的造粒塔除尘技术相比目前常用的造粒塔除尘技术有如下优点：
1、该高效除尘装置工艺流程简单，运行可靠，管理方便，除尘效率高，除尘废水可循环利用，能连续运转，并能实现自动化操作运行。
2、除尘装置采用侧喷，相比垂直喷淋，吸收面积增大了近一倍，吸收效果大大优于垂直喷淋技术。
3、除尘装置采用低阻力、高空隙率新型填料，不需增加强力通风设施即可正常使用，因此运行费用低，检修维修方便。
4、除尘装置设置在造粒塔内部，不增加造粒塔高度，相对安全性较高，巡检、维修方便。
关键词：尿素造粒塔；粉尘回收；工艺流程；经济效益
沧州正元化肥有限公司“60-80”项目年产60万吨合成氨和80万吨尿素，于2015年建成投运，尿素造粒塔顶原设计无除尘回收装置，造粒塔顶排放气夹带尿素粉尘微粒，顶部出气粉尘平均含量：120mg/Nm3，刚好能满足目前执行的《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中粉尘含量不大于120mg/m3环保要求，但是这部分尿素粉尘排放到大气中，既污染了环境又造成了资源浪费。
2007年国家环保总局发布了两个文件：《国家鼓励发展的环境保护技术目录（2007年度）》和《国家先进污染防治示范技术名录（2007年度）》，向社会推荐多项环保技术。有三项技术涉及化肥生产，且可以申报中央政府财政支持。其中，《国家鼓励发展的环境保护技术目录（2007年度）》中有一项，“氮肥企业废气、废固处理及清洁生产综合治理技术”，以洗涤回收方法、将尿素造粒塔尾气中的尿素粉尘含量从100mg/Nm3以上降到30mg/Nm3以下。这项技术适用于采用自然通风造粒塔的尿素企业。2017年9月29日国家发布了HJ864.1-2017《排污许可证申请与核发技术规范化肥工业-氮肥》，标准中规定了合成氨企业针对所有工段的有组织排放、无组织排放的环保处理技术，尿素造粒塔顶气体排放已被环保部门列为粉尘监测排放口，国家、省、市、园区各级环保部门加大了环保督查力度，频繁对企业环保情况进行检查，多次提出造粒塔粉尘回收问题。
鉴于当前严峻的环保形势，急需对造粒塔顶粉尘进行回收，对于目前社会上诸多粉尘回收技术存在的不足，沧州正元60-80项目尿素造粒塔顶粉尘回收项目于2017年下半年开始考察筹建，自行研发设计，设计遵循的原则是：尿素造粒塔顶粉尘回收装置采用原塔自然通风，不外加强力通风设施。该装置布置在造粒塔塔顶，不增加造粒塔高度，相对安全性较高，巡检、维修方便，操作简便，尽量与生产系统合为一体。
一、尿素造粒塔相关参数及排放指标
尿素装置设计产能：正常产量101 t/h
尿素造粒塔设计风量：1000000m3/h
尿素造粒塔总高：101m，除尘装置安装高度：91.5m
尿素造粒塔内径：28 m
顶部出气粉尘平均含量：120mg/Nm3
通過尿素造粒塔顶粉尘回收装置完成后，尿素造粒塔顶排放的尾气中的颗粒物浓度控制在30mg/Nm3以内。
二、工艺方案选择
塔式造粒和流化床造粒是当今世界上最主要的尿素造粒技术。国内以塔式造粒为主，产能占比高达85%左右，且全部是污染严重的自然通风式传统造粒塔。对尿素造粒塔除尘有湿法洗涤、电除尘、布袋除尘和电袋复合除尘等多种的处理方式，而造粒塔粉尘处理的难点在于排污点过高（达80-120米），且无可靠的除尘设备安装位置。电除尘、布袋除尘和电袋复合除尘等干式除尘方法在造粒塔设备上增加的荷载大，清理、维修繁杂，基本在行业内没有成功的案例，因此造粒塔的湿法洗涤粉尘是一个行之有效的方法。
湿法洗涤除尘又包括自然通风塔顶洗涤和塔顶强制通风洗涤，但塔顶强制通风洗涤方式会对造粒塔的安全性产生很大影响，塔内强制通风增加风机的设备数量多，安装高度也会增加很多，安全隐患增加，施工周期长，运行费用也会增加，并且塔顶强制通风装置的耗费大致与回收尿素的价值相当。自然通风空塔洗涤技术的效果比较差，达不到标准，本技术选择在自然通风塔顶洗涤的基础上，增加了填料洗涤装置，而且每年回收尿素的价值与装置耗费的价值相比较，还略有剩余。
沧州正元化肥有限公司根据自己的实际情况提出以下两个问题：既解决了自然通风空塔喷淋洗涤装置的效果差的问题，又解决了强制通风洗涤装置增加的造粒塔高度和动荷载引起的安全隐患问题。基于以上两个问题，我公司根据国外运行多年的大颗粒尿素粉尘回收冲洗装置的经验，开发出了尿素造粒塔顶粉尘回收装置采用横流式高效填料洗涤装置，该装置利用原塔自然通风，不外加强力通风设施。装置布置在造粒塔顶内部，操作简便，与生产系统合为一体。吸收液循环使用，吸收液中尿素浓度达到一定值后返入生产系统回用。
三、工艺流程简介
沧州正元化肥有限公司采用的尿素造粒塔顶粉尘回收装置利用新型尿素造粒塔横流式高效填料洗涤装置，其核心技术在气流流速和高效丝网填料的合理匹配上。该装置的填料是由热塑性单丝编织而成的阶梯状三维结构材料，结构是交织结构型丝网且具有方向性，使得几乎全部的丝网是垂直于气流方向，保证最大面积地有效拦截气流中夹带的雾状液滴，可以对1μm以上雾滴达到最高祛除效率大于等于99%的效率；同时由于有效面积大，高空隙率（94-97%）提供最高的抗堵塞性能，在相同效率下，大大降低了产生的压力降。
1、空气流程
造粒塔内与尿素颗粒逆流接触后的空气经过百叶窗进入粉尘回收装置吸收区，吸收区安装有填料层及雾状除尘喷头，热空气与侧面布置的喷头横流喷出的水雾以顺流方式接触，然后在填料上形成水幕吸收。经吸收后的空气进入除雾层，除去大量雾滴后的饱和空气温度得到降低，进一步冷凝含尿素微粒的液滴，从塔顶排放，充分解决了吸收液滴带出塔外的现象。
2、液体流程
本项目的吸收液为现有尿素生产系统的解吸废液，来自现有尿素生产系统的解吸废液经补水泵进入循环水槽，循环液经过喷淋循环泵加压进入雾状除尘喷头吸收洗涤粉尘，吸收后的循环液又收集至循环水槽循环使用，尿素浓度达到约10%后送至尿素系统尿液槽，生产尿素。
四、运行情况
该技术于2018年5月份在沧州正元化肥有限公司60-80项目尿素造粒塔顶上成功投运，达到环保排放标准最新要求。 截止到2019年3月装置已经平稳运行10个月，监测数据及环保效益如下：
废气经喷淋在丝网上水幕吸收处理后，由101米高造粒塔顶排放，外排废气中颗粒物最高排放浓度为24.2mg/m3，最高排放速率为24.2kg/h，均符合《大气污染物综合排放指标》（GB16297-1996）表2二级排放限值要求（排放浓度≤120mg/m3，排放速率≤236kg/h）。
本技术是目前国内采用自然通风技术的尿素造粒塔排气粉尘指标低于30mg/Nm3且运行成功的案例之一。
五、项目效益分析
5.1 本项目总投资为618万元。
5.2 运行数据及经济效益
5.2.1 回收尿素的效益
沧州正元化肥有限公司尿素造粒塔顶粉尘回收装置没有独立生产的产品，回收的稀尿素溶液送原厂区内的尿素装置蒸发系统，然后按照系统流程进行蒸发造粒，生产尿素产品外售。随水分蒸发及时补充水分，排放尿液浓度10%，每次排放量24m3，尿素回收量为2.4吨/天，每年可回收尿素的量为（每年按330天运行计算）：2.4吨/天×330天/年=792吨/年，尿素价格按1800元/吨计算，年经济效益为：792吨/年×1800元/吨=142.56万元/年
5.2.2 运行成本
（1）蒸汽消耗：每天排放24m3尿素溶液按消耗蒸汽量为1吨/m3计算，每1吨蒸汽按80元计算：24吨/天×330天/年×80元/吨=63.36万元/年
（2）电消耗：电费按0.58元/kw·h计算，68kw×24h/天×0.58元/kw·h×330天/年=31.23万元/年
5.2.3 由于该系统工艺简单，静止设备均采用不锈钢材质，工艺介质的腐蚀性相对较小，且运转设备少，需投入的维护费用也较少。因该系统不增加专职操作人员，故该项费用可忽略。
5.2.4 直接经济效益：142.56 -63.36 -31.23 =47.97万元/年
5.2.5 环境效益
按照目前《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中粉尘含量不大于120mg/Nm3要求，沧州正元化肥有限公司新上粉尘回收装置后，尿素造粒塔排放粉尘量小于30mg/Nm3，每天回收尿素2.4t，污染物浓度降低了超过75%。
根据2018年1月1日实施的《中华人民共和国环境保护税法》中大气污染物污染当量值表中一般性粉尘污染物当量值为4kg，沧州当地每污染当量的税额为4.8元。税法中规定纳税人排放应税大气污染物或者水污染物的浓度值低于国家和地方规定的污染物排放标准30%的，减按75%征收环境保护税。纳税人排放应税大气污染物或者水污染物的浓度值低于国家和地方规定的污染物排放标准50%的，减按50%征收环境保护税。因此计算降低税额为：2.4×1000÷4×4.8=2880元/天，折合每年降低86.4万元（年操作天数按照300天计）。
随着社会经济的快速发展，能源危机、环境污染日趋严重，影响了整个社会的生存环境，降低了人们的生活质量，节能降耗、治理环境势在必行。本项目实施后，减少了尿素造粒塔排放气中尿素粉尘含量，实现达标排放，减轻对周边环境污染，对于当地环境的保护具有不可估量的环境效益。
5.2.6 社会效益
本项目建成后，尿素造粒塔废气達标排放，有利于企业的可持续发展，对当地的经济发展、社会稳定、人们生活环境的改善同样有着良好的作用。
6 项目总结
沧州正元化肥有限公司尿素粉尘回收项目实施后，造粒塔排气排放达标，粉尘浓度显著减低，颗粒物浓度≤30mg/Nm3，适应了当前的环境保护形势。公司独有的造粒塔除尘技术相比目前常用的造粒塔除尘技术有如下优点：
1、该高效除尘装置工艺流程简单，运行可靠，管理方便，除尘效率高，除尘废水可循环利用，能连续运转，并能实现自动化操作运行。
2、除尘装置采用侧喷，相比垂直喷淋，吸收面积增大了近一倍，吸收效果大大优于垂直喷淋技术。
3、除尘装置采用低阻力、高空隙率新型填料，不需增加强力通风设施即可正常使用，因此运行费用低，检修维修方便。
4、除尘装置设置在造粒塔内部，不增加造粒塔高度，相对安全性较高，巡检、维修方便。