Transformation of Exhaust Gas Treatment System in Compound Fertilizer Production Units
Abstract:
The exhaust gas treatment system for two 50 kt/a compound fertilizer production units suffers from issues including unsatisfactory scrubbing efficiency, severe liquid entrainment in the exhaust gas, and frequent clogging of the spray nozzles in the scrubber towers. These problems prevent the system from meeting the demands of full-capacity production. To address these shortcomings, the internal components of the original exhaust gas scrubbers for the dry kiln and cooling kiln have been upgraded to provide multiple purification functions, while one new exhaust gas scrubber has been added to each.The transformation endows the system with enhanced multi-stage purification capabilities. Post-transformation results show improved scrubbing performance. The use of large-diameter water pipes instead of spray nozzles significantly reduces clogging issues. The scrubbers have achieved a dust removal and desulfurization efficiency of over 95%, with liquid entrainment in exhaust gas effectively controlled, thus meeting the production and environmental requirements.
金昌奔马复合肥有限责任公司2套50 kt/a滚筒造粒复合肥生产装置的尾气处理系统原设计工艺为干燥窑和冷却窑的尾气经旋风除尘器除尘后,进入沉降室进行重力沉降。旋风除尘器内部采用链条式自洁装置,防止黏性物料粘壁,影响除尘效率和设备运行;外部采用蒸汽伴热,防止尾气温度低于露点而引起物料粘壁现象。该系统的除尘效率高,结构设计独特。经旋风除尘器和沉降室处理后的尾气由引风机送入尾气洗涤塔内进行湿法除尘降温,之后排入大气。然而,随着使用年限的延长,该系统逐渐暴露出诸多问题,影响了复合肥生产装置产能的发挥,也无法满足国家的环保要求,已成为企业产品升级和产业提升战略的顽瘴痼疾,亟需进行升级改造。
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存在问题
(1) 现有的尾气洗涤塔只能去除废气中大部分的酸碱粉尘、烟气,小部分的酸碱粉尘、烟气仍被直接排至空气中,环保效果差且洗涤不彻底。
(2) 尾气洗涤塔排气严重带液,致使周边环境遭受严重污染。
(3) 在运行1个月后,尾气洗涤塔的洗涤效率即从初期作业时的80%降至30%~40%,必须停车清洗或更换喷嘴,大幅缩短了有效作业时间。
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原因分析
原设计干燥窑尾气洗涤塔的直径和塔高分别为2.0、7.0 m,冷却窑尾气洗涤塔的直径和塔高分别为1.7、6.5 m,塔内均安装喷嘴,用于将洗涤液雾化成小液滴,均匀地分散于气相中,洗涤水量均为20 m3/h。
在风机正常工作的条件下,对2座尾气洗涤塔内的风量进行了核算,结果塔内气速为4.3~5.8 m/s。实践证明,随着空塔气速的提高,雾沫夹带量会迅速增加。结合尾气洗涤塔的设计经验,当塔内气速≥2 m/s时,如果未采取合理的措施,则会造成尾气洗涤塔放空气体严重带液,使周边环境遭受严重的污染[1]。因此,可以认为空塔气速高是造成尾气洗涤塔放空气体带液的根本原因。
采用喷嘴将循环洗涤水雾化成小液滴后均匀地分散于气相中,可以增大液相的比表面积,达到提高除尘效率的目的。但该工艺对喷嘴的要求较高,否则容易结垢发生堵塞。若增大喷嘴的孔径,虽不易堵塞,但液相比表面积减小,除尘效率将降低[2]。如图 1所示,原设计未充分考虑循环洗涤水在不断循环过程中会出现夹带大量粉尘的问题,尾气洗涤塔内仅配置了一组水排分水器。由于循环洗涤水夹带的杂质未能及时清理,导致喷嘴堵塞严重,长期无法正常使用。后将喷嘴更换为锯齿形水槽,循环洗涤水经锯齿形水槽呈放射状溢流喷淋,但气液接触率低,洗涤效果差。由于尾气洗涤塔洗涤效果达不到设计要求,造成小部分酸碱粉尘、烟气被排至大气中。
图 1
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改造方案及效果
3.1
改造方案
洗涤塔属两相逆向流吸收塔,尾气从塔体下方的进气口进入洗涤塔,在通风机的动力作用下,充满进气段空间,然后均匀地通过均流段上升至喷淋吸收段,尾气中的酸碱粉尘、烟气等在此过程中与液相发生反应。通过控制空塔流速与滞留时间,尾气通过逆向流动达到与液相接触的目的,此处理方式可冷却废气、处理颗粒并净化气体。湿法除尘的设备类型通常为喷淋洗涤塔、液柱塔及动力波洗涤器,其共同特点是:①均采用液相喷嘴将洗涤液雾化成小液滴,均匀地分散于气相中,增大液相的比表面积,以获得较高的除尘效率;②均由空筒体、喷嘴及除雾器等三部分组成,结构简单,操作和维修方便,而且不易产生结垢和堵塞问题,以保证设备能够安全长期连续运行;③放大效应小,更适用于超大气量的洗涤。不同点是:①动力波洗涤器外形更小巧,配置灵活方便,设备投资低;喷淋洗涤塔和液柱塔的外形相对庞大,设备投资较高。②动力波洗涤器的净化效率高,喷淋洗涤塔和液柱塔的净化效率相对较低。③动力波洗涤器的阻力降高于喷淋洗涤塔和液柱塔的。④喷淋洗涤塔采用雾化喷射,对喷嘴有较高的要求,否则容易结垢发生堵塞;液柱塔和动力波洗涤器采用射流喷嘴,喷嘴结构简单,喷头孔径大,不易堵塞。因此,在进行内件改造时,需充分结合现场实际及各类型洗涤塔的优缺点和应用特性,根据具体的工艺特点和要求,选择合适的配套技术方案,使其具备多重净化功能。
对复合肥装置原有2座尾气洗涤塔的内件进行改造,并各新增1座直径3 m以上的尾气洗涤塔,以增强尾气处理能力,降低空塔气速。新增尾气洗涤塔的内件按相同方案配置。
原尾气由塔壁直接进入尾气洗涤塔内;改造后,尾气进塔后由中心向下喷向循环洗涤水进行一级除尘。在塔的中段设置菌帽,上部安装Ф 76 mm循环洗涤水管,水在菌帽的四周均匀分散形成水幕,对由塔底向上逆行的尾气进行二次洗涤。在塔的中上段安装塔盘布水器,对尾气进行第三次洗涤。在塔顶加装筛板作为除沫段,并安装2层除雾器,用来回收尾气中夹带的液体。
原尾气洗涤塔高度为7.0 m,塔内空间受限,因此只进行进气口、菌帽喷淋和除雾器的改造。新增的2座尾气洗涤塔高度为10 m,可分别在菌帽喷淋管的上部和除雾器的下部增设塔盘布水器。改造后,尾气由进口到出口经历了3次洗涤,可极大地提高单塔的洗涤效率。改造后的尾气洗涤塔结构示意见图 2。
图 2
改造后,通过Ф 76 mm大口径水管供应循环洗涤水,故循环洗涤水中即使固含量较高(质量分数可达20%),也不会发生堵塞问题。尾气通过3次洗涤净化,洗涤效率更高且更稳定[3]。塔顶安装的除雾器和清洗管线,具有低阻力、抗污堵及自清洗等优点。洗涤塔的除尘脱硫效率达到
95%以上,排气带液现象得到有效控制,净化和环保效果明显提升,装置运行周期延长至3个月以上,且只需对除雾器进行清洗即可。
3.2
改造效果
改造后,对尾气处理系统进行了性能试验,其中颗粒物和二氧化硫按照国家标准《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB 9078—1996)执行,氢氧化物按照国家标准《大气污染物综合排放标准》(GB 16297—1996)执行,标准限值为:颗粒物排放质量浓度≤200 mg/m3,二氧化硫排放质量浓度≤850 mg/m3,氮氧化物排放质量浓度≤240 mg/m3。
从表 1可以看出,排放污染物的各项指标均得到了明显改善,表明改造是成功的。
表 1
项目 |
改造前排放均值 |
|
改造后排放均值 |
干燥窑尾气排放口 |
冷却窑尾气排放口 |
干燥窑尾气排放口 |
冷却窑尾气排放口 |
流量/(m3·h-1,标态,干基) |
32 250 |
25 067 |
|
32 250 |
25 067 |
O2体积分数/% |
19.0 |
19.0 |
|
19.0 |
19.0 |
颗粒物折算质量浓度/(mg·m-3) |
155 |
141 |
|
34 |
31 |
SO2折算质量浓度/(mg·m-3) |
167 |
212 |
|
36 |
46 |
NOx实测质量浓度/(mg·m-3) |
20 |
14 |
|
4.3 |
3.0 |
4
结语
对尾气洗涤塔内件进行系统改造后,生产装置运行周期延长至3个月以上,同时有效改善了区域环境现状,经净化后的尾气对环境空气质量的影响较小。