降低煙廠離子除異味系統(tǒng)氣體排放濃度

吳 悅，李文亮，孫乾德

（紅云紅河煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司新疆卷煙廠，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

卷煙生產(chǎn)中的制絲過(guò)程不可避免會(huì)產(chǎn)生大量異味氣體，這些氣體會(huì)對(duì)廠區(qū)周圍大氣環(huán)境產(chǎn)生較大影響[1]。從分子構(gòu)成而言，煙草異味氣體主要含有醛類、烴類、酚類、酸類、醇類等多種有機(jī)物質(zhì)[2]，會(huì)對(duì)周邊居民的呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、精神狀態(tài)等帶來(lái)危害[3]。近年來(lái)，居民環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，政府也通過(guò)政策、法律、行政等手段加大對(duì)污染企業(yè)的治理，卷煙生產(chǎn)企業(yè)作為國(guó)有企業(yè)，對(duì)環(huán)境保護(hù)有著義不容辭的責(zé)任。目前，多數(shù)卷煙廠都具有除異味設(shè)備，但是仍然會(huì)接到周邊居民的投訴。重新增加新的異味處理設(shè)備投入大、周期長(zhǎng)，嘗試在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)改造，可以在一定程度上降低異味氣體的排放。

1 某煙廠制絲車間除異味系統(tǒng)

離子法異味處理技術(shù)又被稱為“離子貓”，某煙廠“離子貓”除異味系統(tǒng)由A 系統(tǒng)（處理制絲車間排潮系統(tǒng)廢氣）、循環(huán)水箱、噴淋塔、B1 和B2 系統(tǒng)（處理制絲車間除塵系統(tǒng)廢氣）和“離子貓”等部分組成（圖1）。除異味系統(tǒng)在生產(chǎn)工序上位于除塵和排潮之后，是制絲車間的最后一道異味氣體處理工序，來(lái)自排潮的廢氣經(jīng)過(guò)排潮間進(jìn)入噴淋塔，在循環(huán)水的噴淋下，將絮狀物及大顆粒物帶入水箱，剩余廢氣送入吸附塔，經(jīng)過(guò)活性炭吸附作用后排入大氣。來(lái)自除塵的廢氣通過(guò)粉塵收集處理后進(jìn)入吸附塔，通過(guò)濾袋吸附其中的粉塵后進(jìn)行排放。

由于活性炭吸附能力有限，一定工作周期后需將其中吸附的產(chǎn)生異味的分子解析出來(lái)，以恢復(fù)活性炭的吸附能力。“離子貓”是一個(gè)中高頻的電場(chǎng)激發(fā)器，可對(duì)解析出氣體中的氮化合物、含硫化合物、長(zhǎng)鏈脂肪烴等有機(jī)物電離為帶有正電荷的離子，之后在催化劑作用下氧化為二氧化碳以及水，最終經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)排出室外。使用離子法異味處理技術(shù)能夠高效處理異味氣體，而且自動(dòng)化進(jìn)行吸附、解析、電離等工作，操作界面人性化。

2 降低“離子貓”除異味系統(tǒng)處理排放濃度的思路

目前使用的除異味系統(tǒng)，排潮廢氣處理能力為100 000 m3/h，除塵廢氣處理能力200 000 m3/h，能夠滿足現(xiàn)有廢氣量的處理需求。在設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)方面，車間修理人員和操作人員熟練掌握設(shè)備性能，專業(yè)性強(qiáng)，并嚴(yán)格按照設(shè)備維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)規(guī)范進(jìn)行設(shè)備的保養(yǎng)和操作。環(huán)保部門的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，除異味系統(tǒng)排放濃度低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)身體健康產(chǎn)生影響，但是工廠周邊新建大量住宅和學(xué)校，針對(duì)空氣質(zhì)量的投訴依然很多，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高異味氣體的處理能力，進(jìn)行一定的設(shè)備改造是必要的。

2.1 降低噴淋塔循環(huán)水溫度

根據(jù)氣體溶解度的相關(guān)知識(shí)，氣體的溶解度除與氣體本身特性、溶劑性質(zhì)有關(guān)外，還與溫度、壓強(qiáng)有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)在一定壓強(qiáng)下氣體的溶解度隨著溫度升高而減少。原先除異味系統(tǒng)噴淋塔的主要功能是將絮狀物及大顆粒物帶入水箱后經(jīng)下水道排除，剩余廢氣送入吸附塔由活性炭吸附。由于氣體能在水中溶解，噴淋塔中的水對(duì)異味氣體是存在一定吸附作用的，適當(dāng)降低噴淋水溫度存在一定的減少異味氣體的作用。

為了驗(yàn)證理論分析結(jié)果，聘請(qǐng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)依照《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 14554—1993）》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)除異味排放口的異味氣體濃度進(jìn)行連續(xù)一周的檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，噴淋水溫度在25 ℃時(shí)，除異味系統(tǒng)整體排除的異味氣體較少。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，降低噴淋水溫度可以在一定程度上提高除異味系統(tǒng)的工作效率。

2.2 提高噴淋塔循環(huán)水純凈度

循環(huán)水將噴淋塔中的絮狀物、大顆粒物、以及異味氣體主要成分芳香烴、烷烴、酚類凝聚物，通過(guò)水循環(huán)帶入水箱中。循環(huán)水將這些異味物質(zhì)溶解，不僅要考慮溶解度的大小，還需考慮溶解速度，考慮在噴淋塔中從進(jìn)到出的時(shí)間約為1 min 左右，在有限時(shí)間里更多溶解異味物質(zhì)將有利于提高除異味系統(tǒng)的工作效率。水質(zhì)純凈度降低，會(huì)造成運(yùn)載雜質(zhì)能力降低，更多的異味氣體雜質(zhì)進(jìn)入下一工序，造成排放濃度增高。運(yùn)用靜置沉淀法對(duì)循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)行測(cè)試。連續(xù)多日取水箱上部、中部、下部等多部位的水，經(jīng)過(guò)0.5 h 的沉淀，中部及下部的循環(huán)水中有絮狀物及沉淀析出，噴淋塔循環(huán)水已處于飽和狀態(tài)，這樣的噴淋水溶解異味物質(zhì)的效果必然無(wú)法令人滿意。因此，可以通過(guò)排放水箱底部沉淀，流入新水等方法提高噴淋塔循環(huán)水的純凈度，以此提高異味氣體的溶解速度，降低異味氣體排放濃度。

3 降低“離子貓”除異味系統(tǒng)排放濃度的實(shí)施方法

3.1 增加循環(huán)水冷卻設(shè)備

機(jī)械設(shè)備方面，在原噴淋水箱附近增加一套熱交換冷卻系統(tǒng)，包括冷卻塔、熱交換器、水泵、相關(guān)管路，以及溫度傳感器、水位檢測(cè)等檢測(cè)元器件。熱交換器選用滿足水流量需求的板式換熱器，實(shí)現(xiàn)冷卻水對(duì)循環(huán)水的降溫作用。噴淋水冷卻系統(tǒng)如圖2 所示，利用原水箱噴淋水泵將溫度較高的水送入方型逆流式冷卻塔，冷卻后的水經(jīng)新安裝的水泵進(jìn)入安裝在室內(nèi)的板式換熱器進(jìn)行二次冷卻后進(jìn)入噴淋塔。室內(nèi)的板式換熱器由于其內(nèi)部板片波紋表面的特殊作用，使流體沿著狹窄彎曲的通道流動(dòng)，其速度大小和方向不斷改變，可以使流體在不大的流速下，產(chǎn)生較為強(qiáng)烈湍動(dòng)[4]，因而加快了流體邊界層的破壞，強(qiáng)化了傳熱過(guò)程，有效提高傳熱能力。

圖2 噴淋水冷卻系統(tǒng)

電控方面，冷卻系統(tǒng)加裝循環(huán)水溫度傳感器、冷卻水水位傳感器，就近在I/O 箱內(nèi)接線，使所有新增的冷卻系統(tǒng)的檢測(cè)和控制元件接入PLC，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水，冷卻水泵自動(dòng)啟停等?？紤]到每日生產(chǎn)開(kāi)始時(shí)初始水溫低，不用降溫，因此連鎖除異味系統(tǒng)的線啟動(dòng)信號(hào)延遲30 min 啟動(dòng)熱交換冷卻系統(tǒng)；另外，由于制絲生產(chǎn)中可能出現(xiàn)臨時(shí)性停機(jī)，不需要將冷卻系統(tǒng)關(guān)閉，因此設(shè)置手動(dòng)或與除異味系統(tǒng)整體關(guān)閉。對(duì)于冷卻塔風(fēng)扇及冷卻水泵啟動(dòng)條件，當(dāng)滿足水位檢測(cè)和溫度檢測(cè)條件且循環(huán)水水溫大于30 ℃，冷卻塔高水位檢測(cè)到位后開(kāi)啟。每日生產(chǎn)結(jié)束后，排水電磁閥連鎖生產(chǎn)停止信號(hào)將冷卻塔的水排入水箱，避免冬天低溫結(jié)冰或夏天高溫?fù)]發(fā)。修改原觸摸屏WinCC 畫面，連接各變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)、風(fēng)扇、元器件運(yùn)行狀態(tài)、循環(huán)水水溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 增加水箱自動(dòng)排水功能

改進(jìn)水箱排水程序，增加自動(dòng)排水的功能。以控制開(kāi)關(guān)、生產(chǎn)信號(hào)、水箱水位高度等作為連鎖條件，生產(chǎn)狀態(tài)下間隔自動(dòng)排水。對(duì)于排水間隔和排水量，由于水箱中主要是大顆粒物、以及異味氣體主要成分芳香烴、烷烴、酚類凝聚物等，屬于成分較為復(fù)雜的復(fù)合物質(zhì)。缺乏相應(yīng)的檢測(cè)條件和傳感器，考慮到酚類物質(zhì)的特性[5]，其在水溶液中pH 值一般為6～7，呈酸性，因此可使用耐腐蝕可輸出數(shù)據(jù)至PLC 的酸堿度傳感器作為信號(hào)，根據(jù)水箱水質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)條件多次試驗(yàn)，確定為排水間隔時(shí)間的依據(jù)。至于排水量，建議每次排水為水箱最大水量的1/4，也可以酸堿度傳感器的數(shù)據(jù)與水溫?cái)?shù)據(jù)連鎖，當(dāng)水溫較高或酸堿度達(dá)到其中一個(gè)條件滿足時(shí)，均排出廢水加入新水，不僅可以降低循環(huán)水的溶解度，提高吸附異味物質(zhì)效率，也能使水溫降低，進(jìn)一步減少異味氣體排放。

4 總結(jié)

利用停產(chǎn)間隙，經(jīng)過(guò)半個(gè)月實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了“離子貓”除塵系統(tǒng)增加噴淋水冷卻裝置和對(duì)噴淋水水箱改進(jìn)自動(dòng)排水功能。設(shè)備改造以來(lái)，噴淋水水溫夏季能夠保持在32 ℃，冬季23 ℃左右，能夠較好達(dá)到使噴淋水更多溶解異味氣體的目標(biāo)；水箱內(nèi)異味物質(zhì)以pH 值作為檢測(cè)指標(biāo)，水箱的排水間隔約為5 h，每次排水量為2 m3，與改造前每日排水10 m3相比，耗水量沒(méi)有顯著增加，但是可以保持水箱水質(zhì)處于一定的純凈度，有利于快速溶解異味氣體物質(zhì)。一套“離子貓”除塵系統(tǒng)廠家報(bào)價(jià)在1600 萬(wàn)元以上，通過(guò)設(shè)備改造只花費(fèi)50 萬(wàn)元用于購(gòu)置冷卻塔、傳感器、外協(xié)施工等，極大節(jié)省企業(yè)開(kāi)支。也能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)氣體排放濃度的目標(biāo)，第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，改造后的設(shè)備排氣口異味氣體排放濃度24 h 平均值為871 單位，下風(fēng)向500 m 距離異味氣體濃度24 h 平均值為19 單位，遠(yuǎn)低于《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 14554—1993）》中要求的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。