降低煙廠離子除異味系統氣體排放濃度

吳 悅，李文亮，孫乾德

（紅云紅河煙草集團有限責任公司新疆卷煙廠，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

卷煙生產中的制絲過程不可避免會產生大量異味氣體，這些氣體會對廠區周圍大氣環境產生較大影響[1]。從分子構成而言，煙草異味氣體主要含有醛類、烴類、酚類、酸類、醇類等多種有機物質[2]，會對周邊居民的呼吸系統、循環系統、消化系統、精神狀態等帶來危害[3]。近年來，居民環保意識增強，政府也通過政策、法律、行政等手段加大對污染企業的治理，卷煙生產企業作為國有企業，對環境保護有著義不容辭的責任。目前，多數卷煙廠都具有除異味設備，但是仍然會接到周邊居民的投訴。重新增加新的異味處理設備投入大、周期長，嘗試在現有設備基礎上進行相應改造，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

離子法異味處理技術又被稱為“離子貓”，某煙廠“離子貓”除異味系統由A 系統（處理制絲車間排潮系統廢氣）、循環水箱、噴淋塔、B1 和B2 系統（處理制絲車間除塵系統廢氣）和“離子貓”等部分組成（圖1）。除異味系統在生產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，來自排潮的廢氣經過排潮間進入噴淋塔，在循環水的噴淋下，將絮狀物及大顆粒物帶入水箱，剩余廢氣送入吸附塔，經過活性炭吸附作用后排入大氣。來自除塵的廢氣通過粉塵收集處理后進入吸附塔，通過濾袋吸附其中的粉塵后進行排放。

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生異味的分子解析出來，以恢復活性炭的吸附能力?！半x子貓”是一個中高頻的電場激發器，可對解析出氣體中的氮化合物、含硫化合物、長鏈脂肪烴等有機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，最終經過風機排出室外。使用離子法異味處理技術能夠高效處理異味氣體，而且自動化進行吸附、解析、電離等工作，操作界面人性化。

2 降低“離子貓”除異味系統處理排放濃度的思路

目前使用的除異味系統，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，能夠滿足現有廢氣量的處理需求。在設備維護保養方面，車間修理人員和操作人員熟練掌握設備性能，專業性強，并嚴格按照設備維護標準和作業規范進行設備的保養和操作。環保部門的檢測數據表明，除異味系統排放濃度低于國家標準，不會對身體健康產生影響，但是工廠周邊新建大量住宅和學校，針對空氣質量的投訴依然很多，需要在現有基礎上提高異味氣體的處理能力，進行一定的設備改造是必要的。

2.1 降低噴淋塔循環水溫度

根據氣體溶解度的相關知識，氣體的溶解度除與氣體本身特性、溶劑性質有關外，還與溫度、壓強有關，一般來說在一定壓強下氣體的溶解度隨著溫度升高而減少。原先除異味系統噴淋塔的主要功能是將絮狀物及大顆粒物帶入水箱后經下水道排除，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，噴淋塔中的水對異味氣體是存在一定吸附作用的，適當降低噴淋水溫度存在一定的減少異味氣體的作用。

為了驗證理論分析結果，聘請第三方檢測機構依照《惡臭污染物排放標準（GB 14554—1993）》標準對除異味排放口的異味氣體濃度進行連續一周的檢測。檢測結果表明，噴淋水溫度在25 ℃時，除異味系統整體排除的異味氣體較少。通過理論分析和實驗證明，降低噴淋水溫度可以在一定程度上提高除異味系統的工作效率。

2.2 提高噴淋塔循環水純凈度

循環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，通過水循環帶入水箱中。循環水將這些異味物質溶解，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到出的時間約為1 min 左右，在有限時間里更多溶解異味物質將有利于提高除異味系統的工作效率。水質純凈度降低，會造成運載雜質能力降低，更多的異味氣體雜質進入下一工序，造成排放濃度增高。運用靜置沉淀法對循環水水質進行測試。連續多日取水箱上部、中部、下部等多部位的水，經過0.5 h 的沉淀，中部及下部的循環水中有絮狀物及沉淀析出，噴淋塔循環水已處于飽和狀態，這樣的噴淋水溶解異味物質的效果必然無法令人滿意。因此，可以通過排放水箱底部沉淀，流入新水等方法提高噴淋塔循環水的純凈度，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”除異味系統排放濃度的實施方法

3.1 增加循環水冷卻設備

機械設備方面，在原噴淋水箱附近增加一套熱交換冷卻系統，包括冷卻塔、熱交換器、水泵、相關管路，以及溫度傳感器、水位檢測等檢測元器件。熱交換器選用滿足水流量需求的板式換熱器，實現冷卻水對循環水的降溫作用。噴淋水冷卻系統如圖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，冷卻后的水經新安裝的水泵進入安裝在室內的板式換熱器進行二次冷卻后進入噴淋塔。室內的板式換熱器由于其內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，其速度大小和方向不斷改變，可以使流體在不大的流速下，產生較為強烈湍動[4]，因而加快了流體邊界層的破壞，強化了傳熱過程，有效提高傳熱能力。

圖2 噴淋水冷卻系統

電控方面，冷卻系統加裝循環水溫度傳感器、冷卻水水位傳感器，就近在I/O 箱內接線，使所有新增的冷卻系統的檢測和控制元件接入PLC，通過編程實現自動加水，冷卻水泵自動啟停等?？紤]到每日生產開始時初始水溫低，不用降溫，因此連鎖除異味系統的線啟動信號延遲30 min 啟動熱交換冷卻系統；另外，由于制絲生產中可能出現臨時性停機，不需要將冷卻系統關閉，因此設置手動或與除異味系統整體關閉。對于冷卻塔風扇及冷卻水泵啟動條件，當滿足水位檢測和溫度檢測條件且循環水水溫大于30 ℃，冷卻塔高水位檢測到位后開啟。每日生產結束后，排水電磁閥連鎖生產停止信號將冷卻塔的水排入水箱，避免冬天低溫結冰或夏天高溫揮發。修改原觸摸屏WinCC 畫面，連接各變量，實現對電機、風扇、元器件運行狀態、循環水水溫的實時監控。

3.2 增加水箱自動排水功能

改進水箱排水程序，增加自動排水的功能。以控制開關、生產信號、水箱水位高度等作為連鎖條件，生產狀態下間隔自動排水。對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，屬于成分較為復雜的復合物質。缺乏相應的檢測條件和傳感器，考慮到酚類物質的特性[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據至PLC 的酸堿度傳感器作為信號，根據水箱水質和現場條件多次試驗，確定為排水間隔時間的依據。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據與水溫數據連鎖，當水溫較高或酸堿度達到其中一個條件滿足時，均排出廢水加入新水，不僅可以降低循環水的溶解度，提高吸附異味物質效率，也能使水溫降低，進一步減少異味氣體排放。

4 總結

利用停產間隙，經過半個月實施，實現了“離子貓”除塵系統增加噴淋水冷卻裝置和對噴淋水水箱改進自動排水功能。設備改造以來，噴淋水水溫夏季能夠保持在32 ℃，冬季23 ℃左右，能夠較好達到使噴淋水更多溶解異味氣體的目標；水箱內異味物質以pH 值作為檢測指標，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，耗水量沒有顯著增加，但是可以保持水箱水質處于一定的純凈度，有利于快速溶解異味氣體物質。一套“離子貓”除塵系統廠家報價在1600 萬元以上，通過設備改造只花費50 萬元用于購置冷卻塔、傳感器、外協施工等，極大節省企業開支。也能夠實現系統氣體排放濃度的目標，第三方檢測機構檢測數據表明，改造后的設備排氣口異味氣體排放濃度24 h 平均值為871 單位，下風向500 m 距離異味氣體濃度24 h 平均值為19 單位，遠低于《惡臭污染物排放標準（GB 14554—1993）》中要求的二級排放標準。