節流式高效異味處理及熱能回收系統研究

張 超，吳凌志，卓宇軒，杜超陽，張 峰

(1.安徽中煙工業有限責任公司技術中心，安徽合肥 230088；2.徐州眾凱機電設備制造有限公司，江蘇徐州221004)

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節流式高效異味處理及熱能回收系統研究

張 超1，吳凌志2，卓宇軒2，杜超陽2，張 峰2

(1.安徽中煙工業有限責任公司技術中心，安徽合肥 230088；2.徐州眾凱機電設備制造有限公司，江蘇徐州221004)

對節流式高效異味處理及熱能回收系統的結構設計、技術原理進行總結，對該系統處理煙廠高溫高濕尾氣效果進行闡述。實踐證明：煙廠生產過程中產生的高溫高濕的尾氣經該系統處理后，尾氣低溫排放，尾氣中的異味成分去除率>80.0%，顆粒物排放濃度<2.00 mg/m3，符合國家相關法規，系統的換熱效率高，換熱效率平均值為63.66%；該系統運行穩定、可靠，運行過程中耗水量<100 kg/h，二次污染小，節能減排效果明顯。

異味處理；熱能回收；節流式交換器；高溫高濕尾氣

在卷煙制絲過程中，煙草的回潮與干燥工序生產會伴隨著大量的高溫高濕工藝尾氣排出，工藝尾氣不僅含有一定量的顆粒粉塵，而且也含有煙草處理時揮發出的氨氣、尼古丁等氣態揮發性物質(VOCs)，同時排出的工藝尾氣蓄熱量大，這些異味氣體若直接排入大氣中，將嚴重污染周圍的環境，危害人類健康[1]。目前，新建設的卷煙廠項目均規劃了煙草異味處理系統，如生物濾池、低溫等離子除異味系統等[2-3]。異味處理常用方法有吸附法、過濾法、生物法、臭氧氧化法、低溫等離子法等[4-6]，通常這些異味處理系統投資高、占地面積大，同時存在處理效果不理想、造成二次污染、熱能無法回收利用、無法除掉粉塵、前期投入和后期的運行維護成本高等問題，目前改進的方法基本都是對控制方式進行改進，從而達到節能減排的目的，但這不能從根本上解決問題[7]。節流式異味處理系統是一種濕式異味處理系統，濕式異味處理一般都是用水作為凈化介質，通過同一個設備捕集氣態和顆粒污染物，從而有效地去除異味成分、灰分，并且能夠回收利用尾氣中的熱能及降低尾氣的排放溫度。隨著污水處理技術的發展，濕式異味處理產生的污水能夠得到有效解決，濕法異味處理的利弊權重也發生了變化。濕法捕集系統一般比干法捕集系統結構更加緊湊，其占地較少，初期投資較低，凈化效率較高，可就近處理[8]，處理后的尾氣低溫無味排放，達到凈化塵粒的同時還可去除80%以上煙草異味，效果顯著。筆者現將節流式高效異味處理及熱能回收系統的結構設計、技術原理及應用效果進行總結，以期為該技術的推廣應用提供理論依據。

1　系統結構

節流式高效異味處理及熱能回收系統主要由節流式氣液交換器、高效換熱器、循環水箱、冷凝水分離器、風力平衡裝置、引風機、循環水泵等組成(圖1)，所有與高溫尾氣接觸的設備均做保溫處理；電控系統主要由電機、電磁流量計、溫度傳感器、變頻器、電磁閥等組成。

注：1.尾氣收集口；2.風力平衡裝置；3.節流式氣液交換器；4.高效換熱器；5.循環水出口；6.循環水入口；7.循環水箱；8.循環水箱補水口；9.熱水出口；10.尾氣外排；11.引風機；12.冷凝水分離器；13.冷凝水排水；14.節流式氣液交換器補水口；15.節流式氣液交換器排水；16.企業污水處理站。Note：1.Tail gas collection port; 2.Wind power balance device; 3.Throttle type gas-liquid exchanger; 4.High efficiency heat exchanger; 5.Circulating water outlet; 6.Circulating water inlet; 7.Circulating water tank; 8.Circulation water tank water supply port; 9.Hot water outlet; 10.Exhaust emission; 11.Induced draft fan; 12.Condensed water separator; 13.Condensate drainage; 14.Throttle type gas-liquid exchanger; 15.Throttle type gas-liquid exchanger drainage; 16.Enterprise sewage treatment station.圖1　系統組成示意Fig.1　System composition schematic

2　技術實現

2.1節流交換原理節流交換技術利用節流板與液面之間窄小的縫隙將氣流形成節流，在節流板兩側形成壓差。在節流板兩側壓差的作用下，液面出現扭曲現象，形成液面差(H)，并在節流板下方形成臺階。當氣流通過節流板與液面之間窄小的縫隙時，由于氣流通道急劇變小，氣流速度急劇升高，對節流板下方扭曲的液面形成強烈沖擊，使氣流急劇變向，并將一部分液體從液面剝離，形成濕式。在這個過程中氣液之間形成強制接觸和強制交換。節流交換技術原理如圖2所示，液面差H=P1-P2。氣流通過節流板與液面之間窄小縫隙時的速度越高，節流板兩側壓差越大，液面扭曲越嚴重，節流效果越強，氣液交換效果越好。

圖2　節流交換技術原理Fig.2　Throttle switching technology principle

節流交換屬于氣液逆流交換，節流交換過程中同時存在沖擊交換、離心交換、噴淋交換等過程，氣液接觸充分，因此，交換效果優于其他方法。

2.2系統原理節流式高效異味處理及熱能回收系統可以對卷煙廠煙絲干燥工序的高溫高濕排潮尾氣進行處理，通常滾筒式烘絲機的尾氣風量為6 500～7 500 m3/h，溫度為70～120 ℃、相對濕度為27%～60%；氣流式烘絲機排潮尾氣為過熱的工藝氣體，流量為2 000～8 000 m3/h，溫度為120～150 ℃，排潮尾氣經風力平衡裝置進入節流式氣液交換器，與水進行強烈的熱質交換，灰分以及水溶性異味成分被水捕集，尾氣得到第1次凈化。當尾氣與水進行等焓交換時，尾氣的溫度下降，總熱量保持不變，一部分顯熱轉化為蒸汽潛熱蓄集在尾氣中。經節流交換后，尾氣進入高效換熱器，走管程，與循環水換熱，尾氣溫度下降，循環水溫度升高，未被除去的不溶性異味成分以及水蒸氣在換熱器管內凝結，形成冷凝水，尾氣得到第2次凈化，并完成熱能回收過程，處理后的尾氣達標排放。該系統額定的尾氣處理量為8 000 m3/h，裝機功率為15 kW，高效換熱器的循環水量為20 t/h，節流式交換器耗水量<100 kg/h，經過節流式高效異味處理及熱能回收系統處理后的氣體排放高度在20 m，并對尾氣中的熱能進行回收利用。

3　應用效果

3.1檢測方法與儀器該系統應用于氣流式干燥機排潮尾氣進行尾氣處理效果對比測試，采用三點比較式臭袋法[9]和氣相色譜法對尾氣進行測定[10-12]。采用的儀器設備主要有AX 504分析天平(感量：0.000 1 g，瑞士Mettleler Toledo公司)；Agilent 6890/5973N氣相色譜/質譜聯用儀(美國Agilent公司)；DR2800紫外-可見光分光光度計(美國Hach公司)；TH-880F智能油煙煙塵平行采樣儀(武漢天虹儀表有限公司)。

3.2結果與分析在氣流干燥機設備正常運行的情況下，對進入節流式高效異味處理及熱能回收系統和排出系統的尾氣進行檢測，考察異味處理效果，檢測結果及監測期間尾氣參數見表1；尾氣經高效換熱器與低溫水進行熱質交換，對進出換熱的水溫進行檢測，檢測結果如表2所示。

表1　 尾氣監測結果

由表1可知，在尾氣參數一定的情況下，尾氣中吡啶的平均去除率>99.0%，非甲烷總烴的平均去除率為83.7%，臭氣濃度平均降低了94.9%，顆粒物排放濃度<2.00 mg/m3，可見，煙廠生產過程產生的尾氣中異味成分、顆粒物經過節流式高效異味處理及熱能回收系統處理后，去除效果良好，符合GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》和GB14554—93《惡臭污染物排放標準》中的相關標準[13-14]。

由表2可知，尾氣經節流式高效異味處理及熱能回收系統的換熱效率的平均值為63.66%?；厥绽玫目偀崃烤禐?.0×106kJ/h，1 m3天然氣的熱值為3.5×104kJ，相比采用天然氣加熱的方式，則可節約天然氣約58 m3/h，天然氣價格按2.5元/m3計算，每天按工作8 h計算，若1 a工作300 d，則可節約人民幣34.8萬元/a。

4　結論與討論

煙廠生產過程中產生的高溫高濕尾氣經節流式高效異味處理及熱能回收系統處理后，尾氣低溫排放，尾氣中的異味成分去除率>80.0%，顆粒物排放濃度<2.00 mg/m3，符合國家相關法規，系統的換熱效率高，換熱效率平均值為63.66%，回收的熱能可以用作煙廠職工洗澡用水的加熱、鍋爐用水的預熱等。節流式高效異味處理及熱能回收系統運行穩定、可靠，運行過程中耗水量<100 kg/h，二次污染小，水可以直接排進煙廠污水處理系統，對煙廠污水處理系統負荷幾乎沒有影響。尾氣處理后實現了低溫無味排放，回收利用的熱能為煙廠節約了成本，實現了企業節能減排的目標。

節流式高效異味處理及熱能回收系統前期投資成本低，設備結構緊湊，占地較少，可就近處理，原有系統排潮管道因管道過長出現尾氣冷凝、顆粒物沉降，最終管道堵塞，影響主機設備的排潮，節流式高效異味處理及熱能回收系統則很好地解決了這一問題。該系統后期運行維護簡單、方便，實現了干燥主機高溫高濕尾氣就近異味處理，主機設備的排潮所

需負壓得到了長期穩定，同時該技術還實現了以節能促環保的目標，為卷煙廠節能降耗提供了一種有效的技術手段。

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The Throttle Type Efficient Odor Treatment and Heat Recovery System

ZHANG Chao1, WU Ling-zhi2, ZHUO Yu-xuan2et al

(1. Technology Center, China Tobacco Anhui Industrial Co. Ltd., Hefei, Anhui 230088; 2. Xuzhou Zhongkai Mechanical and Electrical Equipment Manufacturing Co. Ltd., Xuzhou, Jiangsu 221004)

After summarizing the structure design and technical principle of throttle type efficient odor treatment and heat recovery system and elaborating the effect of the system does to high temperature and high humidity exhaust of the cigarette factory, it leads to a conclusion: high temperature and high humidity exhaust produced in the process of cigarette factory production can be improved after the system treatment. The exhaust emissions is at low temperature, the odor composition of tail gas removal rate reaches over 80.0%, particulate matter concentrations reaches less than 2.00 mg/m3. This results comply with the relevant national laws and regulations; the system has high heat efficiency with the average thermal efficiency is 63.66%; this system is stable and reliable, water consumption is less than 100 kg/h, it can lower energy consumption and secondary pollution. Thus, the energy conservation and emissions reduction effect is especially obvious.

Odor treatment; Heat recovery; Throttle type switch; High temperature and high humidity exhaust

張超(1979- )，男，安徽渦陽人，工程師，從事煙草工藝技術及煙草工藝裝備性能研究。

2016-07-06

S 22

A

0517-6611(2016)24-230-02