異味處理系統(tǒng)在煙草企業(yè)的應(yīng)用

陶文華

(江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 南昌卷煙廠，江西 南昌 330029)

0 引言

在環(huán)境保護(hù)日益成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)及國(guó)家正在加大對(duì)空氣污染治理力度的影響下，各工業(yè)企業(yè)正逐步對(duì)其在生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行重點(diǎn)治理，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廢氣的達(dá)標(biāo)排放。特別是煙草行業(yè)，每年卷煙的生產(chǎn)量大，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣具有排放量大、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)，是大氣污染治理的重點(diǎn)。而針對(duì)卷煙企業(yè)產(chǎn)生的廢氣，在治理過(guò)程中一般都是進(jìn)行異味處理。目前市場(chǎng)上針對(duì)煙草異味處理的方法有多種，但這些方法不是存在處理效果不達(dá)標(biāo)，就是投資規(guī)模較大，或容易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)[1]。

本文以某卷煙廠為實(shí)例，闡述了一種先進(jìn)可靠的異味處理系統(tǒng)。通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行檢測(cè)，證明該方式處理效果好，運(yùn)行成本適中，無(wú)二次污染，適合當(dāng)前國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)異味處理的需要。

1 國(guó)內(nèi)卷煙企業(yè)異味處理主要方式

目前，市場(chǎng)上用于煙草廢氣異味處理的方式主要有化學(xué)藥液吸收法、生物法、離子貓技術(shù)、低溫等離子技術(shù)及光催化氧化法等。這些方法在處理原理、原料使用及設(shè)備構(gòu)造上都有所不同，處理效果也各異，具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

1) 化學(xué)藥液吸收法：也稱水洗法，是利用化學(xué)藥液吸收劑處理氣體混合物，以除去其中一種或幾種氣體的過(guò)程。適用于氣量大，污染物濃度低的廢氣，但其投資和運(yùn)行費(fèi)用較大，易產(chǎn)生二次污染。

2) 生物法：指在潮濕的環(huán)境下，附著在反應(yīng)器內(nèi)填料上的微生物以廢氣中有機(jī)物為原料，通過(guò)自身的新陳代謝作用氧化分解有機(jī)異味分子，從而達(dá)到去除異味的目的。適用范圍廣、投資高、運(yùn)行費(fèi)用適中。在處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氨等刺激異味的氣體，存在二次污染問(wèn)題。

3) 離子貓技術(shù)：主要包括活性炭吸附和離子解析過(guò)程，是先利用活性炭纖維類材料吸附廢氣，然后通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)和加熱器對(duì)活性炭上的異味氣體進(jìn)行脫附。但在遇到有水蒸氣的情況下，吸附能力下降，更換活性炭纖維的費(fèi)用也比較高[2]。

4) 低溫等離子技術(shù)：利用高頻高壓靜電特殊脈沖放電產(chǎn)生高密度高能活性離子，高能活性離子與臭氣接觸，打開(kāi)臭氣分子化學(xué)鍵，氧化分解成二氧化碳和水，從而使惡臭氣體達(dá)到凈化的目的。該方法處理設(shè)備體積相對(duì)較小，自重輕，安裝簡(jiǎn)單，適用于布置緊湊、場(chǎng)地狹小等場(chǎng)合。

5) 光催化氧化法：是指在光催化劑在光的作用下發(fā)生催化作用的化學(xué)反應(yīng)。所用光主要為紫外光，光催化氧化技術(shù)利用光激發(fā)氧化將O2、H2O2等氧化劑與光輻射相結(jié)合，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)達(dá)到除去異味氣體分子的目的。但催化劑容易產(chǎn)生二次污染。

2 某卷煙廠異味處理技術(shù)運(yùn)用分析

2.1 煙草異味處理具體要求

采用低溫等離子與光化學(xué)相結(jié)合的煙草異味處理技術(shù)，此技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的主流技術(shù)。通過(guò)對(duì)煙草異味氣體的收集和處理，保證氣體排放達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地減少工藝排空廢氣對(duì)廠區(qū)和周圍環(huán)境的影響。

2.2 異味處理系統(tǒng)工藝流程

針對(duì)卷煙廠制絲排潮廢氣高塵、高溫、高濕度的特點(diǎn)，系統(tǒng)利用旋流板塔對(duì)異味氣體進(jìn)行除塵、降溫、除濕的預(yù)處理[3]，以保證設(shè)備元器件的使用壽命及異味處理的效果。針對(duì)制絲除塵與卷包除塵廢氣低塵、常溫的特點(diǎn)，工藝處理流程中沒(méi)有預(yù)處理系統(tǒng)，其處理工藝沿用制絲排潮廢氣后續(xù)異味處理工藝。圖1為異味處理工藝流程。

圖1 異味處理工藝流程

1) 泡沫洗滌區(qū)的主要功能是將廢氣中大部分的小顆粒粉塵(10μm)和少部分溶于水的小分子沖刷掉，并進(jìn)入水箱。機(jī)械除霧主要是將氣體中夾帶的水霧凝聚、滴落，使干燥的、潔凈的、優(yōu)于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的氣體最后通過(guò)引風(fēng)機(jī)由出風(fēng)口管道排入大氣。設(shè)備在低溫等離子模塊與光化學(xué)模塊之間設(shè)有隔離區(qū)，防止光化學(xué)反應(yīng)區(qū)的噴淋水濺到低溫等離子模塊上，給低溫等離子模塊造成影響。

2) 低溫等離子技術(shù)是煙草異味處理市場(chǎng)上一種新興技術(shù)，是利用高頻高壓的電磁場(chǎng)，將空氣中分子電離，產(chǎn)生出電子、離子、自由基和中性粒子等小分子。這些等離子進(jìn)入需分解的臭氣分子內(nèi)部，打開(kāi)分子鏈，破壞臭氣分子結(jié)構(gòu)，轟擊臭氣的分子，從而發(fā)生氧化等一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，將有害物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物，最終生成二氧化碳和水。整個(gè)體系中因總的正、負(fù)電荷數(shù)相等，放電過(guò)程中雖然電子能量很高，但重粒子能量很低，整個(gè)體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體。圖2為其反應(yīng)實(shí)質(zhì)。

圖2 低溫等離子反應(yīng)實(shí)質(zhì)

3) 光化學(xué)技術(shù)是光輻照直接活化臭氣分子發(fā)生分解的直接反應(yīng)與光輻照活化其他氣體分子再分解臭氣分子的間接反應(yīng)相結(jié)合的一種高級(jí)氧化技術(shù)，可以利用光輻照下分解產(chǎn)生的活潑的次生氧化劑來(lái)氧化有害物質(zhì)。氧化劑、臭氣和光之間存在著一個(gè)協(xié)同作用，這種協(xié)同作用的程度隨著氧化的有機(jī)物不同而不同。異味分子的氣體在光化學(xué)模塊中的UV高能光粒子與活性氧原子的協(xié)同作用下氧化分解，轉(zhuǎn)化為CO2、N2、H2O等無(wú)味無(wú)害的最終產(chǎn)物。

2.3 系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1) 異味處理設(shè)備均采用模塊式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需求靈活組裝模塊，集成性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、整體美觀、單位承載低。

2) 設(shè)備表面做了拉絲或噴砂處理，這樣既做到了防銹防腐，也能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3) 內(nèi)部采用了負(fù)壓設(shè)計(jì)，使廢氣能有序的、合理的進(jìn)行反應(yīng)，減少了漏風(fēng)、漏水的風(fēng)險(xiǎn)。

4) 設(shè)備內(nèi)部設(shè)有隔離保護(hù)區(qū)，各功能模塊能夠獨(dú)立運(yùn)行，不對(duì)其他功能模塊造成干擾。

5) 設(shè)備設(shè)有除霧模塊，將處理后氣體中的水份分離，使水不會(huì)隨著氣體進(jìn)入大氣而浪費(fèi)水資源及影響廠區(qū)的環(huán)境。

2.4 異味處理控制系統(tǒng)

電控系統(tǒng)作為工廠控制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)子系統(tǒng)，采用觸摸式工控機(jī)+PLC+工業(yè)異味處理控制模組的控制方式。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通訊電纜實(shí)現(xiàn)PLC與工控機(jī)的數(shù)據(jù)交換傳送。通過(guò)以太網(wǎng)接口可與全廠數(shù)據(jù)通訊。系統(tǒng)采用分散控制、集中管理、綜合監(jiān)控的模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙草異味處理全過(guò)程的控制。結(jié)合實(shí)際情況，采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)異味處理系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制和監(jiān)控，即監(jiān)控層、控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。監(jiān)控層采用西門子工業(yè)組態(tài)軟件WINCC V7.0,通過(guò)其強(qiáng)大的組態(tài)編輯功能實(shí)現(xiàn)隨現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視和控制。控制層采用西門子S7-300系列，PLC作為中央處理器進(jìn)行控制，以保證系統(tǒng)的控制精度及實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性要求，PLC同時(shí)具備工業(yè)以太網(wǎng)(PROFINET)接口和PROFIBUS-DP接口，系統(tǒng)通過(guò)PROFINET接口實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)及上位監(jiān)控系統(tǒng)的通訊。通過(guò)PROFIBUS-DP接口實(shí)現(xiàn)與變頻器及遠(yuǎn)程控制模組的通訊。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由風(fēng)機(jī)、水泵、液位開(kāi)關(guān)、電磁閥等設(shè)備及元器件組成。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的所有元器件均使用國(guó)內(nèi)外知名品牌，從而有效保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。其原理結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 異味處理控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.5 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行分析

異味處理系統(tǒng)可24 h連續(xù)運(yùn)行。在實(shí)際情況下，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間與卷煙廠生產(chǎn)時(shí)間同步進(jìn)行，可滿足經(jīng)常性的間歇運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行要求。作為系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的應(yīng)急方案，系統(tǒng)配備有風(fēng)管旁路管道，保障系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不影響生產(chǎn)，設(shè)備如圖4所示。

圖4 異味處理設(shè)備

系統(tǒng)的使用操作主要在觸摸屏上進(jìn)行，所有的操作均可通過(guò)工控機(jī)觸摸屏來(lái)完成，并實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)及故障原因等。系統(tǒng)的保養(yǎng)維護(hù)點(diǎn)較少，主要是對(duì)過(guò)濾系統(tǒng)定期更換濾袋，對(duì)水箱進(jìn)行定期換水，電機(jī)上油及定期除塵等工作。系統(tǒng)在日常運(yùn)行中發(fā)生故障的概率很低。

在實(shí)際效果檢測(cè)中，異味處理效率高達(dá)92%以上。系統(tǒng)運(yùn)行只消耗水和電能，無(wú)需添加其他任何物質(zhì)，無(wú)二次污染。系統(tǒng)在投入運(yùn)行后，按全年251個(gè)工作日，異味處理設(shè)備每天運(yùn)行16h計(jì)算，由表1數(shù)據(jù)可以得出實(shí)際運(yùn)行和維護(hù)維修費(fèi)用，與設(shè)計(jì)基本無(wú)偏離。

表1 異味處理系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)和維護(hù)、維修費(fèi)用表

3 結(jié)語(yǔ)

從系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，煙草異味處理系統(tǒng)達(dá)到了很好的處理效果，符合設(shè)計(jì)要求。以低溫等離子+光化學(xué)技術(shù)為核心的工藝設(shè)備來(lái)處理煙草異味氣體有著其他處理方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。從實(shí)際檢測(cè)來(lái)看，異味分子得到了徹底的去除，去除效果高達(dá)92%以上。另外，經(jīng)此工藝設(shè)備處理的煙草異味有機(jī)廢氣全部都轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

針對(duì)未來(lái)煙草行業(yè)異味處理系統(tǒng)設(shè)備尺寸小、質(zhì)量輕、投資少的發(fā)展趨勢(shì)。在不影響異味處理效果的情況下，發(fā)現(xiàn)可以對(duì)本項(xiàng)目異味處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，使設(shè)備尺寸、外形、質(zhì)量更加優(yōu)化，投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用更低，維護(hù)維修更方便。

參考文獻(xiàn):

[1] GB16297-2001, 中華人民共和國(guó)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 鮑永征，李琳. 煙廠異味處理技術(shù)[J]. 企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2011, 30(6)：60-61.

[3] 金國(guó)淼. 除塵設(shè)備[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.