卷煙廠HDT氣流式烘絲機廢氣除異味技術研究

陳洪斌 鄧超 張雅坤 張羽

摘 ?要：文章針對卷煙廠HDT氣流式烘絲機排放廢氣溫度高、異味濃度高、含有少量粉塵等特點，提出了水膜旋風除塵+I級高能光催化+Ⅱ級高能光催化的多級串聯(lián)異味處理技術，有效處理HDT氣流式烘絲機排放廢氣的異味。

關鍵詞：HDT氣流式烘絲機;除異味;水膜旋風除塵;高能光催化

中圖分類號：X51文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）02-0133-03

Abstract： In view of the high temperature， high odor concentration of exhaust gas and small amount of dust in the HDT airflow drying machine in cigarette factory， a multi-stage series odor treatment technology combined with water film cyclone dust removal， first level and second level high-energy photocatalysis was proposed. This new technology can be utilized to treat the odor of the exhaust gas discharged from HDT airflow dryer effectively.

Keywords： HDT airflow drying machine; odor removal; water film cyclone dust removal; high-energy photocatalysis

1 概述

卷煙廠HDT氣流式烘絲機排放的廢氣中含有大量有機揮發(fā)性物質，這些物質的主要成分有碳氫化合物、醇類、醛類、酚類、酮類、酯類、胺類、氨基類及芳香族衍生物等，屬于惡臭污染物范疇，同時給周邊居民生活及身心健康帶來較大的影響，容易引起周邊居民投訴。

本文通過天津卷煙廠HDT氣流式烘絲機生產過程中廢氣排放進行分析研究，針對HDT氣流式烘絲機排放的廢氣溫度高、異味濃度高、含有少量粉塵等特點，研制了一套重點治理HDT氣流式烘絲機排放的惡臭廢氣的新型高效能異味處理設備，有效降低惡臭氣體的排放量，滿足相關國家標準，改善煙廠周邊的空氣質量。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

新型高效能異味處理設備主要由水膜旋風除塵器、I級高能光催化反應倉、Ⅱ級高能光催化反應倉、熱管散熱器、循環(huán)水泵等幾部分組成。工作時，廢氣經風管首先進入到水膜旋風除塵器中，廢氣中的粉塵和焦油被初步清洗，同時水霧與氣體充分接觸，吸收熱量，使氣體溫度從140℃降低至90℃以下，確保后端燈管可以長期運行;然后，廢氣順序進入到I級高能光催化和II級高能光催化裝置中，通過高能紫外光照射，使廢氣中的污染物分子分解成H2O、CO2等自然界中常見的、穩(wěn)定安全的物質;最后處理后氣體經風機排入大氣。新型高效能異味處理設備的組成如圖1所示、工作流程如圖2所示。

3 主要部件的工作原理

3.1 水膜旋風除塵器

水膜旋風除塵器是系統(tǒng)的前端處理設備，負責處理卷煙廠工藝廢氣中的部分水汽和粉塵。除塵器的噴淋水泵流量達10m3/h，除塵器進氣口布置有一級縱向噴嘴，內部同時布置有二級、三級環(huán)向噴嘴，這三級噴嘴的布局對細微粉塵和水蒸氣有良好的凈化效果，綜合除塵效率高達98%，水汽處理效率能達到90%;同時還有良好的降溫效果，熱交換效率高達59%。

3.2 I級高能光催化反應倉

I級高能光催化反應倉布置有6根V-UV波段（185nm波長）的UV燈管，UV燈管發(fā)出的V-UV波段紫外線持續(xù)照射，產生O3、亞原子氧O（1D）、氧化性極強的氫氧根（OH）-等物質。當排放的煙草異味氣體進入I級高能光催化反應倉后，發(fā)生一系列物理反應、化學反應，氧化還原反應。這些高能量光子、氧化性極強的氫氧根OH等物質能夠克服異味氣體分子的能階，使污染物分子鍵斷裂，打開其分子化學鍵，氧化分解成無臭、無毒、無害的小分子物質，同樣，也分解成H2O和CO2。

3.3 Ⅱ級高能光催化反應倉

Ⅱ級高能光催化反應倉是系統(tǒng)的末端處理設備，布置有6根V-UV波段（245nm波長）的UV燈管，主要處理在I級高能光催化反應倉中帶出來的臭氧。在該反應倉內，含有臭氧的廢氣持續(xù)得到254nm紫外線的照射短波紫外輻射作用使O3分子升溫，升溫后O3更易分解，相當一部分O3分子分解變成O2，放出熱能;除了易分解之外，O3亦容易與大氣中的微量成份發(fā)生催化作用，通過鏈式反應消除臭氧，比如將N2氧化成N0x，與H2O和CH4反應生成0H和CH3等，這些過程都能使臭氧在通過Ⅱ級高能光催化反應倉時得到有效的消耗，從而實現(xiàn)無臭氧排放的目的。

4 系統(tǒng)熱力學計算

根據(jù)天津卷煙廠HDT氣流式烘絲機的工作特性，其排放廢氣溫度在120℃～140℃的范圍內，氣體相對濕度在40%～50%范圍內，氣量在3000m3/h～4000m3/h的范圍內。以下計算過程用于分析系統(tǒng)降溫、除濕的熱力學反應過程的分析論證。

系統(tǒng)降溫、除濕的熱力學反應計算過程如下：

（1）將廢氣溫度t=140℃分別代入公式1、公式2，可得飽和水蒸氣分壓力Pq、b=201663.77（Pa）。

（2）將飽和水蒸氣分壓力Pq、b=201663.77（Pa）和氣體相對濕度RH=50%代入公式3中可得水蒸氣分壓力Pq=100776.885（Pa）。

（3）將水蒸氣分壓力Pq=100776.885（Pa）、飽和水蒸氣分壓力Pq、b=201663.77（Pa）、氣體干球溫度t=140℃以及標準大氣壓力代入公式4中可得廢氣濕球溫度ts=81.58℃。

（4）將水蒸氣分壓力Pq=100776.885（Pa）、飽和水蒸氣分壓力Pq、b=201663.77（Pa）代入公式5可得廢氣的含濕量d=125.3g/kg干空氣。

（5）將水蒸氣分壓力Pq=100776.885（Pa）、氣體開式溫度T=413.15（K）標準大氣壓力B代入公式7可得廢氣密度？籽=0.55kg/m3。

（6）將廢氣密度？籽=0.55kg/m3代入公式8可得廢氣的比容？自=1.8m3/kg。

（7）由廢氣密度？籽=0.55kg/m3、總風量Q=4000m3/h、單位質量廢氣的熱焓值：i=241.14kj/kg，可得出1小時內流經水膜旋風除塵器的氣體的總熱焓值：I=5.305×105kj。

（8）通過前期的設備使用經驗以及試驗數(shù)據(jù)分析，當水膜旋風除塵器的噴淋水泵流量為QS=10m3/h時，其熱交換效率約為？漬=0.59，除濕效率約為？灼=0.9，再結合總熱焓值I=5.305×105kj，可以得出廢氣經過水膜旋風除塵器后將會被除塵器里的水帶走的總熱焓值約為：I′=3.126×105（kj），經過水膜除塵器處理后廢氣的剩余熱焓值約為：I″=2.18×105（kj）。

5 系統(tǒng)試驗驗證

系統(tǒng)試驗即應用性驗證，實地驗證系統(tǒng)對HDT氣流式烘絲機排放廢氣的除異味效果。在使用/未使用新型高效能異味處理設備兩種情況下，以三點比較式臭袋法檢測廢氣，頻次為每天檢測三次，得出以下檢測結果：

從惡臭氣體檢測結果表數(shù)值可以看出HDT氣流式烘絲機排放的廢氣惡臭濃度較高，容易引起周邊居民投訴，影響企業(yè)形象;從數(shù)值可以看出在使用新型高效能異味處理設備后，HDT氣流式烘絲機排放的廢氣臭氣濃度得到了大幅抑制和降低，有效改善煙廠周邊的空氣質量。

6 結論

本文介紹的新型高效異味處理設備采取了水膜旋風除塵、Ⅰ級高能光催化、Ⅱ級高能光催化的多級串聯(lián)處理結構，對異味氣體的處理效果好，處理效率大于90%，處理后排放氣體惡臭成分≤500無量綱，可完全應用于卷煙廠生產車間的廢氣治理。

參考文獻：

[1]張曉明，黃碧純，葉代啟.低溫等離子體光催化凈化空氣污染物技術研究進展[J].化工進展，2005，24（9）：964-967.

[2]梁亞紅，張鵬，馬廣大.氣體放電光催化去除VOCs的實驗研究[J].環(huán)境工程，2004，22（2）：46-49.

[3]KennethWark，Jr.Donald E.Ri.熱力學（第6版）[M].清華大學出版社，2006.

[4]國家質量技術監(jiān)督局.GB14554-93惡臭污染物排放標準[S].

[5]國家質量技術監(jiān)督局.GB/T 14675-1993 空氣質量 惡臭的測定 三點比較式臭袋法[S].