非物理隔斷防控系統設計及應用簡析

周欣 肖毅 王雷崗 *

1湖北中煙工業有限責任公司三峽卷煙廠

2機械工業第六設計研究院有限公司

工業生產車間內會布置不同類型的工藝設備，設備生產的產品、生產班制，以及排放的粉塵、廢氣均有差異。按產品管控要求，需要對特殊的工藝設備進行隔離、封閉處理，避免其排放的粉塵、廢氣異味對其它工藝設備的產品質量造成影響。由于生產物料的進出，產品物流路線以及相關配套的公用設施與其它工藝設備不能完全分開，因此很難通過設置物理隔斷對工藝設備進行實體分隔[1]。本文擬介紹一種非物理隔斷防控系統，可以有效的解決粉塵、異味擴散問題。同時，此防控系統還可以解決生產過程中除塵排風和空調新風補風的風量平衡問題。

1 非物理隔斷防控系統介紹

1.1 防控系統原理

防控系統包括粉塵及廢氣收集系統，粉塵及廢氣處理系統和旋轉風幕送風系統。即通過非物理隔斷將特殊工藝設備所在的區域封閉起來，與外部區域進行柔性隔斷。原理圖如圖1：

圖1 非物理隔斷粉塵、異味防控系統原理圖

此系統采用多個平面風幕的復雜組合，對難密封的粉塵，異味源進行軟密封控制和快速捕收。風幕發生裝置呈多邊形排布，側面送風口產生平面射流風幕，首尾相連對產塵、散發異味區實施軟密封，在上方抽吸氣流負壓作用下，密封范圍內的含塵、含異味空氣不斷被稀釋和帶走，從而保證粉塵、異味不擴散。異味和含塵氣體被捕集后進入節流式氣液交換器（濕法除塵、凈味裝置），處理干凈后（處理后氣體含塵濃度＜ 2 mg/m3，異味凈化效率＞90%）直接通過鼓風管道送到送風立柱，形成旋轉風幕，實現對粉塵和異味的有效控制。

1.2 防控系統關鍵技術和設備介紹

1.2.1 旋轉風幕系統

旋轉風幕系統關鍵技術是橫流風幕發生裝置和非物理密封系統的設計，即要綜合考慮控制區域的大小、工藝設備散發粉塵和異味的情況去設計橫流發生裝置的高度、送風柱的間距、風幕送風量、送風速度等主要參數，保證旋轉風幕非物理隔斷的完整、高效[2]。旋轉風幕裝置示意圖和煙霧示蹤效果如圖2。煙霧示蹤效果可以看出，旋轉風幕系統可以對微細煙塵進行有序高效捕收，達到隔離和捕集粉塵或異味的效果[3]。

圖2 旋轉風幕裝置示意圖和煙霧示蹤效果圖

旋轉風幕大粒度粉塵示蹤效果如圖3。而對大粒度粉塵的示蹤效果可以看出，風幕系統可以實現大粒度粉塵沉降過程的有序導流，實現粉塵流動的導流和有序沉降。

圖3 旋轉風幕大粒度粉塵示蹤效果圖

1.2.2 節流式氣液交換器

節流式氣液交換器，是一種新型濕式除塵設備，采用了節流交換的原理，具有除塵效率高，水溶性異味成分去除率高等優點[4]。節流交換技術利用節流板與液面之間窄小的縫隙對氣流形成節流，在節流板兩側形成壓差[5]。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，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，形成水幕，在這個過程中氣液之間形成強制接觸，強制交換。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，除塵效率可達到99.9%以上[6]。節流式氣液交換器原理示意圖和設備簡如圖4。

圖4 流式氣液交換器原理示意圖和設備簡圖

2 非物理隔斷防控系統實施方式及方案的構建

2.1 防控系統實施方式

非物理隔斷防控系統是將上述旋轉風幕和節流式氣液交換器兩種系統進行有機結合，發揮各自優勢，系統原理圖如圖1所示。旋轉風幕系統負責排風，送風和形成非物理軟隔斷，在防控區域內對粉塵和異味進行高效導流和捕捉。節流式氣液交換器負責對排風進行凈化處理，保證送回防控區域的空氣品質是滿足職業衛生健康要求的。另外，整個系統氣流形成閉環，除塵的排風經凈化處理后又送回此區域，無需空調系統再補新風至此區域，空調系統運行節能降耗。

2.2 防控系統方案構建

以某卷煙廠卷接包車間為例，對該防控系統進行簡單介紹和構建。某卷煙廠卷包車間布置8臺卷接包機組，其中左側2臺為混合型卷煙加工機組，右側 6臺為烤煙型卷煙加工機組，生產過程中機組均有廢氣排出，并且生產環境要求恒溫恒濕，要求單獨配置除塵系統和共用工藝空調系統。為了避免左側混合型卷煙生產區域和右側卷包生產區域串味現象的發生，必須將兩個區域分隔開，但是為了適應后期工藝生產組織的變化和調整，兩個區域之間不允許實體分隔。

針對此區域的應用場景，擬采用非物理隔斷防控系統進行粉塵和異味的防控，即通過非物理隔斷將此區域封閉起來，與外部區域進行柔性隔斷。根據工藝資料，機組散發異味主要集中在卷接包機臺 10.0 m* 6.0 m的區域，卷接包機組粉塵、異味防控區域如下圖所示：

圖5 卷接包機組粉塵、異味防控區域示意圖

經計算，此系統的循環風量約為 5000 m3/ h，機組的排塵和異味經過節流式氣液交換器處理后再通過旋轉風幕送回此區域。在保證此機組粉塵、異味不擴散的同時，減少傳統模式除塵排風造成的空調新風補風，降低工藝性空調的新風量，有利于空調節能運行。

3 總結

本文結合工業生產過程中粉塵、異味的防控問題，并針對特定的應用場景構建了一套實用、高效的非物理隔斷粉塵、異味防控系統。詳細闡述了此系統的組成，關鍵技術和實施方案，并結合實際應用場景對此系統的應用做了簡單介紹。

通過對此系統的介紹，以期為工業生產過程中局部區域的軟封閉提供借鑒和參考，在提升生產環境，產品質量和節能方面有所指導和幫助。