静电法治理涂塑窗纱塑化烟气并回收增塑剂的技术应用

摘 要：玻璃纤维涂塑窗纱是以聚氯乙烯树脂稀释糊，经辊式浸涂工艺涂复在玻璃纤维单丝或网布上，经烘箱高温塑化而成。在塑化过程中易挥发的增塑剂形成的烟气排入大气，严重污染了环境，由于这种烟气存在着异味，对附近居民的日常生活带来了影响，群众反映强烈。同时增塑剂又是宝贵的化工原料，将其回收使用，不仅是治理污染保护环境的需要，而且又是节约原料降低成本的有效途径。因此，对玻璃纤维涂塑窗纱生产过程中产生的塑化烟气进行有效的治理，确保污染物排放最小化，走低碳环保循环经济发展之路，则是众多玻璃纤维窗纱生产企业必须高度重视的问题。

关键词：塑化烟气 玻璃纤维

中图分类号：TU375.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-150-03

1 塑化烟气存在状态及治理方法的选择

塑化烟气主要产生于高温下的增塑剂挥发物，而增塑剂是涂塑窗纱生产原料重要组成部分。目前工业使用的增塑剂仍以酯类化合物为主，主要品种有：（1）DOP（邻苯二甲酸二辛酯）。（2）DINP。（3）DOA。（4）DBP。（5）环氧大豆油。其中DOP、环氧大豆油为涂塑窗纱常用的增塑剂配方。由此可见玻璃纤维涂塑窗纱产生的塑化烟气主要为DOP、环氧大豆油挥发物。

目前，涂塑窗纱在生产过程中产生的污染物还没有引起高度重视和有效治理，这主要与我国《大气污染物综合排放标准》（CB16297-1996）以及地方标准均没有将增塑剂有机物列入控制排放的污染物有关。虽然有些企业采取了一些治理措施，但是受到治理技术条件的限制，效果不够明显。本文在工作实践的基础上对增塑剂烟气的性质、存在状态和处理方法进行了深入的研究，确定了符合企业实际的治理技术方案。

1.1 璃纤维涂塑窗纱塑化烟气性质及存在状态

玻璃纤维涂塑窗纱作为窗纱一个重要品种，以其成本低、强度高、网眼大小均匀、易清洗、耐腐蚀等优点得到较快发展。其涂塑窗纱塑化工艺使用的原料主要有PVC糊状树脂、增塑剂等。其工艺要求PVC糊状树脂在低剪切速率下，增塑剂的粘度要低，具有较好的流变性。为了提高制品的强度、柔韧性、光泽度、热稳定性等，必须添加一定的稀释剂、稳定剂、偶联剂、碳酸钙填料等原料。同时在180 ℃高温下PVC糊状树脂、增塑剂等才能塑化涂复在玻璃纤维表面上，经冷却达到消除织物中纤维的内应力，更好地稳定织物形态的目的。而塑化烟气主要产生于高温下的增塑剂挥发物。

经过对塑化烟气试验证明，当用滤纸阻挡烟气时，会出现许多油滴被截留在滤纸上。表明烟气中的挥发物是以雾粒状态存在的，即挥发物以微小粒子悬浮在空气中而形成的气溶胶雾粒。另据以往的试验表明，在用风机输送烟气时，由于高速旋转的机械离心力的作用，而使雾粒互相撞击凝聚而得到一定净化回收效果也验证了烟气中雾状挥发物的存在。由此得知塑化烟气是涂塑窗纱在塑化过程中增塑剂挥发遇冷凝结成微小液滴分散在空气中形成的气溶胶粒子。

1.2 塑化烟气治理技术方法的比较

根据国外资料和国内治理方法的调研，目前对塑化烟气治理主要有：过滤吸附法、机械离心沉降法、低温冷凝法、高温焚烧法、高压静电法。

（1）过滤吸附法。

该方法技术原理是塑化烟气进入过滤器后，形成一个不断截留、凝聚、淌流的动平衡过程，利用过滤吸附材料对塑化烟气的拦截、碰撞、筛分等作用去除挥发性有机气体粒子。过滤吸附材料如活性炭、有机高分子材料等。该方法的优点是设备简单，便于操作，同时净化效率较高，通常能达到85%左右。但是由于空气和塑化烟雾中都含有一部分固形物—— 尘，同凝聚的气溶胶液滴混合为不易流动的粘着物，极易堵塞过滤吸附材料，加大过滤的阻力和能耗，从而降低过滤材料的使用寿命和净化效率。

（2）机械离心沉降法。

该方法技术原理是利用高速旋转的机械离心力的作用，采取强制气流并使烟气流程在运动方向上发生转折，使烟气雾粒相互撞击凝聚，在惯性作用下到达沉降面而从气体中分离出来。强制气流转折的机械设施如百叶窗、蜂窝式油烟滤清器等。该方法的优点是设备简单，便于操作。但缺点耗能大，对细小雾粒去除率低，净化效率一般为40%左右。

（3）低温冷凝法。

通过空气预冷过滤、冷凝吸收和油气分离三级治理方法，去除烟气中的挥发物。其技术原理：首先空气预冷过滤，利用空气温度与烟气的温差，通过空气对流和辐射，使烟气由180 ℃降到100 ℃左右，增加烟气雾粒的凝聚；其次冷凝吸收，即采用列管式冷凝器进行热交换。当烟气温度降到50 ℃左右时，烟气中大部分雾粒可以去除；最后油气分离，将冷凝后的烟气通过喉管加速混合，并经过水喷淋使其分离出来。该方法的优点是净化效率高，一般达到90%以上。缺点是喷淋后回收的增塑剂是油水混合物，不能直接使用。

（4）高温焚烧法。

该方法技术原理是利用氧化反应将塑化烟气通过1000 ℃的高温焚烧，使油烟蒸汽氧化成无害物质—— 生成二氧化碳和水。采用高温焚烧处理技术优点是操作方便，净化效率高。但缺点是由于焚烧处理烟气的时候，需要消耗一定的助燃燃料，运行费用高。同时该方法不能回收增塑剂原料，将宝贵的资源白白浪费掉了。

（5）高压静电法。

该方法技术原理是利用电场力去除烟气中颗粒物和挥发性有机物质，即利用捕尘作用力—— 库仑力直接作用于烟气中的尘雾粒子，使其从气流中分离出来。其过程包括气体分子电离、尘雾粒子荷电、荷电粒子在电场力作用下向集尘极运动，并最终达到集尘极，实现与气体相分离的目的。被捕集分离的雾粒在重力的作用下流入受油气中。静电除尘装置如果设计合理，净化效率可达到95%以上，回收的增塑剂可继续在生产中使用。

1.3 塑化烟气治理方法的选择

经过对上述治理方法的比较分析，本文认为增塑剂烟雾是受热挥发的化学油雾，不能为机械方法全部捕集分离；同样使用过滤吸附方法，随着过滤介质不断被油雾中的固形物—— 尘的堵塞，极大降低了过滤材料的性能和净化效率，必然增加能耗和过滤成本；低温冷凝法其油雾经过喷淋后回收的增塑剂是油水混合物，不能直接用于生产，需分离后才能使用，这需要技术和资金的支持，否则形成二次污染；高温焚烧法不仅运行成本高，而且不能回收增塑剂原料。因此本文决定选用高压静电法对塑化烟气进行有效的治理。

2 高压静电法技术优势分析

2.1 高压静电法治理增塑剂烟雾是一项高效节能的技术措施

在实际应用中，静电净化装置耗能少取决于分离机理上的优势，即净化装置能量直接作用在尘雾上，使增塑剂雾粒从气流中分离出来；而机械的方法是为了使雾粒受到离心力的作用，需要整个气流高速旋转，其能量绝大部分用于加速气流，只有很少一部分用于分离雾粒；过滤吸附的方法其能量主要消耗在过滤材料的阻力上，当阻力达到300～350 mm水柱时，风机电动机功率为30 kW。由于静电净化装置阻力小，通常约为20 mm水柱，风机电机功率仅为7.5 kW。即使静电净化装置需要一部分电能供给高压放电，但这部分电能很少。例如当高压达4万伏时，电流为60 mA，用电量仅为2～3 kW。相比较其它治理方法，高压静电法能耗最低。

2.2 高压静电法对治理增塑剂烟雾具有很好的适应性和有效性

增塑剂烟雾的粒径主要有两类：一类是微小粒径，也称飘尘或浮游粒子，一般粒径在10 um以下；另一类是凝结后较大的粒径，其粒径在10～200 um之间。增塑剂烟雾凝结后较大的粒径容易去除，而对于微小粒径去除较难，这也是其它方法治理增塑剂烟雾净化效率不够理想的主要原因。从静电净化装置工作原理来看，其捕尘作用力—— 库仑力是直接作用于烟气中的尘雾粒子，这对于亚微米粒度的微小尘雾具有很好的捕集效果，是目前增塑剂烟雾最有效的治理方法。

2.3 高压静电法工艺设计特点—安全稳定和清洁

（1）静电净化装置卧式负压系统运行。其工艺流程为：塑化烟气经集气管道进入静电净化装置系统，该系统由防火阀、冷却装置、静电净化装置及引风机、并配以整流高压变压器和电气控制柜组成（如图1）。

（2）静电净化装置其核心部分是多对电极系统，每对电极包括放电极丝（阴极）和集尘极板（阳极）。当电极间加以足够高的电压时，放电极周围产生电晕，电晕区的空气分子发生电离并产生大量的负离子和自由离子，这些自由电子迅速飞向集尘极板。当烟气雾粒通过电极之间时，这些带负电的粒子与烟气雾粒不断碰撞，把电荷转移给烟气雾粒使其也带上负电荷，这些带电雾粒在电场力的作用下向集尘极运动，最终带电雾粒被阳极所吸附。集尘极板定期转动，固定的刮板将集尘极板上的增塑剂油雾刮入到集油器中。

（3）静电净化装置极板定期转动并自动除垢。静电净化装置属于板式电除尘装置，一般板式电除尘装置清垢的方法基本都是机械振打，这样不但造成噪声污染，而且对具有一定粘度的增塑剂油雾达不到清除的效果。本装置采用可转动的极板，当极板转动时固定的刮板自动将油垢刮下并流入到受油器中，这样可以始终保持极板的清洁和净化效率的稳定。

（4）静电净化装置负压系统可以解决跑冒滴漏现象。由于增塑剂的特性，存在着非负压系统运行其净化装置和管道法兰垫片受其渗透外漏污染的困惑。该装置采用负压系统，避免了净化装置和管道系统内增塑剂的外漏，能够使净化装置场地保持清洁。

（5）静电净化装置卧式设计可以使烟气流分布均匀。烟气流分布均匀对净化效率的影响与电晕和作用于尘雾粒子上的静电力对净化效率的影响一样重要，以往经验表明，改善净化装置气流形态可以使净化效率由70%左右提高到95%以上。因此，卧式设计能够最大限度地发挥净化装置的效率。

（6）静电净化装置卧式设计可以减少油雾二次携带。由于卧式净化装置气流方向与落下的油雾液滴直角相交，当烟气流速为0.5 m/s时，已捕集的油雾粒子很少再次被携带。

（7）静电净化装置负压系统，能够保证风机运行正常。由于净化装置采用负压系统，风机在已去除95%左右增塑剂油雾状况下工作，因而能够保证风机运行稳定，寿命得到延长，维修工作量大为降低。

（8）静电净化装置采取两组电场并联供电的方式，确保系统运行稳定。在卧式静电净化装置上使用一个电源并联两个电场，这样能够使电场保持恒定，使电晕电压和电流能够更好地适合烟气浓度的变化，以取得最佳的净化效果。

3 高压静电法工艺设计原理依据

高压静电法工艺设计原理，最基本的经典公式是多依奇方程式。该方程式为：η=1-e（-A/Q×ω）。上式中：η为净化装置净化效率%；A为净化装置集尘板总面积m2，Q为烟气流量m2/s，ω为烟气尘雾粒子驱进速度m/s。

从方程式来看，当一定集尘板面积处理一定烟气量时，影响净化效率的主要因素是“驱进速度”（ω）。驱进速度是指荷电雾粒在电场力作用下，向集尘板表面运动的速度，是静电净化装置工艺设计的关键数据。方程是在假定的理想条件下得到的，实际中这些理想条件很少存在。为了能够实际应用这一方程式进行设计计算，而引用了一个“有效驱进速度”的概念（WP）。它是根据一定的净化装置结构型式、一定的电压和一定的烟气品质测得的净化效率值，并代入多依奇方程式算出的驱进速度值，称为多依奇—— 安德森方程。即η=1-e（-A/Q×WP）。但是公式中的驱进速度值难以从理论上准确地推算出来，所以现在实际应用中是根据前人有成效实例的实测数据推算出来的有效驱进速度。对于增塑剂烟雾的驱进速度，当净化效率为98%时，驱进速度为0.09～0.1 m/s。由此可见多依奇方程式在烟气有效驱进速度的推算、净化装置几何尺寸的设定、烟气流速的设计、极板最佳间距的计算等方面，为静电净化装置设计提供了强有力的理论支撑

4 高压静电法治理塑化烟气效果和收益

4.1 塑化烟气治理前排放状况

塑化烘箱风量为15858 m3/h，排放浓度约539 mg/m3，经计算每天向大气排放增塑剂污染物约205 kg，每月排放约6150 kg。根据窗纱上塑量、挥发量物料衡算，增塑剂挥发量约5 g/m2，按每月生产窗纱1250000 m2计算，每月向大气排放增塑剂污染物约6250 kg。从这个角度也验证了增塑剂污染物排放的严重情况。

4.2 塑化烟气治理后减排效果和收益

根据塑化烘箱风量约15858 m3/h工况条件，选用处理风量≥16000 m3/h静电净化处理装置，由于塑化烘箱烟气出口温度为130 ℃，为提高净化效率，需要对塑化烟气进行热交换处理，把烟气温度降到<55 ℃。根据窗纱涂塑工艺温度要求和烟气热交换降温产生的阻力，选配7.5 kW变频风机，可以将风量调节至最佳工况水平。这样既保证了烘箱温度的稳定，又减少了净化装置系统用电量。现在经过高压静电法治理，塑化烟气排放浓度为26 mg/m3，净化效率达到95.2%，每月回收增塑剂约5.8 t，取得了较好的环境效益、社会效益和经济效益。当年可以收回净化装置投资成本。

5 结论

玻璃纤维涂塑窗纱在生产过程中产生的污染物主要为增塑剂有机挥发物，直接排放对周边环境和居民生活带来严重的影响，同时造成资源的浪费。本文采用高压静电法对增塑剂烟气进行治理，净化效率达到95%以上，达到了环保排放要求，取得了较好的环境效益、社会效益和经济效益，为众多玻璃纤维涂塑窗纱生产企业提供了可以借鉴的经验。

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