卷烟厂HDT气流式烘丝机废气除异味技术研究

陈洪斌 邓超 张雅坤 张羽

摘  要：文章针对卷烟厂HDT气流式烘丝机排放废气温度高、异味浓度高、含有少量粉尘等特点，提出了水膜旋风除尘+I级高能光催化+Ⅱ级高能光催化的多级串联异味处理技术，有效处理HDT气流式烘丝机排放废气的异味。

关键词：HDT气流式烘丝机;除异味;水膜旋风除尘;高能光催化

中图分类号：X51文献标志码：A         文章编号：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

卷烟厂HDT气流式烘丝机排放的废气中含有大量有机挥发性物质，这些物质的主要成分有碳氢化合物、醇类、醛类、酚类、酮类、酯类、胺类、氨基类及芳香族衍生物等，属于恶臭污染物范畴，同时给周边居民生活及身心健康带来较大的影响，容易引起周边居民投诉。

本文通过天津卷烟厂HDT气流式烘丝机生产过程中废气排放进行分析研究，针对HDT气流式烘丝机排放的废气温度高、异味浓度高、含有少量粉尘等特点，研制了一套重点治理HDT气流式烘丝机排放的恶臭废气的新型高效能异味处理设备，有效降低恶臭气体的排放量，满足相关国家标准，改善烟厂周边的空气质量。

2 系统组成及工作原理

新型高效能异味处理设备主要由水膜旋风除尘器、I级高能光催化反应仓、Ⅱ级高能光催化反应仓、热管散热器、循环水泵等几部分组成。工作时，废气经风管首先进入到水膜旋风除尘器中，废气中的粉尘和焦油被初步清洗，同时水雾与气体充分接触，吸收热量，使气体温度从140℃降低至90℃以下，确保后端灯管可以长期运行;然后，废气顺序进入到I级高能光催化和II级高能光催化装置中，通过高能紫外光照射，使废气中的污染物分子分解成H2O、CO2等自然界中常见的、稳定安全的物质;最后处理后气体经风机排入大气。新型高效能异味处理设备的组成如图1所示、工作流程如图2所示。

3 主要部件的工作原理

3.1 水膜旋风除尘器

水膜旋风除尘器是系统的前端处理设备，负责处理卷烟厂工艺废气中的部分水汽和粉尘。除尘器的喷淋水泵流量达10m3/h，除尘器进气口布置有一级纵向喷嘴，内部同时布置有二级、三级环向喷嘴，这三级喷嘴的布局对细微粉尘和水蒸气有良好的净化效果，综合除尘效率高达98%，水汽处理效率能达到90%;同时还有良好的降温效果，热交换效率高达59%。

3.2 I级高能光催化反应仓

I级高能光催化反应仓布置有6根V-UV波段（185nm波长）的UV灯管，UV灯管发出的V-UV波段紫外线持续照射，产生O3、亚原子氧O（1D）、氧化性极强的氢氧根（OH）-等物质。当排放的烟草异味气体进入I级高能光催化反应仓后，发生一系列物理反应、化学反应，氧化还原反应。这些高能量光子、氧化性极强的氢氧根OH等物质能够克服异味气体分子的能阶，使污染物分子键断裂，打开其分子化学键，氧化分解成无臭、无毒、无害的小分子物质，同样，也分解成H2O和CO2。

3.3 Ⅱ级高能光催化反应仓

Ⅱ级高能光催化反应仓是系统的末端处理设备，布置有6根V-UV波段（245nm波长）的UV灯管，主要处理在I级高能光催化反应仓中带出来的臭氧。在该反应仓内，含有臭氧的废气持续得到254nm紫外线的照射短波紫外辐射作用使O3分子升温，升温后O3更易分解，相当一部分O3分子分解变成O2，放出热能;除了易分解之外，O3亦容易与大气中的微量成份发生催化作用，通过链式反应消除臭氧，比如将N2氧化成N0x，与H2O和CH4反应生成0H和CH3等，这些过程都能使臭氧在通过Ⅱ级高能光催化反应仓時得到有效的消耗，从而实现无臭氧排放的目的。

4 系统热力学计算

根据天津卷烟厂HDT气流式烘丝机的工作特性，其排放废气温度在120℃～140℃的范围内，气体相对湿度在40%～50%范围内，气量在3000m3/h～4000m3/h的范围内。以下计算过程用于分析系统降温、除湿的热力学反应过程的分析论证。

系统降温、除湿的热力学反应计算过程如下：

（1）将废气温度t=140℃分别代入公式1、公式2，可得饱和水蒸气分压力Pq、b=201663.77（Pa）。

（2）将饱和水蒸气分压力Pq、b=201663.77（Pa）和气体相对湿度RH=50%代入公式3中可得水蒸气分压力Pq=100776.885（Pa）。

（3）将水蒸气分压力Pq=100776.885（Pa）、饱和水蒸气分压力Pq、b=201663.77（Pa）、气体干球温度t=140℃以及标准大气压力代入公式4中可得废气湿球温度ts=81.58℃。

（4）将水蒸气分压力Pq=100776.885（Pa）、饱和水蒸气分压力Pq、b=201663.77（Pa）代入公式5可得废气的含湿量d=125.3g/kg干空气。

（5）将水蒸气分压力Pq=100776.885（Pa）、气体开式温度T=413.15（K）标准大气压力B代入公式7可得废气密度？籽=0.55kg/m3。

（6）将废气密度？籽=0.55kg/m3代入公式8可得废气的比容？自=1.8m3/kg。

（7）由废气密度？籽=0.55kg/m3、总风量Q=4000m3/h、单位质量废气的热焓值：i=241.14kj/kg，可得出1小时内流经水膜旋风除尘器的气体的总热焓值：I=5.305×105kj。

（8）通过前期的设备使用经验以及试验数据分析，当水膜旋风除尘器的喷淋水泵流量为QS=10m3/h时，其热交换效率约为？渍=0.59，除湿效率约为？灼=0.9，再结合总热焓值I=5.305×105kj，可以得出废气经过水膜旋风除尘器后将会被除尘器里的水带走的总热焓值约为：I′=3.126×105（kj），经过水膜除尘器处理后废气的剩余热焓值约为：I″=2.18×105（kj）。

5 系统试验验证

系统试验即应用性验证，实地验证系统对HDT气流式烘丝机排放废气的除异味效果。在使用/未使用新型高效能异味处理设备两种情况下，以三点比较式臭袋法检测废气，频次为每天检测三次，得出以下检测结果：

从恶臭气体检测结果表数值可以看出HDT气流式烘丝机排放的废气恶臭浓度较高，容易引起周边居民投诉，影响企业形象;从数值可以看出在使用新型高效能异味处理设备后，HDT气流式烘丝机排放的废气臭气浓度得到了大幅抑制和降低，有效改善烟厂周边的空气质量。

6 结论

本文介绍的新型高效异味处理设备采取了水膜旋风除尘、Ⅰ级高能光催化、Ⅱ级高能光催化的多级串联处理结构，对异味气体的处理效果好，处理效率大于90%，处理后排放气体恶臭成分≤500无量纲，可完全应用于卷烟厂生产车间的废气治理。

参考文献：

[1]张晓明，黄碧纯，叶代启.低温等离子体光催化净化空气污染物技术研究进展[J].化工进展，2005，24（9）：964-967.

[2]梁亚红，张鹏，马广大.氣体放电光催化去除VOCs的实验研究[J].环境工程，2004，22（2）：46-49.

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[4]国家质量技术监督局.GB14554-93恶臭污染物排放标准[S].

[5]国家质量技术监督局.GB/T 14675-1993 空气质量 恶臭的测定 三点比较式臭袋法[S].