降低烟厂离子除异味系统气体排放浓度

吴 悦，李文亮，孙乾德

（红云红河烟草集团有限责任公司新疆卷烟厂，新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

卷烟生产中的制丝过程不可避免会产生大量异味气体，这些气体会对厂区周围大气环境产生较大影响[1]。从分子构成而言，烟草异味气体主要含有醛类、烃类、酚类、酸类、醇类等多种有机物质[2]，会对周边居民的呼吸系统、循环系统、消化系统、精神状态等带来危害[3]。近年来，居民环保意识增强，政府也通过政策、法律、行政等手段加大对污染企业的治理，卷烟生产企业作为国有企业，对环境保护有着义不容辞的责任。目前，多数卷烟厂都具有除异味设备，但是仍然会接到周边居民的投诉。重新增加新的异味处理设备投入大、周期长，尝试在现有设备基础上进行相应改造，可以在一定程度上降低异味气体的排放。

1 某烟厂制丝车间除异味系统

离子法异味处理技术又被称为“离子猫”，某烟厂“离子猫”除异味系统由A 系统（处理制丝车间排潮系统废气）、循环水箱、喷淋塔、B1 和B2 系统（处理制丝车间除尘系统废气）和“离子猫”等部分组成（图1）。除异味系统在生产工序上位于除尘和排潮之后，是制丝车间的最后一道异味气体处理工序，来自排潮的废气经过排潮间进入喷淋塔，在循环水的喷淋下，将絮状物及大颗粒物带入水箱，剩余废气送入吸附塔，经过活性炭吸附作用后排入大气。来自除尘的废气通过粉尘收集处理后进入吸附塔，通过滤袋吸附其中的粉尘后进行排放。

由于活性炭吸附能力有限，一定工作周期后需将其中吸附的产生异味的分子解析出来，以恢复活性炭的吸附能力。“离子猫”是一个中高频的电场激发器，可对解析出气体中的氮化合物、含硫化合物、长链脂肪烃等有机物电离为带有正电荷的离子，之后在催化剂作用下氧化为二氧化碳以及水，最终经过风机排出室外。使用离子法异味处理技术能够高效处理异味气体，而且自动化进行吸附、解析、电离等工作，操作界面人性化。

2 降低“离子猫”除异味系统处理排放浓度的思路

目前使用的除异味系统，排潮废气处理能力为100 000 m3/h，除尘废气处理能力200 000 m3/h，能够满足现有废气量的处理需求。在设备维护保养方面，车间修理人员和操作人员熟练掌握设备性能，专业性强，并严格按照设备维护标准和作业规范进行设备的保养和操作。环保部门的检测数据表明，除异味系统排放浓度低于国家标准，不会对身体健康产生影响，但是工厂周边新建大量住宅和学校，针对空气质量的投诉依然很多，需要在现有基础上提高异味气体的处理能力，进行一定的设备改造是必要的。

2.1 降低喷淋塔循环水温度

根据气体溶解度的相关知识，气体的溶解度除与气体本身特性、溶剂性质有关外，还与温度、压强有关，一般来说在一定压强下气体的溶解度随着温度升高而减少。原先除异味系统喷淋塔的主要功能是将絮状物及大颗粒物带入水箱后经下水道排除，剩余废气送入吸附塔由活性炭吸附。由于气体能在水中溶解，喷淋塔中的水对异味气体是存在一定吸附作用的，适当降低喷淋水温度存在一定的减少异味气体的作用。

为了验证理论分析结果，聘请第三方检测机构依照《恶臭污染物排放标准（GB 14554—1993）》标准对除异味排放口的异味气体浓度进行连续一周的检测。检测结果表明，喷淋水温度在25 ℃时，除异味系统整体排除的异味气体较少。通过理论分析和实验证明，降低喷淋水温度可以在一定程度上提高除异味系统的工作效率。

2.2 提高喷淋塔循环水纯净度

循环水将喷淋塔中的絮状物、大颗粒物、以及异味气体主要成分芳香烃、烷烃、酚类凝聚物，通过水循环带入水箱中。循环水将这些异味物质溶解，不仅要考虑溶解度的大小，还需考虑溶解速度，考虑在喷淋塔中从进到出的时间约为1 min 左右，在有限时间里更多溶解异味物质将有利于提高除异味系统的工作效率。水质纯净度降低，会造成运载杂质能力降低，更多的异味气体杂质进入下一工序，造成排放浓度增高。运用静置沉淀法对循环水水质进行测试。连续多日取水箱上部、中部、下部等多部位的水，经过0.5 h 的沉淀，中部及下部的循环水中有絮状物及沉淀析出，喷淋塔循环水已处于饱和状态，这样的喷淋水溶解异味物质的效果必然无法令人满意。因此，可以通过排放水箱底部沉淀，流入新水等方法提高喷淋塔循环水的纯净度，以此提高异味气体的溶解速度，降低异味气体排放浓度。

3 降低“离子猫”除异味系统排放浓度的实施方法

3.1 增加循环水冷却设备

机械设备方面，在原喷淋水箱附近增加一套热交换冷却系统，包括冷却塔、热交换器、水泵、相关管路，以及温度传感器、水位检测等检测元器件。热交换器选用满足水流量需求的板式换热器，实现冷却水对循环水的降温作用。喷淋水冷却系统如图2 所示，利用原水箱喷淋水泵将温度较高的水送入方型逆流式冷却塔，冷却后的水经新安装的水泵进入安装在室内的板式换热器进行二次冷却后进入喷淋塔。室内的板式换热器由于其内部板片波纹表面的特殊作用，使流体沿着狭窄弯曲的通道流动，其速度大小和方向不断改变，可以使流体在不大的流速下，产生较为强烈湍动[4]，因而加快了流体边界层的破坏，强化了传热过程，有效提高传热能力。

图2 喷淋水冷却系统

电控方面，冷却系统加装循环水温度传感器、冷却水水位传感器，就近在I/O 箱内接线，使所有新增的冷却系统的检测和控制元件接入PLC，通过编程实现自动加水，冷却水泵自动启停等。考虑到每日生产开始时初始水温低，不用降温，因此连锁除异味系统的线启动信号延迟30 min 启动热交换冷却系统；另外，由于制丝生产中可能出现临时性停机，不需要将冷却系统关闭，因此设置手动或与除异味系统整体关闭。对于冷却塔风扇及冷却水泵启动条件，当满足水位检测和温度检测条件且循环水水温大于30 ℃，冷却塔高水位检测到位后开启。每日生产结束后，排水电磁阀连锁生产停止信号将冷却塔的水排入水箱，避免冬天低温结冰或夏天高温挥发。修改原触摸屏WinCC 画面，连接各变量，实现对电机、风扇、元器件运行状态、循环水水温的实时监控。

3.2 增加水箱自动排水功能

改进水箱排水程序，增加自动排水的功能。以控制开关、生产信号、水箱水位高度等作为连锁条件，生产状态下间隔自动排水。对于排水间隔和排水量，由于水箱中主要是大颗粒物、以及异味气体主要成分芳香烃、烷烃、酚类凝聚物等，属于成分较为复杂的复合物质。缺乏相应的检测条件和传感器，考虑到酚类物质的特性[5]，其在水溶液中pH 值一般为6～7，呈酸性，因此可使用耐腐蚀可输出数据至PLC 的酸碱度传感器作为信号，根据水箱水质和现场条件多次试验，确定为排水间隔时间的依据。至于排水量，建议每次排水为水箱最大水量的1/4，也可以酸碱度传感器的数据与水温数据连锁，当水温较高或酸碱度达到其中一个条件满足时，均排出废水加入新水，不仅可以降低循环水的溶解度，提高吸附异味物质效率，也能使水温降低，进一步减少异味气体排放。

4 总结

利用停产间隙，经过半个月实施，实现了“离子猫”除尘系统增加喷淋水冷却装置和对喷淋水水箱改进自动排水功能。设备改造以来，喷淋水水温夏季能够保持在32 ℃，冬季23 ℃左右，能够较好达到使喷淋水更多溶解异味气体的目标；水箱内异味物质以pH 值作为检测指标，水箱的排水间隔约为5 h，每次排水量为2 m3，与改造前每日排水10 m3相比，耗水量没有显著增加，但是可以保持水箱水质处于一定的纯净度，有利于快速溶解异味气体物质。一套“离子猫”除尘系统厂家报价在1600 万元以上，通过设备改造只花费50 万元用于购置冷却塔、传感器、外协施工等，极大节省企业开支。也能够实现系统气体排放浓度的目标，第三方检测机构检测数据表明，改造后的设备排气口异味气体排放浓度24 h 平均值为871 单位，下风向500 m 距离异味气体浓度24 h 平均值为19 单位，远低于《恶臭污染物排放标准（GB 14554—1993）》中要求的二级排放标准。