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(fēng)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(shù)，有效處理HDT氣流式烘絲機排放廢氣的異味。

關(guān)鍵詞：HDT氣流式烘絲機;除異味;水膜旋風(fēng)除塵;高能光催化

中圖分類號：X51文獻(xiàn)標(biāo)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(zhì)，這些物質(zhì)的主要成分有碳?xì)浠衔铩⒋碱?、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(chǎn)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(shè)備，有效降低惡臭氣體的排放量，滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，改善煙廠周邊的空氣質(zhì)量。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

新型高效能異味處理設(shè)備主要由水膜旋風(fēng)除塵器、I級高能光催化反應(yīng)倉、Ⅱ級高能光催化反應(yīng)倉、熱管散熱器、循環(huán)水泵等幾部分組成。工作時，廢氣經(jīng)風(fēng)管首先進入到水膜旋風(fēng)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(zhì);最后處理后氣體經(jīng)風(fēng)機排入大氣。新型高效能異味處理設(shè)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(fēng)除塵器

水膜旋風(fēng)除塵器是系統(tǒng)的前端處理設(shè)備，負(fù)責(zé)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(dá)10m3/h，除塵器進氣口布置有一級縱向噴嘴，內(nèi)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(xì)微粉塵和水蒸氣有良好的凈化效果，綜合除塵效率高達(dá)98%，水汽處理效率能達(dá)到90%;同時還有良好的降溫效果，熱交換效率高達(dá)59%。

3.2 I級高能光催化反應(yīng)倉

I級高能光催化反應(yīng)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(chǎn)生O3、亞原子氧O（1D）、氧化性極強的氫氧根（OH）-等物質(zhì)。當(dāng)排放的煙草異味氣體進入I級高能光催化反應(yīng)倉后，發(fā)生一系列物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)。這些高能量光子、氧化性極強的氫氧根OH等物質(zhì)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(xué)鍵，氧化分解成無臭、無毒、無害的小分子物質(zhì)，同樣，也分解成H2O和CO2。

3.3 Ⅱ級高能光催化反應(yīng)倉

Ⅱ級高能光催化反應(yīng)倉是系統(tǒng)的末端處理設(shè)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(yīng)倉中帶出來的臭氧。在該反應(yīng)倉內(nèi)，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(dāng)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?zhǔn)椒磻?yīng)消除臭氧，比如將N2氧化成N0x，與H2O和CH4反應(yīng)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(yīng)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(xué)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(nèi)，氣體相對濕度在40%～50%范圍內(nèi)，氣量在3000m3/h～4000m3/h的范圍內(nèi)。以下計算過程用于分析系統(tǒng)降溫、除濕的熱力學(xué)反應(yīng)過程的分析論證。

系統(tǒng)降溫、除濕的熱力學(xué)反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(fēng)量Q=4000m3/h、單位質(zhì)量廢氣的熱焓值：i=241.14kj/kg，可得出1小時內(nèi)流經(jīng)水膜旋風(fēng)除塵器的氣體的總熱焓值：I=5.305×105kj。

（8）通過前期的設(shè)備使用經(jīng)驗以及試驗數(shù)據(jù)分析，當(dāng)水膜旋風(fēng)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(jié)合總熱焓值I=5.305×105kj，可以得出廢氣經(jīng)過水膜旋風(fēng)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(jīng)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(yīng)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(shè)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(jié)果：

從惡臭氣體檢測結(jié)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(shè)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(zhì)量。

6 結(jié)論

本文介紹的新型高效異味處理設(shè)備采取了水膜旋風(fēng)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(jié)構(gòu)，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(yīng)用于卷煙廠生產(chǎn)車間的廢氣治理。

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