靜電法治理涂塑窗紗塑化煙氣并回收增塑劑的技術(shù)應(yīng)用

摘 要：玻璃纖維涂塑窗紗是以聚氯乙烯樹(shù)脂稀釋糊，經(jīng)輥式浸涂工藝涂復(fù)在玻璃纖維單絲或網(wǎng)布上，經(jīng)烘箱高溫塑化而成。在塑化過(guò)程中易揮發(fā)的增塑劑形成的煙氣排入大氣，嚴(yán)重污染了環(huán)境，由于這種煙氣存在著異味，對(duì)附近居民的日常生活帶來(lái)了影響，群眾反映強(qiáng)烈。同時(shí)增塑劑又是寶貴的化工原料，將其回收使用，不僅是治理污染保護(hù)環(huán)境的需要，而且又是節(jié)約原料降低成本的有效途徑。因此，對(duì)玻璃纖維涂塑窗紗生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的塑化煙氣進(jìn)行有效的治理，確保污染物排放最小化，走低碳環(huán)保循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路，則是眾多玻璃纖維窗紗生產(chǎn)企業(yè)必須高度重視的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：塑化煙氣 玻璃纖維

中圖分類號(hào)：TU375.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（c）-150-03

1 塑化煙氣存在狀態(tài)及治理方法的選擇

塑化煙氣主要產(chǎn)生于高溫下的增塑劑揮發(fā)物，而增塑劑是涂塑窗紗生產(chǎn)原料重要組成部分。目前工業(yè)使用的增塑劑仍以酯類化合物為主，主要品種有：（1）DOP（鄰苯二甲酸二辛酯）。（2）DINP。（3）DOA。（4）DBP。（5）環(huán)氧大豆油。其中DOP、環(huán)氧大豆油為涂塑窗紗常用的增塑劑配方。由此可見(jiàn)玻璃纖維涂塑窗紗產(chǎn)生的塑化煙氣主要為DOP、環(huán)氧大豆油揮發(fā)物。

目前，涂塑窗紗在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物還沒(méi)有引起高度重視和有效治理，這主要與我國(guó)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（CB16297-1996）以及地方標(biāo)準(zhǔn)均沒(méi)有將增塑劑有機(jī)物列入控制排放的污染物有關(guān)。雖然有些企業(yè)采取了一些治理措施，但是受到治理技術(shù)條件的限制，效果不夠明顯。本文在工作實(shí)踐的基礎(chǔ)上對(duì)增塑劑煙氣的性質(zhì)、存在狀態(tài)和處理方法進(jìn)行了深入的研究，確定了符合企業(yè)實(shí)際的治理技術(shù)方案。

1.1 璃纖維涂塑窗紗塑化煙氣性質(zhì)及存在狀態(tài)

玻璃纖維涂塑窗紗作為窗紗一個(gè)重要品種，以其成本低、強(qiáng)度高、網(wǎng)眼大小均勻、易清洗、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)得到較快發(fā)展。其涂塑窗紗塑化工藝使用的原料主要有PVC糊狀樹(shù)脂、增塑劑等。其工藝要求PVC糊狀樹(shù)脂在低剪切速率下，增塑劑的粘度要低，具有較好的流變性。為了提高制品的強(qiáng)度、柔韌性、光澤度、熱穩(wěn)定性等，必須添加一定的稀釋劑、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、碳酸鈣填料等原料。同時(shí)在180 ℃高溫下PVC糊狀樹(shù)脂、增塑劑等才能塑化涂復(fù)在玻璃纖維表面上，經(jīng)冷卻達(dá)到消除織物中纖維的內(nèi)應(yīng)力，更好地穩(wěn)定織物形態(tài)的目的。而塑化煙氣主要產(chǎn)生于高溫下的增塑劑揮發(fā)物。

經(jīng)過(guò)對(duì)塑化煙氣試驗(yàn)證明，當(dāng)用濾紙阻擋煙氣時(shí)，會(huì)出現(xiàn)許多油滴被截留在濾紙上。表明煙氣中的揮發(fā)物是以霧粒狀態(tài)存在的，即揮發(fā)物以微小粒子懸浮在空氣中而形成的氣溶膠霧粒。另?yè)?jù)以往的試驗(yàn)表明，在用風(fēng)機(jī)輸送煙氣時(shí)，由于高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械離心力的作用，而使霧?；ハ嘧矒裟鄱玫揭欢▋艋厥招Ч豺?yàn)證了煙氣中霧狀揮發(fā)物的存在。由此得知塑化煙氣是涂塑窗紗在塑化過(guò)程中增塑劑揮發(fā)遇冷凝結(jié)成微小液滴分散在空氣中形成的氣溶膠粒子。

1.2 塑化煙氣治理技術(shù)方法的比較

根據(jù)國(guó)外資料和國(guó)內(nèi)治理方法的調(diào)研，目前對(duì)塑化煙氣治理主要有：過(guò)濾吸附法、機(jī)械離心沉降法、低溫冷凝法、高溫焚燒法、高壓靜電法。

（1）過(guò)濾吸附法。

該方法技術(shù)原理是塑化煙氣進(jìn)入過(guò)濾器后，形成一個(gè)不斷截留、凝聚、淌流的動(dòng)平衡過(guò)程，利用過(guò)濾吸附材料對(duì)塑化煙氣的攔截、碰撞、篩分等作用去除揮發(fā)性有機(jī)氣體粒子。過(guò)濾吸附材料如活性炭、有機(jī)高分子材料等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，便于操作，同時(shí)凈化效率較高，通常能達(dá)到85%左右。但是由于空氣和塑化煙霧中都含有一部分固形物—— 塵，同凝聚的氣溶膠液滴混合為不易流動(dòng)的粘著物，極易堵塞過(guò)濾吸附材料，加大過(guò)濾的阻力和能耗，從而降低過(guò)濾材料的使用壽命和凈化效率。

（2）機(jī)械離心沉降法。

該方法技術(shù)原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械離心力的作用，采取強(qiáng)制氣流并使煙氣流程在運(yùn)動(dòng)方向上發(fā)生轉(zhuǎn)折，使煙氣霧粒相互撞擊凝聚，在慣性作用下到達(dá)沉降面而從氣體中分離出來(lái)。強(qiáng)制氣流轉(zhuǎn)折的機(jī)械設(shè)施如百葉窗、蜂窩式油煙濾清器等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，便于操作。但缺點(diǎn)耗能大，對(duì)細(xì)小霧粒去除率低，凈化效率一般為40%左右。

（3）低溫冷凝法。

通過(guò)空氣預(yù)冷過(guò)濾、冷凝吸收和油氣分離三級(jí)治理方法，去除煙氣中的揮發(fā)物。其技術(shù)原理：首先空氣預(yù)冷過(guò)濾，利用空氣溫度與煙氣的溫差，通過(guò)空氣對(duì)流和輻射，使煙氣由180 ℃降到100 ℃左右，增加煙氣霧粒的凝聚；其次冷凝吸收，即采用列管式冷凝器進(jìn)行熱交換。當(dāng)煙氣溫度降到50 ℃左右時(shí)，煙氣中大部分霧粒可以去除；最后油氣分離，將冷凝后的煙氣通過(guò)喉管加速混合，并經(jīng)過(guò)水噴淋使其分離出來(lái)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是凈化效率高，一般達(dá)到90%以上。缺點(diǎn)是噴淋后回收的增塑劑是油水混合物，不能直接使用。

（4）高溫焚燒法。

該方法技術(shù)原理是利用氧化反應(yīng)將塑化煙氣通過(guò)1000 ℃的高溫焚燒，使油煙蒸汽氧化成無(wú)害物質(zhì)—— 生成二氧化碳和水。采用高溫焚燒處理技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是操作方便，凈化效率高。但缺點(diǎn)是由于焚燒處理煙氣的時(shí)候，需要消耗一定的助燃燃料，運(yùn)行費(fèi)用高。同時(shí)該方法不能回收增塑劑原料，將寶貴的資源白白浪費(fèi)掉了。

（5）高壓靜電法。

該方法技術(shù)原理是利用電場(chǎng)力去除煙氣中顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)，即利用捕塵作用力—— 庫(kù)侖力直接作用于煙氣中的塵霧粒子，使其從氣流中分離出來(lái)。其過(guò)程包括氣體分子電離、塵霧粒子荷電、荷電粒子在電場(chǎng)力作用下向集塵極運(yùn)動(dòng)，并最終達(dá)到集塵極，實(shí)現(xiàn)與氣體相分離的目的。被捕集分離的霧粒在重力的作用下流入受油氣中。靜電除塵裝置如果設(shè)計(jì)合理，凈化效率可達(dá)到95%以上，回收的增塑劑可繼續(xù)在生產(chǎn)中使用。

1.3 塑化煙氣治理方法的選擇

經(jīng)過(guò)對(duì)上述治理方法的比較分析，本文認(rèn)為增塑劑煙霧是受熱揮發(fā)的化學(xué)油霧，不能為機(jī)械方法全部捕集分離；同樣使用過(guò)濾吸附方法，隨著過(guò)濾介質(zhì)不斷被油霧中的固形物—— 塵的堵塞，極大降低了過(guò)濾材料的性能和凈化效率，必然增加能耗和過(guò)濾成本；低溫冷凝法其油霧經(jīng)過(guò)噴淋后回收的增塑劑是油水混合物，不能直接用于生產(chǎn)，需分離后才能使用，這需要技術(shù)和資金的支持，否則形成二次污染；高溫焚燒法不僅運(yùn)行成本高，而且不能回收增塑劑原料。因此本文決定選用高壓靜電法對(duì)塑化煙氣進(jìn)行有效的治理。

2 高壓靜電法技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

2.1 高壓靜電法治理增塑劑煙霧是一項(xiàng)高效節(jié)能的技術(shù)措施

在實(shí)際應(yīng)用中，靜電凈化裝置耗能少取決于分離機(jī)理上的優(yōu)勢(shì)，即凈化裝置能量直接作用在塵霧上，使增塑劑霧粒從氣流中分離出來(lái)；而機(jī)械的方法是為了使霧粒受到離心力的作用，需要整個(gè)氣流高速旋轉(zhuǎn)，其能量絕大部分用于加速氣流，只有很少一部分用于分離霧粒；過(guò)濾吸附的方法其能量主要消耗在過(guò)濾材料的阻力上，當(dāng)阻力達(dá)到300～350 mm水柱時(shí)，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為30 kW。由于靜電凈化裝置阻力小，通常約為20 mm水柱，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率僅為7.5 kW。即使靜電凈化裝置需要一部分電能供給高壓放電，但這部分電能很少。例如當(dāng)高壓達(dá)4萬(wàn)伏時(shí)，電流為60 mA，用電量?jī)H為2～3 kW。相比較其它治理方法，高壓靜電法能耗最低。

2.2 高壓靜電法對(duì)治理增塑劑煙霧具有很好的適應(yīng)性和有效性

增塑劑煙霧的粒徑主要有兩類：一類是微小粒徑，也稱飄塵或浮游粒子，一般粒徑在10 um以下；另一類是凝結(jié)后較大的粒徑，其粒徑在10～200 um之間。增塑劑煙霧凝結(jié)后較大的粒徑容易去除，而對(duì)于微小粒徑去除較難，這也是其它方法治理增塑劑煙霧凈化效率不夠理想的主要原因。從靜電凈化裝置工作原理來(lái)看，其捕塵作用力—— 庫(kù)侖力是直接作用于煙氣中的塵霧粒子，這對(duì)于亞微米粒度的微小塵霧具有很好的捕集效果，是目前增塑劑煙霧最有效的治理方法。

2.3 高壓靜電法工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)—安全穩(wěn)定和清潔

（1）靜電凈化裝置臥式負(fù)壓系統(tǒng)運(yùn)行。其工藝流程為：塑化煙氣經(jīng)集氣管道進(jìn)入靜電凈化裝置系統(tǒng)，該系統(tǒng)由防火閥、冷卻裝置、靜電凈化裝置及引風(fēng)機(jī)、并配以整流高壓變壓器和電氣控制柜組成（如圖1）。

（2）靜電凈化裝置其核心部分是多對(duì)電極系統(tǒng)，每對(duì)電極包括放電極絲（陰極）和集塵極板（陽(yáng)極）。當(dāng)電極間加以足夠高的電壓時(shí)，放電極周?chē)a(chǎn)生電暈，電暈區(qū)的空氣分子發(fā)生電離并產(chǎn)生大量的負(fù)離子和自由離子，這些自由電子迅速飛向集塵極板。當(dāng)煙氣霧粒通過(guò)電極之間時(shí)，這些帶負(fù)電的粒子與煙氣霧粒不斷碰撞，把電荷轉(zhuǎn)移給煙氣霧粒使其也帶上負(fù)電荷，這些帶電霧粒在電場(chǎng)力的作用下向集塵極運(yùn)動(dòng)，最終帶電霧粒被陽(yáng)極所吸附。集塵極板定期轉(zhuǎn)動(dòng)，固定的刮板將集塵極板上的增塑劑油霧刮入到集油器中。

（3）靜電凈化裝置極板定期轉(zhuǎn)動(dòng)并自動(dòng)除垢。靜電凈化裝置屬于板式電除塵裝置，一般板式電除塵裝置清垢的方法基本都是機(jī)械振打，這樣不但造成噪聲污染，而且對(duì)具有一定粘度的增塑劑油霧達(dá)不到清除的效果。本裝置采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的極板，當(dāng)極板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)固定的刮板自動(dòng)將油垢刮下并流入到受油器中，這樣可以始終保持極板的清潔和凈化效率的穩(wěn)定。

（4）靜電凈化裝置負(fù)壓系統(tǒng)可以解決跑冒滴漏現(xiàn)象。由于增塑劑的特性，存在著非負(fù)壓系統(tǒng)運(yùn)行其凈化裝置和管道法蘭墊片受其滲透外漏污染的困惑。該裝置采用負(fù)壓系統(tǒng)，避免了凈化裝置和管道系統(tǒng)內(nèi)增塑劑的外漏，能夠使凈化裝置場(chǎng)地保持清潔。

（5）靜電凈化裝置臥式設(shè)計(jì)可以使煙氣流分布均勻。煙氣流分布均勻?qū)艋实挠绊懪c電暈和作用于塵霧粒子上的靜電力對(duì)凈化效率的影響一樣重要，以往經(jīng)驗(yàn)表明，改善凈化裝置氣流形態(tài)可以使凈化效率由70%左右提高到95%以上。因此，臥式設(shè)計(jì)能夠最大限度地發(fā)揮凈化裝置的效率。

（6）靜電凈化裝置臥式設(shè)計(jì)可以減少油霧二次攜帶。由于臥式凈化裝置氣流方向與落下的油霧液滴直角相交，當(dāng)煙氣流速為0.5 m/s時(shí)，已捕集的油霧粒子很少再次被攜帶。

（7）靜電凈化裝置負(fù)壓系統(tǒng)，能夠保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。由于凈化裝置采用負(fù)壓系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)在已去除95%左右增塑劑油霧狀況下工作，因而能夠保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，壽命得到延長(zhǎng)，維修工作量大為降低。

（8）靜電凈化裝置采取兩組電場(chǎng)并聯(lián)供電的方式，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。在臥式靜電凈化裝置上使用一個(gè)電源并聯(lián)兩個(gè)電場(chǎng)，這樣能夠使電場(chǎng)保持恒定，使電暈電壓和電流能夠更好地適合煙氣濃度的變化，以取得最佳的凈化效果。

3 高壓靜電法工藝設(shè)計(jì)原理依據(jù)

高壓靜電法工藝設(shè)計(jì)原理，最基本的經(jīng)典公式是多依奇方程式。該方程式為：η=1-e（-A/Q×ω）。上式中：η為凈化裝置凈化效率%；A為凈化裝置集塵板總面積m2，Q為煙氣流量m2/s，ω為煙氣塵霧粒子驅(qū)進(jìn)速度m/s。

從方程式來(lái)看，當(dāng)一定集塵板面積處理一定煙氣量時(shí)，影響凈化效率的主要因素是“驅(qū)進(jìn)速度”（ω）。驅(qū)進(jìn)速度是指荷電霧粒在電場(chǎng)力作用下，向集塵板表面運(yùn)動(dòng)的速度，是靜電凈化裝置工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。方程是在假定的理想條件下得到的，實(shí)際中這些理想條件很少存在。為了能夠?qū)嶋H應(yīng)用這一方程式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，而引用了一個(gè)“有效驅(qū)進(jìn)速度”的概念（WP）。它是根據(jù)一定的凈化裝置結(jié)構(gòu)型式、一定的電壓和一定的煙氣品質(zhì)測(cè)得的凈化效率值，并代入多依奇方程式算出的驅(qū)進(jìn)速度值，稱為多依奇—— 安德森方程。即η=1-e（-A/Q×WP）。但是公式中的驅(qū)進(jìn)速度值難以從理論上準(zhǔn)確地推算出來(lái)，所以現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中是根據(jù)前人有成效實(shí)例的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推算出來(lái)的有效驅(qū)進(jìn)速度。對(duì)于增塑劑煙霧的驅(qū)進(jìn)速度，當(dāng)凈化效率為98%時(shí)，驅(qū)進(jìn)速度為0.09～0.1 m/s。由此可見(jiàn)多依奇方程式在煙氣有效驅(qū)進(jìn)速度的推算、凈化裝置幾何尺寸的設(shè)定、煙氣流速的設(shè)計(jì)、極板最佳間距的計(jì)算等方面，為靜電凈化裝置設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的理論支撐

4 高壓靜電法治理塑化煙氣效果和收益

4.1 塑化煙氣治理前排放狀況

塑化烘箱風(fēng)量為15858 m3/h，排放濃度約539 mg/m3，經(jīng)計(jì)算每天向大氣排放增塑劑污染物約205 kg，每月排放約6150 kg。根據(jù)窗紗上塑量、揮發(fā)量物料衡算，增塑劑揮發(fā)量約5 g/m2，按每月生產(chǎn)窗紗1250000 m2計(jì)算，每月向大氣排放增塑劑污染物約6250 kg。從這個(gè)角度也驗(yàn)證了增塑劑污染物排放的嚴(yán)重情況。

4.2 塑化煙氣治理后減排效果和收益

根據(jù)塑化烘箱風(fēng)量約15858 m3/h工況條件，選用處理風(fēng)量≥16000 m3/h靜電凈化處理裝置，由于塑化烘箱煙氣出口溫度為130 ℃，為提高凈化效率，需要對(duì)塑化煙氣進(jìn)行熱交換處理，把煙氣溫度降到<55 ℃。根據(jù)窗紗涂塑工藝溫度要求和煙氣熱交換降溫產(chǎn)生的阻力，選配7.5 kW變頻風(fēng)機(jī)，可以將風(fēng)量調(diào)節(jié)至最佳工況水平。這樣既保證了烘箱溫度的穩(wěn)定，又減少了凈化裝置系統(tǒng)用電量?，F(xiàn)在經(jīng)過(guò)高壓靜電法治理，塑化煙氣排放濃度為26 mg/m3，凈化效率達(dá)到95.2%，每月回收增塑劑約5.8 t，取得了較好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)年可以收回凈化裝置投資成本。

5 結(jié)論

玻璃纖維涂塑窗紗在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物主要為增塑劑有機(jī)揮發(fā)物，直接排放對(duì)周邊環(huán)境和居民生活帶來(lái)嚴(yán)重的影響，同時(shí)造成資源的浪費(fèi)。本文采用高壓靜電法對(duì)增塑劑煙氣進(jìn)行治理，凈化效率達(dá)到95%以上，達(dá)到了環(huán)保排放要求，取得了較好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為眾多玻璃纖維涂塑窗紗生產(chǎn)企業(yè)提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]田蘭、曲和鼎，蔣文明，等.化工安全技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1984.

[2]譚天佑，梁風(fēng)珍.工業(yè)通風(fēng)除塵技術(shù)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版，1984.

[3]（美）H.J.懷特，著.工業(yè)電收塵[M].王成漢，譯.冶金工業(yè)出版，1984：331.

[4]楊麗庭，高俊剛，李燕芳.改性聚氯乙烯新材料[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2002.