節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)研究

張 超，吳凌志，卓宇軒，杜超陽(yáng)，張 峰

(1.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，安徽合肥 230088；2.徐州眾凱機(jī)電設(shè)備制造有限公司，江蘇徐州221004)

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節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)研究

張 超1，吳凌志2，卓宇軒2，杜超陽(yáng)2，張 峰2

(1.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，安徽合肥 230088；2.徐州眾凱機(jī)電設(shè)備制造有限公司，江蘇徐州221004)

對(duì)節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)原理進(jìn)行總結(jié)，對(duì)該系統(tǒng)處理煙廠高溫高濕尾氣效果進(jìn)行闡述。實(shí)踐證明：煙廠生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高溫高濕的尾氣經(jīng)該系統(tǒng)處理后，尾氣低溫排放，尾氣中的異味成分去除率>80.0%，顆粒物排放濃度<2.00 mg/m3，符合國(guó)家相關(guān)法規(guī)，系統(tǒng)的換熱效率高，換熱效率平均值為63.66%；該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，運(yùn)行過(guò)程中耗水量<100 kg/h，二次污染小，節(jié)能減排效果明顯。

異味處理；熱能回收；節(jié)流式交換器；高溫高濕尾氣

在卷煙制絲過(guò)程中，煙草的回潮與干燥工序生產(chǎn)會(huì)伴隨著大量的高溫高濕工藝尾氣排出，工藝尾氣不僅含有一定量的顆粒粉塵，而且也含有煙草處理時(shí)揮發(fā)出的氨氣、尼古丁等氣態(tài)揮發(fā)性物質(zhì)(VOCs)，同時(shí)排出的工藝尾氣蓄熱量大，這些異味氣體若直接排入大氣中，將嚴(yán)重污染周圍的環(huán)境，危害人類健康[1]。目前，新建設(shè)的卷煙廠項(xiàng)目均規(guī)劃了煙草異味處理系統(tǒng)，如生物濾池、低溫等離子除異味系統(tǒng)等[2-3]。異味處理常用方法有吸附法、過(guò)濾法、生物法、臭氧氧化法、低溫等離子法等[4-6]，通常這些異味處理系統(tǒng)投資高、占地面積大，同時(shí)存在處理效果不理想、造成二次污染、熱能無(wú)法回收利用、無(wú)法除掉粉塵、前期投入和后期的運(yùn)行維護(hù)成本高等問(wèn)題，目前改進(jìn)的方法基本都是對(duì)控制方式進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，但這不能從根本上解決問(wèn)題[7]。節(jié)流式異味處理系統(tǒng)是一種濕式異味處理系統(tǒng)，濕式異味處理一般都是用水作為凈化介質(zhì)，通過(guò)同一個(gè)設(shè)備捕集氣態(tài)和顆粒污染物，從而有效地去除異味成分、灰分，并且能夠回收利用尾氣中的熱能及降低尾氣的排放溫度。隨著污水處理技術(shù)的發(fā)展，濕式異味處理產(chǎn)生的污水能夠得到有效解決，濕法異味處理的利弊權(quán)重也發(fā)生了變化。濕法捕集系統(tǒng)一般比干法捕集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，其占地較少，初期投資較低，凈化效率較高，可就近處理[8]，處理后的尾氣低溫?zé)o味排放，達(dá)到凈化塵粒的同時(shí)還可去除80%以上煙草異味，效果顯著。筆者現(xiàn)將節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)原理及應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)，以期為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)主要由節(jié)流式氣液交換器、高效換熱器、循環(huán)水箱、冷凝水分離器、風(fēng)力平衡裝置、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等組成(圖1)，所有與高溫尾氣接觸的設(shè)備均做保溫處理；電控系統(tǒng)主要由電機(jī)、電磁流量計(jì)、溫度傳感器、變頻器、電磁閥等組成。

注：1.尾氣收集口；2.風(fēng)力平衡裝置；3.節(jié)流式氣液交換器；4.高效換熱器；5.循環(huán)水出口；6.循環(huán)水入口；7.循環(huán)水箱；8.循環(huán)水箱補(bǔ)水口；9.熱水出口；10.尾氣外排；11.引風(fēng)機(jī)；12.冷凝水分離器；13.冷凝水排水；14.節(jié)流式氣液交換器補(bǔ)水口；15.節(jié)流式氣液交換器排水；16.企業(yè)污水處理站。Note：1.Tail gas collection port; 2.Wind power balance device; 3.Throttle type gas-liquid exchanger; 4.High efficiency heat exchanger; 5.Circulating water outlet; 6.Circulating water inlet; 7.Circulating water tank; 8.Circulation water tank water supply port; 9.Hot water outlet; 10.Exhaust emission; 11.Induced draft fan; 12.Condensed water separator; 13.Condensate drainage; 14.Throttle type gas-liquid exchanger; 15.Throttle type gas-liquid exchanger drainage; 16.Enterprise sewage treatment station.圖1　系統(tǒng)組成示意Fig.1　System composition schematic

2　技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1節(jié)流交換原理節(jié)流交換技術(shù)利用節(jié)流板與液面之間窄小的縫隙將氣流形成節(jié)流，在節(jié)流板兩側(cè)形成壓差。在節(jié)流板兩側(cè)壓差的作用下，液面出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，形成液面差(H)，并在節(jié)流板下方形成臺(tái)階。當(dāng)氣流通過(guò)節(jié)流板與液面之間窄小的縫隙時(shí)，由于氣流通道急劇變小，氣流速度急劇升高，對(duì)節(jié)流板下方扭曲的液面形成強(qiáng)烈沖擊，使氣流急劇變向，并將一部分液體從液面剝離，形成濕式。在這個(gè)過(guò)程中氣液之間形成強(qiáng)制接觸和強(qiáng)制交換。節(jié)流交換技術(shù)原理如圖2所示，液面差H=P1-P2。氣流通過(guò)節(jié)流板與液面之間窄小縫隙時(shí)的速度越高，節(jié)流板兩側(cè)壓差越大，液面扭曲越嚴(yán)重，節(jié)流效果越強(qiáng)，氣液交換效果越好。

圖2　節(jié)流交換技術(shù)原理Fig.2　Throttle switching technology principle

節(jié)流交換屬于氣液逆流交換，節(jié)流交換過(guò)程中同時(shí)存在沖擊交換、離心交換、噴淋交換等過(guò)程，氣液接觸充分，因此，交換效果優(yōu)于其他方法。

2.2系統(tǒng)原理節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)可以對(duì)卷煙廠煙絲干燥工序的高溫高濕排潮尾氣進(jìn)行處理，通常滾筒式烘絲機(jī)的尾氣風(fēng)量為6 500～7 500 m3/h，溫度為70～120 ℃、相對(duì)濕度為27%～60%；氣流式烘絲機(jī)排潮尾氣為過(guò)熱的工藝氣體，流量為2 000～8 000 m3/h，溫度為120～150 ℃，排潮尾氣經(jīng)風(fēng)力平衡裝置進(jìn)入節(jié)流式氣液交換器，與水進(jìn)行強(qiáng)烈的熱質(zhì)交換，灰分以及水溶性異味成分被水捕集，尾氣得到第1次凈化。當(dāng)尾氣與水進(jìn)行等焓交換時(shí)，尾氣的溫度下降，總熱量保持不變，一部分顯熱轉(zhuǎn)化為蒸汽潛熱蓄集在尾氣中。經(jīng)節(jié)流交換后，尾氣進(jìn)入高效換熱器，走管程，與循環(huán)水換熱，尾氣溫度下降，循環(huán)水溫度升高，未被除去的不溶性異味成分以及水蒸氣在換熱器管內(nèi)凝結(jié)，形成冷凝水，尾氣得到第2次凈化，并完成熱能回收過(guò)程，處理后的尾氣達(dá)標(biāo)排放。該系統(tǒng)額定的尾氣處理量為8 000 m3/h，裝機(jī)功率為15 kW，高效換熱器的循環(huán)水量為20 t/h，節(jié)流式交換器耗水量<100 kg/h，經(jīng)過(guò)節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)處理后的氣體排放高度在20 m，并對(duì)尾氣中的熱能進(jìn)行回收利用。

3　應(yīng)用效果

3.1檢測(cè)方法與儀器該系統(tǒng)應(yīng)用于氣流式干燥機(jī)排潮尾氣進(jìn)行尾氣處理效果對(duì)比測(cè)試，采用三點(diǎn)比較式臭袋法[9]和氣相色譜法對(duì)尾氣進(jìn)行測(cè)定[10-12]。采用的儀器設(shè)備主要有AX 504分析天平(感量：0.000 1 g，瑞士Mettleler Toledo公司)；Agilent 6890/5973N氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國(guó)Agilent公司)；DR2800紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)(美國(guó)Hach公司)；TH-880F智能油煙煙塵平行采樣儀(武漢天虹儀表有限公司)。

3.2結(jié)果與分析在氣流干燥機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，對(duì)進(jìn)入節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)和排出系統(tǒng)的尾氣進(jìn)行檢測(cè)，考察異味處理效果，檢測(cè)結(jié)果及監(jiān)測(cè)期間尾氣參數(shù)見(jiàn)表1；尾氣經(jīng)高效換熱器與低溫水進(jìn)行熱質(zhì)交換，對(duì)進(jìn)出換熱的水溫進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表1　 尾氣監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表1可知，在尾氣參數(shù)一定的情況下，尾氣中吡啶的平均去除率>99.0%，非甲烷總烴的平均去除率為83.7%，臭氣濃度平均降低了94.9%，顆粒物排放濃度<2.00 mg/m3，可見(jiàn)，煙廠生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的尾氣中異味成分、顆粒物經(jīng)過(guò)節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)處理后，去除效果良好，符合GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB14554—93《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[13-14]。

由表2可知，尾氣經(jīng)節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)的換熱效率的平均值為63.66%?；厥绽玫目偀崃烤禐?.0×106kJ/h，1 m3天然氣的熱值為3.5×104kJ，相比采用天然氣加熱的方式，則可節(jié)約天然氣約58 m3/h，天然氣價(jià)格按2.5元/m3計(jì)算，每天按工作8 h計(jì)算，若1 a工作300 d，則可節(jié)約人民幣34.8萬(wàn)元/a。

4　結(jié)論與討論

煙廠生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高溫高濕尾氣經(jīng)節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)處理后，尾氣低溫排放，尾氣中的異味成分去除率>80.0%，顆粒物排放濃度<2.00 mg/m3，符合國(guó)家相關(guān)法規(guī)，系統(tǒng)的換熱效率高，換熱效率平均值為63.66%，回收的熱能可以用作煙廠職工洗澡用水的加熱、鍋爐用水的預(yù)熱等。節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，運(yùn)行過(guò)程中耗水量<100 kg/h，二次污染小，水可以直接排進(jìn)煙廠污水處理系統(tǒng)，對(duì)煙廠污水處理系統(tǒng)負(fù)荷幾乎沒(méi)有影響。尾氣處理后實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)o味排放，回收利用的熱能為煙廠節(jié)約了成本，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)節(jié)能減排的目標(biāo)。

節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)前期投資成本低，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地較少，可就近處理，原有系統(tǒng)排潮管道因管道過(guò)長(zhǎng)出現(xiàn)尾氣冷凝、顆粒物沉降，最終管道堵塞，影響主機(jī)設(shè)備的排潮，節(jié)流式高效異味處理及熱能回收系統(tǒng)則很好地解決了這一問(wèn)題。該系統(tǒng)后期運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、方便，實(shí)現(xiàn)了干燥主機(jī)高溫高濕尾氣就近異味處理，主機(jī)設(shè)備的排潮所

需負(fù)壓得到了長(zhǎng)期穩(wěn)定，同時(shí)該技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了以節(jié)能促環(huán)保的目標(biāo)，為卷煙廠節(jié)能降耗提供了一種有效的技術(shù)手段。

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The Throttle Type Efficient Odor Treatment and Heat Recovery System

ZHANG Chao1, WU Ling-zhi2, ZHUO Yu-xuan2et al

(1. Technology Center, China Tobacco Anhui Industrial Co. Ltd., Hefei, Anhui 230088; 2. Xuzhou Zhongkai Mechanical and Electrical Equipment Manufacturing Co. Ltd., Xuzhou, Jiangsu 221004)

After summarizing the structure design and technical principle of throttle type efficient odor treatment and heat recovery system and elaborating the effect of the system does to high temperature and high humidity exhaust of the cigarette factory, it leads to a conclusion: high temperature and high humidity exhaust produced in the process of cigarette factory production can be improved after the system treatment. The exhaust emissions is at low temperature, the odor composition of tail gas removal rate reaches over 80.0%, particulate matter concentrations reaches less than 2.00 mg/m3. This results comply with the relevant national laws and regulations; the system has high heat efficiency with the average thermal efficiency is 63.66%; this system is stable and reliable, water consumption is less than 100 kg/h, it can lower energy consumption and secondary pollution. Thus, the energy conservation and emissions reduction effect is especially obvious.

Odor treatment; Heat recovery; Throttle type switch; High temperature and high humidity exhaust

張超(1979- )，男，安徽渦陽(yáng)人，工程師，從事煙草工藝技術(shù)及煙草工藝裝備性能研究。

2016-07-06

S 22

A

0517-6611(2016)24-230-02