非物理隔斷防控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用簡析

周欣 肖毅 王雷崗 *

1湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠

2機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司

工業(yè)生產(chǎn)車間內(nèi)會布置不同類型的工藝設(shè)備，設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品、生產(chǎn)班制，以及排放的粉塵、廢氣均有差異。按產(chǎn)品管控要求，需要對特殊的工藝設(shè)備進(jìn)行隔離、封閉處理，避免其排放的粉塵、廢氣異味對其它工藝設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。由于生產(chǎn)物料的進(jìn)出，產(chǎn)品物流路線以及相關(guān)配套的公用設(shè)施與其它工藝設(shè)備不能完全分開，因此很難通過設(shè)置物理隔斷對工藝設(shè)備進(jìn)行實(shí)體分隔[1]。本文擬介紹一種非物理隔斷防控系統(tǒng)，可以有效的解決粉塵、異味擴(kuò)散問題。同時(shí)，此防控系統(tǒng)還可以解決生產(chǎn)過程中除塵排風(fēng)和空調(diào)新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)的風(fēng)量平衡問題。

1 非物理隔斷防控系統(tǒng)介紹

1.1 防控系統(tǒng)原理

防控系統(tǒng)包括粉塵及廢氣收集系統(tǒng)，粉塵及廢氣處理系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕送風(fēng)系統(tǒng)。即通過非物理隔斷將特殊工藝設(shè)備所在的區(qū)域封閉起來，與外部區(qū)域進(jìn)行柔性隔斷。原理圖如圖1：

圖1 非物理隔斷粉塵、異味防控系統(tǒng)原理圖

此系統(tǒng)采用多個(gè)平面風(fēng)幕的復(fù)雜組合，對難密封的粉塵，異味源進(jìn)行軟密封控制和快速捕收。風(fēng)幕發(fā)生裝置呈多邊形排布，側(cè)面送風(fēng)口產(chǎn)生平面射流風(fēng)幕，首尾相連對產(chǎn)塵、散發(fā)異味區(qū)實(shí)施軟密封，在上方抽吸氣流負(fù)壓作用下，密封范圍內(nèi)的含塵、含異味空氣不斷被稀釋和帶走，從而保證粉塵、異味不擴(kuò)散。異味和含塵氣體被捕集后進(jìn)入節(jié)流式氣液交換器（濕法除塵、凈味裝置），處理干凈后（處理后氣體含塵濃度＜ 2 mg/m3，異味凈化效率＞90%）直接通過鼓風(fēng)管道送到送風(fēng)立柱，形成旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕，實(shí)現(xiàn)對粉塵和異味的有效控制。

1.2 防控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備介紹

1.2.1 旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)是橫流風(fēng)幕發(fā)生裝置和非物理密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即要綜合考慮控制區(qū)域的大小、工藝設(shè)備散發(fā)粉塵和異味的情況去設(shè)計(jì)橫流發(fā)生裝置的高度、送風(fēng)柱的間距、風(fēng)幕送風(fēng)量、送風(fēng)速度等主要參數(shù)，保證旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕非物理隔斷的完整、高效[2]。旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕裝置示意圖和煙霧示蹤效果如圖2。煙霧示蹤效果可以看出，旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕系統(tǒng)可以對微細(xì)煙塵進(jìn)行有序高效捕收，達(dá)到隔離和捕集粉塵或異味的效果[3]。

圖2 旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕裝置示意圖和煙霧示蹤效果圖

旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕大粒度粉塵示蹤效果如圖3。而對大粒度粉塵的示蹤效果可以看出，風(fēng)幕系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大粒度粉塵沉降過程的有序?qū)Я鳎瑢?shí)現(xiàn)粉塵流動(dòng)的導(dǎo)流和有序沉降。

圖3 旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕大粒度粉塵示蹤效果圖

1.2.2 節(jié)流式氣液交換器

節(jié)流式氣液交換器，是一種新型濕式除塵設(shè)備，采用了節(jié)流交換的原理，具有除塵效率高，水溶性異味成分去除率高等優(yōu)點(diǎn)[4]。節(jié)流交換技術(shù)利用節(jié)流板與液面之間窄小的縫隙對氣流形成節(jié)流，在節(jié)流板兩側(cè)形成壓差[5]。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，并在節(jié)流板下方形成臺階。當(dāng)氣流通過節(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，形成水幕，在這個(gè)過程中氣液之間形成強(qiáng)制接觸，強(qiáng)制交換。節(jié)流交換屬于氣液逆流交換，節(jié)流交換過程中同時(shí)存在沖擊交換、離心交換、噴淋交換等過程，氣液接觸充分，除塵效率可達(dá)到99.9%以上[6]。節(jié)流式氣液交換器原理示意圖和設(shè)備簡如圖4。

圖4 流式氣液交換器原理示意圖和設(shè)備簡圖

2 非物理隔斷防控系統(tǒng)實(shí)施方式及方案的構(gòu)建

2.1 防控系統(tǒng)實(shí)施方式

非物理隔斷防控系統(tǒng)是將上述旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕和節(jié)流式氣液交換器兩種系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕系統(tǒng)負(fù)責(zé)排風(fēng)，送風(fēng)和形成非物理軟隔斷，在防控區(qū)域內(nèi)對粉塵和異味進(jìn)行高效導(dǎo)流和捕捉。節(jié)流式氣液交換器負(fù)責(zé)對排風(fēng)進(jìn)行凈化處理，保證送回防控區(qū)域的空氣品質(zhì)是滿足職業(yè)衛(wèi)生健康要求的。另外，整個(gè)系統(tǒng)氣流形成閉環(huán)，除塵的排風(fēng)經(jīng)凈化處理后又送回此區(qū)域，無需空調(diào)系統(tǒng)再補(bǔ)新風(fēng)至此區(qū)域，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能降耗。

2.2 防控系統(tǒng)方案構(gòu)建

以某卷煙廠卷接包車間為例，對該防控系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹和構(gòu)建。某卷煙廠卷包車間布置8臺卷接包機(jī)組，其中左側(cè)2臺為混合型卷煙加工機(jī)組，右側(cè) 6臺為烤煙型卷煙加工機(jī)組，生產(chǎn)過程中機(jī)組均有廢氣排出，并且生產(chǎn)環(huán)境要求恒溫恒濕，要求單獨(dú)配置除塵系統(tǒng)和共用工藝空調(diào)系統(tǒng)。為了避免左側(cè)混合型卷煙生產(chǎn)區(qū)域和右側(cè)卷包生產(chǎn)區(qū)域串味現(xiàn)象的發(fā)生，必須將兩個(gè)區(qū)域分隔開，但是為了適應(yīng)后期工藝生產(chǎn)組織的變化和調(diào)整，兩個(gè)區(qū)域之間不允許實(shí)體分隔。

針對此區(qū)域的應(yīng)用場景，擬采用非物理隔斷防控系統(tǒng)進(jìn)行粉塵和異味的防控，即通過非物理隔斷將此區(qū)域封閉起來，與外部區(qū)域進(jìn)行柔性隔斷。根據(jù)工藝資料，機(jī)組散發(fā)異味主要集中在卷接包機(jī)臺 10.0 m* 6.0 m的區(qū)域，卷接包機(jī)組粉塵、異味防控區(qū)域如下圖所示：

圖5 卷接包機(jī)組粉塵、異味防控區(qū)域示意圖

經(jīng)計(jì)算，此系統(tǒng)的循環(huán)風(fēng)量約為 5000 m3/ h，機(jī)組的排塵和異味經(jīng)過節(jié)流式氣液交換器處理后再通過旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕送回此區(qū)域。在保證此機(jī)組粉塵、異味不擴(kuò)散的同時(shí)，減少傳統(tǒng)模式除塵排風(fēng)造成的空調(diào)新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)，降低工藝性空調(diào)的新風(fēng)量，有利于空調(diào)節(jié)能運(yùn)行。

3 總結(jié)

本文結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)過程中粉塵、異味的防控問題，并針對特定的應(yīng)用場景構(gòu)建了一套實(shí)用、高效的非物理隔斷粉塵、異味防控系統(tǒng)。詳細(xì)闡述了此系統(tǒng)的組成，關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)施方案，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景對此系統(tǒng)的應(yīng)用做了簡單介紹。

通過對此系統(tǒng)的介紹，以期為工業(yè)生產(chǎn)過程中局部區(qū)域的軟封閉提供借鑒和參考，在提升生產(chǎn)環(huán)境，產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能方面有所指導(dǎo)和幫助。