摘 要：玻璃纖維涂塑窗紗是以聚氯乙烯樹脂稀釋糊，經(jīng)輥式浸涂工藝涂復在玻璃纖維單絲或網(wǎng)布上，經(jīng)烘箱高溫塑化而成。在塑化過程中易揮發(fā)的增塑劑形成的煙氣排入大氣，嚴重污染了環(huán)境，由于這種煙氣存在著異味，對附近居民的日常生活帶來了影響，群眾反映強烈。同時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，對玻璃纖維涂塑窗紗生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的塑化煙氣進行有效的治理，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)必須高度重視的問題。

關鍵詞：塑化煙氣 玻璃纖維

中圖分類號：TU375.4 文獻標識碼：A 文章編號：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)過程中產(chǎn)生的污染物還沒有引起高度重視和有效治理，這主要與我國《大氣污染物綜合排放標準》（CB16297-1996）以及地方標準均沒有將增塑劑有機物列入控制排放的污染物有關。雖然有些企業(yè)采取了一些治理措施，但是受到治理技術條件的限制，效果不夠明顯。本文在工作實踐的基礎上對增塑劑煙氣的性質(zhì)、存在狀態(tài)和處理方法進行了深入的研究，確定了符合企業(yè)實際的治理技術方案。

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重要品種，以其成本低、強度高、網(wǎng)眼大小均勻、易清洗、耐腐蝕等優(yōu)點得到較快發(fā)展。其涂塑窗紗塑化工藝使用的原料主要有PVC糊狀樹脂、增塑劑等。其工藝要求PVC糊狀樹脂在低剪切速率下，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。同時在180 ℃高溫下PVC糊狀樹脂、增塑劑等才能塑化涂復在玻璃纖維表面上，經(jīng)冷卻達到消除織物中纖維的內(nèi)應力，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)過對塑化煙氣試驗證明，當用濾紙阻擋煙氣時，會出現(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。另據(jù)以往的試驗表明，在用風機輸送煙氣時，由于高速旋轉(zhuǎn)的機械離心力的作用，而使霧?；ハ嘧矒裟鄱玫揭欢▋艋厥招Ч豺炞C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程中增塑劑揮發(fā)遇冷凝結成微小液滴分散在空氣中形成的氣溶膠粒子。

1.2 塑化煙氣治理技術方法的比較

根據(jù)國外資料和國內(nèi)治理方法的調(diào)研，目前對塑化煙氣治理主要有：過濾吸附法、機械離心沉降法、低溫冷凝法、高溫焚燒法、高壓靜電法。

（1）過濾吸附法。

該方法技術原理是塑化煙氣進入過濾器后，形成一個不斷截留、凝聚、淌流的動平衡過程，利用過濾吸附材料對塑化煙氣的攔截、碰撞、篩分等作用去除揮發(fā)性有機氣體粒子。過濾吸附材料如活性炭、有機高分子材料等。該方法的優(yōu)點是設備簡單，便于操作，同時凈化效率較高，通常能達到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的粘著物，極易堵塞過濾吸附材料，加大過濾的阻力和能耗，從而降低過濾材料的使用壽命和凈化效率。

（2）機械離心沉降法。

該方法技術原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的機械離心力的作用，采取強制氣流并使煙氣流程在運動方向上發(fā)生轉(zhuǎn)折，使煙氣霧粒相互撞擊凝聚，在慣性作用下到達沉降面而從氣體中分離出來。強制氣流轉(zhuǎn)折的機械設施如百葉窗、蜂窩式油煙濾清器等。該方法的優(yōu)點是設備簡單，便于操作。但缺點耗能大，對細小霧粒去除率低，凈化效率一般為40%左右。

（3）低溫冷凝法。

通過空氣預冷過濾、冷凝吸收和油氣分離三級治理方法，去除煙氣中的揮發(fā)物。其技術原理：首先空氣預冷過濾，利用空氣溫度與煙氣的溫差，通過空氣對流和輻射，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行熱交換。當煙氣溫度降到50 ℃左右時，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喉管加速混合，并經(jīng)過水噴淋使其分離出來。該方法的優(yōu)點是凈化效率高，一般達到90%以上。缺點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。

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

（5）高壓靜電法。

該方法技術原理是利用電場力去除煙氣中顆粒物和揮發(fā)性有機物質(zhì)，即利用捕塵作用力—— 庫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。其過程包括氣體分子電離、塵霧粒子荷電、荷電粒子在電場力作用下向集塵極運動，并最終達到集塵極，實現(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計合理，凈化效率可達到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)過對上述治理方法的比較分析，本文認為增塑劑煙霧是受熱揮發(fā)的化學油霧，不能為機械方法全部捕集分離；同樣使用過濾吸附方法，隨著過濾介質(zhì)不斷被油霧中的固形物—— 塵的堵塞，極大降低了過濾材料的性能和凈化效率，必然增加能耗和過濾成本；低溫冷凝法其油霧經(jīng)過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，這需要技術和資金的支持，否則形成二次污染；高溫焚燒法不僅運行成本高，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塑化煙氣進行有效的治理。

2 高壓靜電法技術優(yōu)勢分析

2.1 高壓靜電法治理增塑劑煙霧是一項高效節(jié)能的技術措施

在實際應用中，靜電凈化裝置耗能少取決于分離機理上的優(yōu)勢，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；而機械的方法是為了使霧粒受到離心力的作用，需要整個氣流高速旋轉(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；過濾吸附的方法其能量主要消耗在過濾材料的阻力上，當阻力達到300～350 mm水柱時，風機電動機功率為30 kW。由于靜電凈化裝置阻力小，通常約為20 mm水柱，風機電機功率僅為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。例如當高壓達4萬伏時，電流為60 mA，用電量僅為2～3 kW。相比較其它治理方法，高壓靜電法能耗最低。

2.2 高壓靜電法對治理增塑劑煙霧具有很好的適應性和有效性

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；另一類是凝結后較大的粒徑，其粒徑在10～200 um之間。增塑劑煙霧凝結后較大的粒徑容易去除，而對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看，其捕塵作用力—— 庫侖力是直接作用于煙氣中的塵霧粒子，這對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 高壓靜電法工藝設計特點—安全穩(wěn)定和清潔

（1）靜電凈化裝置臥式負壓系統(tǒng)運行。其工藝流程為：塑化煙氣經(jīng)集氣管道進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機、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電極系統(tǒng)，每對電極包括放電極絲（陰極）和集塵極板（陽極）。當電極間加以足夠高的電壓時，放電極周圍產(chǎn)生電暈，電暈區(qū)的空氣分子發(fā)生電離并產(chǎn)生大量的負離子和自由離子，這些自由電子迅速飛向集塵極板。當煙氣霧粒通過電極之間時，這些帶負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電荷，這些帶電霧粒在電場力的作用下向集塵極運動，最終帶電霧粒被陽極所吸附。集塵極板定期轉(zhuǎn)動，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)動并自動除垢。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械振打，這樣不但造成噪聲污染，而且對具有一定粘度的增塑劑油霧達不到清除的效果。本裝置采用可轉(zhuǎn)動的極板，當極板轉(zhuǎn)動時固定的刮板自動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，存在著非負壓系統(tǒng)運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，能夠使凈化裝置場地保持清潔。

（5）靜電凈化裝置臥式設計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凈化效率的影響一樣重要，以往經(jīng)驗表明，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，臥式設計能夠最大限度地發(fā)揮凈化裝置的效率。

（6）靜電凈化裝置臥式設計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，當煙氣流速為0.5 m/s時，已捕集的油霧粒子很少再次被攜帶。

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

（8）靜電凈化裝置采取兩組電場并聯(lián)供電的方式，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定。在臥式靜電凈化裝置上使用一個電源并聯(lián)兩個電場，這樣能夠使電場保持恒定，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 高壓靜電法工藝設計原理依據(jù)

高壓靜電法工藝設計原理，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)進速度m/s。

從方程式來看，當一定集塵板面積處理一定煙氣量時，影響凈化效率的主要因素是“驅(qū)進速度”（ω）。驅(qū)進速度是指荷電霧粒在電場力作用下，向集塵板表面運動的速度，是靜電凈化裝置工藝設計的關鍵數(shù)據(jù)。方程是在假定的理想條件下得到的，實際中這些理想條件很少存在。為了能夠?qū)嶋H應用這一方程式進行設計計算，而引用了一個“有效驅(qū)進速度”的概念（WP）。它是根據(jù)一定的凈化裝置結構型式、一定的電壓和一定的煙氣品質(zhì)測得的凈化效率值，并代入多依奇方程式算出的驅(qū)進速度值，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)進速度值難以從理論上準確地推算出來，所以現(xiàn)在實際應用中是根據(jù)前人有成效實例的實測數(shù)據(jù)推算出來的有效驅(qū)進速度。對于增塑劑煙霧的驅(qū)進速度，當凈化效率為98%時，驅(qū)進速度為0.09～0.1 m/s。由此可見多依奇方程式在煙氣有效驅(qū)進速度的推算、凈化裝置幾何尺寸的設定、煙氣流速的設計、極板最佳間距的計算等方面，為靜電凈化裝置設計提供了強有力的理論支撐

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

塑化烘箱風量為15858 m3/h，排放濃度約539 mg/m3，經(jīng)計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計算，每月向大氣排放增塑劑污染物約6250 kg。從這個角度也驗證了增塑劑污染物排放的嚴重情況。

4.2 塑化煙氣治理后減排效果和收益

根據(jù)塑化烘箱風量約15858 m3/h工況條件，選用處理風量≥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，需要對塑化煙氣進行熱交換處理，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變頻風機，可以將風量調(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)過高壓靜電法治理，塑化煙氣排放濃度為26 mg/m3，凈化效率達到95.2%，每月回收增塑劑約5.8 t，取得了較好的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益。當年可以收回凈化裝置投資成本。

5 結論

玻璃纖維涂塑窗紗在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物主要為增塑劑有機揮發(fā)物，直接排放對周邊環(huán)境和居民生活帶來嚴重的影響，同時造成資源的浪費。本文采用高壓靜電法對增塑劑煙氣進行治理，凈化效率達到95%以上，達到了環(huán)保排放要求，取得了較好的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益，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。

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