电缆燃烧废气排放的环境影响与控制策略研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：徐昌盛（1980），男，汉族，江苏宿迁人，本科学历，正高级工程师，主要从事机电工作。-187-电缆燃烧废气排放的环境影响与控制策略研究 徐昌盛 陈方颂 张 磊 冀中能源峰峰集团有限公司检测检验中心，河北 邯郸 056201 摘要：摘要：电缆是传输电能、传递信号、转换电磁能量的基础性材料和工具，是当前现代化社会中不可缺少的生产生活素材。电缆的生产过程中挤包绝缘等生产工序会产生废气污染物，电缆在使用过程中遇到火灾燃烧也会释放出有毒害性质的污染物，这些废气需要接受针对性地净化和处理才能排放。本文主要分析电缆废气排放带来的环境影响，探讨电缆废气的控制策略，目的在于提升电缆生产的绿色水平，降低电缆生产和使用过程对环境的影响。关键词：关键词：电缆；废气；环境；控制 中图分类号：中图分类号：TM23 0 引言 电缆行业是我国电工行业的重要组成，产品众多、应用广泛。电缆在电力、建筑、制造、通信、汽车、航空航天等诸多领域中均有广泛应用，被称为社会生产生活的动脉和神经系统。电缆生产制造过程中很多工序都会产生一定量的有毒有害废气，需要经过针对性的处理、分解和净化才能够将生产废气进行排放，避免造成严重的环境污染和人体健康影响。本文主要分析了电缆废气中的产物，以及这些成分对环境人体的影响，后续针对性探讨了废气治理的方式方法。1 电缆燃烧废气对环境的影响 1.1 氯化氢 氯化氢是电缆燃烧时产生的主要毒性气体。随着热辐射的增强，氯化氢气体的放出量也会增多，说明电缆燃烧过程中，燃烧越剧烈，有毒气体对环境和人体的影响越大。氯化氢与空气中的水蒸气结合产生酸性小液滴，影响空气质量，刺激周边生活人们的呼吸道和皮肤、黏膜，导致人们出现咳嗽、呼吸困难、皮肤刺痛感、眼耳口鼻不适等症状，还会随着雨水降下，对建筑物、植物形成轻微腐蚀；与水体结合会增强水体的酸性，对水生动物、植物、微生物造成危害；进入土壤会提升土壤的酸性，破坏土壤酸碱平衡，影响自然植物、农作物的生长，对土壤中的动物、昆虫造成危害。氯化氢带来的种种危害最终为威胁到人类的身体健康和生存，是必须加强安全管理的危险气体。1.2 有机废气 有机废气是电缆燃烧时产生的毒性气体种类之一，多来自电缆外皮塑料成分的高温分解过程。聚乙烯、聚氯乙烯等塑料成分在燃烧中分解释放出多环芳烃、多氯联苯、二噁英等有机废气，污染大气环境，威胁人体健康。多环芳烃多附着在烟尘颗粒上进入大气环境，影响空气质量；被人体吸入后，经过人体酶的作用会形成致癌物，与人体细胞 DNA、RNA 结合后对细胞组织造成不可修复的损伤，最终诱发癌症。多环芳烃中对人体影响最大的成分是苯并芘，苯并芘属于脂溶性成分，能够进入到人体的肺泡、血液，诱发肺癌、血液疾病、心血管疾病。二噁英是有机氯化合物的统称，包含数十个种类。二噁英会随着大气、水体、土壤循环逐步向食物链高层机体内富集。人体脂肪组织、血液、母乳都会因二噁英的富集受到污染和影响。目前，人类尚没有有效的手段可以分解人体内富集的二噁英，也没有有效的手段可以促进二噁英的排出。1.3 粉尘 粉尘是电缆燃烧时产生的废气组成之一，原因是电缆生产的混炼过程中加入了碳酸钙粉等物质。在燃烧时就会产生较多的粉尘，对大气形成污染和影响。而且，燃烧中的烟气粉尘颗粒还是氯化氢、有机废气附着的主要对象，粉尘也成为有毒废气进入大气的主要载体，增加了大气受到污染的程度。粉尘在空气中漂浮一段时间后会沉降，落入水体、土壤，连带附着的有毒废气颗粒进入水体、土壤，进一步扩大有毒物质的污染范围。1.4 二甲苯、甲酚 二甲苯、甲酚是电缆燃烧时产生的废气组成之一，原因是电缆生产过程中有加入稀释剂、溶剂来进行漆中国科技期刊数据库 工业 A-188-包线。75%的甲酚和 25%的二甲苯是常见的溶剂组成比例，这就导致电缆产品中不可避免含有相关物质，在燃烧时随着温度上升而挥发入大气环境。二甲苯属于有毒、危险的化学品，进入大气环境会对周边人们的身体健康造成危害。人体吸入二甲苯会出现咽喉充血、胸闷等症状，眼部受到刺激会出现结膜充血现象，皮肤有轻微刺痛感、严重者皮肤干燥皲裂或有皮炎症状。若空气中的二甲苯浓度过高，有可能对人体的中枢神经进行麻醉，造成四肢无力、意识模糊甚至昏迷。而且，二甲苯能够在水体中持久存在，河水中的二甲苯自然代谢至少需要 35 天，会对水生生物造成难以修复的影响。甲酚随着燃烧废气进入环境，同样会对大气环境、水环境、土壤环境造成污染，危害生物的正常生长，威胁人体健康和安全。2 电缆废气控制策略 2.1 酸性废气的处理方法 针对电缆燃烧产生的含有氯化氢的废气，可用的方式控制方式主要是碱液喷淋。此种处理方式主要利用酸碱中和原理，用碱液去中和氯化氢与空气中水蒸气结合产生的酸性小液滴，使小液滴变成中性状态，减少酸性废气对环境、对人体的幅面影响。目前，市面上的碱液喷淋塔的生产技术和使用技术都已经比较成熟，酸性废气自塔底向塔顶方向释放，10%的氢氧化钠溶液作为吸收液自上而下进行对酸性废气进行喷淋，使酸碱气液两项相互间充分接触，可中和废气中含有的氯化氢成分。氢氧化钠喷淋液在塔底经过水泵增压后可循环使用，净化后的酸性气体经过脱水除雾达到排放标准的要求，可进行排放。酸性废气与碱液喷淋结合形成以氯化钠、氢氧化钠成分为主的喷淋回收液体，经过处理后可继续投入工业生产，节约废气控制的成本。2.2 有机废气的处理方法 2.2.1 活性炭法 活性炭法是一种物理层面上的有机废气处理方法，主要利用固体吸附剂的多孔结构，利用化学键力、分子间引力吸引有害成分附着在固体吸附剂表面，达到去除、净化的效果。活性炭吸附法的吸附力受到有机废气的状态影响较大，多用于控制处理浓度低于800mg/m、无颗粒物、常温的有机废气。在有机废气状态处于活性炭吸附范畴内时，活性炭的吸附率高达90%，具有实用性高、操作简单、成本低的优势。但吸附接近饱和的活性炭需要进行脱附或作为危险固体废弃物进行处理，此环节的费用成本较高，拉高了活性炭法整体的成本。2.2.2 燃烧法 燃烧法是一种常见的有机废气处理方法，应用目的是将具有挥发性的有机废气通过充分燃烧分解成水分、二氧化碳等无害物质。根据有机废气的不同浓度、热值需采用不同的燃烧方法。浓度在 5000mg/m以上的高浓度废气可以直接进行燃烧，其中的燃烧物主要是VOCs，燃烧温度可达到 1100，处理效率基本可稳定在 9599%区间内，使燃烧处理后的废气达到排放标准。浓度在 10005000mg/m范围内的废气如果直接燃烧，则会出现热值不足、燃烧不充分的情况，需加入其他燃料补充 VOCs 的不足或加入助燃剂提高热值。热力燃烧方法温度可达到 540820，处理效率同样较高，但仍然有可能存留硫、氮等元素的物质，直接排放有二次污染的可能性。综合直接燃烧、热力燃烧两种燃烧处理方法，热力燃烧的适用性更高，毕竟有机废气的排放很难 24 小时保持在 5000mg/m以上的高浓度。热力燃烧的成本高于直接燃烧，但处理效率都比较稳定。二者相比较，热力燃烧比较适合在连续 24 小时不间断生产产生有机废气的工况中进行应用，可避免燃料、助燃剂的浪费，也可保证处理效率。2.2.3 UV 光解法 UV 光解法是一种利用 UV 紫外线光束分解产生活性氧，活性氧与空气中氧气分子产生臭氧，利用臭氧的强氧化性对有机废气进行氧化的处理方法。经过 UV光解法处理的有机废气可氧化转为低分子化合物、水和二氧化碳，具有较为优秀的处理效果。在具体应用中，UV 光解法的处理效率可稳定在 95%以上，可用于浓度低、排放量大、组成不稳定的有机废气处理工况中。UV 光解法的成本较低、能耗较低，能够 24 小时连续工作，无需专人进行操作和管理。而且相较于燃烧法，UV 光解法的安全风险较低、设备稳定性较高，采用隔爆处理模块后更适合化工行业使用。2.3 粉尘的防治方法 含有粉尘的废气会对很多废气处理设备造成干扰和负面影响，粉尘需要提前进行控制和处理，常见方法之一是袋式除尘。袋式除尘是一种常见的、高效的中国科技期刊数据库 工业 A-189-干式除尘技术，利用纤维滤料组成的滤袋来净化废气中的粉尘。粉尘在滤袋中经过滤料的筛分、拦截、碰撞，借助静电、重力等作用从废气中实现分离。滤袋在初期使用时，滤料的空隙大于粉尘，主要通过碰撞、拦截、静电等作用完成对粉尘的分离，随着粉尘的粘附和积累，碰撞等作用的效果变小，筛分、过滤的作用变大。随着滤袋中纤维滤料的空隙越小，对粉尘的去除效果越好，但清尘的难度越大。袋式除尘技术对粉尘的组成、粒径有较高的适应性，工业生产中几乎所有的粉尘都能够通过袋式除尘设备进行处理。正确使用袋式除尘器的状态下，粉尘去除效率可控制在 99%以上。其中粒径大于 1um 的粉尘，除尘效率可达到 99%以上，粒径 0.1um 的粉尘，除尘效率在 95%左右，0.20.4um 的粉尘处理效率在 9599%之间。滤袋清灰主要采用机械振动清灰、直接脉冲清灰、阻尼脉冲清灰三种方式，其中机械振动清灰的排尘浓度稍低，直接脉冲的排尘浓度高于阻尼脉冲。排尘浓度与滤料清灰后的除尘效率有关，滤料间孔隙率高的状态下除尘效率最低，随着粉尘层厚度上升，效率也快速上升，所以废气粉尘控制的中需根据工况和除尘需求选择清灰方式。2.4 二甲苯、甲酚防治方法 催化燃烧法主要应用在温度较低的有机废气燃烧处理中，可借助催化剂来实现低温条件下的迅速氧化，使有机废气成分转化为水分、二氧化碳。比如，电缆漆包线生产条线产生的有机废气很早就应用催化燃烧法进行控制和处理，可有效降低有机废气排放对大气环境的负面影响。催化燃烧法中，有机废气需先预热到 200400范围，然后进入燃烧室与催化剂接触，在催化剂和高温的影响下完成快速氧化和分解。常见的催化剂种类包含贵金属催化剂、非贵金属催化剂，其中贵金属催化剂氧化活性高、容易回收但价格昂贵且容易催化剂中毒，非贵金属催化剂中两种以上金属氧化物混合物的使用率高于单一金属氧化物，虽然氧化活性不如贵金属，需要的预热温度更高，但价格成本较低、不容易出现催化剂中毒。目前，我国在稀土元素催化剂研究方面有所成果，含有稀土元素的复合氧化物催化剂在耐高温方面有明显改善，在有机废气的处理方面可起到更大的治理效果。二甲苯的催化燃烧所用催化剂主要为贵金属铂金、钯金和非贵金属稀土催化剂，其中贵金属催化剂多以三氧化二铝作为载体，形成陶瓷铂催化剂和钯催化剂。催化燃烧对二甲苯的去除率高，对二甲苯的浓度和热值要求较低，所产生的氮氧化物含量低、二次污染程度低，但催化剂的成本较高。通常情况下，催化剂以空气过滤网或催化床的形式应用在废气处理阶段，贵金属催化剂可采用金属丝带的形式编织成网，提高二甲苯、甲酚气体与催化剂的接触面积，最大程度保证催化氧化效果，提高废气的处理效果；非贵金属催化剂可采用催化床的形式放置，二甲苯、甲酚气体从垂直方向与催化床进行接触，提高催化剂与催化对象的接触面积，提高催化氧化效果。从工况角度来看，催化燃烧比较适合在间断性生产的工况中进行应用，便于进行催化剂更换、反向处理，降低催化剂中毒、堵塞的事故概率。催化燃烧加热治理二甲苯和甲酚，可以将净化效率提高到 99%，并且利用催化燃烧产生的余热对二甲苯和甲酚废气进行预热升温，降低催化燃烧所需的能耗，提高能源的利用率，降低废气处理环节的能源消耗和浪费情况。理想状态下，催化剂可连续工作 12000 小时后进行再激活或更换，但实际上催化剂随着使用时间的流逝，催化效果会逐步减弱。其原因有多重，催化剂与废气大面积接触后产物部分附着在催化剂表面，会降低催化剂的催化能力；二甲苯、甲酚气体的连续进入使得催化燃烧室的温度下降影响催化剂发挥作用；进入催化燃烧室的废气中含有污染物，导致催化剂中毒等。一旦发现有催化单元出口气体温度过低、催化燃烧后排出气体仍然有刺激性气味、催化后气体压力降增加等现象，就需要更换催化剂，否则会因为催化剂的局部失效影响催化燃烧的实际效果，导致处理后的气体中仍然含有过量的二甲苯、甲酚成分，无法达到排放标准，污染环境。3 结语 综上所述，电缆是现代社会生产生活中常见且常用的电能、信号传输渠道，每年的产量和使用量不容小觑。电缆在生产过程中会排放出一定量的废气，使用中如果遇到火灾也会释放出一定量的有毒废气，其中包含氯化氢、二甲苯、甲酚等物质，不仅影响环境质量，还威胁人类身体健康。本文主要分析了电缆废气的有毒有害成分对环境的影响，探讨了防治这些废气进入环境的可行策略。本文探讨防治手段主要对应中国科技期刊数据库 工业 A-190-电缆生产过程中的废气处理，火灾中电缆燃烧属于不可抗现象，虽然有阻燃的电缆外皮但仍然难以保证火灾中电缆不会燃烧，也无法再位置不定、燃烧程度不定的情况下进行有效控制。一家之言仅供广大同业参考。参考文献 1 王 之 琦,何 豪,朱 家 哲 等.火 场 条 件 下 常 用 电 缆 产 烟 特 征 及 烟 气 毒 性 分 析 J.安 全 与 环 境 工程,2023,30(06):17-22,54.2曾建鹏.电线电缆燃烧烟气中苯的慢性毒性风险评价J.消防科学与技术,2023,42(07):961-965.3赵良赐.电缆阻燃试验环境治理技术应用分析J.内蒙古煤炭经济,2019(20):96,216.4闫晓昆.电线电缆行业清洁生产评价指标体系构建探讨D.苏州:苏州科技大学,2016.5吴国振,张丹,王兴峰.电线电缆制造过程中的废气污染与防治J.甘肃冶金,2013,35(02):101-102,110.