一種新型光纖預制棒沉積尾氣處理系統

姚瑞

（上海塑潔環保工程設備有限公司,上海 200000）

1 概述

伴隨著5G 技術的普及,光纖在網絡基礎設施中占據重要地位,光纖預制棒是光纖制造工藝中最重要的部分之一,然而在其制棒過程中會產生大量的含二氧化硅粉塵、氯化氫、氯氣等的尾氣[1]。這些有害廢氣須經處理后才可排放,否則會對周邊生態環境產生不可逆的污染。近年來,國內的環保政策逐年收緊,排放標準不斷提高,由于環境問題被關閉關停,或者被勒令停產停業進行整改的工廠不斷增加。由于尾氣產生量大,光纖預制棒生產企業面臨的環保壓力也不斷加大,部分光纖預制棒企業的產量也受到影響,因此業內企業迫切需要更好的環保技術手段,來滿足不斷提升的環保排放標準。

2 光纖預制棒沉積尾氣除塵技術背景

目前,光纖預制棒的沉積尾氣主要分為干法布袋除塵工藝和濕式電除塵工藝[2-3]。干法布袋除塵是含塵煙氣在通過過濾材料時,過濾材料依靠慣性碰撞作用,使塵粒被過濾下來,達到過濾材料捕集粗粒粉塵的目的。當除塵器工作一段時間后,濾袋吸附的含塵煙氣灰層厚度增加,阻力增大,通過對濾袋進行清灰,實現除塵目的。濕電除塵是通過直流高壓產生電暈放電,使粉塵或水霧荷電,荷電粒子在電場力的作用下到達收塵極板和陰極棒上。由于濕式電除塵工藝對粉塵的適應能力強,因而能達到較高的除塵效率。

相較于干法布袋除塵工藝,濕式電除塵工藝對粉塵的吸附能力更好,能達到更高的除塵效率且安全性更佳[4]。本文基于現有的濕式電除塵工藝,設計了一種新型光纖預制棒沉積尾氣處理系統,極大的提高了除塵效率、降低維護保養的頻率,同時降低了設備制造成本,使尾氣排放達到環保標準,符合當今環保行業發展的大趨勢。

3 尾氣處理工藝流程

光纖預制棒沉積工藝尾氣處理系統由廢氣收集、預洗塔、濕式電除塵器、一體化濁環水凈化設備、噴堿洗滌塔、廢水預處理池、MVR、引風機和煙囪各系統所組成。整體系統設備龐大,占地面積大,一次性投資大,結構較為復雜,所需制造安裝的精度高。

光纖預制棒沉積尾氣的處理工藝流程如圖1 所示。廢氣經過收集后先進入預洗塔,對廢氣進行降溫,洗去一定濃度的氯化氫成分；隨后廢氣進入濕式電除塵器,去除廢氣中的二氧化硅粉塵,電除塵器內采用連續式噴淋,分離出來的二氧化硅粉塵不斷被沖洗進入設備下方的一體化凈水設備；通過一體化凈水設備,含有大量粉塵的循環液被凈化,凈化后的循環水被水泵送入濕式電除塵噴淋水系統,循環使用；經濕式電除塵設備處理后的廢氣再進入噴堿洗滌塔,去除廢氣中的氯化氫、氯氣等酸性氣體；最后經過引風機和煙囪,排入大氣。預洗塔、一體化凈水設備和噴堿洗滌塔產生的廢水分別經過廢水預處理和MVR 后,最終實現廢水的零排放。

圖1 光纖預制棒沉積工藝尾氣處理系統流程圖

4 濕式電除塵設備（圖2）

圖2 新型濕電除塵設備和一體化凈水設備

本新型濕式電除塵設備內部結構主要包括噴淋系統、電除塵系統、設備外框架等,電除塵系統又包括陽極模組、陰極棒、變壓器,大梁和小梁及陰極線固定結構等。新型濕式電除塵設備從結構方面進行了大量創新設計,主要包括：

4.1 陽極模組

4.1.1 針對傳統電除塵陽極模組單元使用的不銹鋼材質不耐腐蝕,或鈦材較昂貴的問題,本項目陽極模組單元采用導電玻璃鋼,即在普通玻璃鋼中摻入碳粉層。導電玻璃鋼具有良好的導電性、耐腐蝕性、重量輕、強度高,是完美的陽極板材質。降低了設備成本,提高了除塵效率。

4.1.2 改進的陽極模組結構,增加導流板,使得氣體進入時更均勻的分布到陽極模組內。

4.1.3 改進的陽極模組清灰結構,利用壓縮空氣噴吹,可使得壁板上淤積的灰塵快速脫落,避免影響電場。

4.2 陰極裝置

陰極裝置包括陰極線、上下懸掛裝置和絕緣盒,陰極線設置在每個陽極孔的中心,陰極線固定在上下框架上,框架由絕緣盒支撐,絕緣盒內的吊桿由石英管支撐,陰極裝置始終保持干燥,并通過流入絕緣盒的熱空氣與陽極和塔體絕緣。采用TA1 材質的陰極棒作為陰極材料,陰極棒上帶有芒刺,利于增大電場范圍,避免留有死角,并調整芒針在陽極模組內的方向及位置,避免短路。

4.3 噴淋系統

4.3.1 針對二氧化硅粉末易在陽極板表面聚集,淤積在陽極板表面極難沖洗干凈的問題,本設備所設計的連續式噴淋系統,使分離出的二氧化硅粉末不斷被沖走,不在陽極板表面停留,改善了電場,使放電更加均勻,提高了除塵效率。

4.3.2 在陽極模組上方和下方分別布置噴淋裝置,上方的噴淋裝置可清除在陽極模組壁板上吸附的粉塵淤積,下方的噴淋裝置可清除粉塵在下排架上的淤積,避免影響放電效果和腐蝕陰極線的固定螺栓。

5 一體化凈水設備

由于濕式電除塵器用水量大,需要將循環水快速處理后使用,未處理的循環水,極易堵塞螺旋式噴嘴,造成噴淋系統不能正常工作。為此本系統增加了如圖3 所示的一體化濁水凈化設備,使沖洗掉的大部分二氧化硅粉末快速從循環液中分離,保證循環液內顆粒雜質含量極少,使噴嘴不易堵塞,保證噴淋液呈霧狀,保證噴淋效率,關鍵技術主要包括：

圖3 一體化凈水設備

5.1 固液分離裝置

常見的固液分離技術包括濃密機濃縮技術、CN 過濾技術與自動反洗表面過濾技術。CN 過濾技術是通過斜板絮凝沉淀、高分子粒子吸附過濾原理吸附懸浮物質的一種過濾技術。本設備對固液分離裝置進行了創新性改造,利用CN 過濾器,能夠達到95%以上的懸浮物脫除效率。該裝置包含了凈化單元及污泥處理單元等,可在處理過程中加入藥劑使得循環水內部粉塵快速沉淀,同時自動調節pH 值,使其具有一定的堿性,用來中和尾氣中帶來的酸性成分,有效去除廢氣中的氯化氫和氯氣,從而實現濁水循環利用,并且防止排放超標,造成環境污染。

5.2 污泥處理結構

經過固液分離處理之后,固體部分會積累得到大量污泥。然而這些污泥含有大量高毒性雜質,須對其進行及時有效的處理,如參入中和試劑或者化學焚燒。本設備對污泥處理結構也進行了多處創新性設計,底部呈漏斗形,使污泥向下自動堆積,多級處理設備間用平衡管道連接,可使不同污泥罐的污泥量達到平衡,清水快速回流；設計的結構可以避免濕電除塵器停機進行排污,實現連續工作。并循環利用處理過的水,減少廢水排放量,節省運行費用；最終使廢氣廢水排放達到符合國家標準,滿足排放要求。

6 噴堿吸收塔

噴堿吸收塔的結構如圖4 所示,設計為立式裙座支撐圓筒形容器,上半部分為半球形封頭,下半部分為錐體封頭。

圖4 噴堿吸收塔

6.1 裙座設計

噴堿洗滌塔裙座為非受壓元件。雖然裙座本身是不與介質有直接接觸的,同時也不承受塔器內介質的內、外壓載荷,但是裙座不同于一般容器的支座,它與塔體焊接實現一體化結構,且承受較大的塔體重力載荷和外載荷（如地震載荷、風載荷等）。因此在本設計中,考慮到其重要性,使用時對其用材質量進行了大幅度的提升。本文所涉及噴堿吸收塔裙座所用材質為高承重性與高耐腐蝕性的Q235-A·F 鋼板。

6.2 封頭結構設計

封頭分為上封頭與下封頭結構。根據上封頭的受力特點,本設備設計選用半球形上封頭,在設計上根據均勻分布的二向應力,采用等強度的設計原則,即封頭與筒體采用“球缺”連接的形式。由于工藝操作的特殊要求,與上封頭不同,下封頭僅可選用錐形封頭。錐形封頭分為無折邊錐形封頭和有折邊錐形封頭兩種,無折邊錐形封頭一般多采用局部加強結構,可在錐形封頭和筒體連接處附近焊加強圈,也可在封頭和筒體連接處加大壁厚。考慮可制造性及經濟性,本設計采用無折邊錐殼。

6.3 噴堿吸收塔的智能控制

吸收塔內集噴堿吸收與脫水除氯、除塵的功能結構形式,采用玻璃鋼材質。通過數學模型計算和流場模擬,合理確定設備規格、尺寸,同時優化各級噴淋裝置位置,并降低系統阻損；通過噴槍出口速度場分布,采用合理的噴嘴布置,達到250%覆蓋率,提高氣液混合接觸效果。

為實現堿液精準添加功能而引入了計量泵,通過配套開發的pH 值智能控制系統,實現了堿液的智能控制。

圖5 pH 控制系統

7 控制程序

自主開發了專用軟件,通過自動監測系統和PLC 自動控制,達到光纖預制棒沉積尾氣處理系統操作的自動化處理,實現了智慧化環保。

系統入口處設置自動化監測儀,實時監測系統的進氣組分濃度,根據進氣含塵量及成分組成,并結合生產、工程方面的大數據經驗與氣候、季節、時刻等諸多因素,合理調節風機電機頻率、濕式電除塵器、一體化濁環水凈化設備、噴堿洗滌塔等設備的工作狀態。

8 新型光纖預制棒沉積尾氣處理系統的新穎性和創新性

通過對國內光纖預制棒生產企業除塵工藝進行詳細調研分析,結合光纖預制棒工藝特點,針對性開發新型光纖預制棒沉積工藝廢氣廢水處理系統,取得良好的效果,技術達到國內領先水平。本系統具有如下新穎性和創新性：

8.1 尾氣處理工藝

針對傳統光纖預制棒沉積尾氣處理工藝的諸多弊端,本系統創新性的將濕電除塵設備和一體化濁環水凈化設備結合起來,將除塵器的噴淋水過濾凈化后,循環使用,不僅滿足了工藝要求,而且降低了用水量,節省了大量費用。同時廢水經一體化凈水設備沉降處理后,污泥在壓濾機里面壓成餅狀可供其他行業再次利用。

相比現有工藝,整套系統的運行更加穩定、除塵效率更高、維護保養的頻率降低,同時降低了設備制造成本,達到環保排放標準,符合當今環保行業發展的大趨勢。

8.2 濕式電除塵設備的新穎性和創新性

8.2.1 陽極模組單元采用碳粉導電玻璃鋼,降低了設備成本,保證了放電效果,除塵效率高,耐腐蝕性好。

陽極模組結構增加了導流板,使得氣體進入時分布更均勻,除塵效果更好。

陽極模組清灰結構工作效率高,減輕了維保工作量,有利于裝置長期穩定運行。

8.2.2 陰極棒重新排布設計的陰極棒芒刺排列,有利于電場放電和避免短路現象,增強了對粉塵的捕捉能力,不留有死角。

8.2.3 首創將可自清潔的噴淋裝置用于除塵器,不需停機維護,在使用處理過的濁環水時有效緩解了管道和噴頭堵塞問題,大大延長了噴頭的更換和噴梁的維保周期。

針對粉塵聚集特性采用的連續噴淋系統,并在除塵器陽極模組上下方均布置噴梁,頂部的噴淋可以使集塵板污泥及時沖走,底部噴淋防止污泥堆積。

8.3 一體化凈水設備的新穎性和創新性

固液分離裝置使得循環水內部粉塵快速沉淀,并同時調節水的pH 值,使其呈一定堿性,用來中和尾氣中的酸性成分,實現濁水循環使用,降低用水量,節省大量費用。污泥處理結構可以使設備在不停機情況下進行設備維護,減少停機維護頻率；污泥在壓濾機里面壓成餅狀可供其他行業再次利用。

8.4 噴堿吸收塔的新穎性和創新性

噴堿吸收塔裙座所用材質為高承重性與高耐腐蝕性的Q235-A·F 鋼板,極大的提高了噴堿吸收塔的穩定性；封頭采用球型上封頭與錐形下封頭聯用,能夠承受較高的壓力。

8.5 控制系統的新穎性和創新性

控制系統針對本項目產品而開發,提高了整個系統的兼容性,實現了系統的自動化運行,并可根據客戶需求進行定制設計。同時具備實時監控和報警功能,確保生產安全運行。

9 結論

本文介紹了一種新型光纖預制棒沉積尾氣處理系統。該系統針對現有工藝設備的弊端,在現有濕式電除塵工藝的基礎上,對濕式電除塵系統進行升級改造,將一體化凈水設備引入系統中,并對現有設備的結構和功能進行了大量創新性設計,還配備了配套的控制程序,實現了自動化處理流程和智慧化環保。