光棒生產(chǎn)線微硅粉干法回收除塵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

湯建珍

（ 科林環(huán)保技術(shù)有限責(zé)任公司，江蘇 蘇州215200）

2017 年完成了光棒生產(chǎn)線微硅粉干法回收技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的新產(chǎn)品技術(shù)鑒定和首臺套認(rèn)定，不僅為微硅粉成品收粉技術(shù)的推廣使用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時也為國內(nèi)外光棒綠色制造開創(chuàng)了成功的先例。回想研發(fā)過程中的多方案比選中試改進(jìn)等研發(fā)過程，列舉出所遇到的難題，針對這些難題,進(jìn)行多層次研究。問題不斷得到解決和完善，難題逐個被攻克，取得了今天的成效，實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)?，F(xiàn)將整個研發(fā)、中試、改進(jìn)、再調(diào)試、再改進(jìn)的過程進(jìn)行總結(jié)歸納，希望能為以后的新技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目提供新的研究思路。

1 背景技術(shù)

隨著“一帶一路”、“互聯(lián)網(wǎng)＋”等國家戰(zhàn)略的不斷推出，家用智能、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程醫(yī)療等新興項(xiàng)目逐漸進(jìn)入了人們的日常生活，尤突出了國家信息化建設(shè)的重要性及急迫性。光纜作為5G 網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)年P(guān)鍵載體受到市場高度關(guān)注，光棒是光纜生產(chǎn)最基本的原材料，國內(nèi)約有200 多家光纜生產(chǎn)廠家。傳統(tǒng)光棒制造技術(shù)以高腐蝕性化學(xué)品SiCI4為原料，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生HCL 以及含氯廢水等污染物[1,2]。一根粗大的光纖預(yù)制棒通過“拉絲”工藝，會被拉成成千上萬根細(xì)絲，這就是光纖核心，在其外層包裹上多層材料后，經(jīng)過相關(guān)工藝制造，就成了我們生活中隨處可見的光纖網(wǎng)線。

隨著全球光纖需求量的逐年增加，傳統(tǒng)制造工藝的環(huán)保問題更加突出。行業(yè)龍頭企業(yè)亨通光電研發(fā)出了以無氯有機(jī)硅D4（八甲基四硅氧烷）替代SiCI4為原料的新一代光棒制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“無氯化”的綠色制造新模式[2]?？屏忠源碎_發(fā)了微硅粉干法回收裝置，既避免了傳統(tǒng)電除塵或濕法除塵所帶來的大量水電消耗和污水產(chǎn)生[3,4]，同時又能將高純Si02粉塵進(jìn)行高效回收利用[5]，符合綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

圖1 光纖預(yù)制棒生產(chǎn)線中的微硅粉干法收塵系統(tǒng)工藝圖

針對新一代光纖預(yù)制棒綠色生產(chǎn)工藝的需求，公司立項(xiàng)開發(fā)全新干法穩(wěn)壓型袋式除塵技術(shù)。該技術(shù)工藝流程短、回收物料效率高，達(dá)到顆粒物超低排放要求，且不產(chǎn)生廢水等二次污染，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物料的清潔回收，滿足綠色經(jīng)濟(jì)需求。

2 課題提出及策劃

在生產(chǎn)光纖預(yù)制棒時所采用的新工藝、新技術(shù)、新裝備中，沉積裝置是其中的關(guān)鍵設(shè)備。生產(chǎn)工藝過程中，沉積裝置生產(chǎn)過程中生成的微硅粉需不斷的勻速堆積到芯棒表面，同時保證未堆積到棒表面的微硅粉能及時被抽吸走，而此過程中沉積箱內(nèi)始終維持在恒壓的狀態(tài)。也即要生產(chǎn)出高品質(zhì)的光纖預(yù)制棒，沉積裝置生產(chǎn)運(yùn)行過程中需要的各種工藝參數(shù)條件必需要滿足，所以需研發(fā)出與之匹配的能達(dá)到上述工藝參數(shù)條件的新技術(shù)、新工藝、新功能的干法回收裝置，該環(huán)保裝置一方面要保證高品質(zhì)光纖預(yù)制棒的生成，除去光纖預(yù)制棒在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的多余的SiO2粉塵，并滿足嚴(yán)格的環(huán)保排放要求，同時回收高純SiO2粉塵。

2.1 技術(shù)難點(diǎn)

2.1.1 SiO2粉塵收集方式的確定；

2.1.2 光棒生產(chǎn)線中每個沉積箱內(nèi)要有足夠的風(fēng)壓，且要恒定，壓力波動范圍±20Pa；

2.1.3 光棒生產(chǎn)線中每個沉積箱內(nèi)要有足夠的風(fēng)量；

2.1.4 除塵風(fēng)量和運(yùn)行壓力控制精度要求高；

2.1.5 超輕、超細(xì)粉體要高效回收；

2.1.6 濾料清灰及阻力控制要均衡；

2.2 初步設(shè)計(jì)

帶著以上的問題，開展了研發(fā)課題項(xiàng)目的策劃和多方案的比選，進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)與研發(fā)，具體工作內(nèi)容如下：

2.2.1 確定了SiO2粉塵收集方式為干法袋式收塵的方式

查資料了解SiO2粉塵的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)，為無色透明晶體或白色粉末，熔點(diǎn)高、硬度大、難溶于水，不與一般的酸起反應(yīng)；堆比重比較輕～0.22t/m3, 顆粒粒徑比較細(xì)最細(xì)的達(dá)2.75um。根據(jù)以上二氧化硅粉塵的性質(zhì)及特點(diǎn)，否定了傳統(tǒng)濕法收集微硅粉的方式，確定了采用干法袋式收塵器的方式進(jìn)行收集SiO2粉塵，流程更短，處理方式更簡單,效率更高。

2.2.2 把每個沉積裝置作為一個除塵點(diǎn)，將2～3 個沉積裝置作為一個系統(tǒng)進(jìn)行中試

先確定保證每個沉積裝置正常生產(chǎn)需要的風(fēng)量，依據(jù)規(guī)范確定系統(tǒng)主引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，同時考慮在每個除塵點(diǎn)上設(shè)置一個風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，調(diào)試運(yùn)行時以調(diào)節(jié)各個除塵點(diǎn)上的風(fēng)壓及風(fēng)量；

2.2.3 系統(tǒng)阻力平衡計(jì)算，確定系統(tǒng)主引風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓及系統(tǒng)風(fēng)管直徑；

2.2.4 為保證各個沉積裝置運(yùn)行時恒壓，所以在中試除塵系統(tǒng)的各個除塵點(diǎn)的支管上設(shè)置壓力測定傳感器；

2.2.5 干法袋式收塵器形式的確定，由于中試時沉積裝置數(shù)量不多，干法袋式收塵器的風(fēng)量不大，所以采用了在線清灰方式的袋式除塵器。除塵器過濾風(fēng)速按常規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 中試、問題分析及改進(jìn)

3.1 發(fā)現(xiàn)問題

根據(jù)研發(fā)課題的初步方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、施工安裝，檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，調(diào)試過程出現(xiàn)以下問題：

3.1.1 除塵器脈沖瞬時清灰時，嚴(yán)重影響沉積裝置生產(chǎn)光纖預(yù)制棒時的風(fēng)壓環(huán)境，影響光纖預(yù)制棒的成品率及品質(zhì)；

3.1.2 除塵器運(yùn)行阻力居高不下；

3.1.3 由于粉塵太輕太細(xì)的特性,出現(xiàn)了不易清灰的問題。

3.2 解決問題

根據(jù)以上運(yùn)行情況的問題分析，對除塵器進(jìn)行了以下改進(jìn)措施：

3.2.1 在原在線清灰除塵器內(nèi)部增設(shè)箱體隔板，將除塵器進(jìn)行分室隔離改造；

3.2.2 在每個室的進(jìn)、出口分別增設(shè)了離線閥；

上述改造結(jié)束后，再次對新裝置進(jìn)行重新調(diào)試運(yùn)行，解決了一些問題，但還是有部份問題沒解決，詳細(xì)如下：

阻斷了除塵器脈沖清灰時，對沉積裝置生產(chǎn)光纖預(yù)制棒時風(fēng)壓的影響。

調(diào)試時，按常規(guī)離線方式進(jìn)行脈沖噴吹，即脈沖閥脈沖清灰時，只關(guān)閉出口離線閥，但除塵器運(yùn)行時，還是會影響沉積裝置生產(chǎn)光纖預(yù)制棒時的風(fēng)壓環(huán)境，除塵器只有在進(jìn)出口閥門同時關(guān)閉的狀態(tài)下進(jìn)行脈沖清灰，系統(tǒng)才不會影響沉積裝置生產(chǎn)光纖預(yù)制棒時的風(fēng)壓環(huán)境。

3.3 問題的分析與完善

除塵器無論是在在線狀態(tài)下運(yùn)行，還是在全離線狀態(tài)下運(yùn)行，除塵器的運(yùn)行阻力都高居不下。問題分析：

3.3.1 SiO2粉塵堆比重比較輕～0.22t/m3, 顆粒粒徑較細(xì),采用在線清灰方式，會出現(xiàn)二次再吸附的現(xiàn)象，所以會導(dǎo)致除塵器阻力居高不下；

3.3.2 當(dāng)除塵器采用全離線狀態(tài)的話，則對只有2 個室或3個室的小風(fēng)量除塵器來說，對應(yīng)過濾面積相當(dāng)于減少50%或33%，相當(dāng)于過濾風(fēng)速提高1 倍或0.5 倍，從實(shí)際調(diào)試運(yùn)行結(jié)果來看，對于堆比重較輕、顆粒較細(xì)的SiO2粉塵來講，不適合采用高過濾風(fēng)速。

4 首臺套技術(shù)特點(diǎn)及運(yùn)行狀況

綜合上述除塵器運(yùn)行、調(diào)試、改進(jìn)、再運(yùn)行的結(jié)果分析后，結(jié)合以往對此類輕而細(xì)的特殊粉塵經(jīng)驗(yàn)，同時再次對該套干式除塵器系統(tǒng)進(jìn)行工藝布置、參數(shù)、工藝運(yùn)行方式進(jìn)行了調(diào)整，并成功運(yùn)用在首臺套除塵器收塵裝置上，現(xiàn)將該技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)如下。光纖預(yù)制棒生產(chǎn)線中的微硅粉干法收塵系統(tǒng)工藝技術(shù)見圖1。

4.1 技術(shù)特點(diǎn)

4.1.1 根據(jù)沉積裝置的數(shù)量確定風(fēng)量；

4.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：主引風(fēng)機(jī)電機(jī)采用變頻電機(jī)，以滿足用戶要求的任意數(shù)量設(shè)備(n＞2 臺，每條總支管路上至少有1臺）運(yùn)行的條件下，系統(tǒng)各總支管上壓力始終在一個恒定值，各除塵點(diǎn)設(shè)置手動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，各總支管上設(shè)置壓力測定傳感器，與主引風(fēng)機(jī)連鎖自動控制；

4.1.3 除塵器總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采用模塊化分室的形式設(shè)計(jì)，除塵器每室進(jìn)出口均設(shè)置離線閥，除塵器運(yùn)行時采用全離線清灰方式；

4.1.4 除塵器濾料及清灰方式特點(diǎn)：除塵器采用特制的覆膜濾料、清灰壓力、清灰氣量、清灰頻率的協(xié)同精準(zhǔn)控制技術(shù)，“跳躍+間斷”的清灰時序控制技術(shù)；

4.1.5 除塵器局部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：根據(jù)粉塵的性質(zhì)，從貯灰、卸灰、清灰氣源上來保障粉塵的順利出料。具體措施如下：除塵器錐斗角度大于70℃設(shè)計(jì)；錐斗外壁設(shè)電加熱并保溫，設(shè)置熱電阻進(jìn)行連鎖控制；為防結(jié)露，對清灰氣源進(jìn)行加熱；

4.1.6 除塵器規(guī)格確定的特殊點(diǎn)：除塵器按約為常規(guī)0.5 倍的過濾風(fēng)速確定除塵器運(yùn)行時需要的過濾面積，在此基礎(chǔ)上，再增加用于全離線的一個室的過濾面積，來最終確定整個除塵器的最終規(guī)格大?。?/p>

4.1.7 除塵系統(tǒng)的智能連鎖控制：為確保系統(tǒng)能正常運(yùn)行，主引風(fēng)機(jī)采用1 用1 備的自動切換模式，整個系統(tǒng)采用PLC 智能連鎖控制。

4.2 運(yùn)行狀況

圖2 首臺套干法收塵系統(tǒng)的除塵器現(xiàn)場照片

本微硅粉干法收塵系統(tǒng)按上述技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造，安裝施工、調(diào)試運(yùn)行后，效果非常理想，詳見圖2。該除塵器收塵效率為99.9%, 顆粒物排放濃度3～7mg/Nm3（標(biāo)準(zhǔn)排放濃度≤10mg/Nm3），系統(tǒng)風(fēng)管風(fēng)壓始終控制在一個恒定值（允許偏差±20Pa）,除塵器運(yùn)行阻力在1000Pa 左右，整套微硅粉干法收塵系統(tǒng)，完全滿足了光纖預(yù)制棒沉積裝置進(jìn)行高品質(zhì)光纖預(yù)制棒生產(chǎn)的工藝參數(shù)，同時崗位粉塵濃度也達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，該套除塵器收塵裝置將有害的SiO2粉塵收集后，高純的SiO2還可進(jìn)行資源化利用，起到了節(jié)能減排和循環(huán)利用的環(huán)保經(jīng)濟(jì)運(yùn)作。附光棒生產(chǎn)線微硅粉干法回收裝置案例數(shù)據(jù)表1。

表1 光棒生產(chǎn)線微硅粉干法回收裝置案例數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

2016 年首臺套光棒生產(chǎn)線微硅粉干法回收裝置成功研發(fā)，2017 年通過了江蘇省新產(chǎn)品鑒定（蘇經(jīng)信鑒字[2017]230 號）和首臺套認(rèn)定，2017 和2018 年分別銷售了4 套和5 套該類穩(wěn)壓型干法回收裝置新產(chǎn)品，光棒產(chǎn)能達(dá)到～1700 噸/年。光棒生產(chǎn)線微硅粉干法回收裝置證明了該產(chǎn)品收塵效率高、運(yùn)行阻力平穩(wěn)、很好地滿足了煙氣溫度及生產(chǎn)裝置風(fēng)壓波動的精度控制要求。實(shí)現(xiàn)了資源再循環(huán)利用，綠色發(fā)展理念以及很高的投資回報價值。同時該裝置技術(shù)還能有效應(yīng)用于其它行業(yè)的細(xì)粉塵回收和循環(huán)利用，良好的清灰壓差控制能延長濾料的使用周期，所以該產(chǎn)品具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益與市場前景。預(yù)計(jì)年新增工業(yè)產(chǎn)值6000 萬元，創(chuàng)收利稅1400 萬元，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。