硫酸脫絨除塵工藝的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

楊得海，劉文利，賈 峻

（酒泉奧凱種子機(jī)械股份有限公司，甘肅 酒泉 735000）

我國是世界最大棉花消費(fèi)國、 第二大棉花生產(chǎn)國。2021 年，國家統(tǒng)計(jì)局公布了全國棉花產(chǎn)量數(shù)據(jù)，全國棉花種植面積3 028.1 khm2，棉花產(chǎn)量573.1 萬t，接近全世界棉花產(chǎn)量的四分之一。

在我國種植業(yè)中， 棉花是僅次于糧食的大宗農(nóng)產(chǎn)品，也是產(chǎn)業(yè)鏈延伸最長的農(nóng)產(chǎn)品，涉及從棉花種植、加工流通、紡紗織布到紡織服裝等多個(gè)環(huán)節(jié)，是一個(gè)結(jié)構(gòu)完整、配套齊全、各環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)度高的產(chǎn)業(yè)。近年來，隨著棉花市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為了確保棉花行業(yè)長遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展，國家出臺了多項(xiàng)政策，擴(kuò)大棉種企業(yè)補(bǔ)貼力度，加速棉種企業(yè)規(guī)模化建設(shè)，從源頭抓起， 棉種機(jī)械生產(chǎn)的統(tǒng)一化， 可提高棉花產(chǎn)品質(zhì)量，推動我國棉花產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，為棉花種植行業(yè)提供良好的政策支撐和外部環(huán)境。

2021 年 12 月，國務(wù)院出臺了《“十四·五”推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化規(guī)劃》，推進(jìn)糧食作物和戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)作物育、耕、種、管、收、運(yùn)及貯等薄弱環(huán)節(jié)先進(jìn)農(nóng)機(jī)裝備研制，推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化全程全面發(fā)展。

棉花是我國最重要的戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)作物， 要實(shí)現(xiàn)棉花產(chǎn)業(yè)全流程的機(jī)械化、現(xiàn)代化，種子是基礎(chǔ)。 當(dāng)前，我國棉花種子脫絨普遍采用化學(xué)脫絨方式，成熟且穩(wěn)定的脫絨方式主要包括過量式稀硫酸脫絨和計(jì)量式泡沫酸脫絨，無論選擇哪一種脫絨方式，都離不開濃硫酸的使用。 其生產(chǎn)加工過程中，產(chǎn)生的廢料、廢雜、棉絨都含有一定濃度的硫酸，含酸的廢料和殘絨是無法二次出售和使用的； 同時(shí)加工車間內(nèi)會聞到刺鼻的味道，那是因?yàn)榭諝庵泻幸欢苛蛩幔L期在這樣的工作環(huán)境中作業(yè)，會危害工人身體健康。

如何處理這些含酸的廢雜、廢料、殘絨和凈化加工作業(yè)環(huán)境已成為行業(yè)難點(diǎn)。

酒泉奧凱種子機(jī)械股份有限公司于2008 年開始研發(fā)棉花種子加工設(shè)備， 已有15 年的發(fā)展歷史。先后承建了新疆惠遠(yuǎn)種業(yè)、新疆金豐源種業(yè)、新疆天玉種業(yè)、新疆阿瓦提項(xiàng)目，并出口塔吉克斯坦、非洲貝寧等國家，通過這些年不斷地摸索實(shí)踐，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)和成績。 尤其是如何處理含酸的廢雜、廢料、殘絨和改善作業(yè)環(huán)境方面，已探索出有效的除塵工藝。

1 硫酸脫絨除塵點(diǎn)

硫酸脫絨主要工藝有過量式稀硫酸脫絨和計(jì)量式泡沫酸脫絨兩種方式。

1.1 過量式稀硫酸脫絨

過量式稀硫酸脫絨加工時(shí)， 將含短絨的棉種通過計(jì)量暫存?zhèn)}均勻地輸送到拌酸槽中， 用稀釋成8%～12%的稀硫酸浸泡攪拌， 使棉種短絨全部浸泡上稀硫酸溶液。 然后送入離心機(jī)，甩去多余的酸液，再輸入烘干筒中，棉絨逐漸被水解，水解后的棉絨碳化變脆，再進(jìn)入摩擦筒里隨著轉(zhuǎn)動、摩擦，使棉絨脫落，最后進(jìn)入棉種拋光機(jī)中，去除棉種表面殘留的酸液和棉絨。同時(shí)，在保證好種子不損傷種皮的情況下使得破碎的種子破碎程度更大甚至完全失去種皮。

1.2 計(jì)量式泡沫酸脫絨

計(jì)量式泡沫酸脫絨是將硫酸、發(fā)泡劑、水混合，通過壓縮空氣發(fā)泡，再按一定的酸籽比與棉種混合，通過機(jī)械攪拌， 使泡沫狀的稀硫酸浸透棉種表面的短絨，再輸入烘干筒中，棉絨逐漸被水解，水解后的棉絨碳化變脆，再進(jìn)入摩擦筒里隨著轉(zhuǎn)動、摩擦，使棉絨脫落，最后進(jìn)入棉種拋光機(jī)中，去除棉種表面殘留的酸液和棉絨。同時(shí)，在保證好種子不損傷種皮情況下使得破碎種子進(jìn)一步破碎甚至完全失去種皮。

1.3 硫酸脫絨工藝流程

過量式稀硫酸脫絨和計(jì)量式泡沫酸脫絨的工藝流程大同小異， 區(qū)分只在于如何將稀硫酸均勻地浸透到棉種表面的短絨中。 棉種的硫酸脫絨工藝流程如圖1 所示。

圖1 硫酸脫絨工藝流程

1.4 硫酸脫絨除塵點(diǎn)

無論是過量式稀硫酸脫絨還是計(jì)量式泡沫酸脫絨，它們包括的除塵點(diǎn)都有4 個(gè)，如圖1 中，已將這4 個(gè)除塵點(diǎn)分別用序號①、②、③、④標(biāo)記出來。

1.4.1 計(jì)量暫存?zhèn)}除塵點(diǎn)

計(jì)量暫存?zhèn)}是由料倉、螺旋出料絞龍、無極變速器、支架等組成，螺旋絞龍通過無級變速器驅(qū)動，調(diào)整無級變速器，就可以改變絞龍轉(zhuǎn)速，從而保證絞龍輸送量，將原始的毛棉種籽連續(xù)、均勻、定量地輸送給拌酸系統(tǒng)， 它的除塵點(diǎn)主要是除去原始毛棉種籽中存在的秸稈、草葉、雜質(zhì)、部分不帶毛籽的棉絨。

1.4.2 拌酸系統(tǒng)除塵點(diǎn)

過量式稀硫酸脫絨的拌酸系統(tǒng)是將毛棉種籽與稀釋后的稀硫酸充分浸泡，再進(jìn)行攪拌，計(jì)量式泡沫酸脫絨的拌酸系統(tǒng)是將泡沫狀的稀硫酸覆蓋于棉種表面，依靠短絨的毛細(xì)管作用充分吸收、浸泡。 期間部分硫酸通過分子擴(kuò)散，長時(shí)間積累，造成空氣中硫化物含量不斷增加，并伴有刺鼻性氣味，危害人身體健康。 拌酸系統(tǒng)除塵點(diǎn)就是除去空氣中存在的硫化物，凈化作業(yè)環(huán)境。

1.4.3 烘干筒、摩擦筒除塵點(diǎn)

烘干筒、摩擦筒這兩個(gè)設(shè)備是互補(bǔ)的，筒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示，滾筒里面裝有抄板、隔板等，棉種在滾筒內(nèi)相互摩擦，并和滾筒、抄板、隔板繼續(xù)摩擦、撞擊，使短絨與棉種脫離。 烘干筒、摩擦筒除塵點(diǎn)就是除去這些脫落酸絨以及摩擦下來的棉殼、粉塵等。

圖2 烘干筒、摩擦筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖

1.4.4 拋光機(jī)除塵點(diǎn)

從摩擦筒出來的棉種還需要拋光機(jī)進(jìn)一步脫絨， 拋光機(jī)脫絨屬于物理方式， 內(nèi)置鋼絲滾刷和篩板，對棉種脫絨不干凈的籽粒進(jìn)一步處理，去除棉種表面殘留的酸液和棉絨，同時(shí)，在保證好種子不損傷種皮的情況下使得破碎的種子破碎程度更大甚至完全失去種皮。拋光機(jī)除塵點(diǎn)就是除去這些殘絨、碎籽以及從棉種上脫落的種皮。

2 除塵工藝

經(jīng)過多年的探索與實(shí)踐， 奧凱公司研制并不斷完善棉籽制種除塵工藝。

2.1 二級除塵工藝

二級除塵系統(tǒng)是由除塵風(fēng)機(jī)、管道、二級除塵裝置組成，其工藝流程如圖3 所示，它主要應(yīng)用于計(jì)量暫存?zhèn)}除塵點(diǎn)、 烘干摩擦筒除塵點(diǎn)以及拋光機(jī)除塵點(diǎn)，其中計(jì)量暫存?zhèn)}除塵點(diǎn)配套的是直徑為900 mm的聯(lián)體旋風(fēng)除塵器， 烘干摩擦筒除塵點(diǎn)配套的是直徑為1 600 mm 的聯(lián)體旋風(fēng)除塵器， 拋光機(jī)除塵點(diǎn)配套的是直徑為1 200 mm 的聯(lián)體旋風(fēng)除塵器，具體應(yīng)用時(shí)，除塵點(diǎn)的廢料、粉塵、酸絨及種皮等雜質(zhì)通過除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)入一級旋風(fēng)除塵器， 一級旋風(fēng)除塵器中的大部分雜質(zhì)在離心力和重力作用下， 最終沉降到底部經(jīng)出灰絞龍排出， 另一部分未被沉降的粉塵從排風(fēng)口向上進(jìn)入二級旋風(fēng)除塵器， 通過二級旋風(fēng)除塵器再次沉降，達(dá)到更優(yōu)的除塵效果。

圖3 二級除塵工藝流程圖

2.2 集塵制粒工藝

硫酸脫絨的雜質(zhì)重點(diǎn)包括廢料、粉塵、酸絨及種皮等， 一般棉種加工生產(chǎn)線的產(chǎn)量可達(dá)到3 t/h，每加工出50 t 的成品大概會產(chǎn)生20 t 廢料和14 t 酸絨， 走訪了多個(gè)棉種加工企業(yè)了解到， 在生產(chǎn)加工中，根本沒有足夠大的地方來堆積這些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)蓬松、重量輕，如果專車運(yùn)輸，成本又太高?；谶@種情況奧凱公司首次推出了集塵制粒工藝， 并得到成功應(yīng)用。集塵制粒工藝，主要依靠螺旋輸送絞龍將計(jì)量暫存?zhèn)}、烘干筒、摩擦筒以及拋光機(jī)中產(chǎn)生的雜質(zhì)匯集到一起，最后輸送給制粒機(jī)，由制粒機(jī)壓縮成顆粒狀，如圖4。

圖4 集塵制粒工藝流程圖

2.3 殘絨回收焚燒工藝

殘絨回收焚燒工藝采用風(fēng)力集塵、風(fēng)力輸送，通過高壓風(fēng)機(jī)送至特制的送料絞龍， 再由絞龍送到燃燒爐內(nèi)。 其工藝流程如圖5 所示， 硫酸脫絨中的雜質(zhì)，無論是殘絨、種皮還是其它廢料，都含有硫酸，尤其是酸絨含酸量達(dá)到0.15%，無法二次出售和使用。殘絨回收焚燒工藝， 以這些雜質(zhì)作為燃料在熱風(fēng)爐內(nèi)充分燃燒，燃燒后的廢氣、雜質(zhì)經(jīng)除塵系統(tǒng)進(jìn)行收集處理。該工藝已經(jīng)應(yīng)用于非洲貝寧項(xiàng)目，因當(dāng)?shù)孛禾抠Y源匱乏，木炭價(jià)格很高，燃料成本高，回收這些雜質(zhì)再燃燒不僅解決了帶酸雜質(zhì)的處理難題， 節(jié)能環(huán)保，同時(shí)也降低了燃燒成本，可謂一舉兩得。

圖5 殘絨回收焚燒工藝流程圖

2.4 脫硫除塵工藝

脫硫除塵工藝主要是將計(jì)量暫存?zhèn)}、拌酸系統(tǒng)、烘干筒、 摩擦筒和拋光機(jī)的除塵點(diǎn)先用旋風(fēng)除塵器進(jìn)行一級除塵，再繼續(xù)進(jìn)入脫硫系統(tǒng)進(jìn)行二級除塵，達(dá)到去雜除味的效果。其工藝流程如圖6 所示，脫硫系統(tǒng)主要有兩種， 按脫硫劑分為氨法脫硫和雙堿法脫硫， 氨法脫硫以合成氨為基礎(chǔ)， 雙堿法以亞硫酸鈉、氫氧化鈉為基礎(chǔ)，盡管設(shè)備構(gòu)造和工藝流程各不相同，但基本原理都是以堿性物質(zhì)作SO2的吸收劑。脫硫除塵工藝的除塵效果更徹底， 同時(shí)大大改善了作業(yè)環(huán)境，其缺點(diǎn)是設(shè)備龐大、投資大、占地面積大，操作技術(shù)要求高。

圖6 脫硫除塵工藝流程圖

3 改進(jìn)意見

目前已有的各種除塵工藝都有各自的優(yōu)勢和缺陷，應(yīng)用時(shí)要具體分析，從投資、運(yùn)行、環(huán)保等各方面綜合考慮來選擇一種適合的除塵工藝。 隨著科技的發(fā)展， 某一項(xiàng)新技術(shù)的產(chǎn)生都會涉及到很多不同的學(xué)科，因此，留意其他學(xué)科的最新進(jìn)展與研究成果，并把它們應(yīng)用到除塵技術(shù)中是開發(fā)新除塵技術(shù)的重要途徑。

3.1 布袋除塵

布袋除塵器經(jīng)過這幾年的推廣使用， 深受各大行業(yè)的認(rèn)可， 它能將粉塵實(shí)際的排放質(zhì)量濃度下降到10 mg/m3以下，比起旋風(fēng)除塵效果更好。 它是將含塵氣流引入濾袋中，通過濾料的空隙，把粉塵和雜質(zhì)捕集于濾料上。 但目前還無法將布袋除塵工藝應(yīng)用到硫酸脫絨中，主要是因?yàn)榱蛩崦摻q中粉塵、雜質(zhì)都含酸，同時(shí)帶有濕氣，高濕氣體冷卻會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，導(dǎo)致粉塵板結(jié)在管道中或布袋上，當(dāng)粉塵中含有SO3時(shí)會腐蝕除塵布袋。 如何能將布袋除塵工藝應(yīng)用到硫酸脫絨中，其關(guān)鍵是找到抗酸、抗腐蝕且壽命長，并保證含有濕氣的粉塵不易堵塞空隙的濾料。

3.2 單元隔離

在棉種硫酸脫絨設(shè)備的建設(shè)的初期， 完全可以考慮將拌酸系統(tǒng)隔離到一個(gè)密閉的空間， 作為一個(gè)獨(dú)立的單元來使用，這樣除塵方便，效果更佳，同時(shí)，也保證了其它加工區(qū)域有一個(gè)良好的作業(yè)環(huán)境。

3.3 自動化智能化

在設(shè)備作業(yè)過程中，通過增加各種傳感器，實(shí)時(shí)地收集酸液濃度、配酸數(shù)據(jù)，并上傳計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)分析處理， 并對設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化智能控制，嚴(yán)格控制拌酸系統(tǒng)，確保生產(chǎn)線順利運(yùn)行，以此達(dá)到提高勞動效率，減輕人工勞動強(qiáng)度的目的，并更好地保證了工人的身體健康。