姚瑞

（上海塑潔環(huán)保工程設(shè)備有限公司,上海 200000）

1 概述

伴隨著5G 技術(shù)的普及,光纖在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中占據(jù)重要地位,光纖預(yù)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(huì)產(chǎn)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(jīng)處理后才可排放,否則會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可逆的污染。近年來,國內(nèi)的環(huán)保政策逐年收緊,排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高,由于環(huán)境問題被關(guān)閉關(guān)停,或者被勒令停產(chǎn)停業(yè)進(jìn)行整改的工廠不斷增加。由于尾氣產(chǎn)生量大,光纖預(yù)制棒生產(chǎn)企業(yè)面臨的環(huán)保壓力也不斷加大,部分光纖預(yù)制棒企業(yè)的產(chǎn)量也受到影響,因此業(yè)內(nèi)企業(yè)迫切需要更好的環(huán)保技術(shù)手段,來滿足不斷提升的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 光纖預(yù)制棒沉積尾氣除塵技術(shù)背景

目前,光纖預(yù)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(shí),過濾材料依靠慣性碰撞作用,使塵粒被過濾下來,達(dá)到過濾材料捕集粗粒粉塵的目的。當(dāng)除塵器工作一段時(shí)間后,濾袋吸附的含塵煙氣灰層厚度增加,阻力增大,通過對(duì)濾袋進(jìn)行清灰,實(shí)現(xiàn)除塵目的。濕電除塵是通過直流高壓產(chǎn)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(dá)收塵極板和陰極棒上。由于濕式電除塵工藝對(duì)粉塵的適應(yīng)能力強(qiáng),因而能達(dá)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(duì)粉塵的吸附能力更好,能達(dá)到更高的除塵效率且安全性更佳[4]。本文基于現(xiàn)有的濕式電除塵工藝,設(shè)計(jì)了一種新型光纖預(yù)制棒沉積尾氣處理系統(tǒng),極大的提高了除塵效率、降低維護(hù)保養(yǎng)的頻率,同時(shí)降低了設(shè)備制造成本,使尾氣排放達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),符合當(dāng)今環(huán)保行業(yè)發(fā)展的大趨勢。

3 尾氣處理工藝流程

光纖預(yù)制棒沉積工藝尾氣處理系統(tǒng)由廢氣收集、預(yù)洗塔、濕式電除塵器、一體化濁環(huán)水凈化設(shè)備、噴堿洗滌塔、廢水預(yù)處理池、MVR、引風(fēng)機(jī)和煙囪各系統(tǒng)所組成。整體系統(tǒng)設(shè)備龐大,占地面積大,一次性投資大,結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,所需制造安裝的精度高。

光纖預(yù)制棒沉積尾氣的處理工藝流程如圖1 所示。廢氣經(jīng)過收集后先進(jìn)入預(yù)洗塔,對(duì)廢氣進(jìn)行降溫,洗去一定濃度的氯化氫成分；隨后廢氣進(jìn)入濕式電除塵器,去除廢氣中的二氧化硅粉塵,電除塵器內(nèi)采用連續(xù)式噴淋,分離出來的二氧化硅粉塵不斷被沖洗進(jìn)入設(shè)備下方的一體化凈水設(shè)備；通過一體化凈水設(shè)備,含有大量粉塵的循環(huán)液被凈化,凈化后的循環(huán)水被水泵送入濕式電除塵噴淋水系統(tǒng),循環(huán)使用；經(jīng)濕式電除塵設(shè)備處理后的廢氣再進(jìn)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(jīng)過引風(fēng)機(jī)和煙囪,排入大氣。預(yù)洗塔、一體化凈水設(shè)備和噴堿洗滌塔產(chǎn)生的廢水分別經(jīng)過廢水預(yù)處理和MVR 后,最終實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。

圖1 光纖預(yù)制棒沉積工藝尾氣處理系統(tǒng)流程圖

4 濕式電除塵設(shè)備（圖2）

圖2 新型濕電除塵設(shè)備和一體化凈水設(shè)備

本新型濕式電除塵設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括噴淋系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)、設(shè)備外框架等,電除塵系統(tǒng)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(jié)構(gòu)等。新型濕式電除塵設(shè)備從結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了大量創(chuàng)新設(shè)計(jì),主要包括：

4.1 陽極模組

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

4.1.2 改進(jìn)的陽極模組結(jié)構(gòu),增加導(dǎo)流板,使得氣體進(jìn)入時(shí)更均勻的分布到陽極模組內(nèi)。

4.1.3 改進(jìn)的陽極模組清灰結(jié)構(gòu),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(shè)置在每個(gè)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(nèi)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(zhì)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(diào)整芒針在陽極模組內(nèi)的方向及位置,避免短路。

4.3 噴淋系統(tǒng)

4.3.1 針對(duì)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(shè)備所設(shè)計(jì)的連續(xù)式噴淋系統(tǒng),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(shè)備

由于濕式電除塵器用水量大,需要將循環(huán)水快速處理后使用,未處理的循環(huán)水,極易堵塞螺旋式噴嘴,造成噴淋系統(tǒng)不能正常工作。為此本系統(tǒng)增加了如圖3 所示的一體化濁水凈化設(shè)備,使沖洗掉的大部分二氧化硅粉末快速從循環(huán)液中分離,保證循環(huán)液內(nèi)顆粒雜質(zhì)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(guān)鍵技術(shù)主要包括：

圖3 一體化凈水設(shè)備

5.1 固液分離裝置

常見的固液分離技術(shù)包括濃密機(jī)濃縮技術(shù)、CN 過濾技術(shù)與自動(dòng)反洗表面過濾技術(shù)。CN 過濾技術(shù)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(zhì)的一種過濾技術(shù)。本設(shè)備對(duì)固液分離裝置進(jìn)行了創(chuàng)新性改造,利用CN 過濾器,能夠達(dá)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(huán)水內(nèi)部粉塵快速沉淀,同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)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(shí)現(xiàn)濁水循環(huán)利用,并且防止排放超標(biāo),造成環(huán)境污染。

5.2 污泥處理結(jié)構(gòu)

經(jīng)過固液分離處理之后,固體部分會(huì)積累得到大量污泥。然而這些污泥含有大量高毒性雜質(zhì),須對(duì)其進(jìn)行及時(shí)有效的處理,如參入中和試劑或者化學(xué)焚燒。本設(shè)備對(duì)污泥處理結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了多處創(chuàng)新性設(shè)計(jì),底部呈漏斗形,使污泥向下自動(dòng)堆積,多級(jí)處理設(shè)備間用平衡管道連接,可使不同污泥罐的污泥量達(dá)到平衡,清水快速回流；設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以避免濕電除塵器停機(jī)進(jìn)行排污,實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。并循環(huán)利用處理過的水,減少廢水排放量,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；最終使廢氣廢水排放達(dá)到符合國家標(biāo)準(zhǔn),滿足排放要求。

6 噴堿吸收塔

噴堿吸收塔的結(jié)構(gòu)如圖4 所示,設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

噴堿洗滌塔裙座為非受壓元件。雖然裙座本身是不與介質(zhì)有直接接觸的,同時(shí)也不承受塔器內(nèi)介質(zhì)的內(nèi)、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(shí)現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu),且承受較大的塔體重力載荷和外載荷（如地震載荷、風(fēng)載荷等）。因此在本設(shè)計(jì)中,考慮到其重要性,使用時(shí)對(duì)其用材質(zhì)量進(jìn)行了大幅度的提升。本文所涉及噴堿吸收塔裙座所用材質(zhì)為高承重性與高耐腐蝕性的Q235-A·F 鋼板。

6.2 封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

封頭分為上封頭與下封頭結(jié)構(gòu)。根據(jù)上封頭的受力特點(diǎn),本設(shè)備設(shè)計(jì)選用半球形上封頭,在設(shè)計(jì)上根據(jù)均勻分布的二向應(yīng)力,采用等強(qiáng)度的設(shè)計(jì)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(qiáng)結(jié)構(gòu),可在錐形封頭和筒體連接處附近焊加強(qiáng)圈,也可在封頭和筒體連接處加大壁厚?？紤]可制造性及經(jīng)濟(jì)性,本設(shè)計(jì)采用無折邊錐殼。

6.3 噴堿吸收塔的智能控制

吸收塔內(nèi)集噴堿吸收與脫水除氯、除塵的功能結(jié)構(gòu)形式,采用玻璃鋼材質(zhì)。通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算和流場模擬,合理確定設(shè)備規(guī)格、尺寸,同時(shí)優(yōu)化各級(jí)噴淋裝置位置,并降低系統(tǒng)阻損；通過噴槍出口速度場分布,采用合理的噴嘴布置,達(dá)到250%覆蓋率,提高氣液混合接觸效果。

為實(shí)現(xiàn)堿液精準(zhǔn)添加功能而引入了計(jì)量泵,通過配套開發(fā)的pH 值智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了堿液的智能控制。

圖5 pH 控制系統(tǒng)

7 控制程序

自主開發(fā)了專用軟件,通過自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)和PLC 自動(dòng)控制,達(dá)到光纖預(yù)制棒沉積尾氣處理系統(tǒng)操作的自動(dòng)化處理,實(shí)現(xiàn)了智慧化環(huán)保。

系統(tǒng)入口處設(shè)置自動(dòng)化監(jiān)測儀,實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)氣組分濃度,根據(jù)進(jìn)氣含塵量及成分組成,并結(jié)合生產(chǎn)、工程方面的大數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)與氣候、季節(jié)、時(shí)刻等諸多因素,合理調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率、濕式電除塵器、一體化濁環(huán)水凈化設(shè)備、噴堿洗滌塔等設(shè)備的工作狀態(tài)。

8 新型光纖預(yù)制棒沉積尾氣處理系統(tǒng)的新穎性和創(chuàng)新性

通過對(duì)國內(nèi)光纖預(yù)制棒生產(chǎn)企業(yè)除塵工藝進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研分析,結(jié)合光纖預(yù)制棒工藝特點(diǎn),針對(duì)性開發(fā)新型光纖預(yù)制棒沉積工藝廢氣廢水處理系統(tǒng),取得良好的效果,技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。本系統(tǒng)具有如下新穎性和創(chuàng)新性：

8.1 尾氣處理工藝

針對(duì)傳統(tǒng)光纖預(yù)制棒沉積尾氣處理工藝的諸多弊端,本系統(tǒng)創(chuàng)新性的將濕電除塵設(shè)備和一體化濁環(huán)水凈化設(shè)備結(jié)合起來,將除塵器的噴淋水過濾凈化后,循環(huán)使用,不僅滿足了工藝要求,而且降低了用水量,節(jié)省了大量費(fèi)用。同時(shí)廢水經(jīng)一體化凈水設(shè)備沉降處理后,污泥在壓濾機(jī)里面壓成餅狀可供其他行業(yè)再次利用。

相比現(xiàn)有工藝,整套系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定、除塵效率更高、維護(hù)保養(yǎng)的頻率降低,同時(shí)降低了設(shè)備制造成本,達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn),符合當(dāng)今環(huán)保行業(yè)發(fā)展的大趨勢。

8.2 濕式電除塵設(shè)備的新穎性和創(chuàng)新性

8.2.1 陽極模組單元采用碳粉導(dǎo)電玻璃鋼,降低了設(shè)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(jié)構(gòu)增加了導(dǎo)流板,使得氣體進(jìn)入時(shí)分布更均勻,除塵效果更好。

陽極模組清灰結(jié)構(gòu)工作效率高,減輕了維保工作量,有利于裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行。

8.2.2 陰極棒重新排布設(shè)計(jì)的陰極棒芒刺排列,有利于電場放電和避免短路現(xiàn)象,增強(qiáng)了對(duì)粉塵的捕捉能力,不留有死角。

8.2.3 首創(chuàng)將可自清潔的噴淋裝置用于除塵器,不需停機(jī)維護(hù),在使用處理過的濁環(huán)水時(shí)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(duì)粉塵聚集特性采用的連續(xù)噴淋系統(tǒng),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(shí)沖走,底部噴淋防止污泥堆積。

8.3 一體化凈水設(shè)備的新穎性和創(chuàng)新性

固液分離裝置使得循環(huán)水內(nèi)部粉塵快速沉淀,并同時(shí)調(diào)節(jié)水的pH 值,使其呈一定堿性,用來中和尾氣中的酸性成分,實(shí)現(xiàn)濁水循環(huán)使用,降低用水量,節(jié)省大量費(fèi)用。污泥處理結(jié)構(gòu)可以使設(shè)備在不停機(jī)情況下進(jìn)行設(shè)備維護(hù),減少停機(jī)維護(hù)頻率；污泥在壓濾機(jī)里面壓成餅狀可供其他行業(yè)再次利用。

8.4 噴堿吸收塔的新穎性和創(chuàng)新性

噴堿吸收塔裙座所用材質(zhì)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(wěn)定性；封頭采用球型上封頭與錐形下封頭聯(lián)用,能夠承受較高的壓力。

8.5 控制系統(tǒng)的新穎性和創(chuàng)新性

控制系統(tǒng)針對(duì)本項(xiàng)目產(chǎn)品而開發(fā),提高了整個(gè)系統(tǒng)的兼容性,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行,并可根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。同時(shí)具備實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警功能,確保生產(chǎn)安全運(yùn)行。

9 結(jié)論

本文介紹了一種新型光纖預(yù)制棒沉積尾氣處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對(duì)現(xiàn)有工藝設(shè)備的弊端,在現(xiàn)有濕式電除塵工藝的基礎(chǔ)上,對(duì)濕式電除塵系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造,將一體化凈水設(shè)備引入系統(tǒng)中,并對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了大量創(chuàng)新性設(shè)計(jì),還配備了配套的控制程序,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化處理流程和智慧化環(huán)保。