一种新型光纤预制棒沉积尾气处理系统

2022-03-09姚瑞

科学技术创新 2022年4期

姚瑞

（上海塑洁环保工程设备有限公司,上海 200000）

1 概述

伴随着5G 技术的普及,光纤在网络基础设施中占据重要地位,光纤预制棒是光纤制造工艺中最重要的部分之一,然而在其制棒过程中会产生大量的含二氧化硅粉尘、氯化氢、氯气等的尾气[1]。这些有害废气须经处理后才可排放,否则会对周边生态环境产生不可逆的污染。近年来,国内的环保政策逐年收紧,排放标准不断提高,由于环境问题被关闭关停,或者被勒令停产停业进行整改的工厂不断增加。由于尾气产生量大,光纤预制棒生产企业面临的环保压力也不断加大,部分光纤预制棒企业的产量也受到影响,因此业内企业迫切需要更好的环保技术手段,来满足不断提升的环保排放标准。

2 光纤预制棒沉积尾气除尘技术背景

目前,光纤预制棒的沉积尾气主要分为干法布袋除尘工艺和湿式电除尘工艺[2-3]。干法布袋除尘是含尘烟气在通过过滤材料时,过滤材料依靠惯性碰撞作用,使尘粒被过滤下来,达到过滤材料捕集粗粒粉尘的目的。当除尘器工作一段时间后,滤袋吸附的含尘烟气灰层厚度增加,阻力增大,通过对滤袋进行清灰,实现除尘目的。湿电除尘是通过直流高压产生电晕放电,使粉尘或水雾荷电,荷电粒子在电场力的作用下到达收尘极板和阴极棒上。由于湿式电除尘工艺对粉尘的适应能力强,因而能达到较高的除尘效率。

相较于干法布袋除尘工艺,湿式电除尘工艺对粉尘的吸附能力更好,能达到更高的除尘效率且安全性更佳[4]。本文基于现有的湿式电除尘工艺,设计了一种新型光纤预制棒沉积尾气处理系统,极大的提高了除尘效率、降低维护保养的频率,同时降低了设备制造成本,使尾气排放达到环保标准,符合当今环保行业发展的大趋势。

3 尾气处理工艺流程

光纤预制棒沉积工艺尾气处理系统由废气收集、预洗塔、湿式电除尘器、一体化浊环水净化设备、喷碱洗涤塔、废水预处理池、MVR、引风机和烟囱各系统所组成。整体系统设备庞大,占地面积大,一次性投资大,结构较为复杂,所需制造安装的精度高。

光纤预制棒沉积尾气的处理工艺流程如图1 所示。废气经过收集后先进入预洗塔,对废气进行降温,洗去一定浓度的氯化氢成分；随后废气进入湿式电除尘器,去除废气中的二氧化硅粉尘,电除尘器内采用连续式喷淋,分离出来的二氧化硅粉尘不断被冲洗进入设备下方的一体化净水设备；通过一体化净水设备,含有大量粉尘的循环液被净化,净化后的循环水被水泵送入湿式电除尘喷淋水系统,循环使用；经湿式电除尘设备处理后的废气再进入喷碱洗涤塔,去除废气中的氯化氢、氯气等酸性气体；最后经过引风机和烟囱,排入大气。预洗塔、一体化净水设备和喷碱洗涤塔产生的废水分别经过废水预处理和MVR 后,最终实现废水的零排放。

图1 光纤预制棒沉积工艺尾气处理系统流程图

4 湿式电除尘设备（图2）

图2 新型湿电除尘设备和一体化净水设备

本新型湿式电除尘设备内部结构主要包括喷淋系统、电除尘系统、设备外框架等,电除尘系统又包括阳极模组、阴极棒、变压器,大梁和小梁及阴极线固定结构等。新型湿式电除尘设备从结构方面进行了大量创新设计,主要包括：

4.1 阳极模组

4.1.1 针对传统电除尘阳极模组单元使用的不锈钢材质不耐腐蚀,或钛材较昂贵的问题,本项目阳极模组单元采用导电玻璃钢,即在普通玻璃钢中掺入碳粉层。导电玻璃钢具有良好的导电性、耐腐蚀性、重量轻、强度高,是完美的阳极板材质。降低了设备成本,提高了除尘效率。

4.1.2 改进的阳极模组结构,增加导流板,使得气体进入时更均匀的分布到阳极模组内。

4.1.3 改进的阳极模组清灰结构,利用压缩空气喷吹,可使得壁板上淤积的灰尘快速脱落,避免影响电场。

4.2 阴极装置

阴极装置包括阴极线、上下悬挂装置和绝缘盒,阴极线设置在每个阳极孔的中心,阴极线固定在上下框架上,框架由绝缘盒支撑,绝缘盒内的吊杆由石英管支撑,阴极装置始终保持干燥,并通过流入绝缘盒的热空气与阳极和塔体绝缘。采用TA1 材质的阴极棒作为阴极材料,阴极棒上带有芒刺,利于增大电场范围,避免留有死角,并调整芒针在阳极模组内的方向及位置,避免短路。

4.3 喷淋系统

4.3.1 针对二氧化硅粉末易在阳极板表面聚集,淤积在阳极板表面极难冲洗干净的问题,本设备所设计的连续式喷淋系统,使分离出的二氧化硅粉末不断被冲走,不在阳极板表面停留,改善了电场,使放电更加均匀,提高了除尘效率。

4.3.2 在阳极模组上方和下方分别布置喷淋装置,上方的喷淋装置可清除在阳极模组壁板上吸附的粉尘淤积,下方的喷淋装置可清除粉尘在下排架上的淤积,避免影响放电效果和腐蚀阴极线的固定螺栓。

5 一体化净水设备

由于湿式电除尘器用水量大,需要将循环水快速处理后使用,未处理的循环水,极易堵塞螺旋式喷嘴,造成喷淋系统不能正常工作。为此本系统增加了如图3 所示的一体化浊水净化设备,使冲洗掉的大部分二氧化硅粉末快速从循环液中分离,保证循环液内颗粒杂质含量极少,使喷嘴不易堵塞,保证喷淋液呈雾状,保证喷淋效率,关键技术主要包括：

图3 一体化净水设备

5.1 固液分离装置

常见的固液分离技术包括浓密机浓缩技术、CN 过滤技术与自动反洗表面过滤技术。CN 过滤技术是通过斜板絮凝沉淀、高分子粒子吸附过滤原理吸附悬浮物质的一种过滤技术。本设备对固液分离装置进行了创新性改造,利用CN 过滤器,能够达到95%以上的悬浮物脱除效率。该装置包含了净化单元及污泥处理单元等,可在处理过程中加入药剂使得循环水内部粉尘快速沉淀,同时自动调节pH 值,使其具有一定的碱性,用来中和尾气中带来的酸性成分,有效去除废气中的氯化氢和氯气,从而实现浊水循环利用,并且防止排放超标,造成环境污染。

5.2 污泥处理结构

经过固液分离处理之后,固体部分会积累得到大量污泥。然而这些污泥含有大量高毒性杂质,须对其进行及时有效的处理,如参入中和试剂或者化学焚烧。本设备对污泥处理结构也进行了多处创新性设计,底部呈漏斗形,使污泥向下自动堆积,多级处理设备间用平衡管道连接,可使不同污泥罐的污泥量达到平衡,清水快速回流；设计的结构可以避免湿电除尘器停机进行排污,实现连续工作。并循环利用处理过的水,减少废水排放量,节省运行费用；最终使废气废水排放达到符合国家标准,满足排放要求。

6 喷碱吸收塔

喷碱吸收塔的结构如图4 所示,设计为立式裙座支撑圆筒形容器,上半部分为半球形封头,下半部分为锥体封头。

图4 喷碱吸收塔

6.1 裙座设计

喷碱洗涤塔裙座为非受压元件。虽然裙座本身是不与介质有直接接触的,同时也不承受塔器内介质的内、外压载荷,但是裙座不同于一般容器的支座,它与塔体焊接实现一体化结构,且承受较大的塔体重力载荷和外载荷（如地震载荷、风载荷等）。因此在本设计中,考虑到其重要性,使用时对其用材质量进行了大幅度的提升。本文所涉及喷碱吸收塔裙座所用材质为高承重性与高耐腐蚀性的Q235-A·F 钢板。

6.2 封头结构设计

封头分为上封头与下封头结构。根据上封头的受力特点,本设备设计选用半球形上封头,在设计上根据均匀分布的二向应力,采用等强度的设计原则,即封头与筒体采用“球缺”连接的形式。由于工艺操作的特殊要求,与上封头不同,下封头仅可选用锥形封头。锥形封头分为无折边锥形封头和有折边锥形封头两种,无折边锥形封头一般多采用局部加强结构,可在锥形封头和筒体连接处附近焊加强圈,也可在封头和筒体连接处加大壁厚。考虑可制造性及经济性,本设计采用无折边锥壳。