光棒生产线微硅粉干法回收除尘技术研发与应用

汤建珍

（ 科林环保技术有限责任公司，江苏 苏州215200）

2017 年完成了光棒生产线微硅粉干法回收技术研发和应用的新产品技术鉴定和首台套认定，不仅为微硅粉成品收粉技术的推广使用奠定了坚实的基础，同时也为国内外光棒绿色制造开创了成功的先例。回想研发过程中的多方案比选中试改进等研发过程，列举出所遇到的难题，针对这些难题,进行多层次研究。问题不断得到解决和完善，难题逐个被攻克，取得了今天的成效，实现了量产。现将整个研发、中试、改进、再调试、再改进的过程进行总结归纳，希望能为以后的新技术开发项目提供新的研究思路。

1 背景技术

随着“一带一路”、“互联网＋”等国家战略的不断推出，家用智能、远程教育、远程办公、远程医疗等新兴项目逐渐进入了人们的日常生活，尤突出了国家信息化建设的重要性及急迫性。光缆作为5G 网络信息传输的关键载体受到市场高度关注，光棒是光缆生产最基本的原材料，国内约有200 多家光缆生产厂家。传统光棒制造技术以高腐蚀性化学品SiCI4为原料，生产过程中产生HCL 以及含氯废水等污染物[1,2]。一根粗大的光纤预制棒通过“拉丝”工艺，会被拉成成千上万根细丝，这就是光纤核心，在其外层包裹上多层材料后，经过相关工艺制造，就成了我们生活中随处可见的光纤网线。

随着全球光纤需求量的逐年增加，传统制造工艺的环保问题更加突出。行业龙头企业亨通光电研发出了以无氯有机硅D4（八甲基四硅氧烷）替代SiCI4为原料的新一代光棒制造技术，实现了“无氯化”的绿色制造新模式[2]。科林以此开发了微硅粉干法回收装置，既避免了传统电除尘或湿法除尘所带来的大量水电消耗和污水产生[3,4]，同时又能将高纯Si02粉尘进行高效回收利用[5]，符合绿色经济的发展。

图1 光纤预制棒生产线中的微硅粉干法收尘系统工艺图

针对新一代光纤预制棒绿色生产工艺的需求，公司立项开发全新干法稳压型袋式除尘技术。该技术工艺流程短、回收物料效率高，达到颗粒物超低排放要求，且不产生废水等二次污染，实现生产物料的清洁回收，满足绿色经济需求。

2 课题提出及策划

在生产光纤预制棒时所采用的新工艺、新技术、新装备中，沉积装置是其中的关键设备。生产工艺过程中，沉积装置生产过程中生成的微硅粉需不断的匀速堆积到芯棒表面，同时保证未堆积到棒表面的微硅粉能及时被抽吸走，而此过程中沉积箱内始终维持在恒压的状态。也即要生产出高品质的光纤预制棒，沉积装置生产运行过程中需要的各种工艺参数条件必需要满足，所以需研发出与之匹配的能达到上述工艺参数条件的新技术、新工艺、新功能的干法回收装置，该环保装置一方面要保证高品质光纤预制棒的生成，除去光纤预制棒在生产过程中产生的多余的SiO2粉尘，并满足严格的环保排放要求，同时回收高纯SiO2粉尘。

2.1 技术难点

2.1.1 SiO2粉尘收集方式的确定；

2.1.2 光棒生产线中每个沉积箱内要有足够的风压，且要恒定，压力波动范围±20Pa；

2.1.3 光棒生产线中每个沉积箱内要有足够的风量；

2.1.4 除尘风量和运行压力控制精度要求高；

2.1.5 超轻、超细粉体要高效回收；

2.1.6 滤料清灰及阻力控制要均衡；

2.2 初步设计

带着以上的问题，开展了研发课题项目的策划和多方案的比选，进行了初步设计与研发，具体工作内容如下：

2.2.1 确定了SiO2粉尘收集方式为干法袋式收尘的方式

查资料了解SiO2粉尘的物理性质及化学性质，为无色透明晶体或白色粉末，熔点高、硬度大、难溶于水，不与一般的酸起反应；堆比重比较轻～0.22t/m3, 颗粒粒径比较细最细的达2.75um。根据以上二氧化硅粉尘的性质及特点，否定了传统湿法收集微硅粉的方式，确定了采用干法袋式收尘器的方式进行收集SiO2粉尘，流程更短，处理方式更简单,效率更高。

2.2.2 把每个沉积装置作为一个除尘点，将2～3 个沉积装置作为一个系统进行中试

先确定保证每个沉积装置正常生产需要的风量，依据规范确定系统主引风机的风量，同时考虑在每个除尘点上设置一个风量调节阀，调试运行时以调节各个除尘点上的风压及风量；

2.2.3 系统阻力平衡计算，确定系统主引风机的风压及系统风管直径；

2.2.4 为保证各个沉积装置运行时恒压，所以在中试除尘系统的各个除尘点的支管上设置压力测定传感器；

2.2.5 干法袋式收尘器形式的确定，由于中试时沉积装置数量不多，干法袋式收尘器的风量不大，所以采用了在线清灰方式的袋式除尘器。除尘器过滤风速按常规进行设计。

3 中试、问题分析及改进

3.1 发现问题

根据研发课题的初步方案，进行设计、制造、施工安装，检验合格后，进行调试运行，调试过程出现以下问题：

3.1.1 除尘器脉冲瞬时清灰时，严重影响沉积装置生产光纤预制棒时的风压环境，影响光纤预制棒的成品率及品质；

3.1.2 除尘器运行阻力居高不下；

3.1.3 由于粉尘太轻太细的特性,出现了不易清灰的问题。

3.2 解决问题

根据以上运行情况的问题分析，对除尘器进行了以下改进措施：

3.2.1 在原在线清灰除尘器内部增设箱体隔板，将除尘器进行分室隔离改造；

3.2.2 在每个室的进、出口分别增设了离线阀；

上述改造结束后，再次对新装置进行重新调试运行，解决了一些问题，但还是有部份问题没解决，详细如下：

阻断了除尘器脉冲清灰时，对沉积装置生产光纤预制棒时风压的影响。

调试时，按常规离线方式进行脉冲喷吹，即脉冲阀脉冲清灰时，只关闭出口离线阀，但除尘器运行时，还是会影响沉积装置生产光纤预制棒时的风压环境，除尘器只有在进出口阀门同时关闭的状态下进行脉冲清灰，系统才不会影响沉积装置生产光纤预制棒时的风压环境。

3.3 问题的分析与完善

除尘器无论是在在线状态下运行，还是在全离线状态下运行，除尘器的运行阻力都高居不下。问题分析：

3.3.1 SiO2粉尘堆比重比较轻～0.22t/m3, 颗粒粒径较细,采用在线清灰方式，会出现二次再吸附的现象，所以会导致除尘器阻力居高不下；

3.3.2 当除尘器采用全离线状态的话，则对只有2 个室或3个室的小风量除尘器来说，对应过滤面积相当于减少50%或33%，相当于过滤风速提高1 倍或0.5 倍，从实际调试运行结果来看，对于堆比重较轻、颗粒较细的SiO2粉尘来讲，不适合采用高过滤风速。

4 首台套技术特点及运行状况

综合上述除尘器运行、调试、改进、再运行的结果分析后，结合以往对此类轻而细的特殊粉尘经验，同时再次对该套干式除尘器系统进行工艺布置、参数、工艺运行方式进行了调整，并成功运用在首台套除尘器收尘装置上，现将该技术特点总结如下。光纤预制棒生产线中的微硅粉干法收尘系统工艺技术见图1。

4.1 技术特点

4.1.1 根据沉积装置的数量确定风量；

4.1.2 系统设计特点：主引风机电机采用变频电机，以满足用户要求的任意数量设备(n＞2 台，每条总支管路上至少有1台）运行的条件下，系统各总支管上压力始终在一个恒定值，各除尘点设置手动风量调节阀，各总支管上设置压力测定传感器，与主引风机连锁自动控制；

4.1.3 除尘器总体结构特点：采用模块化分室的形式设计，除尘器每室进出口均设置离线阀，除尘器运行时采用全离线清灰方式；

4.1.4 除尘器滤料及清灰方式特点：除尘器采用特制的覆膜滤料、清灰压力、清灰气量、清灰频率的协同精准控制技术，“跳跃+间断”的清灰时序控制技术；

4.1.5 除尘器局部结构的特点：根据粉尘的性质，从贮灰、卸灰、清灰气源上来保障粉尘的顺利出料。具体措施如下：除尘器锥斗角度大于70℃设计；锥斗外壁设电加热并保温，设置热电阻进行连锁控制；为防结露，对清灰气源进行加热；

4.1.6 除尘器规格确定的特殊点：除尘器按约为常规0.5 倍的过滤风速确定除尘器运行时需要的过滤面积，在此基础上，再增加用于全离线的一个室的过滤面积，来最终确定整个除尘器的最终规格大小；

4.1.7 除尘系统的智能连锁控制：为确保系统能正常运行，主引风机采用1 用1 备的自动切换模式，整个系统采用PLC 智能连锁控制。

4.2 运行状况

图2 首台套干法收尘系统的除尘器现场照片

本微硅粉干法收尘系统按上述技术特点进行设计、制造，安装施工、调试运行后，效果非常理想，详见图2。该除尘器收尘效率为99.9%, 颗粒物排放浓度3～7mg/Nm3（标准排放浓度≤10mg/Nm3），系统风管风压始终控制在一个恒定值（允许偏差±20Pa）,除尘器运行阻力在1000Pa 左右，整套微硅粉干法收尘系统，完全满足了光纤预制棒沉积装置进行高品质光纤预制棒生产的工艺参数，同时岗位粉尘浓度也达到了标准要求，该套除尘器收尘装置将有害的SiO2粉尘收集后，高纯的SiO2还可进行资源化利用，起到了节能减排和循环利用的环保经济运作。附光棒生产线微硅粉干法回收装置案例数据表1。

表1 光棒生产线微硅粉干法回收装置案例数据

5 结论

2016 年首台套光棒生产线微硅粉干法回收装置成功研发，2017 年通过了江苏省新产品鉴定（苏经信鉴字[2017]230 号）和首台套认定，2017 和2018 年分别销售了4 套和5 套该类稳压型干法回收装置新产品，光棒产能达到～1700 吨/年。光棒生产线微硅粉干法回收装置证明了该产品收尘效率高、运行阻力平稳、很好地满足了烟气温度及生产装置风压波动的精度控制要求。实现了资源再循环利用，绿色发展理念以及很高的投资回报价值。同时该装置技术还能有效应用于其它行业的细粉尘回收和循环利用，良好的清灰压差控制能延长滤料的使用周期，所以该产品具有良好的经济效益、社会效益与市场前景。预计年新增工业产值6000 万元，创收利税1400 万元，经济和社会效益显著。