光棒生產線微硅粉干法回收除塵技術研發與應用

湯建珍

（ 科林環保技術有限責任公司，江蘇 蘇州215200）

2017 年完成了光棒生產線微硅粉干法回收技術研發和應用的新產品技術鑒定和首臺套認定，不僅為微硅粉成品收粉技術的推廣使用奠定了堅實的基礎，同時也為國內外光棒綠色制造開創了成功的先例。回想研發過程中的多方案比選中試改進等研發過程，列舉出所遇到的難題，針對這些難題,進行多層次研究。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，實現了量產。現將整個研發、中試、改進、再調試、再改進的過程進行總結歸納，希望能為以后的新技術開發項目提供新的研究思路。

1 背景技術

隨著“一帶一路”、“互聯網＋”等國家戰略的不斷推出，家用智能、遠程教育、遠程辦公、遠程醫療等新興項目逐漸進入了人們的日常生活，尤突出了國家信息化建設的重要性及急迫性。光纜作為5G 網絡信息傳輸的關鍵載體受到市場高度關注，光棒是光纜生產最基本的原材料，國內約有200 多家光纜生產廠家。傳統光棒制造技術以高腐蝕性化學品SiCI4為原料，生產過程中產生HCL 以及含氯廢水等污染物[1,2]。一根粗大的光纖預制棒通過“拉絲”工藝，會被拉成成千上萬根細絲，這就是光纖核心，在其外層包裹上多層材料后，經過相關工藝制造，就成了我們生活中隨處可見的光纖網線。

隨著全球光纖需求量的逐年增加，傳統制造工藝的環保問題更加突出。行業龍頭企業亨通光電研發出了以無氯有機硅D4（八甲基四硅氧烷）替代SiCI4為原料的新一代光棒制造技術，實現了“無氯化”的綠色制造新模式[2]。科林以此開發了微硅粉干法回收裝置，既避免了傳統電除塵或濕法除塵所帶來的大量水電消耗和污水產生[3,4]，同時又能將高純Si02粉塵進行高效回收利用[5]，符合綠色經濟的發展。

圖1 光纖預制棒生產線中的微硅粉干法收塵系統工藝圖

針對新一代光纖預制棒綠色生產工藝的需求，公司立項開發全新干法穩壓型袋式除塵技術。該技術工藝流程短、回收物料效率高，達到顆粒物超低排放要求，且不產生廢水等二次污染，實現生產物料的清潔回收，滿足綠色經濟需求。

2 課題提出及策劃

在生產光纖預制棒時所采用的新工藝、新技術、新裝備中，沉積裝置是其中的關鍵設備。生產工藝過程中，沉積裝置生產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始終維持在恒壓的狀態。也即要生產出高品質的光纖預制棒，沉積裝置生產運行過程中需要的各種工藝參數條件必需要滿足，所以需研發出與之匹配的能達到上述工藝參數條件的新技術、新工藝、新功能的干法回收裝置，該環保裝置一方面要保證高品質光纖預制棒的生成，除去光纖預制棒在生產過程中產生的多余的SiO2粉塵，并滿足嚴格的環保排放要求，同時回收高純SiO2粉塵。

2.1 技術難點

2.1.1 SiO2粉塵收集方式的確定；

2.1.2 光棒生產線中每個沉積箱內要有足夠的風壓，且要恒定，壓力波動范圍±20Pa；

2.1.3 光棒生產線中每個沉積箱內要有足夠的風量；

2.1.4 除塵風量和運行壓力控制精度要求高；

2.1.5 超輕、超細粉體要高效回收；

2.1.6 濾料清灰及阻力控制要均衡；

2.2 初步設計

帶著以上的問題，開展了研發課題項目的策劃和多方案的比選，進行了初步設計與研發，具體工作內容如下：

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粉塵的物理性質及化學性質，為無色透明晶體或白色粉末，熔點高、硬度大、難溶于水，不與一般的酸起反應；堆比重比較輕～0.22t/m3, 顆粒粒徑比較細最細的達2.75um。根據以上二氧化硅粉塵的性質及特點，否定了傳統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，將2～3 個沉積裝置作為一個系統進行中試

先確定保證每個沉積裝置正常生產需要的風量，依據規范確定系統主引風機的風量，同時考慮在每個除塵點上設置一個風量調節閥，調試運行時以調節各個除塵點上的風壓及風量；

2.2.3 系統阻力平衡計算，確定系統主引風機的風壓及系統風管直徑；

2.2.4 為保證各個沉積裝置運行時恒壓，所以在中試除塵系統的各個除塵點的支管上設置壓力測定傳感器；

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量不多，干法袋式收塵器的風量不大，所以采用了在線清灰方式的袋式除塵器。除塵器過濾風速按常規進行設計。

3 中試、問題分析及改進

3.1 發現問題

根據研發課題的初步方案，進行設計、制造、施工安裝，檢驗合格后，進行調試運行，調試過程出現以下問題：

3.1.1 除塵器脈沖瞬時清灰時，嚴重影響沉積裝置生產光纖預制棒時的風壓環境，影響光纖預制棒的成品率及品質；

3.1.2 除塵器運行阻力居高不下；

3.1.3 由于粉塵太輕太細的特性,出現了不易清灰的問題。

3.2 解決問題

根據以上運行情況的問題分析，對除塵器進行了以下改進措施：

3.2.1 在原在線清灰除塵器內部增設箱體隔板，將除塵器進行分室隔離改造；

3.2.2 在每個室的進、出口分別增設了離線閥；

上述改造結束后，再次對新裝置進行重新調試運行，解決了一些問題，但還是有部份問題沒解決，詳細如下：

阻斷了除塵器脈沖清灰時，對沉積裝置生產光纖預制棒時風壓的影響。

調試時，按常規離線方式進行脈沖噴吹，即脈沖閥脈沖清灰時，只關閉出口離線閥，但除塵器運行時，還是會影響沉積裝置生產光纖預制棒時的風壓環境，除塵器只有在進出口閥門同時關閉的狀態下進行脈沖清灰，系統才不會影響沉積裝置生產光纖預制棒時的風壓環境。

3.3 問題的分析與完善

除塵器無論是在在線狀態下運行，還是在全離線狀態下運行，除塵器的運行阻力都高居不下。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,采用在線清灰方式，會出現二次再吸附的現象，所以會導致除塵器阻力居高不下；

3.3.2 當除塵器采用全離線狀態的話，則對只有2 個室或3個室的小風量除塵器來說，對應過濾面積相當于減少50%或33%，相當于過濾風速提高1 倍或0.5 倍，從實際調試運行結果來看，對于堆比重較輕、顆粒較細的SiO2粉塵來講，不適合采用高過濾風速。

4 首臺套技術特點及運行狀況

綜合上述除塵器運行、調試、改進、再運行的結果分析后，結合以往對此類輕而細的特殊粉塵經驗，同時再次對該套干式除塵器系統進行工藝布置、參數、工藝運行方式進行了調整，并成功運用在首臺套除塵器收塵裝置上，現將該技術特點總結如下。光纖預制棒生產線中的微硅粉干法收塵系統工藝技術見圖1。

4.1 技術特點

4.1.1 根據沉積裝置的數量確定風量；

4.1.2 系統設計特點：主引風機電機采用變頻電機，以滿足用戶要求的任意數量設備(n＞2 臺，每條總支管路上至少有1臺）運行的條件下，系統各總支管上壓力始終在一個恒定值，各除塵點設置手動風量調節閥，各總支管上設置壓力測定傳感器，與主引風機連鎖自動控制；

4.1.3 除塵器總體結構特點：采用模塊化分室的形式設計，除塵器每室進出口均設置離線閥，除塵器運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：除塵器采用特制的覆膜濾料、清灰壓力、清灰氣量、清灰頻率的協同精準控制技術，“跳躍+間斷”的清灰時序控制技術；

4.1.5 除塵器局部結構的特點：根據粉塵的性質，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℃設計；錐斗外壁設電加熱并保溫，設置熱電阻進行連鎖控制；為防結露，對清灰氣源進行加熱；

4.1.6 除塵器規格確定的特殊點：除塵器按約為常規0.5 倍的過濾風速確定除塵器運行時需要的過濾面積，在此基礎上，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格大小；

4.1.7 除塵系統的智能連鎖控制：為確保系統能正常運行，主引風機采用1 用1 備的自動切換模式，整個系統采用PLC 智能連鎖控制。

4.2 運行狀況

圖2 首臺套干法收塵系統的除塵器現場照片

本微硅粉干法收塵系統按上述技術特點進行設計、制造，安裝施工、調試運行后，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（標準排放濃度≤10mg/Nm3），系統風管風壓始終控制在一個恒定值（允許偏差±20Pa）,除塵器運行阻力在1000Pa 左右，整套微硅粉干法收塵系統，完全滿足了光纖預制棒沉積裝置進行高品質光纖預制棒生產的工藝參數，同時崗位粉塵濃度也達到了標準要求，該套除塵器收塵裝置將有害的SiO2粉塵收集后，高純的SiO2還可進行資源化利用，起到了節能減排和循環利用的環保經濟運作。附光棒生產線微硅粉干法回收裝置案例數據表1。

表1 光棒生產線微硅粉干法回收裝置案例數據

5 結論

2016 年首臺套光棒生產線微硅粉干法回收裝置成功研發，2017 年通過了江蘇省新產品鑒定（蘇經信鑒字[2017]230 號）和首臺套認定，2017 和2018 年分別銷售了4 套和5 套該類穩壓型干法回收裝置新產品，光棒產能達到～1700 噸/年。光棒生產線微硅粉干法回收裝置證明了該產品收塵效率高、運行阻力平穩、很好地滿足了煙氣溫度及生產裝置風壓波動的精度控制要求。實現了資源再循環利用，綠色發展理念以及很高的投資回報價值。同時該裝置技術還能有效應用于其它行業的細粉塵回收和循環利用，良好的清灰壓差控制能延長濾料的使用周期，所以該產品具有良好的經濟效益、社會效益與市場前景。預計年新增工業產值6000 萬元，創收利稅1400 萬元，經濟和社會效益顯著。