摘要：光纤预制棒生产过程产生大量的污染物如二氧化硅粉尘和氯化氢高温气体。废气处理系统根据排放的污染物特点首先把高温废气降温，再经过湿式静电除尘除掉二氧化硅粉尘，最后经过碱洗塔氢氧化钠喷淋中和把氯化氢常温气体处理达标排放。其中湿式静电除尘的设计是整个废气处理系统中一个相当复杂的环节，湿式静电除尘的运行受多种因素影响，阳极管集尘面积、粉尘比电阻、气体分布、恒流高压直流电源、安装精度等都会直接影响湿式静电除尘效率。本文根据某光纤预制棒废气处理项目的运行情况进行相应的讨论。
关键词：光纤预制棒;湿式静电除尘;除尘效率
1 光纖预制棒生产与除尘相关信息
1.1 光纤预制棒生产工艺及废气特点
光纤行业外包层沉积母棒生产的火焰水解过程：通过氢氧焰中携带的气态卤化物SiCl4产生“粉末”逐渐地一层一层沉积而获得初沉二氧化硅母棒。在制棒过程中会产生大量的二氧化硅粉尘、HCl气体、高温气体。这些二氧化硅粉尘、HCl气体必须经过处理达到国家排放标准后才能排放，不同粒径的粉尘离子具体分布如表1所示。
光纤预制棒排放废气特性：
●废气温度高，废气处理系统进口达到180℃左右;
●粉尘粒径小，0.1～1μm粒径占总粉尘量的80%左右;
●气体呈酸性。
1.2 湿式静电除尘系统的优点
（1）风压适中、系统运行稳定;
（2）能够捕捉0.1μm左右的粒径;
（3）系统负荷波动对废气处理效率、管损影响小;
（4）利用水处理被收集的粉尘，其不受高比电阻粉尘的影响;
（5）风量、风压可调、系统弹性大。
2 方案设计
2.1 废气处理流程、工艺说明
处理流程：废气—急冷塔—湿式静电除尘—碱洗塔—引风机—烟囱排放。
工艺说明：各台光纤预制棒高温含尘酸性废气通过各自的废气管道引入主废气管道，主废气管道中的废气先进入急冷塔做降温处理，使废气温度降至80℃以下。
降温后的废气再进入湿式电除尘器做除尘处理，除去粉尘的废气再进入碱洗塔吸收氯化氢气体满足气体达标排放的要求。达标排放的气体经引风机送到烟囱内向大气排放。
2.2 废气处理设备描述
2.2.1 急冷塔
考虑到废气既有高温又含有酸性气体，急冷塔需要选用耐高温玻璃钢材质。俗称碳纤维增强塑料（CFRP）。 氯化氢酸性高温气体进入会被循环冷却水喷淋急速冷却至饱和温度。在急冷塔中，部分HCL被洗涤下来，并且稀盐酸中的水分被蒸发。经过急冷塔后，废气被水汽饱和，温度下降到40～60℃，气体体积变小。
2.2.2 湿式静电除尘
湿式电除尘器是处理二氧化硅粉尘的核心重要设备，它利用直流高压使含尘气体电离，带负高压的电极丝产生电晕放电，从而使粉尘荷电，并在强电场力的作用下，将荷电粉尘推向带高压正电的收尘极板和带高压负电的阴极棒上。
湿式静电除尘能够去除亚微米的颗粒，湿式静电除尘主要靠颗粒荷电、迁移、捕捉、喷淋冲洗收集。
影响湿式静电除尘的效率有如下几点：
2.2.2.1阳极管集尘面积
集尘面积的大小决定了除尘效率，一般会按照多伊奇公式计算，
式中，S为比集尘面积，m2/（m3·s）;η为设计要求除尘效率;ω为驱进速度，m/s;SA为收尘极计算集尘面积，m2;qts为工况处理风量，m3/s。
计算的阳极管集尘面积及阳极管的结构形状再反算进气速度，根据光纤行业一般控制在0.4～0.7 m/s之间即可得出收尘面积，驱进速度参考值如表2所示。同时在安装阳极管上要保证安装精度，这样才能减少内部电厂的波动以及吸附在阳极管内壁的粉尘清理。极管需要采用阻燃乙烯基树脂导电玻璃钢制作，单根阳极管内表面任意两点间电阻≤100Ω，集尘管内外表面间、任意两点间电阻≤100Ω。阳极管组装后整体导电检测阻值≤50Ω，集尘管垂直度偏差为1/1000。
2.2.2.2粉尘比电阻大
光纤预制棒生产的二氧化硅粉尘粒径比电阻大，但亲水性比较好，所以湿式静电除尘内部采用连续雾化喷淋方式，主要作用是提高粉尘的流动性，降低粉尘的比电阻，提高除尘效率。比电阻和静电除尘器效率的关系见图1所示。
2.2.2.3气体分布
气体经过管道进入湿式静电除尘内，为了减少涡流，保证气流均匀，需要在进气端安装导流板和气体分布板，这样能够保证每个阳极管气体均匀，不然会出现有的阳极管内风速两极分化大，造成静电除尘效率低。气体分布与除尘效率关系如图2所示。
分布板一般选用圆孔，孔径30～50mm，开口率为45%左右，这样的结构主要是开孔大且阻力小，不会被阳极管冲洗下来的二氧化硅粉尘堵塞。在气体分布板上端安装一层间歇式喷淋装置，可以经常冲洗气体分布板。确定内部气体分布板的层数按照Sk/S0取近似值：当Sk/S0≤6时，选1层;当6≤Sk/S0≤20时，选2层。其中Sk为静电除尘气体进口管大端截面积，S0为静电除尘气体进口管小端截面积。
2.2.2.4恒流高压直流电源
与湿式电除尘器配套的高压电源为恒流高压直流电源，简称“恒流源”，即电源输出电流恒定，与负载的大小无关。其优点一是适应工况能力强，运行稳定，能长期保持高沉积效率;二是该电源输出波形无畸变，能提高除尘器的运行电压、电流水平，提高除尘器的工作效率;三是能承受瞬态、稳态的短路情况，在电场完全短路时，输出电流能恒定在额定最大电流值，保护电源和收尘极板不致引起火灾。当电场在软性短路情况下，输出电流也能恒定在额定最大电流值，可维持电场的有效收尘率。
在高压控制柜内装有高压输出异常的判断和报警PLC程序模块，如有高压短路故障会发出报警信号，提示值班人员检查及处理。如报警信号发出一段时间后仍不检查或切换，则自动切断高压电源，防止电除尘器因极丝与收尘极短路而引起火灾事故。
电场运行电压根据阳极管的结构形式一般保持在35～65kV之间。
2.2.2.5热风吹扫风机
使用电加热热风吹扫风机把室外温度加热到100℃左右输送到电厂内部高压悬吊瓷瓶表面，保证高压瓷瓶表面的干燥性，防止由于内部潮湿的气体造成高压瓷瓶出现爬电现象影响电场波动。
2.2.3 碱洗塔
碱洗塔内部的喷淋液体为NaOH碱性溶液，是吸收、中和氯化氢污染物的主要设备。填料碱洗塔使用了高效特殊花环填料，氯化氢与喷淋的NaOH碱性液体在碱洗塔中剧烈接触，氯化氢被吸收进入喷淋液中。这种处理方式能够除去99%的氯化氢气体，尾气达到允许的排放标准。
2.2.4 引风机
考虑到腐蚀性气体，所以引风机的机壳、叶轮均需要采用耐腐蚀FRP材质。电机采用变频电机，考虑到维护和故障的不确定性，建议引风机一用一备配置。
3 结论
经过上述工艺流程处理检测后结果来看废气排放值小于20mg/m3，能够达到排放指标要求，并且运行平稳，方便操作，同时能够经过PLC实现自动化，无需人员专门巡检，为公司节省劳动资源。根据项目的运行情况，为相关专业同仁提供数据参考，供大家相互学习并讨论。
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