我國袋式除塵設(shè)計(jì)水平的全面進(jìn)步

(中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)袋式除塵委員會(huì)，北京 100037)

我國袋式除塵設(shè)計(jì)水平的全面進(jìn)步

(中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)袋式除塵委員會(huì)，北京 100037)

介紹了我國袋式除塵設(shè)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、除塵器技術(shù)性能、設(shè)備大型化、產(chǎn)品系列化和新型結(jié)構(gòu)等方面的進(jìn)展情況；簡述了計(jì)算機(jī)三維技術(shù)在袋式除塵設(shè)備設(shè)計(jì)和流體模擬試驗(yàn)上的應(yīng)用；強(qiáng)調(diào)了袋式除塵設(shè)計(jì)在煙氣多污染物協(xié)同凈化工藝中的重要作用；我國袋式除塵設(shè)計(jì)總體上已步入國際先進(jìn)水平。

袋式除塵設(shè)計(jì)；技術(shù)規(guī)范；大型化；計(jì)算機(jī)三維技術(shù)

1 概述

近10年來，隨著我國電力、鋼鐵、水泥、垃圾焚燒、煤化工等行業(yè)的突飛猛進(jìn)，袋式除塵技術(shù)、裝備水平和產(chǎn)業(yè)也得到跨越式發(fā)展，袋式除塵器設(shè)計(jì)水平顯著提升，性能已達(dá)到或超過國外同類產(chǎn)品的水平。袋式除塵單機(jī)最大設(shè)計(jì)處理風(fēng)量已由原來的100萬m3/h提高到250萬m3/h，出口含塵濃度由50mg/m3降低到10mg/m3，甚至10mg/m3以下，設(shè)備阻力由1200～1800Pa降低到800～1200Pa，漏風(fēng)率控制在＜2%，單位處理風(fēng)量鋼耗量由4.5t/m3下降到3.6t/m3，設(shè)計(jì)周期由平均60天縮短到30天。目前，袋式除塵器已形成系列產(chǎn)品，其應(yīng)用已覆蓋各工業(yè)領(lǐng)域，成為我國大氣污染控制特別是PM2.5排放控制的主流設(shè)備。

2 制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工程技術(shù)規(guī)范

近年來，我國陸續(xù)頒布了袋式除塵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)工程技術(shù)規(guī)范，為袋式除塵工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)和輔助設(shè)計(jì)提供了技術(shù)指導(dǎo)。

2012年頒布的《袋式除塵工程通用技術(shù)規(guī)范》（HJ2020-2012），規(guī)定了袋式除塵工程設(shè)計(jì)、施工與安裝、調(diào)試與驗(yàn)收、運(yùn)行與維護(hù)的通用技術(shù)要求，適用于各種規(guī)模的袋式除塵工程。規(guī)范主要內(nèi)容包括：污染物與污染負(fù)荷、總體要求、工藝設(shè)計(jì)、袋式除塵器設(shè)計(jì)、檢測與過程控制、主要輔助工程、勞動(dòng)安全與職業(yè)衛(wèi)生、施工與驗(yàn)收、運(yùn)行與維護(hù)和附錄等。該《規(guī)范》是在收集和引用國家現(xiàn)行的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等75項(xiàng)，在國家環(huán)保、節(jié)能、職業(yè)安全衛(wèi)生和消防等政策法規(guī)的許可范圍內(nèi)，吸納了國外先進(jìn)技術(shù)，汲取了國內(nèi)近30年來工程成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)，在廣泛征求專家意見的基礎(chǔ)上形成的。該《規(guī)范》為袋式除塵工程設(shè)計(jì)提供了技術(shù)要求和指導(dǎo)。

2010年7月22日頒布的《燃煤電廠鍋爐煙氣袋式除塵工程技術(shù)規(guī)范》（DL/1121-2009），是電力行業(yè)的第一個(gè)袋式除塵工程規(guī)范。其規(guī)定了燃煤電廠鍋爐煙氣袋式除塵工程設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)技術(shù)要求，為電力行業(yè)袋式除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型提供了技術(shù)指導(dǎo)。

鋼鐵行業(yè)主流除塵設(shè)備是袋式除塵器，應(yīng)用比例90%～95%不等。2008年頒布的《鋼鐵工業(yè)除塵工程技術(shù)規(guī)范》（HJ435-2008），提出了鋼鐵工業(yè)主要生產(chǎn)工藝中煙塵治理原則和措施，規(guī)定了除塵工程設(shè)計(jì)等技術(shù)要求。

新建水泥廠配套除塵設(shè)備絕大多數(shù)采用袋式除塵器，老水泥廠袋式除塵器應(yīng)用比例約75%，并正在積極推進(jìn)“電改袋”工作。2008年頒布的《水泥工業(yè)除塵工程技術(shù)規(guī)范》（HJ434-2008），提出了水泥工業(yè)主要生產(chǎn)工藝中煙塵治理原則和措施，規(guī)定了除塵工程設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

垃圾焚燒行業(yè)煙氣凈化必須采用袋式除塵器。2012年頒布的《垃圾焚燒袋式除塵工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2012-2012），首次規(guī)定了垃圾焚燒這一新興行業(yè)的煙氣袋式除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)與選型、自動(dòng)控制與檢測、輔助設(shè)計(jì)等技術(shù)要求，及時(shí)地為工程設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。

此外，國家還制定和修編了一系列袋式除塵器產(chǎn)品規(guī)范，包括主機(jī)、濾料及濾袋、濾袋框架、脈沖閥、分氣包、控制儀等等，為袋式除塵器的設(shè)計(jì)和選型提供了依據(jù)。

3 袋式除塵器的優(yōu)良性能是高水平工程設(shè)計(jì)的保障

袋式除塵器的優(yōu)良性能保障了我國袋式除塵工程設(shè)計(jì)達(dá)到高水平。袋式除塵器的技術(shù)性能包括：處理風(fēng)量、顆粒物排放濃度、除塵效率（含分級效率）、設(shè)備阻力、漏風(fēng)率。

我國袋式除塵單機(jī)最大設(shè)計(jì)處理風(fēng)量已達(dá)到250萬m3/h，單項(xiàng)工程最大處理風(fēng)量達(dá)到560萬m3/h，進(jìn)入國際先進(jìn)水平。

國內(nèi)袋式除塵器的粉塵排放濃度一般穩(wěn)定在30mg/Nm3以下。燃煤鍋爐煙氣袋式除塵系統(tǒng)粉塵排放濃度普遍低于20mg/Nm3；特殊地區(qū)和北京等大城市集中供熱袋式除塵排放濃度普遍低于10mg/Nm3；高爐煤氣、水煤氣和垃圾焚燒煙氣袋式除塵粉塵排放濃度可低于5mg/Nm3。我國袋式除塵完全可滿足世界上最嚴(yán)格粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

我國袋式除塵器凈化效率可達(dá)99.94%以上，PM10的捕集效率可達(dá)99.84%以上，PM2.5的捕集效率可達(dá)99.35%以上，該指標(biāo)已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平?？梢?，袋式除塵在控制顆粒物排放方面具有明顯的優(yōu)勢，也是控制PM2.5細(xì)顆粒物排放的有效措施。

近年來，我國致力于低阻、高效袋式除塵器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的研究，取得了可喜成果。開發(fā)了直通式袋式除塵器、氣流分布和表面超細(xì)纖維濾料等新技術(shù)，設(shè)備阻力由以往的1500～1800Pa降低到1200Pa甚至800Pa以下。目前，電廠和鋼鐵行業(yè)袋式除塵器阻力通?？煽刂圃?00～1200Pa范圍內(nèi)，水泥窯頭窯尾袋式除塵器阻力可控制在1000Pa以下，低于800Pa的也很常見。

由于袋式除塵器加工和安裝水平的提高，目前大型袋式除塵器的漏風(fēng)率一般在2%以下。

4 袋式除塵器大型化設(shè)計(jì)取得突破

為了適應(yīng)電力、鋼鐵、水泥等行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備容量的迅速擴(kuò)大，袋式除塵設(shè)備大型化是必然結(jié)果，單機(jī)的最大處理風(fēng)量提高到250萬m3/h，單項(xiàng)工程100MW鍋爐機(jī)組袋式除塵器（見圖1）最大處理風(fēng)量達(dá)到560萬m3/h。

圖1 100MW鍋爐機(jī)組袋式除塵器

設(shè)備大型化是袋式除塵設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)步最為顯著的標(biāo)志之一。大型化不是簡單的體積加大，涉及到大型袋式除塵器的結(jié)構(gòu)安全、應(yīng)力計(jì)算、氣流分布、模塊化設(shè)計(jì)、運(yùn)輸與安裝、清灰制度、運(yùn)行可靠性、濾料制造及濾袋縫制技術(shù)、事故防范措施等關(guān)鍵技術(shù)，我國在上述方面均已取得突破。主要工業(yè)行業(yè)的袋式除塵器大型化案例見下表。

主要工業(yè)行業(yè)的袋式除塵器大型化案例

5 袋式除塵器系列化及多樣性設(shè)計(jì)

我國袋式除塵器產(chǎn)品現(xiàn)已形成系列化，可滿足工業(yè)行業(yè)的不同需求?；痣娦袠I(yè)機(jī)組容量由100MW、200MW、600MW，到1000MW；水泥行業(yè)單條生產(chǎn)線由3000t/d、4000t/d、5000t/d、10,000t/d，到12,000t/d；鋼鐵行業(yè)單座高爐爐容由700m3、1000m3、2000m3，到4000～5300m3；國內(nèi)自主開發(fā)的具有國際領(lǐng)先水平的高爐煤氣袋式除塵器規(guī)格有DN4000mm、DN5200mm、DN6000mm及DN6500mm，單體過濾面積由原來的600m2左右增加到現(xiàn)在的1100～1650m2，以滿足2000～5800m3大型高爐煤氣凈化的需要，產(chǎn)品已走出國門。

袋式除塵器型式設(shè)計(jì)呈多樣化，以滿足不同爐窯煙氣凈化的需求。包括：長袋低壓脈沖袋式除塵器（如圖2）、直通均流袋式除塵器（如圖3）、低壓廻轉(zhuǎn)噴吹脈沖袋式除塵器（如圖4）、電袋除塵器（如圖5）、階梯式袋式除塵器（如圖6）、圓筒體煤氣脈沖袋式除塵器（如圖7）、外濾分室反吹袋式除塵器、濾筒除塵器等等。

圖2 長袋低壓脈沖袋式除塵器

圖3 直通均流袋式除塵器

圖4 低壓廻轉(zhuǎn)噴吹脈沖袋式除塵器

圖5 電袋除塵器

圖6 階梯式袋式除塵器

圖7 圓筒體煤氣脈沖袋式除塵器

6 應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)開展工程設(shè)計(jì)和流體試驗(yàn)

計(jì)算機(jī)三維技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用于袋式除塵器設(shè)備設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）零部件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

袋式除塵器要形成產(chǎn)品系列化，零部件標(biāo)準(zhǔn)化是設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。利用三維技術(shù)對各零部件進(jìn)行三維建模，在此基礎(chǔ)上對零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立標(biāo)準(zhǔn)件庫，如：緊固件庫、人孔門庫、節(jié)點(diǎn)大樣等。

（2）設(shè)備方案設(shè)計(jì)快捷化

三維設(shè)計(jì)技術(shù)具有直觀、準(zhǔn)確和快速的優(yōu)勢。在除塵器選型計(jì)算完成后，先進(jìn)行除塵器三維設(shè)計(jì)，再進(jìn)行模擬組裝布置設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)過程中會(huì)反映各部件之間的關(guān)系，還可以模擬安裝工程。方案確定后快速生成設(shè)備材料表。

（3）設(shè)備設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)高效準(zhǔn)確

三維造型、曲面設(shè)計(jì)、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)功能大幅度提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，三維設(shè)計(jì)軟件包含裝配模擬、檢驗(yàn)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造功能，可在裝配狀態(tài)下修改零配件設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)模擬制造、裝配、安裝、檢查設(shè)計(jì)缺陷等，高效準(zhǔn)確完成工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品研發(fā)。

（4）計(jì)算機(jī)流體試驗(yàn)

采用CFD方法，運(yùn)用Fluient軟件開展除塵器內(nèi)部氣流速度場、溫度場、顆粒物濃度場模擬試驗(yàn)（如圖8），分析流動(dòng)狀態(tài)，找出流動(dòng)規(guī)律，提出大型袋式除塵器氣流合理分布，保障濾袋使用壽命，促進(jìn)粉塵沉降，降低設(shè)備阻力，為除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)和指導(dǎo)；利用CFD數(shù)模技術(shù)，研究噴吹管內(nèi)氣流流態(tài)和分布情況，用于噴吹裝置設(shè)計(jì)；模擬濾袋壓力分布和壓力變化，指導(dǎo)濾袋長度和長徑比的確定。

圖8 袋式除塵器氣流分布計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)

7 袋式除塵設(shè)計(jì)是煙氣多污染物協(xié)同控制工藝設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)

袋式除塵器在有效去除PM10、PM2.5細(xì)顆粒物的同時(shí)，還可以兼顧去除SO2、HCl、汞和二英等多種污染物。有資料表明，干法、半干法脫硫時(shí)，袋式除塵器可提高脫硫效率8%。

10年來，我國袋式除塵器已經(jīng)較好地應(yīng)用于城市垃圾焚燒煙氣凈化工藝（如圖9），顆粒物排放濃度可控制在2.3～4.0mg/Nm3，二英的排放濃度可控制在0.018～0.040ngTEQ/Nm3，為脫酸需要，設(shè)備阻力定位在1300～1800Pa范圍內(nèi)，濾袋壽命可達(dá)4年以上。

圖9 垃圾焚燒煙氣凈化用脈沖袋式除塵器

電力行業(yè)某300MW鍋爐機(jī)組原采用電除塵器，2010年改為袋式除塵器。經(jīng)中國環(huán)境科學(xué)研究院檢測，煤中的汞含量為0.51mg/kg，袋式除塵器出口顆粒物濃度為12.71mg/m3，汞排放濃度為5.96μg/m3，袋式除塵器對汞的總體脫除率達(dá)72.55%，對顆粒汞的去除率為96.38%，對氣態(tài)汞的去除率為35.22%。測試結(jié)果表明，袋式除塵器確實(shí)具有多污染物協(xié)同去除的功能。

燃煤電廠鍋爐機(jī)組煙氣凈化典型工藝為：低氮燃燒器 — SCR — 空氣預(yù)熱器 —袋式除塵器（電袋）— 濕法脫硫。該工藝中的袋式除塵器除承擔(dān)顆粒物捕集外，還能避免脫硫塔結(jié)垢等問題，能保障脫硫塔可靠運(yùn)行，如果脫硫塔的煙速控制在3.2～3.5m/s、除霧器排放液滴在45mg/m3以下時(shí)，即使不設(shè)濕式電除塵器，同樣可達(dá)到超低排放的效果，在經(jīng)濟(jì)上也是合理的。

鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣多污染物綜合治理，可采用電除塵器（ESP）+ 流化床脫硫反應(yīng)塔（CFB）+ 袋式除塵器（BF）工藝（如圖10），在CFB選擇性加入脫硫劑及吸附劑，可分別脫除顆粒物、SOx、二英及重金屬，最終依靠高效袋式除塵器把關(guān)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。該工藝已在10余家大型燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣綜合治理工程上應(yīng)用，最大的為寶鋼500m2燒結(jié)機(jī)（2010年10月竣工投運(yùn)）。該工藝還用于電廠100M～660MW機(jī)組煙氣干法脫硫除塵一體化項(xiàng)目，案例有百余個(gè)，其中邯鄲電廠2×660MW機(jī)組已運(yùn)行3年。

圖10 燒結(jié)機(jī)頭煙氣多污染物協(xié)同控制工藝

8 結(jié)語

近10年來，我國的袋式除塵設(shè)備設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)能力顯著提升，國家制定了相關(guān)工程設(shè)計(jì)規(guī)范和產(chǎn)品規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備大型化設(shè)計(jì)，除塵器產(chǎn)品形成了系列化，企業(yè)通過不斷科技創(chuàng)新，開發(fā)了多種型式的低阻高效袋式除塵器結(jié)構(gòu)，成功應(yīng)用于燃煤電廠大型鍋爐煙氣除塵、高爐煤氣干法凈化、燒結(jié)煙氣協(xié)同凈化、水泥窯煙粉塵凈化；在氣流分布和除塵器結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)等方面取得了突破，滿足了我國電力、鋼鐵、水泥、有色、垃圾焚燒等重點(diǎn)行業(yè)快速發(fā)展的需求，促進(jìn)了我國袋式除塵技術(shù)、裝備水平和產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展，袋式除塵器設(shè)計(jì)性能已達(dá)到或超過國外同類產(chǎn)品，設(shè)計(jì)水平步入了國際先進(jìn)水平行列。

[1] 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)袋式除塵委員會(huì).袋式除塵行業(yè)2012年度發(fā)展報(bào)告[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013.

[2] 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)袋式除塵委員會(huì).袋式除塵行業(yè)2013年度發(fā)展報(bào)告[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014.

[3] 吳善淦，孫熙，等.我國袋式除塵技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014.

[4] 陳隆樞.袋式除塵在我國燃煤電廠的應(yīng)用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014.

[5] 陶輝.袋式除塵技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展導(dǎo)向[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013.

[6] 姚群.工業(yè)爐窯煙氣PM2.5控制[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013.

[7] 趙江翔.中國燃煤電廠袋式除塵十年進(jìn)程回顧與展望[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013.

Whole Progress of Design Level of Bag Hose Precipitation in China

(Bag Hose Precipitation Committee of CAEPI, Beijing 100037, China)

The paper introduces the progress of the bag hose precipitation design of the country in the fields of standards and criterions, technical performances of precipitators, big-sized equipment, series of products and new type structures, etc; briefly explicates the application of three dimension technique of computer in bag hose precipitation equipment design and the hydro-simulating test; stresses on the important role of bag hose precipitation design in flue gas multi-pollutants and purifying technology; the bag hose precipitation design has stepped into the international advanced level.

bag hose precipitation design; technical criterion; big-sized; three dimension technique of computer

X701

A

1006-5377（2015）03-0004-05