我國袋式除塵行業(yè)技術新進展*

王玉紅 姚群 陳志煒

(1.中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會 北京 100037； 2.中鋼集團天澄環(huán)保科技股份有限公司 武漢 430205)

0 引言

袋式除塵是控制工業(yè)煙氣細顆粒物和實現(xiàn)超低排放的主流技術，應用極為廣泛，在工業(yè)領域眾多除塵裝備中的應用比例分別是：鋼鐵行業(yè)95%、水泥行業(yè)90%、鋁行業(yè)90%、電力行業(yè)30%、 垃圾焚燒100%等。可以說，袋式除塵對打贏污染防治攻堅戰(zhàn)、決勝非電行業(yè)超低排放發(fā)揮著舉足輕重作用，確立了新形勢下袋式除塵在企業(yè)環(huán)保提標改造中的突出地位。

工業(yè)領域實施超低排放，驅動了袋式除塵產(chǎn)業(yè)發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2019年行業(yè)總產(chǎn)值約200億元/年，同比增長12.4%，利潤約20億元，利潤率10%。

隨著國家對非電行業(yè)超低排放戰(zhàn)略的實施，國家和地方紛紛頒布了更為嚴格的排放標準，企業(yè)環(huán)保提標改造為袋式除塵行業(yè)提供了市場需求和難得的發(fā)展機遇。超低排放對袋式除塵的技術性能提出了更高的要求，環(huán)保標準的引領作用推動了袋式除塵技術創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)和裝備提升的進程，近年來在主機設備、過濾材料、智能控制、裝備制造和工業(yè)應用等方面均取得了創(chuàng)新和突破，達到國際先進水平的核心技術屢見不鮮。

1 袋式除塵技術進步

1.1 細顆粒物捕集方面

當前，我國袋式除塵單臺套最大處理能力已達500萬m3/h，出口顆粒物排放質量濃度小于10 mg/m3已成常態(tài)化，設備運行阻力通?？刂圃?00～1 200 Pa，漏風率均能控制在<2%。袋式除塵器已形成十余個系列產(chǎn)品，其應用已覆蓋到各工業(yè)領域，成為我國工業(yè)煙氣細顆粒物PM2.5控制的主流除塵裝備，也是多污染物協(xié)同凈化工藝不可或缺的組成部分。

1.1.1 預荷電袋濾技術與應用

由中鋼天澄研發(fā)的爐窯煙氣PM2.5預荷電袋濾技術，是利用預荷電裝置使粉塵荷電，在濾袋表面形成海綿狀粉餅，過濾時可提高細粒子篩分、擴散、靜電等效應，從而可提高捕集效率15%～20%，可降低過濾阻力20%～30%。預荷電袋濾器是將粉塵預荷電技術、袋式過濾技術、PM2.5濾料等技術復合形成的裝置(圖1)。預荷電袋濾器具有流程短、捕集效率高、流動阻力低、結構簡單、濾袋壽命長等特點，與傳統(tǒng)除塵器相比，運行能耗可降低40%，故障率下降90%。該技術是國家“十二五”、“863計劃”重大原始創(chuàng)新科技成果，達到國際領先水平。

2015年初在鞍鋼煉鋼總廠180 t轉爐二次煙氣凈化項目上建成示范工程，運行5年來裝置穩(wěn)定可靠，顆粒物排放質量濃度2～8 mg/m3，設備運行阻力650～1 000 Pa，運行能耗降低40%以上。該技術的示范效應開始顯現(xiàn)，先后在日照鋼鐵、柳鋼等大型企業(yè)快速推廣開來(圖2)，目前應用30余臺套，已成為鋼鐵行業(yè)超低排放的主流技術。

圖1 預荷電袋濾器外形

(a)

(b)

1.1.2 內外過濾袋式除塵器與應用

由中材裝備開發(fā)的新型內外過濾袋式除塵器取得突破并成功應用。該技術使用內、外兩條濾袋,將內濾袋倒置插入外濾袋，內濾袋內濾，外濾袋外濾，即利用外濾袋的內部空間大幅增加過濾面積。該技術成果在濾袋結構、框架型式、吊掛方式、精準定位等方面取得創(chuàng)新(圖3)，形成了專利技術和產(chǎn)品。

在水泥行業(yè)開展了工程示范應用，粉塵排放濃度滿足特別排放要求，設備運行能耗降低30%以上，設備鋼耗和占地下降30%，取得了良好的經(jīng)濟和環(huán)保效益。該成果已在邯鄲金隅太行水泥等多條生產(chǎn)線上應用(圖4)，也將在國外水泥新線上配置。

圖3 內外過濾濾袋示意

圖4 內外過濾袋式除塵器在邯鄲金隅太行水泥應用

1.1.3 高效濾筒除塵技術和應用

由廣州市華濾環(huán)保公司針對鋼鐵行業(yè)粉塵超低排放改造需求，開發(fā)出一種擁有自主知識產(chǎn)權的超低排放用高效濾筒(圖5)，在不改變原有袋式除塵器本體結構的前提下，達到經(jīng)濟性超低排放提標改造的目的，所開發(fā)的濾筒用針刺、水刺和耐高溫的高效過濾材料，在應用中可以將粉塵排放長期穩(wěn)定控制在10 mg/m3以內。在大折距易清灰的濾筒結構、自動化折疊工藝、等距熱熔綁帶技術、無毛刺無焊痕螺旋一體式骨架等方面取得了創(chuàng)新突破，成果已成功應用于寶鋼、韶鋼、建龍、首鋼等鋼鐵企業(yè)燒結機尾、出鐵場、石灰窯、高爐爐頂、干熄焦等改造工程(圖6)，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。經(jīng)專家鑒定，該技術整體達到國際先進水平，其中長濾筒等間距成型技術達到國際領先。

圖5 超低排放用高效濾筒

1.2 過濾材料方面

1.2.1 超細面層梯度濾料

過濾材料是袋式除塵的核心部件，傳統(tǒng)的濾料不能達到超低排放的限值。研究和應用表明，濾料纖維直徑越細，孔經(jīng)越小越密，對微細粉塵的捕集能力越高，濾料阻力越低。開展了“863計劃”科技攻關，研制了直徑小于1 μm 的超細“海島纖維”(見圖7)，開發(fā)了“海島纖維”為超細面層的PM2.5濾料新產(chǎn)品(圖8)。

(a)

(b)

(a)

(b)

“海島纖維”超細面層濾料具有表面過濾的屬性，其效率比常規(guī)濾料高出16%(圖9)，即對2.5 μm粒子捕集計數(shù)效率由原來的80%提高到96.9%以上。目前，超細面層梯度濾料已在工業(yè)企業(yè)超低排放提標改造中廣泛應用。

圖8 超細面層梯度濾料結構

圖9 海島濾料與常規(guī)濾料過濾性能比較

1.2.2 波形褶皺濾袋

褶皺濾袋是一種新的濾袋結構(圖10)，近年已開發(fā)成功。使用褶皺濾袋可以增加過濾面積，降低過濾風速，有利于提高過濾效率，滿足當下超低排放要求。采用褶皺濾袋無需改動原袋式除塵器本體結構，改造工作量小。

褶皺濾袋已在鋼鐵行業(yè)廣泛應用，在保持原有除塵器箱體不變時，過濾面積可增加到1.5倍以上，過濾風速下降到0.80 m/min以下，以滿足除塵器出口排放質量濃度小于10 mg/m3的超低排放要求，適用于除塵器提標改造。

圖10 波形褶皺濾袋及其工業(yè)應用

1.2.3 金屬間化合物多孔膜材料

由成都易態(tài)公司研發(fā)的金屬間化合物多孔膜材料取得突破。傳統(tǒng)的高溫濾料耐溫小于260 ℃，通過十余年的科技研發(fā)，研制了超高溫 (200～600 ℃)的金屬間化合物多孔膜材料及其元件(圖11)，并在微米/亞微米級別實現(xiàn)孔結構的精確調控，膜及膜元件達到了良好的高溫化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和過濾性能，技術性能達到國際先進水平。

圖11 金屬間化合物多孔膜濾筒

金屬間化合物多孔膜濾筒可廣泛用于鐵合金、高鈦渣、黃磷等密閉礦熱爐冶煉高溫煤氣凈化(圖12)，凈化后煤氣含塵濃度小于10 mg/m3。

圖12 金屬間化合物濾筒在煤氣凈化中應用

1.2.4 多功能過濾材料

濾料不僅能過濾細顆粒物，還能協(xié)同催化脫硝、脫二噁英和脫除VOCS，形成多功能過濾材料。袋式除塵器除分離顆粒物外，作為反應器還兼有脫硫效果。美國戈爾公司開發(fā)了具有脫除二噁英濾袋和脫硝濾袋，臺灣富利康公司開發(fā)了催化脫硝陶瓷濾筒(圖13)等。

圖13 催化脫硝陶瓷濾筒

近年來，我國清華大學、浙江鴻盛、中天威爾等單位相繼開展了多功能濾料和催化陶瓷濾管產(chǎn)品研發(fā)，取得了階段性成果，并在某日用玻璃熔窯煙氣氮氧化物及氟化氫凈化項目中應用(圖14)，通過陶瓷觸媒濾管實現(xiàn)SCR脫硝及高效除塵，凈化煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱后達標排放。從2017年5月運行至今，NOX排放質量濃度<100 mg/m3，HF排放質量濃度<5 mg/m3，SO2排放質量濃度<5 mg/m3，顆粒物排放質量濃度<5 mg/m3，氨逃逸<5 ppm。

(a)

(b)

1.3 袋式除塵系統(tǒng)智能化網(wǎng)絡化方面

由蘇州協(xié)昌研發(fā)的“煙塵治理袋式除塵運行管理云平臺”(圖15)是基于網(wǎng)絡實體及物聯(lián)網(wǎng)技術自主開發(fā)的工業(yè)信息化數(shù)據(jù)平臺。可以配合研發(fā)的智能脈沖閥產(chǎn)品,對袋式除塵系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進行實時采集、無線傳輸，并實時監(jiān)控設備的運行狀況,實現(xiàn)全過程遠程運維管理。

在煙塵治理系統(tǒng)的不同節(jié)點設置監(jiān)控點,對除塵系統(tǒng)每個監(jiān)測點的運行數(shù)據(jù)進行實時采集,將數(shù)據(jù)無線上傳到服務器,電腦對所采集的海量數(shù)據(jù)進行存儲、處理、分析和整理,再利用嵌入的專家系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行解析、故障診斷、設備運行狀況判斷和評估，最終反饋至終端設備(電腦或移動設備),提供預警或報警通知。經(jīng)專家鑒定，該技術總體上達到國際領先水平，可在各行業(yè)袋式除塵系統(tǒng)上廣泛應用。

圖15 煙塵治理云平臺智能控制系統(tǒng)

1.4 袋式除塵協(xié)同脫硫脫硝方面

袋式除塵是多污染物協(xié)同控制工藝重要組成部分，是煙氣凈化工藝的核心裝置。袋式除塵器除了去除顆粒物外，還兼有脫硫、脫酸和脫二噁英的效果。近年來，基于袋式除塵的煙氣脫硫脫硝工藝不斷出現(xiàn)，并成為各行業(yè)煙氣多污染物協(xié)同凈化的經(jīng)典工藝。 如發(fā)電廠SCR+FF/電袋+FGD工藝，水泥廠ESP+SCR+余熱鍋爐+FF，焦化廠SDA+FF+SCR工藝(圖16)，燒結廠CFB+FF+SCR工藝(圖17)等?；诖匠龎m的煙氣多污染物協(xié)同凈化技術是未來大氣污染治理技術的發(fā)展方向。

圖16 焦爐煙氣袋式除塵應用

2 裝備制造提升

為響應國家實施制造強國戰(zhàn)略，踐行“中國制造2025”，袋式除塵行業(yè)骨干企業(yè)強化了加工制造裝備的智能化升級，部分裝備輸出到國外，參與“一帶一路”建設 。

科林環(huán)保、中鋼天澄等在主機生產(chǎn)加工裝備上得到升級，焊接機器人及自動化焊接生產(chǎn)線等已常態(tài)化，上海袋配進行了脈沖閥等配件的加工制造數(shù)控裝備升級，元琛環(huán)保引進全球最先進的德國Autefa成套高端濾料生產(chǎn)線，實現(xiàn)全自動智能換針，通過高精度在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)品品質的精密控制。有些企業(yè)引進的日本TOKUDEN電磁熱覆膜設備，采用電磁感應加熱方式，具有溫控精度高、溫度均勻性好、溫升和降溫速度快等優(yōu)勢，使覆膜濾料獲得更加優(yōu)異的覆膜牢度和絕佳的透氣性能。裝備自動化制造及智能化濾料生產(chǎn)線見圖18。

3 結論

(1)隨著國家對非電行業(yè)超低排放戰(zhàn)略的實施，以及環(huán)保標準的引領作用，推動了袋式除塵技術創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)和裝備提升的進程，主要核心技術取得了突破，并達到了國際領先水平。

(2)持續(xù)超低排放、降低運行能耗和長期穩(wěn)定運行是袋式除塵技術發(fā)展方向，預荷電袋濾器等先進技術已成為非電行業(yè)超低排放的主流技術，將為企業(yè)環(huán)保提標改造提供技術和裝備支持。

圖17 燒結煙氣袋式除塵應用

圖18 裝備自動化制造及智能化濾料生產(chǎn)線

(3)基于“海島纖維”的超細面層梯度濾料、金屬間化合物多孔膜濾筒等過濾材料取得重大進展，技術性能達到國際領先水平，及時滿足了超低排放市場需求。

(4)以袋式除塵為核心的煙氣脫硫脫硝工藝廣泛應用，短流程和一體化是其發(fā)展方向。

(5)裝備制造水平顯著提升，支持了產(chǎn)品出口和“一帶一路”建設。