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我国袋式除尘行业2013年发展综述

2014-03-13中国环境保护产业协会袋式除尘委员会北京100037

中国环保产业 2014年9期
关键词:袋式滤料除尘器

(中国环境保护产业协会袋式除尘委员会,北京 100037)

我国袋式除尘行业2013年发展综述

(中国环境保护产业协会袋式除尘委员会,北京 100037)

综述了2013年我国袋式除尘行业的发展概况;介绍了袋式除尘行业的生产经营状况、技术进展以及主要企业的经营和发展情况;分析了行业在发展中存在的主要问题;针对袋式除尘器的主机设备、纤维滤料、滤袋,以及配件、自动控制的研发和投资方向提出了建议;对行业的发展进行了展望。

袋式除尘;行业发展;对策建议

1 袋式除尘行业发展现状

1.1 2013年国家政策、标准和技术规范对袋式除尘行业发展的影响

近年来,我国中东地区出现大范围雾霾,数百城市、上亿人口遭受侵袭。2013年9月,国务院印发治霾总指南—《大气污染防治行动计划》(简称大气污染防治“国十条”),要求到2017年,中国地级及以上城市的可吸入颗粒物浓度比2012年下降10%以上。

随着我国工业化和城市化进程的加快,空气污染问题日益突出,持续发生的大面积雾霾事件,激发了国人对PM2.5超细粉尘排放的关注。颗粒物是我国的主要空气污染物,在产生空气污染的三大因素(自然因素、工业污染、生活污染)中,工业污染因其量大、污染源相对集中,是具有规模及经济价值的污染控制领域。国家密集颁布了各行业的污染物排放控制标准,对污染控制提出了更严格、更具体的要求。2013年6月13日李克强总理主持召开国务院常务会议,部署大气污染防治十条措施,其中特别强调“加快重点行业脱硫脱硝除尘改造”“加强人口密集地区和重点大城市PM2.5治理”,体现了政府对污染控制的态度与决心,反映了大气污染治理迫在眉睫,必须下决心治理。近几年针对我国的大气污染,袋式除尘行业内各企业配合国家和各部委相继制定和出台了多项涉及袋式除尘行业的国家和行业标准、技术规范,对袋式除尘行业的发展起到了积极作用。

2013年10月,中央财政安排50亿元资金,用于京津冀及周边地区大气污染治理工作,具体包括京津冀蒙晋鲁6个省份,重点向治理任务重的河北省倾斜。该项资金以“以奖代补”的方式,按上述地区预期污染物减排量、污染治理投入、PM2.5浓度下降比例3项因素分配。实施完成后,中央财政对上述地区大气污染防治工作成效进行考核,根据实际考核结果再进行奖励资金清算,突出绩效导向作用。作为一种雾霾治理方式的探索,国家希望用政府有限的资金撬动业主更大的投入。

李克强总理在2014年3月5日第十二届全国人民代表大会第二次会议政府报告中指出,2014年要“对产能严重过剩行业,强化环保、能耗、技术等标准,清理各种优惠政策,消化一批存量,严控新上增量。今年要淘汰钢铁2700万吨、水泥4200万吨、平板玻璃3500万标准箱等落后产能,确保‘十二五’淘汰任务提前一年完成……,出重拳强化污染防治。以雾霾频发的特大城市和区域为重点,以细颗粒物(PM2.5)和可吸入颗粒物(PM10)治理为突破口,抓住产业结构、能源效率、尾气排放和扬尘等关键环节,健全政府、企业、公众共同参与新机制,实行区域联防联控,深入实施大气污染防治行动计划。今年要淘汰燃煤小锅炉5万台,推进燃煤电厂脱硫改造1500万千瓦、脱硝改造1.3亿千瓦、除尘改造1.8亿千瓦,淘汰黄标车和老旧车600万辆,在全国供应国四标准车用柴油……,我们要像对贫困宣战一样,坚决向污染宣战”。

我国电力、钢铁、水泥三大颗粒物重污染行业均相继出台了更为严格的排放标准。各行业颁布的大气污染物各项排放限值控制指标与《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)的规定相比,要求更加严格,其中大气颗粒物污染排放限值普遍为30~50mg/m3,而且逐步对现有企业和新建企业均执行统一的排放控制限值。

《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223)经历了1991、1996、2003、2011版本,每一个版本都规定了更加严格的烟尘排放控制限值;2003版本规定,除属于1996年12月31日前通过的建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改建的火电厂建设项目外,从2010年1月1日起烟尘允许排放浓度由原标准的200mg/Nm3提到50mg/Nm3,经历了一次大幅度提高;2011版本提出了更严的排放控制要求:新建火力发电厂自2012年1月1日起、现有电厂自2014年1月1日起,烟尘允许排放浓度限值为30mg/Nm3,重点地区为20mg/Nm3。

《水泥厂大气污染物排放标准》(GB4915)分别于1985年、1996年、2004年和2013年修订,各版本的限值分别为150mg/Nm3、100mg/Nm3、30mg/Nm3;2004版本规定,2006年7月1日起至2009年12月31日止,热力设备颗粒物排放浓度限值为100mg/Nm3;自2010年1月1日起,区别执行排放限值的过渡期结束,不论新建或现有生产线,一律执行:颗粒物最高允许排放浓度由原来50mg/Nm3(通风设备)和100mg/Nm3(热力设备)加严到30mg/Nm3(通风设备)和50mg/Nm3(热力设备),并对单位产品排放量进行了严格的限制;2013年修订、环保部12月5日审议并原则通过的标准,对水泥工业的大气污染物排放限值进行调整,又进一步加严到20mg/Nm3(通风设备)和30mg/Nm3(热力设备),对重点污控区也做了进一步的严格规定,并增加了氮氧化物的排放限值(见表1)。

表1 水泥行业排放标准修订前后污染物排放比较

水泥工业还明确“建设资源节约型、环境友好型社会,应对气候变化,迫切需要水泥工业加快转变发展方式,大力推进节能减排,发展循环经济……严格控制粉尘排放,推广使用袋式除尘器”;工信部要求,“十二五”末,全国水泥颗粒物排放在2009年基础上再降低50%,明确2013~2015年现有水泥窑电除尘器改为袋式除尘器(低压脉冲除尘器)。

钢铁工业污染物排放标准都是2012年修订后实施的,规定得更为详细,如《铁矿采矿工业污染物排放标准》(GB28661-2012)、《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662-2012)、《炼铁工业大气污染物排放标准》(GB28663-2012)、《炼钢工业大气污染物排放标准》(GB28664-2012)、《轧钢工业大气污染物排放标准》(GB28665-2012)、《铁合金工业污染物排放标准》(GB28666-2012)、《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012),大气颗粒物污染排放限值加严到30mg/Nm3和15mg/Nm3。

综上所述,国家的环保和产业政策不断推进袋式除尘技术和产业的发展,袋式除尘器将在未来几年得到更加广泛的应用。总体说来,2013年环保行业诸多利好政策出台,但从相关公司业绩冷暖不一的情况来看,由于产业政策落实的时间问题,以及国家总体经济形势的实际情况,袋式除尘行业仍旧未能充分享用到实质利好。

1.2 袋式除尘行业生产经营状况

2013年,由于钢铁、水泥、电解铝等多个行业经济的产能严重过剩和行业整体效益下滑,导致为这些行业配套服务的袋式除尘装备需求量的大幅下降,新上项目大幅度减少,货款回笼困难,清欠问题突出,大部分企业资金短缺,是袋式除尘全行业非常困难的一年;而行业内的产能过剩,尤其是中低端滤料及滤袋产品产能严重过剩,市场竞争激烈也影响整个行业的效益。国家的经济结构调整,2013年大部分企业效益明显下降,“增产不增收”是袋式除尘行业2013年的普遍情况,2013年8月后,国家加大大气污染治理力度,整个行业的经营状况才有较大改观。

从最近几年的情况分析,袋式除尘行业的主要业绩仍是集中在几家规模较大的企业,主机、滤料和配件均如此。由于这几年行业重视了对纤维等基础工业的扶持和培育,支持发展国产芳纶、聚酰亚胺、PPS、PTFE和改性玻纤等纤维的技术,用量增幅较大,基本取代了进口纤维,各性能指标均达到了生产滤料的要求,进口和国产纤维的价格已大幅下降,为整个行业带来一定效益。

1.2.1 行业经营状况

根据2013年度中国环境保护产业协会袋式除尘委员会对会员单位的有关统计数据,袋式除尘行业共有会员单位314家,分布在全国26个省(直辖市);其中科研、高校和主机企业186家,纤维滤料111家(含国外在华贸易公司),配件测试仪器(含国外配件代理)共17家(见表2)。

2013年行业总产值140.85亿元,利润13.24亿元,利润率9.4%,见表3;全行业经营状况继续下降,主要原因还是产能过剩、竞争过于激烈造成的。其中出口额的下降,是因为国外工程总包和设备成套额在下降,同时国内袋式除尘行业企业在走向国外市场方面还缺乏足够的意识。

整体来看,2013年上半年主机设备生产企业的下降幅度很大,部分主机生产企业和工程总包企业出现亏损,8月以后出现转机,销售收入才明显好转。如主机生产集中的合肥地区的企业,前8个月的销售收入只有上年同期的2/3,当然主机生产企业中也有增长较快的企业。纤维、滤料生产企业和配件总产值有增长,几家大的滤料生产企业增长幅度较大;国产PPS、PTFE、芳纶以及聚酰亚胺纤维的供应完全能满足国内需求,价格明显大幅下降,给滤料生产企业的利润带来一定增长;配件的价格相对稳定,利润较好。

表2 中国环境保护产业协会袋式除尘委员会会员分布情况

表3 中国环境保护产业协会袋式除尘行业经营状况统计

根据产业用纺织品协会提供的袋式除尘行业数据如表4,这些数据与行业协会袋委会的统计有所区别,原因是袋委会只统计了会员单位的数据。

表4 2013年度产业用纺织品协会提供的袋式除尘行业数据

1.2.2 行业成本及盈利能力分析

2013年我国袋式除尘行业面临诸多困难,尤其是资金回笼难,很多企业的困难程度前所未有。国家整个经济状况对行业和企业的发展影响很大,尤其对一些急需技术改造、产品结构转型的企业来说,困难更甚。经济效益相对较好的是前几年成功转型的企业,如上海凌桥和几家已经上市的公司(如科林、龙净、菲达、盛运、三维丝、际华三五二一等)。行业协会也一直鼓励有实力的企业上市融资,走资本市场道路;鼓励已经上市的企业并购重组,提高行业的集中度。但因IPO停止一年,使行业内的几家拟上市企业也面临同样困难。

2 袋式除尘技术的现状及发展

2.1 基本概况

袋式除尘器作为高效去除颗粒物的装备,完全可以大幅度降低烟尘和粉尘的排放量,是解决我国烟粉尘排放的重要技术装备。以水泥行业为例,目前国内的水泥企业采用的都是袋式除尘器,每一台新型干法水泥窑都能达到GB4915-2013规定的排尘限值,即吨熟料0.15~0.30千克。按国家统计局的数据,我国水泥工业2012年的颗粒物排放是368万吨,而按新国标应该是23万~46万吨,这在技术上是完全可以实现的。如果全国50%的燃煤锅炉也都采用袋式除尘器,则电力行业每年可减少烟尘排放120万吨以上,也就是说袋式除尘技术完全能够支持更为严格的标准,排放限值可进一步降低,对颗粒物减排将起到巨大的作用。国内众多应用案例表明,袋式除尘器在实现更严格的颗粒物排放标准的同时,并不需要提高造价和运行费用,只要严格按照现有的标准和规范设计、制造、安装和运行,都能获得好的效果。

2.2 袋式除尘装备技术

袋式除尘器的设计选型现已由原来的高滤速、高阻力、短寿命转变为高效、低阻、长寿命,追求优良的节能减排综合效应,具体体现在高炉煤气干法除尘、燃煤电厂锅炉烟气除尘、水泥窑头窑尾烟气除尘、垃圾焚烧烟气净化领域迅猛推广应用袋式除尘,并取得了显著成效;在烟尘治理工程中排放浓度低于10mg/Nm3;系统阻力低于1000Pa;滤袋平均使用寿命在4年以上已很普遍。脉冲清灰袋式除尘技术在各工业领域均获得良好的使用效果,关键部件脉冲阀的性能在某些方面已超过国外产品,从而获得了更好的清灰效果;脉冲阀膜片的寿命大幅度延长,使用3~5年已是普遍现象。袋式除尘设备的迅速大型化,用于钢铁、水泥、电力行业的袋式除尘设备,许多单机的处理烟气量都超过200万m3/h,过滤面积超过数万平方米,其中电力行业的袋式除尘器单机最大处理烟气量超过300万m3/h,过滤面积大多在4万~5万m2。当然在设备大型化的同时也注入了许多新的技术,使袋式除尘器的气流分布、气流组织和本体结构合理及安全化等方面都有了显著进步。

我国大型袋式除尘器的制造装备和制造技术也有了很大进步,规模越来越大,装备越来越专业化,许多袋式除尘加工企业都建有数控加工中心,制作精度有很大提高;专用设备和专用加工机械在袋式除尘行业普遍采用,花板的制作采用激光切割,袋笼加工普遍采用多点焊机,最近几年世界上还没有哪个国家的袋式除尘加工企业像中国的袋式除尘企业发展这么快、这么专业,因此也带动了袋式除尘器的出口和代外加工。

2.3 袋式除尘器的大型化

袋式除尘技术进步最为显著的标志就是装备的大型化,但装备的大型化不是简单的体积加大,涉及到装备的模块化设计、制造与安装、气流分布与调节、清灰系统的长期运行的可靠性、滤袋使用的长寿命等。

伴随着我国火电行业单机容量由100MW、200MW、600MW到1000MW;水泥行业单条生产线由3000t/d、4000t/d、5000t/d到12,000t/d;钢铁行业单座高炉炉容由700m3、1000m3、2000m3到4000~5300m3。我国科技人员充分发挥自己的聪明才智,不断研发迅速跟进,使我国袋式除尘器迅速大型化,处理风量由原来的十几万m3/h提升到100万m3/h、200万m3/h直到300万m3/h以上;过滤面积由2000m2、1万m2、2万m2至5万~6万m2;在袋除尘大型化进程中,设备阻力大幅降低,由以往的1500~1800Pa降低到1200Pa甚至1000Pa以下;过滤效率稳定并有效提高,排尘浓度达到10mg/Nm3以下,生活垃圾焚烧行业和高炉煤气净化的烟尘排放浓度普遍在10mg/Nm3以下。

正是由于袋除尘设备的大型化,其在我国工业发展的各相应阶段,为我国工业的节能减排提供了巨大支持,才使得我国经济发展与环境控制同时取得巨大成就,可以这样说,若没有袋除尘技术的快速发展,我国大气环境会比现在更糟糕。

众所周知,任何行业装备的大型化都不是一个简单的将体型做大,而都是相应需要有众多技术的大幅进步,并且大多是建立在某些关键技术得以突破的基础之上的。袋式除尘器的大型化就是建立在过滤材料研制及滤袋制造技术、清灰技术及设备、气流分布技术、整机加工制造及装备技术等方面均取得重大突破的基础上才得以发展起来。

与钢铁、冶金、水泥、电力行业设备大型化一样,袋除尘设备的大型化同样是建立在我国工业总体水平提高的基础之上;与此同时,它也推动了我国工业总体水平的提高。水泥行业包括除尘设备在内的整条生产线在国外大量推广建设即为一例。

2.3.1 水泥行业

水泥行业是重污染行业之一。以往水泥厂周边1~2公里均会落有厚厚一层水泥尘。2004年在广州某水泥厂进行5000t/d水泥生产线改造时,国内科技人员在累积几十年除尘经验基础上,比照国外环保设计要求,研发出大型低阻长袋在线/离线脉冲清灰除尘器,处理风量100万m3/h,烟气温度240℃,滤袋使用寿命达到6年,设备运行阻力低于1200Pa,烟尘排放浓度在10mg/m3以下;达到了国际上严苛的环保要求,不仅满足了此生产线的要求,为后来我国5000t/d到12,000t/d生产线的技术推广扫清了水泥厂烟尘排放达标的重大环保障碍。

近年来,水泥行业的整条工艺线采用袋除尘技术,特别是窑头、窑尾由电除尘器改为袋式除尘器,使得水泥厂厂区一改过去的脏乱景象,不少水泥厂已成为花园式清洁工厂。

2.3.2 钢铁行业

钢铁行业亦是重污染行业之一。钢铁行业袋除尘技术进步的典型代表是高炉煤气除尘净化。高炉在炼铁过程会产生大量高炉煤气,5000m3以上高炉每小时产生90万m3左右的高炉煤气。高炉煤气中含有大量CO和少量氢气,是宝贵的能源;但粗煤气中含有大量粉尘,必须经过净化处理后才能应用。CO和氢气具有爆炸性,且CO具有较高毒性,净化处理过程有较大危险性。传统高炉煤气采用文氏管湿法降尘,该方法不仅热损失大、净化效率低,而且需消耗大量水资源并产生污染水。

20世纪90年代,我国科技人员在世界上率先开展高炉煤气袋除尘净化研究并取得成功。我国研发的脉冲清灰高炉煤气净化袋式除尘技术,采用惰性气体清灰及输灰等技术,从根本上避免了高炉煤气干法净化的燃爆危险。

该技术具有高效稳定的净化效率,净煤气含尘量低于5mg/m3,从根本上革除了瓦斯泥,并避免了污水处理的庞大设施及对环境的严重污染,充分利用高炉煤气的压力能、热能,增加了余压发电量30%~50%,节能40%~50%、节水80%~90%,节省投资30%~40%,降低运行能耗60%~70%。该项技术属于国际领先。

2.3.3 电力行业

我国多家单位共同完成的国家“十五”“863”项目:焦作电厂20MW机组电除尘改为袋除尘、张家港沙洲电厂600MW机组袋除尘、宝钢自备电厂的电除尘改为袋除尘、上海外高桥30MW×4机组电除尘改为袋除尘等,都是典型的燃煤电厂袋除尘技术应用,显示了火电行业高效控制烟尘排放,实现了国家和地方制定的排放低于30mg/m3甚至20mg/m3的目标并有广阔前景。

这些项目的系统阻力均低于1200Pa,有的还低于800Pa,烟尘排放浓度均低于20mg/m3,滤袋使用寿命最长达5年以上。600MW机组袋除尘处理风量为360万m3/h,滤料达6万m2。

2.4 袋式除尘器专用纤维和滤料

纤维和滤料是袋式除尘器的核心材料。近几年袋式除尘行业显著的技术进步,体现在解决了行业长期依赖进口的几种高温纤维(如芳纶、聚苯硫醚、聚酰亚胺和PTFE等滤袋生产所需的基本原材料),保证了袋式除尘行业的滤料技术在最近几年有了很大发展,扶持了民族工业,解决了国内急需。由于国家对环保的重视程度空前,政府和民间资本在环境保护方面的投入越来越大,环保产业呈现了高速的发展态势。钢铁行业、水泥行业、电力行业、化工行业以及垃圾焚烧等烟气中粉尘治理都大量采用袋式除尘,这给我国滤料行业的发展也带来了非常好的机遇。

随着袋式除尘器在各个行业的大量使用,更换下来的废旧滤袋的回收利用已引起各方面的关注。目前国内对于纯芳纶、PPS、聚酰亚胺、PTFE的合成纤维的废旧滤袋回收利用的技术已日趋成熟,收运和综合利用系统也基本建立,基本能做到谁生产谁回收利用,全国已经成立了几家连锁公司专门从事废旧滤袋的回收利用。PPS与PTFE复合滤料的化学性回收已经完成了实验室实验,正在进行小试工作。

2.5 配件

袋式除尘器的主要配件除了滤袋、袋笼外,还有脉冲控制仪和脉冲阀。脉冲阀种类很多,有淹没式电磁脉冲阀、直角式电磁脉冲阀、外螺纹式电磁脉冲阀、旋喷吹用大口径超低压电磁脉冲阀、气动破拱器、文氏管、箱壁连接器等。行业经过多年努力,国产电磁阀等配件都已能满足技术要求和国内外市场需要。尤其值得一提的是多款具有自主知识产权的脉冲阀已在工程上大规模应用,如无膜片脉冲阀,既解决了膜片使用寿命,又具有喷吹量大的优点。除此之外,袋式除尘配件专用制造技术和装备也有很大发展,如滤袋自动缝纫机、数控袋笼生产设备,除可满足国内使用外,还大量出口国外。

随着我国工业化、城镇化的深入推进,大气污染防治压力继续加大。国务院《大气污染防治行动计划》将可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)为特征污染物提高到与损害人民群众身体健康、影响社会和谐稳定的空前高度。为落实《大气污染防治行动计划》,各行各业将会更多采用高效除尘的袋式除尘器,预计未来几年,电力、水泥、垃圾焚烧、钢铁等领域对袋式除尘设备的需求都会有很大的增长,袋式除尘技术也仍然会继续有更大的进步。

3 袋式除尘生产技术和应用情况分析

3.1 袋式除尘技术可大幅度削减烟尘和粉尘排放,是减排的主力军

在产生粉尘或烟尘的各个行业中,凡采用袋式除尘技术的除尘系统,其固体颗粒物的排放浓度均远远低于采用其他除尘技术。目前国内袋式除尘器的排放浓度普遍稳定在30mg/Nm3以下,净化燃煤锅炉烟气的袋式除尘系统大部分排放浓度在20mg/Nm3以下,净化高炉煤气和水煤气的袋式除尘系统的排放浓度则在5mg/Nm3以下,用于生活垃圾焚烧发电厂尾气净化的袋式除尘器均普遍要求达到排放浓度在10mg/Nm3以下。

无容置疑,袋式除尘器可以大幅度降低烟尘和粉尘的排放量。以燃煤电厂为例,目前每年排放烟尘380万吨,若全国50%的燃煤锅炉采用袋式除尘器,则燃煤电力行业每年可减少排放烟尘120万吨以上。 袋式除尘器因高效的除尘特性可支持更加严格的环保标准。我国近年来相继修订了一些行业的排放标准,颗粒物排放限值为30mg/Nm3以下,与以往相比虽已严格得多,但与国际先进水平相比,仍显落后。随着国民经济的发展,各项排放标准的更加严格化是大势所趋。实际上,我国袋式除尘技术已经完全能够支持更为严格的标准。排放限值的进一步降低,将对固体颗粒物减排起到巨大的作用。以水泥行业为例,生产1吨水泥熟料的粉尘实际排放量,德国是15.6g/t,我国是2746g/t,约为德国的176倍。需要指出的是,袋式除尘器实现更严格的颗粒物排放标准并不需要提高造价和运行费用,只要严格按照有关标准和规范设计、制造、安装和运行,都能获得好的效果。可以说袋式除尘技术是目前解决我国工业颗粒物排放的最佳技术。

3.2 袋式除尘器在多种复杂条件下实现减排

袋式除尘器对各种烟尘和粉尘都有很好的捕集效果,不受粉尘成分及比电阻等特性的影响。袋式除尘器对入口含尘浓度不敏感,在含尘浓度很高或很低的条件下,都能实现很低的粉尘排放。以往袋式除尘器的应用受到诸多不利因素的制约,近年来袋式除尘技术的发展使此情况有了很大改观,袋式除尘器在各种不利条件下都能成功应用和稳定运行。

(1)烟气高温。在≤280℃下已普通应用;在300℃~500℃范围内也可应用,国外已有用于更高温度的实例。

(2)烟气高湿。例如烘干机、喷雾干燥机等的尾气净化。

(3)高含尘浓度。可直接处理含尘浓度为1400g/Nm3的气体,并达标排放。

(4)高腐蚀性。例如垃圾焚烧发电厂的烟气净化,烟气中含HCl、HF等腐蚀性气体。

(5)烟气含易燃、易爆粉尘或气体。例如高炉煤气、炭黑生产烟气、煤粉磨机尾气、煤调湿尾气等。

(6)除尘系统具有高负压或高正压。一些大型煤磨收尘系统的负压为1.4万~1.6万Pa;大型高炉煤气袋滤净化系统的正压可达到0.3MPa;而某些水煤气袋滤净化系统的正压更高达0.6M~4.0MPa。

3.3 实现对微细粒子的控制

微细粒子(PM10、PM2.5)是危害人体健康和污染大气环境的主要因素之一,目前对于高效捕集微细粒子,除袋式除尘器外还没有更好的除尘技术。袋式除尘器对PM2.5尘粒的捕集效率可达到98%~99%。因而可以说,目前只有袋式除尘技术能够有效控制烟气中粉尘的微细粒子。

3.4 高效去除有害气体

袋式除尘器能够高效去除有害气体:电解铝含氟烟气的净化是依靠袋式除尘器实现的;含沥青烟气的最有效净化方法是以粉尘吸附并以袋式除尘器分离;煤矿开采、焚化炉一些特殊行业的烟尘排放也依靠袋式除尘器来解决。

试验结果表明,在干法和半干法脱硫系统中,采用袋式除尘器可比其它除尘器提高脱硫效率约10%。滤袋表面的粉尘层含有未反应完全的脱硫剂,相当于一个“反应层”的作用。若滤袋表面粉尘层厚度2.0mm,过滤风速为1m/min,则含尘气流通过粉尘层的时间为0.12s,可显著提高脱硫反应的效率。

在垃圾焚烧烟气净化系统中,袋式除尘器起着无可替代的作用,垃圾焚烧尾气中含有多种有害气体,袋式除尘器“反应层”的特性对垃圾焚烧烟气中的HCl、SO2、重金属等污染物的去除具有重要价值。垃圾焚烧尾气中二英的净化方法,是用吸附剂吸附后再以袋式除尘器去除,且不会产生重新聚合的问题。

根据对全国10家燃煤电厂28台设备的调研,燃煤电厂袋式除尘器的应用有利于后续脱硫装置的运行。进入脱硫装置的烟尘量大幅度减少,不仅有利于提高脱硫效率,也避免或减缓了脱硫装置的堵塞现象。原来一些电厂需三个月清理一次GGH的情况,在改用袋式除尘器后已不复存在。

3.5 新能源开发和节能工程的重要设备

在一些新能源开发和节能工程中,袋式除尘器作为重要环保设备提供了有力的支持。

在“煤制油”的新能源开发项目中,作为煤粉的收集设备,袋式除尘器是不可缺少的。高炉煤气余压发电具有重大的节能价值,采用干法袋式除尘器净化高炉煤气比湿式净化可增加发电量30%~40%,节水80%~90%,节省投资30%~40%,节省运行能耗70%~80%,煤气的热值大幅度提高,净煤气的含尘量更低、净化效果更稳定,环境经济效益十分显著。占我国煤炭保有资源量12.69%的褐煤,需经提质处理后方可使用,而袋式除尘器是该提质工艺中不可替代的设备。

与国外燃煤锅炉相比,我国煤种来源变化多、煤质条件差、含硫量高、锅炉运行条件不稳定、现场管理水平欠缺,导致了我国燃煤锅炉烟气条件比国外苛刻得多,在诸多的困难和风险面前,袋除尘行业顶住了技术、资金压力,经过与现场用户的共同努力及多年的现场实践,袋除尘技术取得了很大的成就,从袋除尘的现场应用水平与针对现场烟气的适应性,以及应对技术方案的水平,我国的袋除尘技术已走在世界前列,这就为我国袋除尘行业进入国际市场积累了丰富的现场经验,并打下扎实的技术基础和工程基础。

3.6 袋式除尘技术的进步

近几年我国袋式除尘应用技术的水平有很大提高,袋式除尘器在各行业已得到广泛应用。在钢铁、有色冶金、建材、动力、化工、粮食加工行业和炉窑烟气净化中,各种复杂环境和不利因素都被克服,袋式除尘技术的应用领域不断扩大。

我国高炉煤气袋滤净化在世界上率先实现了全干法工艺,且普遍推广应用于大型高炉,净煤气含尘量低于5mg/Nm3。无论是应用的数量,还是技术成熟方面,都处于世界领先地位。

长期以来,新型干法水泥窑头、窑尾烟气除尘普遍采用电除尘器,近期新建的新型干法水泥窑则全部采用袋式除尘器。近两年仅5000~12,000t/d规模的水泥窑就有数百条,工艺线全部采用袋式除尘器,烟尘排放浓度均在20mg/m3或10mg/m3以下。

袋式除尘技术在燃煤电厂锅炉烟气除尘中的应用越来越多,滤袋平均使用寿命为3年左右,也有的超过4年或更长。用于300MW机组的袋式除尘器已很普遍,与2×660MW机组配套的脱硫、脱硝除尘一体化的袋式除尘机组已投入运行。

2013年我国袋式除尘技术的发展体现在主机、滤料、自动控制的质量和技术水平普遍提高,耐高温、耐腐蚀特种纤维和复合滤料的研究、开发、生产等方面取得突破,高端纤维的国产化带动了国产高端滤料的发展。PTFE纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维和芳纶纤维的国产化,使原来进口滤料占据主要市场的垃圾焚烧、燃煤电厂锅炉、水泥窑尾、窑头、钢铁等行业的袋式除尘器使用国产滤料的比例越来越大,高端滤料的国产化率显著提高。聚酰亚胺(PI)纤维的规模化生产取得突破性进展,2013年已大批量生产和工业化试用。自主开发的玄武岩和玻纤改性纤维都取得较大发展。袋式除尘器对于烟气的高温、高湿、高浓度以及微细粉尘、吸湿性粉尘、磨琢性粉尘、易燃易爆粉尘有了更强的适应性,在加强清灰、提高效率、降低消耗、减少故障、方便维修方面达到了更高的水平。袋式除尘技术的开发和创新具体表现在以下几个方面:

(1)袋式除尘器的设备结构大型化(如处理烟气量200万m3/h以上),适应大型燃煤锅炉机组和钢铁、水泥窑尾的烟气净化;

(2)低阻、高效袋式除尘器结构的创新,袋式除尘系统阻力长期在800Pa以下运行已很常见,适应了国家节能减排的需要;

(3)以合理清灰强度为特征的清灰技术的进步,满足长滤袋清灰要求;

(4)开发出气流分布技术和计算机数字模拟技术,满足了大型袋式除尘器合理气流分布、延长滤袋使用寿命的要求;

(5)特殊滤料所需PPS、PTFE、聚酰亚胺和芳纶国产纤维的开发,满足电厂、钢厂、水泥厂和垃圾焚烧烟气净化的复杂工况对滤料的要求;

(6)超细(亚微米级)纤维的研发,以提升对PM2.5的控制效果;

(7)脱酸加除尘的复合式袋式除尘器的研发和应用,可满足干法脱酸除尘工艺的需求;

(8)脉冲阀性能和质量的技术升级,适应了袋式除尘器高强度清灰和稳定运行的要求;

(9)PLC、DCS控制技术升级和模块化产品,可分别满足大型和中、小型除尘系统的控制要求。

4 行业发展存在的主要问题

我国袋式除尘行业中,民营企业占90%以上,小型企业居多,集中度不高,很多企业在低水平上重复建设,低价竞争影响了产品质量的提高、技术的进步和行业的健康发展。袋式除尘行业的进一步发展,面临着重新洗牌、企业重组联合的局面。行业协会鼓励、引导有实力的企业走上市融资的道路,有利于这些企业在行业内整合资源、并购重组,扩大行业集中度。

4.1 主要企业的经营和发展情况

2013年袋式除尘行业初步出现了较具品牌优势的骨干企业。在这些企业中,江苏科林、天澄环保、江苏瑞帆、上海凌桥主要服务于钢铁行业;江苏新中、浙江菲达、浙江洁达、福建龙净、武汉凯迪、清华同方主要服务于电力行业;合肥水泥院、天津仕名、河南中材、浙江洁华主要服务于水泥行业。这些企业年产值都在亿元以上,企业规模已进入我国中型企业的范畴。其中龙净、菲达、科林环保、三维丝、安徽盛运和际华集团已是上市公司。行业中还有一批企业正在培育,准备上市。

纤维、滤料、配件生产的骨干企业主要有:泰和新材、得阳新材、长春高琦,厦门三维丝、抚顺恒益、南京三五二一、上海凌桥、上海博格、中材科技,上海袋配、苏州协昌、上海尚泰等。

4.2 行业的竞争力

我国袋式除尘行业2013年出口有所增长,中钢天澄环保科技股份有限公司、河南中材环保有限公司、江苏科林集团、合肥水泥研究设计院、浙江洁华控股公司、西矿环保科技有限公司、安徽盛运环保设备有限公司的配套出口都在增长,骨干企业所创造的出口产值占行业的80%以上。有些公司除配套出口外,还承接了国外除尘总承包项目。

4.3 行业发展存在的问题及建议

袋式除尘行业从绝对产值而言仍很弱小,与我国的经济发展规模远远不相适应。我国钢铁、水泥、有色冶金产量都居世界第一,其他一些行业的产量也在全球名列前茅,但这些行业同时也都是工业烟尘和粉尘污染严重的产业,导致我国烟尘的排放量居世界前列,全国各地的灰霾天气频繁出现。由此看来,包括袋式除尘在内的我国环保产业还有很大的发展空间,袋式除尘也将起到举足轻重的作用。

4.3.1 行业发展需要国家政策支持

国家前几个五年计划期间,曾将袋式除尘技术和电除尘技术的研究开发列入国家攻关计划,安排了不少重点项目,对除尘技术和产业的发展起到了极大的推动作用。改革开放后是袋式除尘技术大发展时期,研究开发的重点主要是对引进的技术和设备进行消化、移植,并部分创新,袋式除尘技术和装备才有今天这样的局面。当前,国家提出了更严格的环保要求,PM10、PM2.5、二英、汞等的控制均对袋式除尘技术提出了新要求,技术创新和新产业发展仍然需要国家在财力、税收优惠等方面的扶持。

4.3.2 行业需要不断地技术创新

在技术创新方面,由于企业目前的实力仍不够强,单靠企业自身的力量难以实现预期的目标,仍然需要有关部门予以支持。袋式除尘行业将根据国家环保形势和国内实际情况,联合相关高校、科研机构、企业构建团队,加强向国家有关部门的科研立项工作,提高企业的自主创新能力,推出具有自主知识产权的技术和产品。

4.3.3 打造名牌产品,扩大国内外市场份额

目前袋式除尘行业内的小微企业居多,集中度不够。很多企业的设备水平和管理水平较低,企业的生产规模不大和产值不高,在高端市场还没有形成很强的竞争力,这种现象在滤料生产企业中尤为突出。应继续为行业的骨干企业提供技术服务,帮助企业解决生产和工程中的技术问题;继续培养骨干企业,加大产业化和工程化的力度,促进骨干企业做大做强。支持推动行业内有条件的企业并购重组,提高产业集中度。

积极打造国际品牌,增加市场竞争力,继续参与国际间的技术交流和鼓励有条件的企业走向国际市场。为适应袋式除尘技术应用领域不断扩大的形势,行业协会将在袋式除尘技术在垃圾焚烧行业和火电行业的应用方面继续指导和培训相关企业。

4.3.4 其它方面

目前,袋式除尘的行业标准不完善,包括覆膜、涂膜滤料标准,两种及两种以上纤维的复合滤料标准。新技术和新产品不断出现,现有的规范和标准已满足不了行业发展的需求。袋式除尘器产品标准体系也尚未完善,多部委、多途径同时申报的现象突出,局面混乱,没有做到归口管理。针对目前这种状况,应鼓励有条件的企业参与国家和有关部委的规范、标准的制定。

要继续与其它行业联合,将本行业的先进技术和产品推向更广阔的市场,扩大袋式除尘技术的应用领域。进一步推进国内外袋式除尘企业与其它行业用户间的交流与合作,努力搭建最具实效的对话平台,使袋式除尘企业与用户单位更紧密地接触交流、彼此了解,共同探讨和促进袋式除尘产业的发展。

5 袋式除尘行业发展展望

5.1 净化微细粒子的技术和装备

袋式除尘器虽然能够有效捕集微细粒子,但以往未将微细粒子的捕集作为技术发展的重点。对于微细粒子,袋式除尘技术需进一步提高捕集效率、降低阻力和能耗。针对PM2.5超细粉尘的捕集,研究和开发主机、超细纤维和滤料、测试及应用技术。

新一代专门以针对水泥行业、燃煤电厂、钢铁冶金几大重污染行业的PM2.5细颗粒物的水刺滤料研制为核心,利用计算机模拟设计超大规模除尘系统的风流均布优化、高效节能清灰技术、滤袋PM2.5低能耗高效率捕集、滤袋失效防护与寿命延长技术、除尘装备可靠性保障技术、粉尘输运与其他配套技术、袋式除尘器协同脱汞技术、PM2.5监测技术,开发低阻、高效、气流分布合理、安全和快装化的大型主机设备,建立三大重污染行业PM2.5细颗粒物的示范工程。

5.2 协同净化有害气体的袋式除尘技术和装备

特别应当研究和开发垃圾焚烧尾气处理用去除有毒有害气体和除尘一体化系统,研究和开发去除重金属的技术和装备。

5.3 开发新的应用领域

铁矿烧结机的机头烟气采用“ESP + CFB + BF”组合的脱硫除尘一体化处理技术已有成功应用的实例,应扩大袋式除尘技术在烧结机头烟气脱硫除尘系统的应用。

5.4 进一步降低袋式除尘器的能耗

袋式除尘器在降低阻力方面已经取得很大的进步,但考虑到“节能减排”的目标,考虑到今后袋式除尘器的应用越来越广的局面,仍需加强研究,以期进一步降低袋式除尘器的阻力和能耗。

5.5 耐高温滤料纤维和水刺滤料的开发研究

我国耐高温滤料纤维的开发和生产虽取得一些进展,但质量与国外产品尚有不同程度的差距,还需要加强这些产品的开发研究。

水刺滤料是采用高压水射流纤维环绕抱合与成毡技术到喇叭状三维滤料结构,表面具有像膜一样的超纤布状非织造特征,并经PTFE膨泡涂覆等功能性加工形成高效过滤材料。水刺滤料突破了纺粘产品用作过滤材料的局限性,具有过滤精度高、阻力小、易清灰、使用寿命长等特点,过滤效果满足PM2.5控制要求,是我国烟尘标准从目前的总尘控制提高到PM2.5控制的更新换代产品,全球尚没有用于烟气除尘的水刺滤料产品,该产品与现有针刺工艺相比,生产效率提高10倍,原材料节省20%,各项性能指标可以达到世界领先水平,对提升我国环保过滤产业的技术水平有极其重要的意义。

5.6 研发超高压袋式除尘技术和设备

水煤气行业正向高压制气方向发展,压力越高,产气率越高。国内拟建设工作压力0.6M~1.0MPa的制气系统,随后的目标是建设压力3M~4MPa的制气系统。能适应这种高压的袋式除尘技术和装备,是亟待研究的课题。

5.7 提高脉冲阀产品的质量和性能

脉冲喷吹是我国袋式除尘器目前主要的清灰方式,其主要部件是脉冲阀。长期以来,我国大型和重要的袋式除尘项目,脉冲阀市场还是由国外企业所控制。

客观而言,我国脉冲阀的喷吹性能(即清灰性能)不亚于国外产品,某些指标甚至优于国外产品。但我国脉冲阀早期存在膜片寿命较短的缺点,有的零件质量(包括材质)不够好,从而导致脉冲阀性能不稳定。现在虽然有了很大进步,但与国外产品仍有差距。加上在用户中未能建立信誉以及企业竞争力等原因,一直未能占领主要的市场。

6 投资建议

袋式除尘行业的发展必须围绕《国家环境保护“十二五”规划》《中国环境保护产业“十二五”规划意见》和解决《环保产业关键技术》开展工作。我国的基础工业必然有适度增长,节能减排的力度会不断加大,加上环保产业也包括在国家拉动内需加大投资力度的范围内,袋式除尘行业面临着发展的大好机遇。

6.1 袋式除尘器主机设备的投资建议

我国袋式除尘行业主机生产是带动整个行业发展的龙头,主机生产应考虑的问题是设备的大型化、满足直接处理高浓度粉尘、降低阻力和减少钢耗等问题。随着我国生产规模的大型化,跟工艺设备配套的袋式除尘器大型化的趋势明显。大型袋式除尘器结构必须安全合理,针对不同的服务行业和服务对象应设计不同的袋式除尘器结构,实现不同的功能。

袋式除尘器在适应高含尘浓度方面具有优势,一级除尘系统能够直接处理含尘浓度1600g/m3的气体,比以往提高数十倍,并可满足排放标准。因此,许多物料回收系统抛弃原有的多级收尘工艺,而以一级收尘取代。例如以长袋低压脉冲袋式除尘器的核心技术为基础,强化其过滤、清灰和安全防爆功能,形成高浓度水泥、煤粉收集技术,已成功用于水泥磨、煤磨系统的收粉工艺,并在钢铁和水泥行业众多企业推广应用。大型袋式除尘器设计中,通过计算机模拟试验和实验室模型试验手段,应用各项工程经验,摸索积累成熟的气流分布技术。同时,借鉴学习和消化吸收国外先进成熟的经验,以提高我们自己的气流分布技术。这些是袋式除尘行业主机设备投资方面需要解决的问题。

行业内有实力的企业应加强研究开发去除钢铁、电力、水泥行业烟尘中PM2.5细颗粒物的技术与装备,这将是袋式除尘行业未来几年投资和发展的机会。

开发新的应用领域是主机设备企业要考虑的问题,进一步降低袋式除尘器的能耗,满足工信部《关于水泥工业节能减排的指导意见》中“十二五”期间电除尘器改造成袋式除尘器的技术要求。研发超高压袋式除尘技术和设备。能适应水煤气行业工作压力0.6M~1.0MPa甚至3M~4MPa的袋式除尘技术和装备,是袋式除尘行业主机生产企业亟待投资研究解决的课题。

6.2 袋式除尘器纤维滤料、滤袋投资建议

滤袋是袋式除尘器的核心部件,需要定期更换,是袋式除尘器的耗材。高端滤料虽取得很大进步,但远不能满足我国袋式除尘行业发展的需要。我们对纤维滤料、滤袋的投资建议是,去除PM2.5细颗粒物用专用过滤材料,以及耐高温、耐腐蚀、具有优越过滤性能的改性纤维和滤料的开发和应用。

我国的滤料采用合成纤维已有了较大的发展,但生产工艺、生产规模和产品的稳定性、纤维的均匀性还有差距;耐高温纤维的改性基本还没有涉及。建议有实力和技术能力的企业加强这方面的研究工作。

PTFE滤料从理化性质来说是最优的滤料,纯PTFE滤料除了过滤性能和可纺性能稍差外,几乎所有的性能都优于其他滤料,使用寿命可达6~7年,甚至更长。以前PTFE滤料之所以较少被选用,是因为其价格昂贵。随着PTFE滤料的国产化程度越来越高,并解决了PTFE滤料生产过程中的静电问题、过滤性能问题和纤维的强度问题,近年来在扩大应用方面已取得突破。但是,各种性能指标与国外产品相比还有差距,生产工艺和生产装备还需要继续完善,要不断总结PTFE滤料在垃圾焚烧炉尾气净化、水泥行业和电力行业扩大应用的经验,提高PTFE纤维和滤料的综合性能。

我国的玻纤滤料与国外产品比较,仍然有差距。玻纤滤料最大缺点是不抗折不耐磨,但玻纤的抗拉强度高、价廉、耐高温和耐化学腐蚀性能是许多纤维产品不可替代的。近年来国内一些玻纤公司采用各种表面处理方式,弥补和改善了玻纤滤料的性能。改性玻纤和玄武岩纤维的生产工艺和大规模生产控制,仍然需要投入人力和资金开发研究。

为提高对PM2.5的捕集效果,防止粉尘进入滤料深层,采用海岛纤维、超细纤维作迎尘面层的梯度滤料,同样具有表面过滤和利于清灰的作用,既可得到高效净化的效果,又具有不会与面层分离、不会脱落的表面,是捕集微细粉尘的较好的结构方式,使表面过滤更加高效、可靠,并降低阻力。

复合滤料是具有我国特色的过滤材料。开发各种复合滤料的目的基于两个方面:一是考虑烟气温度,二是减少国内对进口纤维的依赖和避免涨价风险。这些滤料主要用于烟气温度波动较大、超高温以及其它特殊场合。复合技术的创造性在于显著提高了滤料的耐温性能,并使滤料耐腐蚀、抗氧化性和强度等综合性能显著提高,同时可降低成本。

以上这些项目的开发应用旨在解决高端滤料的国产化,这些高端滤料的开发研究和应用需要有较大的投入,迫切需要得到国家的支持。

6.3 袋式除尘器配件、自动控制投资建议

袋式除尘器配件的重点主要是大口径脉冲阀、打造国产品牌、推广应用非膜片脉冲阀和袋式除尘器自动控制系统。

脉冲阀在我国发展迅速,产量也大。但与国外产品相比,膜片的使用寿命还有差距,是我国袋式除尘器配件厂家要重点解决的问题。

袋式除尘器的自动控制已经普遍采用PLC机,DCS控制系统和工控机(IPC)也已经进入这一领域。自控系统的功能更为齐全:对清灰进行程控;自动监测除尘设备和系统的温度、压差、流量参数、超限报警;对脉冲喷吹装置、阀门切换、卸灰阀等有关设备和部件的工况进行监测、故障报警;对清灰参数(周期、持续时间等)进行显示;对各控制参数的调节更加方便。大型袋式除尘器的自动控制系统仍是以PLC或工控机为核心,完善智能化、网络化控制。随着自动化技术和网络技术的飞速发展,应用什么系统不是最重要的,最重要的是需要软件编程人员和除尘工艺专家共同努力,开发出各种工况条件如电炉、高炉煤气、铝电解槽、电站锅炉、水泥回转窑、垃圾焚烧等除尘工艺的专项应用软件,使袋式除尘器的控制系统成为专家系统。

展望未来,袋式除尘行业涉及到的服务领域将备受关注,传统的水泥、钢铁、电力和新兴的垃圾焚烧行业仍然是燃煤电厂烟气达标排放的保障服务的主要市场,垃圾焚烧行业将会是投资增速最快的行业。

2013年是袋式除尘行业发展非常困难的一年,2014年又将是充满期待的一年,在相关行业的大力支持和帮助下,袋式除尘行业会有一个灿烂美好的明天。

Development Report on China Bag Hose Precipitation Industry in 2013

(Bag Hose Precipitation Comm ittee o f CAEPI, Beijing 100037, China)

The paper summarizes the genera l development situation of China bag hose p recipitation industry in 2013; p resents the production, management status and technica l p rogress o f bag hose precipitation industry, as well as operation and development situations of the main enterprises; analyzes the main p rob lem s existed in the deve lopment o f the industry; based on the equipment o f the m ain fram e, fibe r fi ltering m ateria ls, fi lte ring bags o f bag hose precip itators and D & R o f fittings and au tocontrol as well as investment direction. The paper puts forward suggestions and makes p rospect on the industry deve lopment.

bag hose Precipitation; industry development; countermeasures and suggestions

X324

A

1006-5377(2014)09-0016-11

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