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袋式除尘行业2014年发展综述

2015-05-23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 2015年11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)

1 概述

自20世纪80年代起,在国家相关科技政策的推动下,我国袋式除尘工作者在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上,研制和设计了一大批具有自主知识产权的多个规格型号的袋式除尘器,成功应用于各个行业。改革开放以来,我国电力、水泥、钢铁、有色金属、化工等行业步入高速发展阶段,产能先后位居世界第一,随之而来的是大气污染问题日益突出。我国政府重视从源头治理大气污染,多次修订大气污染物排放标准,排放限值不断加严。就大气颗粒物污染治理而言,袋式除尘器以其高效、可靠、运行能耗低、维护简单等优异性能得到各行业的广泛认同,在电力、水泥、钢铁、有色金属、机械、化工、市政等20多个领域的应用呈现高速发展态势。经过多年的发展,我国袋式除尘行业涌现出一大批工程技术人员和骨干企业,我国袋式除尘整体设计、工装设备、制造技术、控制技术、纤维和滤料生产技术、配件设计和生产技术及大多数产品质量和整体技术水平均已达到或接近国际先进水平。

2 影响袋除尘行业发展的因素

从最近几年的统计数据来看,我国袋式除尘行业总产值增加最快的时期是2005~2008年,总产值从64.98亿元/年增加到167.90亿元/年,年均增长率达到37.23%。2009年受全球金融危机的影响,袋式除尘行业受到冲击,总产值下降至119.77亿元,行业内为钢铁、电力、有色金属等行业配套的袋式除尘设备生产厂家受影响最大。得益于国家拉动内需刺激经济较快发展的政策和严格的环保要求,当年为水泥、垃圾焚烧等行业配套的袋式除尘设备生产厂家的产值仍有较大幅度的增长。

这几年环境保护已成为广受社会关注的热点问题,在2014年和2015年的全国“两会”上,李克强总理在政府工作报告中提出:“我们要像对贫困宣战一样,坚决向污染宣战”,向世界表明了中国政府治理污染的决心。但由于袋式除尘行业自身的原因,以及主要工业行业因产能过剩而处于深度调整中,为这些企业服务的袋式除尘行业并没有实现快速发展,近几年全行业总产值在150亿元/年、利润在15亿元/年左右徘徊。2014年袋式除尘委员会的300多家会员单位中,大多数生产企业均面临着前所未有的困难,除上市公司外,普遍存在资金紧张,货款回笼不及时,陷入市场热、售价低、回款难、有单不敢接、全行业总产值和利润均有较大幅度下降”的尴尬局面。

2.1 政策与标准

修订后的《环保法》和《大气污染防治法》是我国治理大气污染的法律文件,对袋式除尘行业的发展无疑是机遇。大气污染控制标准趋严是促使袋式除尘行业快速发展的关键因素,治污行业属于政策推动型行业,国家污染控制标准的制订、修订直接促进着行业的发展。

随着国家对环境污染问题重视程度的提高,现行大气污染物排放标准比GB16297-1996要求更加严格,各行业的大气颗粒物排放限值普遍为30~50mg/m3,而且对现有企业和新建企业均执行统一的排放标准。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。《火电厂大气污染物排放标准(GB13223)》规定,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;《水泥厂大气污染物排放标准(GB4915)》规定,颗粒物排放限值为20mg/Nm3(通风设备)和30mg/Nm3(热力设备),对重点污控区规定更加严格,还明确“严格控制粉尘排放,推广使用袋式除尘器”;钢铁工业污染物排放标准中的《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)》中,大气颗粒物排放限值均为30mg/Nm3和15mg/Nm3。

可以预见,今后几年国家的环保和产业政策还将推进袋式除尘技术和产业的发展,袋式除尘技术以其高效除尘的性能将在未来几年中得到更加广泛的应用,并成为微细颗粒物治理设备的主流。

2.2 上、下游行业对袋式除尘行业发展的影响

袋式除尘行业的上游为钢铁、化工等原材料产业;下游主要是电力、水泥、钢铁、有色金属、机械、化工、粮食加工、市政等20多个行业的最终用户。前者的主要原材料价格波动直接影响袋式除尘设备的制造成本,其技术进步与技术革新将促进行业产品性能与服务水平的提升,从而为下游行业提供更为完善的产品和服务;而后者的发展与其环保意识和社会责任感的提升,以及国家出台更加严格的大气污染减排标准,也将进一步促进袋式除尘行业的发展。例如:水泥行业通过结构调整,袋式除尘器的使用比例已达80%以上,2014年以来老工艺生产线静电除尘器改造为袋式除尘器的数量加速上升;钢铁、有色金属行业袋式除尘器的使用比例逐年提高,已达95%左右;电力行业袋式除尘器的应用比例也在稳步上升;城市生活垃圾焚烧、生物质发电、固体废物、危险废物和医疗废物焚烧行业,在建和已建成投产的烟气净化处理系统的袋式除尘器的使用比例达到100%。随着国家对污染控制的要求越来越高,作为国际公认的处理粉尘、烟尘等最为有效的手段,袋式除尘器以其高效而稳定的除尘性能将成为除尘设备的主流之一,并还具有较大的市场空间。

2014年上游行业的PPS纤维价格波动,对滤料行业的利润造成了较大影响。一些滤料骨干企业虽然采取了一系列应对措施,如加强内部管理与成本控制,同时积极开发新产品、优化产品结构等,但仅仅起到了减少企业损失、提高企业抗风险能力的作用。

总体说来,2014年环保行业诸多利好政策不断出台,但袋式除尘行业大多数企业并未充分得到实质利好。

3 袋式除尘行业生产经营状况和发展趋势

根据2014年的统计分析,由于多个行业的严重产能过剩和整体效益下滑,新上项目大幅度减少,导致为这些行业配套服务的袋式除尘装备需求量大幅下降,货款回笼困难,清欠问题突出。而行业内的产能过剩,尤其是滤料的中低端产品产能严重过剩,导致市场竞争激烈,也影响了整个行业的效益,“增产不增收”仍然是袋式除尘行业2014年的普遍情况。国产芳纶、聚酰亚胺、PPS、PTFE和改性玻纤等纤维的用量增幅较大,基本取代了进口,国产滤料的各项性能指标达到或接近国外产品的水平。除PPS纤维外,进口和国产纤维的价格已经大幅下降,为整个行业带来了一定效益。

3.1 袋式除尘行业经营状况与发展趋势

根据2014年度的统计,袋式除尘行业共登记会员单位319家,分布在全国26个省、市,其中科研、高校和主机企业186家,纤维、滤料企业(含国外在华贸易公司)116家,配件、测试仪器企业(含国外配件代理)17家(见表1)。

2014年行业总产值为132.67亿元,利润11.87亿元,利润率8.95%(见表2),全行业经营状况继续下降。其中,主机生产和工程总包企业营销额大幅度下降,有些已经持续两年亏损。我国大气污染严重、排放标淮不断趋严、对高效除尘器需求量增长,为什么袋式除尘器行业还会走下坡路,主要原因还是产能过剩,竞争过于激烈,企业缺乏创新驱动、锐意进取精神。出口的下降,是由于国外工程总包和设备成套减少,而国内袋式除尘行业多数企业还缺乏走向国外市场的意识和途径。纤维、滤料和配件生产企业总产值有所增长,几家骨干滤料生产企业增长幅度较大。除PPS纤维外,国产PTFE、芳纶以及聚酰亚胺纤维的供应可充分满足国内的需求,价格下降幅度较大,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1 中国环境保护产业协会袋式除尘委员会会员单位分布情况

表2 袋式除尘行业最近四年统计

3.2 发展趋势

近年来,我国众多地区持续出现大范围长时间的雾霾天气,大气环境污染状况日益严峻,引发政府和全社会的强烈关注。“雾霾”形成的原因主要是工业企业密度太大、环保监管力度不够、环保标准太宽松,以致颗粒物排放量大大超过环境容量。火电、钢铁、水泥等产业一直是最大的大气污染源,袋式除尘器是解决这些行业颗粒物排放的最佳技术,国家和各地密集出台的治污政策仍将是袋式除尘行业今后几年的市场增长点。

3.2.1 各级政府应成为环保技术及环保服务的最大“买家”

新修订的《环保法》和《大气污染防治法》,明确了政府应加大环保财政投入、政府要对环境质量负责、政府要向人大报告环保工作等规定,要求政府投入更多的资金治理大气污染,改善大气环境质量。各省、市政府已纷纷开始行动,例如京津冀地区未来五年预计将投入近万亿元资金治理大气污染,其中政府投入将达到2000亿~3000亿元。

3.2.2 重点排污企业应成为袋式除尘产业的主要“消费者”

《环保法》中对企业环保义务的规定,将促使排污企业加大投入,采用有效的节能环保技术、设备、生产工艺等,防止颗粒物的产生及实现达标排放。因此,重点行业的重点排污企业将成为袋式除尘技术、工艺、设备、材料、服务的最主要消费者。“减少排放”已成为各行业和企业追求的新目标。

3.2.3 更严格的环保标准为袋式除尘器行业发展创造新需求

2014年4月1日,国家发改委、环保部和工信部联合印发了《钢铁行业清洁生产评价指标体系》,钢铁企业对不能达标排放、或不能稳定达标排放的治理设施要加大改造的力度,采用更先进的工艺、技术、设备,以加快钢铁企业全面实现清洁生产。

3.2.4 大气污染物的协同治理

我国电力、水泥、钢铁等行业的技术水平在国际上比较先进,但我国能源行业的整体技术水平仍较落后,所造成的污染还有更大的治理空间。大气污染物防治应考虑整体效果,袋式除尘技术在防治颗粒物的同时,也要同时考虑有毒有害气体的去除,如燃煤锅炉、垃圾焚烧炉、水泥窑、烧结炉用袋式除尘器。

3.2.5 第三方运营管理服务是袋式除尘行业发展趋势

目前,我国大气污染治理投资效率不高,治理效果存在欠佳之处,其中一个重要原因是“谁污染、谁治理”的政策导向,让排污企业自行治理。其弊端是:在监管不到位的情况下,就会形成“有污染,没治理”或应付治理的现象;排污企业缺少对污染治理技术的了解和缺乏专业技术管理人才;“谁污染、谁治理”还为一些缺乏社会责任感的企业偷排和超排等不法行为提供了便利,也给行政部门严格执法带来了难题,增加了执法成本和执法难度。要改变这种现况,切实解决我国大气污染问题,防治工业污染,必须打破现行的“谁污染、谁治理”的治污模式,采用“污染治理专业化投资运营管理模式”,由国家制定法律和标准,并通过法规强制排污企业将污染治理交给专业化公司实施,由专业化治理公司负责污染物处理达标,这应该是袋式除尘行业发展的必然趋势。

总之,袋式除尘产业的发展,政策及法律是最主要的推动因素。可以预见,环保法、环保单项法律以及与环保法相配套的法规、政策的出台和实施,将成为环保产业今后持续发展的推动力,也必将进一步推动我国袋式除尘技术的发展。

4 袋式除尘行业技术发展情况

目前,袋式除尘技术已从早期的单纯颗粒物治理扩展到除尘与尾气净化一体化综合处理(如垃圾焚烧烟气净化处理等),进而发展到系统装备的托管、配件的定制供货和环保服务,涉及技术方案制定、工程设计、设备设计与制造、安装、调试、人员培训、废旧滤袋的回收利用和运营管理的全产业链服务。大型袋式除尘装备技术研究(含超低排放关键技术)、产品开发、服务,专用纤维滤料生产技术的研究开发,清灰装置配件和自动控制技术的研究开发,获得显著的进步,创新能力不断增强,技术水平不断提高。

4.1 为大气污染排放标准趋严提供技术支撑

作为去除颗粒物的高效技术,袋式除尘可以大幅度降低烟尘和粉尘的排放量,是治理我国烟(粉)尘排放的主要技术装备之一。以水泥行业为例,若国内的水泥企业都采用这种高效除尘技术,每一条新型干法水泥工艺线都达到国家规定的排尘限值(吨熟料0.15~0.30千克),则我国水泥行业颗粒物排放量将低至23万~46万吨/年,这在技术上是完全可以实现的。若全国50%的燃煤锅炉采用袋式除尘器,则电力行业每年可减少烟尘排放百万吨以上。我国袋式除尘技术完全能够支持更为严格的环保标准,排放限值可进一步加严,对颗粒物减排起到重要作用。国内众多应用案例表明,袋式除尘器在满足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,只要严格按照现有标准和规范设计、制造、安装和运行,都能获得好的效果。

4.2 整体装备技术提高

袋式除尘器的设计选型理念已由二十多年前的高滤速、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,在燃煤电厂锅炉烟气除尘、水泥窑头窑尾烟气除尘、高炉煤气干法除尘、垃圾焚烧烟气净化领域迅猛推广应用,并取得显著成效。在众多烟尘治理工程中,排放浓度低于10mg/Nm3、系统阻力低于1000Pa、滤袋平均使用寿命4年以上已很普遍。随着配件质量的提高,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500万m3/h,过滤面积达8万m2。

4.3 装备大型化及其应用

袋式除尘技术进步最为显著的标志之一是装备的大型化,但不是简单的体积加大,同时也注入了许多新的技术,涉及装备的模块化设计、制造与安装、气流分布与调节、清灰系统可靠性、过滤材质及滤袋制造技术、滤袋使用的长寿命、整机加工制造及装备、本体结构合理及安全化等。袋式除尘器伴随着我国主要工业设备的发展而迅速大型化:火电行业单机容量由200MW、300MW、600MW到1000MW;水泥行业单条生产线由4000t/d、5000t/d到12,000t/d;钢铁行业单座高炉炉容由1000m3、2000m3到4000~5800m3。

我国科技人员充分发挥聪明才智,不断研发迅速跟进,使我国袋式除尘器的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500万m3/h以上;过滤面积由2000m2、10,000m2、20,000m2增加至50,000~80,000m2。在袋式除尘器大型化进程中,设备阻力大幅降低,由以往的1500~1800Pa降低到1200Pa甚至1000Pa以下;颗粒物排放浓度持续降低,普遍低于20mg/Nm3,重点污控区的水泥行业、生活垃圾焚烧行业和高炉煤气净化后烟气排放浓度普遍低于10mg/Nm3或5mg/Nm3。

袋除尘的大型化建立在我国工业总体水平提高的基础之上,同时也促进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大型生产工艺线和装备在国外(包括发达国家)大量建设推广即为一例。

4.3.1 大型袋式除尘器在水泥行业的应用

2014年全国水泥总产量达到24.76亿吨,占世界水泥产量的60%以上,在全国固定资产投资减缓的大背景下,全年仍新增产能0.73亿吨。虽然我国新型干法水泥比例已经上升到90%以上,吨熟料粉尘排放量也由原来的21.5千克下降到4.1千克左右,但与最新修订的标准GB4915-2013规定的排放限值0.15千克(按50mg/Nm3计)还相差甚远,与我国实现大气质量好转的目标也相差甚远。即使按世界最严格的大气污染物排放标准计,在只占世界有人居住陆地面积7.1%的我国国土面积上排放了60%的水泥颗粒物,每平方公里国土面积的排放量仍是惊人的。面对颗粒物重污染行业之一的水泥行业,我国的科技人员在几十年除尘经验的基础上,按照发达国家严格的排放标准,研发出大型低阻长袋脉冲袋式除尘器,处理风量100万~240万m3/h,运行温度240℃,可在线或离线清灰,滤袋平均使用寿命达到6年以上,设备阻力低于1000Pa,烟尘排放浓度长期稳定在10mg/m3以下,在我国5000t/d到12,000t/d生产线上已广泛应用。

2014年,水泥行业全工艺线采用袋式除尘器和窑头、窑尾由电除尘改为袋式除尘器,以及将不能达标的袋式除尘器进行改造在水泥行业大量推广应用,为水泥行业的减排起到了重要作用。

4.3.2 大型袋式除尘器在钢铁行业的应用

钢铁行业亦是重污染行业之一,钢铁行业袋除尘技术进步最为典型的代表是高炉煤气除尘。高炉在炼铁过程产生大量煤气,5000m3以上高炉产生的煤气量约90万m3/h,其中含有大量CO和少量氢气,是宝贵的能源。但是,未除尘的粗煤气中含有大量粉尘,必须经过净化处理才能应用。CO和氢气具有爆炸性,且CO具有较高毒性,净化处理过程危险性较高。传统高炉煤气采用文氏管湿法除尘,不仅热损失大,净化效率低,而且消耗大量水资源并产生严重水污染。我国在世界上率先开展脉冲袋式除尘器净化高炉煤气研究并成功应用,采用惰性气体清灰及输灰等技术,大大提高了煤气干法净化的安全性。

该技术具有稳定的高净化效率,净煤气含尘量低于5mg/m3,从根本上杜绝了瓦斯泥以及污水对环境的严重污染,摒弃了污水处理的庞杂设施并避免其过高的能耗,满足高炉煤气余压发电的要求,增加余压发电量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水平。

4.3.3 袋式除尘技术在电力行业逐渐被认同并不断推广

虽然袋除尘技术在钢铁、水泥等行业已广泛应用,然而由于电力行业的特殊性,袋式除尘技术尚未在电力行业普遍使用,但袋除尘技术在电力行业已逐渐被认同并不断推广。2014年袋委会组织对10个已使用袋式除尘器的电厂的调查表明:这些电厂普遍认识到袋式除尘器是降低电厂颗粒物排放的有效技术及设备。10个电厂的颗粒物排放全部在30mg/m3以下,且80%的装备排放低于20mg/m3;采用袋除尘后的维修工作量也减少了;由于湿式脱硫入口粉尘浓度降低,极大改善了湿式脱硫的运行条件。上海外高桥电厂4×300MW机组电改袋之后与尚未改造的其他机组相比,烟尘排放量显著降低。

近几年,大型袋式除尘器在燃煤电厂中的应用发展最快,从焦作电厂200MW机组的电改袋、张家港沙洲电厂600MW机组袋除尘、宝钢自备电厂350MW机组电改袋、上海外高桥4×300MW机组电改袋、九江电厂660MW到新密电厂1000MW的特大型燃煤机组上的推广应用,显示了火电行业高效控制烟尘排放,实现国家和地方制定的排放低于20mg/m3限值的决心和信心,表明袋式除尘技术在火电行业的应用具有广阔前景。

上述项目的设备阻力都低于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。

4.4 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。近几年袋式除尘行业显著的技术进步,体现在成功研制出了行业滤袋生产急需的几种耐高温纤维,如芳纶、聚苯硫醚、聚酰亚胺和PTFE等,结束了长期依赖进口的局面,促进了袋式除尘行业的发展。

4.4.1 芳纶纤维及滤料

芳纶纤维具有很好的耐高温性能,可在±204℃的条件下长期使用,尺寸稳定性好,短时间暴露于300℃的温度下也不会脆化、软化或熔融,是水泥行业窑头篦冷机余风除尘和沥青混凝土行业最理想的过滤材料。目前国产滤料用芳纶纤维,各项性能指标均达到国际最高水准,纤维细度为0.8~13dtex,以其优异的尺寸稳定性和良好的抗化学腐蚀性能被广泛采用,产能完全能满足国内需求并有大量出口。

4.4.2 聚苯硫醚(PPS)纤维及滤料

聚苯硫醚(PPS)分子结构中含有刚性、耐热性的苯环及柔性耐热性的硫醚键,且苯环的刚性结构由柔性的硫醚键连接,故PPS纤维比起常规纤维具有更优良的耐热性和热稳定性。其在高温下具有优良的强度、刚性及耐疲劳性,可在190℃下连续使用,能抵抗酸、碱、氯烃、烃类、酮、醇、酯等化学品的侵蚀,同时具有优异的阻燃性能,在火焰上能燃烧,但不会滴落,且离火自熄,性价比高,是燃煤电厂袋式除尘器用量最大的耐高温纤维。

4.4.3 聚酰亚胺纤维及滤料

聚酰亚胺纤维是高性能纤维的主要品种之一,可用于热烟气及热化学物质的过滤、放射性物料的过滤等。国内2004年开始在水泥行业窑尾电改袋工程上应用,由于其优异的过滤性能、低阻和长寿命而迅速在国内得到推广,用量急增,但纤维一直依赖进口。我国的聚酰亚胺纤维研究开始于20世纪60年代,目前国内公司已经建成了具有完全自主知识产权的纤维生产线,摆脱了依赖进口的局面,产能能够满足国产需求。

4.4.4 PTFE纤维及滤料

按照《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》(国办发〔2012〕23号),到2015年全国城镇生活垃圾焚烧处理设施能力达到无害化处理总能力的35%以上,其中东部地区达到48%以上。根据GB 18485标准,垃圾焚烧尾气净化处理系统必须用袋式除尘器。随着中国垃圾焚烧厂建设得越来越多,排放的要求越来越高,改性玻璃纤维和聚四氟乙烯纤维过滤材料生产技术及生产设备也就应运而生。聚四氟乙烯滤料可在260℃高温到-200℃低温范围使用,耐强酸强碱和各种有机溶剂,不燃、不溶、不污染,抗老化,极疏水,不含黏合剂,可以制成各种实用形状,可以再生重复使用。目前,国内几家生产企业的产能已经能够完全满足国内需求。

4.4.5 防静电纤维及滤料

由表4可知,中国降尘中普遍存在As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等重金属污染,工业区和非工业区的含量均高于中国土壤背景值,最低超标仍达到 2倍以上。这与中国长期以煤为主的能源结构密切相关。煤炭中常含有多种重金属元素,在其开采、运输和利用过程中对环境污染较大,特别是煤炭燃烧时,排放大量重金属进入大气,致使降尘中重金属含量较高(刘海彪等,2016;王文等,2001)。

在易燃、易爆环境下使用的袋式除尘器需要采用防静电滤料。国内自行研究开发的防静电系列针刺滤料,主要有混纺型和条纹型两种。混纺型是在化纤中直接混入导电纤维而成,条纺型是将导电纤维并入针刺毡基布中获得防静电的效果,经不同的表面后整理使其具有易清灰、拒水防油的特性。这些防静电滤料的表面电阻、体积电阻、摩擦电位等指标均能满足使用要求,技术成熟,已广泛应用于高炉煤气、煤磨、水泥厂、煤化工、电厂输煤等行业的除尘。

4.4.6 改性玻璃纤维及滤料

作为高温滤料中的重要一员,玻璃纤维以其耐高温、抗酸碱腐蚀的特性,在袋式除尘行业被广泛应用。由于玻璃纤维本身不耐折、不耐磨,在大规模推广应用中受到限制。近几年国内企业在玻璃纤维的改性方面做了大量的开发研究工作,取得很好效果,其中最有特色的是PTFE纤维和玻璃纤维并捻织造的滤布。开发该产品的障碍是PTFE纤维与玻璃纤维张力不一致,给混纺带来困难。在克服该难点的基础上,采用PTFE纤维与玻璃纤维膨体纱混纺作纬纱,成功制成混合纤维滤布。这种滤布可直接应用,也可覆以PTFE薄膜制成覆膜滤料。该滤料以PTFE纤维弥补了玻璃纤维不耐折、不耐磨的缺陷,又解决了纯PTFE纤维尺寸稳定性差的问题,从而提高了混纺滤料的耐磨、耐折、高强度的综合性能,同时解决了在后处理过程中PTFE纤维不能热清洗的问题,确保了混纺滤料表面处理的可行性。混纺滤材可满足袋式除尘器采用反吹风和脉冲清灰两种方式,提高了使用寿命,已广泛用于垃圾焚烧、水泥窑头、窑尾、电力等脉冲除尘器,也用于铁合金、炭黑等行业反吹风袋式除尘器。

玻纤/PTFE高温热熔覆膜滤料是在玻纤基布上复合PTFE薄膜(膨化聚四氟乙烯薄膜)制成的新型过滤材料,它集中了玻璃纤维的耐高温、耐腐蚀、强度高、伸长低和PTFE薄膜的表面光滑、憎水透气、容易清灰、化学稳定性好等优良特性,是行业内应用较多的产品。由于玻纤和PTFE本身的特殊性质,要使二者能完美地复合在一起,在加工过程中必须对它们分别进行改性处理。

4.4.7 玄武岩纤维及滤料

玄武岩纤维是一种无机高温纤维材料,可采用单一的玄武岩、辉绿岩、角闪岩、珍岩等广泛分布的矿石作为原料,经1450℃~1500℃高温熔融后快速拉制而成。玄武岩纤维对沥青的吸附能力强,耐腐蚀性强,绝热绝缘而且隔音,抗拉与抗剪切强度高,弹性模量大,化学稳定性好,在恶劣环境中使用具有较强的适应性,使用温度范围广,是袋式除尘行业这几年投入研究较多的产品之一。

4.4.8 复合过滤材料

为了发挥不同材料的特性,扬长避短,用两种或两种以上各具特色的纤维加工成一种滤料,这种滤料被称为复合滤料。根据所用材料复合方式的不同,可分为材料复合和结构复合两种。

材料复合是由两种或两种以上材料,采用织造或非织造工艺分别生产织造滤料或非织造滤料的复合方法。由部分耐高温合成纤维与玻璃纤维混合,采用非织造工艺制成纤网,针刺到玻璃纤维基布上制成的玻璃纤维复合毡,便是材料复合滤料之一。合成纤维的加入,提高了针刺毡中纤维的缠结强度及毡层与基布的结合强度,增加了针刺毡的密实度,提高了针刺毡的过滤性能。按加入的耐高温合成纤维的不同,复合针刺毡材料可分为P84玻璃纤维复合针刺毡、PTFE玻璃纤维复合针刺毡和Nomex玻璃纤维复合针刺毡等。

复合滤料具有中国特色,已广泛应用于建材、冶金、化工和电力等基础工业的环境保护和清洁生产中。

4.4.9 废旧滤料回收利用技术

随着袋式除尘器在各个行业的大量使用,废旧滤袋的回收利用引起各方面关注,并已经提上议事日程。目前国内对于纯芳纶、PPS、聚酰亚胺、PTFE等合成纤维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正在建立,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,基本能做到“谁生产谁回收利用”。

4.5 袋式除尘器配件

袋式除尘器的配件除了滤袋、袋笼外,主要有脉冲控制仪和脉冲阀。脉冲阀种类很多,有淹没式脉冲阀、直角式脉冲阀、外螺纹式脉冲阀、旋喷吹用大口径超低压脉冲阀。此外,还有气动破拱器、文氏管、箱壁连接器等。国内经过多年努力,现在电磁阀等配件都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,例如无膜片脉冲阀,既弥补了膜片使用寿命不够长的缺陷,又具有喷次量大的优点,已越来越多地用于工程中。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,除满足国内使用外,还大量出口。

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》将治理可吸入颗粒物(PM10)、细微颗粒物(PM2.5)为特征污染物提高到保障人民群众身体健康和社会和谐稳定的空前高度。为落实《大气污染防治行动计划》,为在全社会消除雾霾的行动,各行各业将会更多地采用袋式除尘器。可以预计,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,袋式除尘技术也会继续取得更大的进步。

5 袋式除尘制造技术的进步与发展

5.1 袋式除尘装备制造与制造装备

5.1.1 滤袋加工制造

滤袋是袋式除尘器的心脏,从设计、制造到安装的全过程,都必须围绕降低粉尘排放浓度、降低阻力和延长使用寿命这三大目标来进行。大多数滤袋的固定方式都严格控制花板的袋孔及袋口的加工精度,依靠弹性元件使袋口外侧的凹槽嵌入袋孔内,二者紧密配合,密封性更好,消除连接处的泄漏。大部分滤袋生产企业都采用自动三线缝纫设备和自动热熔设备生产,这些技术防止了缝纫针孔可能产生的粉尘泄漏,克服了缝线强度与滤料强度不一致造成滤袋失效的问题,延长了滤袋使用寿命,自动化程度高,滤袋尺寸稳定,质量更有保证。

5.1.2 袋笼自动焊接

我国的袋笼生产已经非常专业化,大多采用自动多点焊接生产工艺和笼箍自动圆圈机,提高了袋笼生产的质量和产能,袋笼的焊点牢固,成形光滑,无需打磨。

5.1.3 数控冲床和激光切割机制作花板

大部分设备厂加工花板孔均已采用数控加工工艺(如图1),使花板孔的尺寸公差、位置度和平整度有了更严格的保证。

图1 数控激光切割机加工花板孔

5.1.4 制作喷吹管的数控钻铣加工中心

喷吹管的作用是将脉冲阀释放的压缩气体通过喷嘴(孔)均匀地分配到每条滤袋内。喷吹管的每一个喷嘴(孔)与滤袋垂直对中是保证滤袋使用寿命的关键。某环保企业的喷吹管制作通过数控钻铣加工中心(如图2)完成,实现了一次装夹完成全部钻孔加工,保证了孔与孔的间距误差小于0.2mm,并保证了孔与基准面的垂直度。

图2 数控钻铣加工中心

5.1.5 数控相贯线剖口割孔一体机用于分气箱制造

袋式除尘器的分气箱(气包)属压力容器,焊接要求高。加工技术的一项进步是,采用专用的数控相贯线剖口割孔一体机,一次完成割孔和剖口两道工序,气割面光滑,砂磨省时省力,且割孔尺寸和间距精准。

5.1.6 箱板焊接采用对接拼板自动焊机

袋式除尘器的箱体要承受一定的负压或正压,因此,箱板拼接的焊缝必须不漏气且有相当好的强度。有实力的企业采用对接拼板自动焊机,利用单面焊双面成形工艺来焊接箱板,焊缝合格率高,强度高,外形美观。

5.1.7 焊接机器人的应用

机器人焊接以其焊接质量好而稳、速度快、可连续24小时工作等诸多优点,已在很多行业得到应用。目前,袋式除尘行业中以科林环保公司为代表的一些大型袋式除尘器制造企业都采用了焊接机器人(如图3)。

图3 焊接机器人

5.1.8 先进的材料预处理技术

抛丸和喷砂是对金属进行材料预处理以防设备锈蚀的重要手段。部分制造企业采用了装备水平较高的抛丸除锈工艺线(如图4),无论是型钢素材的抛丸除锈,还是箱式成品的喷砂除锈,都已能满足国内外客户的不同需求,切实有效地提高了产品的涂装质量。

图4 材料预处理工艺线

5.1.9 先进的涂装工艺

静电喷涂工艺已普遍应用于袋笼和中、小型除尘器壳体的涂装上。图5为中、小型除尘器壳体烤漆装置,其提升了部件及设备的抗腐蚀能力和美观度。在花板上涂玻璃磷片油漆,提高了设备的抗腐蚀能力,增强了袋式除尘器在电厂和垃圾焚烧行业的适应性。

图5 除尘器壳体烤漆装置

5.1.10 压力容器制造资质

为了安全有效地生产制造分气箱(气包)、储气罐、压缩空气管路和高炉煤气干法袋式除尘器等产品,包括科林环保在内的一些制造企业已取得了压力容器制造许可证,提升了企业的焊工技能、无损检测水平、管理体系。许多骨干企业都能承接出口加工业务,有些企业已经申领了ASME压力容器制造许可证、EN1090钢结构制造许可证,以及欧盟压力容器准入许可,打破了欧美发达国家的技术壁垒。

5.2 制造企业质量管理体系

许多袋式除尘器制造企业获得了ISO9001、ISO14000、ISO18000三体系的认证,通过多年的运行实践,在管理上已形成了比较规范的模式,从源头开始保证产品质量。每个项目有专门的质量策划、质量控制计划(QAP),参与项目的全体人员都十分清楚项目的要求。从材料采购入库、车间加工制造过程到产品出货都有对应的质量管控和记录,包括照片、录像等影像资料,保证了向包括发达国家和电力行业在内的国内外市场拓展业务的需要。

5.3 性能检测与质量保证

对于外形庞大的袋式除尘器,必须十分重视每道环节的质量检测。就密闭的箱体而言,焊缝、法兰连接面和人孔门的密封性尤为关键。检测连续焊缝质量的传统方法,是利用煤油易于渗透的特性,在规定的时间内观察焊缝另一侧是否有煤油渗透。现在,不少大型袋式除尘器制造企业添置了超声波探伤(UT)和X光拍片(RT)设备及X光拍片室,还有磁粉探伤(MT)、起泡试验和抽真空等检测手段,配备了持证上岗的无损检测人员。

为了检验袋式除尘器的净化效果,科林环保等一些企业已经建立了自己的实验室、检测站,对于研发项目的投用可进行自我检测和调试,及时发现和解决问题,以利于项目和产品的改进和验收。

6 行业发展存在的主要问题及分析

强化袋除尘新技术调研及推广、促进袋除尘行业3.0的发展,适时推进4.0是袋式除尘制造业必须要走的发展之路。介绍与推进袋除尘行业快速迈向工业3.0,适时推进4.0,将是袋除尘行业今后的一项重要工作。

在以德国、美国为主导的先进国家正向工业4.0迈进的时代,智能制造和智能工厂已展示在我们面前,我国袋除尘行业将面临新的挑战与机遇。已成为钢铁、水泥、电力等行业生产系统一部分的袋式除尘系统必须顺应工业4.0的需求,即必须满足智能化生产系统及过程的需求。我国现有袋除尘制造行业,仅少数企业处于工业2.0或接近于工业3.0,大多数企业尚处于工业1.0阶段。巨大的差距需要从国家及行业层面推进行业的整合与发展。

袋式除尘行业以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。我国电力、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,但这些又都是工业烟尘和粉尘污染严重的产业。我国烟尘的排放量居世界前列,国内各地的灰霾天气常态化出现。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,袋式除尘对控制我国大气污染将起到举足轻重的作用。我国袋式除尘的民营企业占行业企业总数的90%以上,小型企业居多,集中度不高,许多企业在低水平上徘徊,彼此低价竞争,影响了产品质量的提高、技术的进步和行业的健康发展。袋式除尘委员会将继续鼓励、引导有实力的企业走上市融资的道路,以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。

7 骨干企业的发展状况

袋式除尘行业会员单位中的骨干企业,如主要服务钢铁行业的江苏科林、中钢天澄、武进东方;服务电力行业的福建龙净、浙江菲达、江苏新中、浙江洁达、清华同方;服务水泥等行业的合肥水泥院、天津仕名、河南中材、浙江洁华、西矿环保、安徽盛运等企业,年产值都在亿元以上,这些企业都有精良的生产装备和健全的质量管理体系,业务也从传统的设备制造有意识地向大气污染治理工程总包、运营服务和BOT一条龙服务转型。

生产纤维、滤料、配件的骨干企业泰和新材、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、上海尚泰等也根据市场需求向品种多样化和客户定制方面转变。

7.1 袋式除尘行业的国际竞争力

我国袋式除尘的骨干企业都具有向包括发达国家在内的国际市场提供袋式除尘装备和环保工程总承包的资质,以及提供袋式除尘技术、装备和配件的能力。福建龙净、浙江菲达、江苏科林、浙江洁达、中钢天澄、河南中材、合肥水泥院、浙江洁华、西矿环保、安徽盛运等企业,以及滤料生产骨干企业的配套出口都有增长,但与其它行业相比,要成为世界袋式除尘器加工基地还有很长的路要走。

7.2 促进袋式除尘行业健康发展的建议

7.2.1 需要国家的支持和行业的创新

20世纪80年代,国家多个部委将我国袋式除尘和电除尘技术的研究、引进、开发列入国家攻关和重大开发计划,安排了很多项目,对我国除尘技术的进步和产业的发展起了极大的推动作用。那一时期袋式除尘技术处于从无到有阶段,通过对引进技术、设备进行消化和技术不断研发创新,袋式除尘技术和装备才有了今天这样的局面。当前,国家和民众对大气污染治理提出了更严格的环保要求,PM2.5、二噁英、汞和重金属的控制也均对袋式除尘技术提出了新的课题,技术创新和新型产业的发展仍然需要国家在财力、税收优惠等方面的扶持和支持。

在技术创新方面,有些项目单靠企业自身的力量难以完成,需要国内有技术实力的科研院所和大专院校协同努力,更需要国家有关部门的支持。袋式除尘委员会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、骨干企业构建团队,为治理我国常态化的雾霾天气,控制PM2.5等超细颗粒物的污染,向国家有关部门提出科研立项建议,并促进企业提高自身创新能力。

7.2.2 打造名牌产品,提高竞争力,扩大国内外市场份额

袋式除尘行业内的小微企业居多,集中度不够,很多企业的装备水平和管理水平都较低,企业的生产规模不大且产值不高,在高端市场不能形成很强的竞争力,这种现象在我国滤料生产企业中尤为突出。

袋式除尘委员会将继续为企业提供技术咨询和技术服务,帮助企业解决生产和工程中的技术问题,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。同时,积极打造国际品牌,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,袋委会将在垃圾焚烧行业和火电行业的应用方面继续对相关企业进行技术指导和培训。

7.2.3 其它

目前,我国的标准体系尚不健全,政出多门,除尘行业也一样,标准不完善。袋式除尘行业还缺失很多产品标准,例如:覆膜、涂膜滤料标准;两种及两种以上纤维的复合滤料标准等。袋式除尘行业的新技术和新产品不断出现,规范和标准的现状已远远满足不了行业发展的需要,袋式除尘器产品的标准体系至今没有归口管理。

针对这种状况,中国环保产业协会袋除尘委员会(简称袋委会)鼓励有条件的企业参与国家和各部委的规范、标准制订,并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,进一步扩大袋式除尘技术的应用领域。还将更加密切地推进国内外袋式除尘企业同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、加深了解,促进袋式除尘行业更好地为各用户行业服务。

8 行业发展展望

节能降耗是社会发展的永恒主题。促进袋式除尘技术的不断进步和行业的健康发展、满足民众对大气污染治理的要求、发展高效节能的袋式除尘产品,是袋委会的重要工作之一。环境保护、循环经济、节能减排理念贯穿于我国当前经济发展的全过程,我国政府高度重视环保产业的发展,把环保产业作为战略性新兴产业加以培育。

8.1 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,但以往并未将超细颗粒物的捕集作为技术发展的重点。面临微细粒子,袋式除尘技术需要进一步提高捕集效率、降低阻力和能耗。当前应针对PM2.5细微颗粒的捕集,加强研究和开发主机、超细纤维和滤料、测试及应用技术。

需要针对水泥、燃煤电厂、钢铁、有色冶金等几大重污染行业PM2.5细微粒子的控制,研究以下课题:新一代水刺滤料;利用计算机模拟设计超大规模除尘器的气流均布优化技术、高效节能清灰技术;PM2.5低能耗高效率捕集技术;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;低阻、高效、气流分布合理、安全和快装化的大型主机设备;建立重污染行业PM2.5细微粒子高效控制示范工程。

8.2 发展处理处置有毒有害气体的袋式除尘技术和装备

应当提升垃圾焚烧、危险废弃物处理处置尾气净化技术,特别加强对有毒有害气体和颗粒物一体化去除技术和装备的研究和开发;研究和开发去除重金属的技术和装备。

8.3 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实例,应扩大袋式除尘技术在烧结机头烟气脱硫除尘系统中的应用。

8.4 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,考虑到“节能减排”的大目标以及今后袋式除尘器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。

8.5 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已取得很大进展,但质量与国外产品尚有不同程度的差距,还需进一步加强这些产品的开发研究。

水刺滤料是利用高密度布置的高压高速的微细水流(或称“水针”)冲击纤维网, 使网中纤维相互缠结, 制成手感柔软的非织造滤料,再经PTFE膨化涂覆等功能性加工形成高效过滤材料。水刺滤料突破了针刺滤料的局限性,其表面具有像膜一样的超细纤维滤料的特征,具有过滤精度高、阻力小、易清灰、使用寿命长等特点,生产效率提高10倍,原材料节省20%,过滤效果满足PM2.5控制要求,对提升我国环保过滤产品的技术水平有重要的意义。就我国烟尘控制标准从目前的总尘控制提高到PM2.5控制而言,水刺滤料是满足新标准的更新换代产品。

8.6 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。

8.7 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。但我国大批量生产的脉冲阀还存在性能不稳定的问题,需要加强研究,缩小与国外同类产品的差距,建立质量信誉管理体系,提高企业竞争力,扩大国内外主要市场的占有份额。

8.8 袋式除尘器的智能化远程控制和管理系统

袋式除尘器的控制已经普遍采用PLC、DCS控制系统和工控机(IPC),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、卸灰阀等附属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,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,需完善智能化、网络化的远程控制和管理。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,开发出适应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,真正使袋式除尘器的控制系统成为用户、监管部门和设备供应商都能随时确认的远程智能控制和管理的专家系统。

袋式除尘行业的发展必须围绕《环保法》、《大气污染防治法》和解决《环保产业关键技术》开展工作。我国节能减排的力度将不断加大,环保产业也在国家拉动内需加大投资力度的范围内,袋式除尘行业仍然面临着发展的大好机遇。

展望2015年,袋式除尘行业涉及到的第三方运营服务领域将备受关注,传统的电力、水泥、钢铁行业的除尘改造和新兴的垃圾焚烧行业仍然是袋式除尘技术服务的主要市场。

2015年是袋式除尘行业充满期待的一年,袋式除尘行业将加速技术升级,努力创新,实施以质取胜和多元化市场战略,开拓国内外新兴市场,确保产业的健康发展。行业发展道路漫长而曲折,相信在“依法治国”和民众对大气污染治理的需求空前高涨的形势下,能够高效控制超细颗粒物的企业都会有广阔的发展空间。

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