我国袋式除尘行业技术新进展*

2020-06-29王玉红姚群陈志炜

工业安全与环保 2020年6期

王玉红姚群陈志炜

(1.中国环境保护产业协会北京 100037； 2.中钢集团天澄环保科技股份有限公司武汉 430205)

0 引言

袋式除尘是控制工业烟气细颗粒物和实现超低排放的主流技术，应用极为广泛，在工业领域众多除尘装备中的应用比例分别是：钢铁行业95%、水泥行业90%、铝行业90%、电力行业30%、垃圾焚烧100%等。可以说，袋式除尘对打赢污染防治攻坚战、决胜非电行业超低排放发挥着举足轻重作用，确立了新形势下袋式除尘在企业环保提标改造中的突出地位。

工业领域实施超低排放，驱动了袋式除尘产业发展。据统计，2019年行业总产值约200亿元/年，同比增长12.4%，利润约20亿元，利润率10%。

随着国家对非电行业超低排放战略的实施，国家和地方纷纷颁布了更为严格的排放标准，企业环保提标改造为袋式除尘行业提供了市场需求和难得的发展机遇。超低排放对袋式除尘的技术性能提出了更高的要求，环保标准的引领作用推动了袋式除尘技术创新、产品研发和装备提升的进程，近年来在主机设备、过滤材料、智能控制、装备制造和工业应用等方面均取得了创新和突破，达到国际先进水平的核心技术屡见不鲜。

1 袋式除尘技术进步

1.1 细颗粒物捕集方面

当前，我国袋式除尘单台套最大处理能力已达500万m3/h，出口颗粒物排放质量浓度小于10 mg/m3已成常态化，设备运行阻力通常控制在800～1 200 Pa，漏风率均能控制在<2%。袋式除尘器已形成十余个系列产品，其应用已覆盖到各工业领域，成为我国工业烟气细颗粒物PM2.5控制的主流除尘装备，也是多污染物协同净化工艺不可或缺的组成部分。

1.1.1 预荷电袋滤技术与应用

由中钢天澄研发的炉窑烟气PM2.5预荷电袋滤技术，是利用预荷电装置使粉尘荷电，在滤袋表面形成海绵状粉饼，过滤时可提高细粒子筛分、扩散、静电等效应，从而可提高捕集效率15%～20%，可降低过滤阻力20%～30%。预荷电袋滤器是将粉尘预荷电技术、袋式过滤技术、PM2.5滤料等技术复合形成的装置(图1)。预荷电袋滤器具有流程短、捕集效率高、流动阻力低、结构简单、滤袋寿命长等特点，与传统除尘器相比，运行能耗可降低40%，故障率下降90%。该技术是国家“十二五”、“863计划”重大原始创新科技成果，达到国际领先水平。

2015年初在鞍钢炼钢总厂180 t转炉二次烟气净化项目上建成示范工程，运行5年来装置稳定可靠，颗粒物排放质量浓度2～8 mg/m3，设备运行阻力650～1 000 Pa，运行能耗降低40%以上。该技术的示范效应开始显现，先后在日照钢铁、柳钢等大型企业快速推广开来(图2)，目前应用30余台套，已成为钢铁行业超低排放的主流技术。

图1 预荷电袋滤器外形

(a)

(b)

1.1.2 内外过滤袋式除尘器与应用

由中材装备开发的新型内外过滤袋式除尘器取得突破并成功应用。该技术使用内、外两条滤袋,将内滤袋倒置插入外滤袋，内滤袋内滤，外滤袋外滤，即利用外滤袋的内部空间大幅增加过滤面积。该技术成果在滤袋结构、框架型式、吊挂方式、精准定位等方面取得创新(图3)，形成了专利技术和产品。

在水泥行业开展了工程示范应用，粉尘排放浓度满足特别排放要求，设备运行能耗降低30%以上，设备钢耗和占地下降30%，取得了良好的经济和环保效益。该成果已在邯郸金隅太行水泥等多条生产线上应用(图4)，也将在国外水泥新线上配置。

图3 内外过滤滤袋示意

图4 内外过滤袋式除尘器在邯郸金隅太行水泥应用

1.1.3 高效滤筒除尘技术和应用

由广州市华滤环保公司针对钢铁行业粉尘超低排放改造需求，开发出一种拥有自主知识产权的超低排放用高效滤筒(图5)，在不改变原有袋式除尘器本体结构的前提下，达到经济性超低排放提标改造的目的，所开发的滤筒用针刺、水刺和耐高温的高效过滤材料，在应用中可以将粉尘排放长期稳定控制在10 mg/m3以内。在大折距易清灰的滤筒结构、自动化折叠工艺、等距热熔绑带技术、无毛刺无焊痕螺旋一体式骨架等方面取得了创新突破，成果已成功应用于宝钢、韶钢、建龙、首钢等钢铁企业烧结机尾、出铁场、石灰窑、高炉炉顶、干熄焦等改造工程(图6)，经济效益和社会效益显著。经专家鉴定，该技术整体达到国际先进水平，其中长滤筒等间距成型技术达到国际领先。

图5 超低排放用高效滤筒

1.2 过滤材料方面

1.2.1 超细面层梯度滤料

过滤材料是袋式除尘的核心部件，传统的滤料不能达到超低排放的限值。研究和应用表明，滤料纤维直径越细，孔经越小越密，对微细粉尘的捕集能力越高，滤料阻力越低。开展了“863计划”科技攻关，研制了直径小于1 μm 的超细“海岛纤维”(见图7)，开发了“海岛纤维”为超细面层的PM2.5滤料新产品(图8)。

(a)

(b)

(a)

(b)

“海岛纤维”超细面层滤料具有表面过滤的属性，其效率比常规滤料高出16%(图9)，即对2.5 μm粒子捕集计数效率由原来的80%提高到96.9%以上。目前，超细面层梯度滤料已在工业企业超低排放提标改造中广泛应用。

图8 超细面层梯度滤料结构

图9 海岛滤料与常规滤料过滤性能比较

1.2.2 波形褶皱滤袋

褶皱滤袋是一种新的滤袋结构(图10)，近年已开发成功。使用褶皱滤袋可以增加过滤面积，降低过滤风速，有利于提高过滤效率，满足当下超低排放要求。采用褶皱滤袋无需改动原袋式除尘器本体结构，改造工作量小。

褶皱滤袋已在钢铁行业广泛应用，在保持原有除尘器箱体不变时，过滤面积可增加到1.5倍以上，过滤风速下降到0.80 m/min以下，以满足除尘器出口排放质量浓度小于10 mg/m3的超低排放要求，适用于除尘器提标改造。

图10 波形褶皱滤袋及其工业应用

1.2.3 金属间化合物多孔膜材料

由成都易态公司研发的金属间化合物多孔膜材料取得突破。传统的高温滤料耐温小于260 ℃，通过十余年的科技研发，研制了超高温 (200～600 ℃)的金属间化合物多孔膜材料及其元件(图11)，并在微米/亚微米级别实现孔结构的精确调控，膜及膜元件达到了良好的高温化学稳定性、热稳定性和过滤性能，技术性能达到国际先进水平。

图11 金属间化合物多孔膜滤筒

金属间化合物多孔膜滤筒可广泛用于铁合金、高钛渣、黄磷等密闭矿热炉冶炼高温煤气净化(图12)，净化后煤气含尘浓度小于10 mg/m3。

图12 金属间化合物滤筒在煤气净化中应用

1.2.4 多功能过滤材料

滤料不仅能过滤细颗粒物，还能协同催化脱硝、脱二噁英和脱除VOCS，形成多功能过滤材料。袋式除尘器除分离颗粒物外，作为反应器还兼有脱硫效果。美国戈尔公司开发了具有脱除二噁英滤袋和脱硝滤袋，台湾富利康公司开发了催化脱硝陶瓷滤筒(图13)等。

图13 催化脱硝陶瓷滤筒

近年来，我国清华大学、浙江鸿盛、中天威尔等单位相继开展了多功能滤料和催化陶瓷滤管产品研发，取得了阶段性成果，并在某日用玻璃熔窑烟气氮氧化物及氟化氢净化项目中应用(图14)，通过陶瓷触媒滤管实现SCR脱硝及高效除尘，净化烟气经余热锅炉回收余热后达标排放。从2017年5月运行至今，NOX排放质量浓度<100 mg/m3，HF排放质量浓度<5 mg/m3，SO2排放质量浓度<5 mg/m3，颗粒物排放质量浓度<5 mg/m3，氨逃逸<5 ppm。

(a)

(b)

1.3 袋式除尘系统智能化网络化方面

由苏州协昌研发的“烟尘治理袋式除尘运行管理云平台”(图15)是基于网络实体及物联网技术自主开发的工业信息化数据平台。可以配合研发的智能脉冲阀产品,对袋式除尘系统的运行数据进行实时采集、无线传输，并实时监控设备的运行状况,实现全过程远程运维管理。

在烟尘治理系统的不同节点设置监控点,对除尘系统每个监测点的运行数据进行实时采集,将数据无线上传到服务器,电脑对所采集的海量数据进行存储、处理、分析和整理,再利用嵌入的专家系统对数据进行解析、故障诊断、设备运行状况判断和评估，最终反馈至终端设备(电脑或移动设备),提供预警或报警通知。经专家鉴定，该技术总体上达到国际领先水平，可在各行业袋式除尘系统上广泛应用。

图15 烟尘治理云平台智能控制系统

1.4 袋式除尘协同脱硫脱硝方面

袋式除尘是多污染物协同控制工艺重要组成部分，是烟气净化工艺的核心装置。袋式除尘器除了去除颗粒物外，还兼有脱硫、脱酸和脱二噁英的效果。近年来，基于袋式除尘的烟气脱硫脱硝工艺不断出现，并成为各行业烟气多污染物协同净化的经典工艺。如发电厂SCR+FF/电袋+FGD工艺，水泥厂ESP+SCR+余热锅炉+FF，焦化厂SDA+FF+SCR工艺(图16)，烧结厂CFB+FF+SCR工艺(图17)等。基于袋式除尘的烟气多污染物协同净化技术是未来大气污染治理技术的发展方向。

图16 焦炉烟气袋式除尘应用

2 装备制造提升

为响应国家实施制造强国战略，践行“中国制造2025”，袋式除尘行业骨干企业强化了加工制造装备的智能化升级，部分装备输出到国外，参与“一带一路”建设。

科林环保、中钢天澄等在主机生产加工装备上得到升级，焊接机器人及自动化焊接生产线等已常态化，上海袋配进行了脉冲阀等配件的加工制造数控装备升级，元琛环保引进全球最先进的德国Autefa成套高端滤料生产线，实现全自动智能换针，通过高精度在线监测系统实现了产品品质的精密控制。有些企业引进的日本TOKUDEN电磁热覆膜设备，采用电磁感应加热方式，具有温控精度高、温度均匀性好、温升和降温速度快等优势，使覆膜滤料获得更加优异的覆膜牢度和绝佳的透气性能。装备自动化制造及智能化滤料生产线见图18。