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中國(guó)袋式除塵設(shè)計(jì)及技術(shù)市場(chǎng)分析

1.概述

    近10年來(lái)，隨著我國(guó)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(guò)國(guó)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(lái)的100萬(wàn)m3/h提高到250萬(wàn)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(guó)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(lái)，我國(guó)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(cè)與過(guò)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(guó)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(guó)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)，汲取了國(guó)內(nèi)近30年來(lái)工程成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)，在廣泛征求專家意見(jiàn)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(cè)、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(guó)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(guó)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(jí)效率）、設(shè)備阻力、漏風(fēng)率。

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

    國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)際先進(jìn)水平。可見(jiàn)，袋式除塵在控制顆粒物排放方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，也是控制PM2.5細(xì)顆粒物排放的有效措施。

    近年來(lái)，我國(guó)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)袋式除塵器阻力通常可控制在700~1200Pa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(jiàn)。

    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(wàn)m3/h，單項(xiàng)工程100MW鍋爐機(jī)組袋式除塵器（見(jiàn)圖1）最大處理風(fēng)量達(dá)到560萬(wàn)m3/h。

 

    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(jiǎn)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(guó)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(jiàn)下表。

5.袋式除塵器系列化及多樣性設(shè)計(jì)

    我國(guó)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。火電行業(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(guó)內(nèi)自主開發(fā)的具有國(guó)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(guò)濾面積由原來(lái)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(guó)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(zhǎng)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。

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(duì)各零部件進(jìn)行三維建模，在此基礎(chǔ)上對(duì)零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，如：緊固件庫(kù)、人孔門庫(kù)、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(shì)。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(guò)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(guò)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(chǎng)、溫度場(chǎng)、顆粒物濃度場(chǎng)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(zhǎng)度和長(zhǎng)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(lái)，我國(guó)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(guó)環(huán)境科學(xué)研究院檢測(cè)，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(duì)汞的總體脫除率達(dá)72.55%，對(duì)顆粒汞的去除率為96.38%，對(duì)氣態(tài)汞的去除率為35.22%。測(cè)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(wèn)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.全球環(huán)保研究網(wǎng)建議

    近10年來(lái)，我國(guó)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(guó)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(guò)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(guó)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(guó)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(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品，設(shè)計(jì)水平步入了國(guó)際先進(jìn)水平行列。