袋式除塵技術發(fā)展回顧和展望

1.4標準的制定推動了技術的發(fā)展以及推廣應用

2012年頒布的《袋除塵工程通用技術規(guī)范》(HJ2020—2012)，規(guī)定了袋式除塵工程設計、施工與安裝、調試與驗收、運行與維護的通用技術要求;《水泥工業(yè)除塵工程技術規(guī)范》(HJ434—2008)、《鋼鐵工業(yè)除塵工程技術規(guī)范》(HJ435—2008)、《燃煤電廠鍋爐煙氣袋式除塵工程技術規(guī)范》(DL/T1121—2009)、《垃圾焚燒袋式除塵工程技術規(guī)范》(HJ2012—2012)等提出了各行業(yè)主要生產工藝中煙氣治理的原則和措施，規(guī)定了除塵工程設計的技術要求。同時國家還組織制定和修訂了一系列袋式除塵器產品規(guī)范，包括主機、濾料和濾袋、袋籠、脈沖閥、分氣包等。

燃煤電廠、鋼鐵工業(yè)、水泥工業(yè)等都適時進行了大氣污染物排放標準的修訂，提出了更嚴格的工業(yè)排放標準：《鋼鐵燒結、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB28662—2012)、《煉鐵工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB28663—2012)、《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB28664—2012);《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223—2011);《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB4915—2013)。

上述標準的制定推動了各個行業(yè)環(huán)保技術的發(fā)展和進步，加快了袋式除塵裝備工程化開發(fā)和應用。

在總結成績時，還要看到不足，突出問題表現在裝備制造水平有待提高。我國袋除塵器的整體制造水平與國外發(fā)達國家還有相當大的差距;大量的袋除塵裝備制造企業(yè)水平參差不齊，同行間存在相當大的差距;袋除塵生產企業(yè)與電除塵生產企業(yè)相比，制造水平也有差距，特別是加工精度、零部件的標準化等方面的差距明顯。應堅決淘汰落后的作坊式加工方式，實現裝備高端化制造。

2袋除塵技術發(fā)展的展望和思考

2.1超凈排放技術

眾所周知，PM2.5是霧霾產生主要原因之一，減少污染源，削減大氣污染物排放是解決霧霾的根本之道。國情決定了對于我國的水泥、鋼鐵、有色等行業(yè)，去產能可以，去產業(yè)做不到。所以，即使我們的行業(yè)過剩問題解決，我國環(huán)境容量的巨大壓力依然存在。這就要求我們未來的標準要比現有標準更嚴，甚至超歐、美、日的標準，才能滿足生態(tài)文明建設的要求。有關方面對我國水泥廠窯尾除塵器排放煙氣進行了檢測統(tǒng)計，PM2.5占比40%~60%;一組國外相關報道的數據表明，在排放達到15mg/Nm3的煙氣中，PM10含量為80%，PM2.5含量為26.7%?？梢钥闯觯M一步降低排放濃度，實現超低排放，對降低PM2.5含量有明顯作用。超凈排放(超低排放)技術的研發(fā)已是刻不容緩。

火電行業(yè)已先行，明確提出了“超凈排放”。超凈排放是指用多種污染物綜合治理技術，使火電廠主要大氣污染物(煙塵、二氧化硫、氮氧化物)排放達到或優(yōu)于燃氣輪機組的大氣污染物排放限值：SO2排放35mg/Nm3，NOx排放50mg/Nm3，粉塵排放5mg/Nm3。相比于2015年7月1日起開始執(zhí)行的“史上最嚴格火電排放標準”(非重點地區(qū)現有煤電機組執(zhí)行二氧化硫200mg/Nm3、氮氧化物100mg/Nm3、煙塵30mg/Nm3，重點地區(qū)50mg/Nm3、100mg/Nm3、20mg/Nm3)，主要污染物的排放可以減少三到七成。濕式除塵器技術的研發(fā)和應用，為火電行業(yè)實現超凈排放的探索提供了一條新途徑，火電行業(yè)的先行探索和實踐，必將帶動其他行業(yè)的共同進步。因此，10mg/Nm3、5mg/Nm3的粉塵排放指標對水泥行業(yè)來說將不是遙遠的目標。

目前，袋除塵器對粉塵的凈化效率可以達到99.99%，PM10的捕集效率99.35%，PM2.5的捕集效率98.84%，在控制細顆粒物有明顯優(yōu)勢。對于袋除塵器來說，超凈排放技術不應簡單地理解為把濾料質量提高，或提高濾袋的縫制質量就可解決問題，這是綜合技術的集成系統(tǒng)，應從高效噴吹清灰系統(tǒng)、高精度過濾系統(tǒng)、低阻結構系統(tǒng)、均風分布系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等五大主要系統(tǒng)技術進行創(chuàng)新，超凈排放技術的研發(fā)對袋式除塵器各個系統(tǒng)的創(chuàng)新研究將是一次提升和考驗，也必將進一步整體提升我國袋除塵的技術和裝備水平。

2.2智能控制、檢測和應急處置技術

大型脈沖噴吹袋除塵器普遍用于水泥、冶金、電力、化工等行業(yè)，由于環(huán)保排放要求越來越嚴格，一旦除塵器出現故障，如破袋、清灰系統(tǒng)短路(如脈沖閥、提升閥等)、超溫等故障，會影響系統(tǒng)的正常運行，嚴重的造成粉塵超標排放。幾千條甚至上萬條濾袋以及幾百個脈沖閥，如何及時、準確判斷故障位置并進行應急處置，對企業(yè)管理提出了更高的要求。利用計算機仿真技術，實現破袋在線檢測及定位、清灰系統(tǒng)短路故障的快速排查、遠程故障報警，方便用戶及時對故障進行分析和處理，真正實現袋除塵器預警、定位、檢測、處置等功能一體的智能化控制，將大大提高企業(yè)管理水平，降低運行、維護成本，減少事故損失。

在線破袋檢測定位技術可有效并及時發(fā)現破袋位置，縮短排查和處置時間，杜絕事故排放，延長濾袋使用壽命，減少設備的運行和維護成本。利用清灰系統(tǒng)短路故障的快速排查技術，可大大減少人力排查時間，提高運行可靠性。故障實時監(jiān)測和無線報警，及時發(fā)現和處理問題，避免事故擴大化。靈活的數據輸出功能。曲線圖、表格、報警指示等，提供智能化歷史趨勢全自動回放功能等，方便快捷，有利于對歷史數據進行分析，查找系統(tǒng)存在的問題。

2.3粉塵與有害廢氣協同治理技術

現有技術對于工業(yè)窯爐廢氣中的粉塵、NOx、SO2等治理一般是采用分別單獨處理的方式，各自為政。

隨著水泥窯協同處置生活垃圾、危險廢物、污泥、污染土等固體廢物技術的成熟，以及垃圾焚燒發(fā)電、生物質焚燒發(fā)電的推廣應用，廢氣成分更加復雜，處置難度加大，成本增加。

試驗表明，袋除塵器具有多污染物協同去除的功能，如在有效收集細顆粒物的同時，還可以兼顧處理SO2、HCl、汞和二惡英等污染物。有資料表明，在干法、半干法脫硫時，采用袋除塵器可提高脫硫效率8%。

按協同處理的理念，在廢氣處理過程中，脫硫的同時進行脫硝，除塵的同時進行進一步脫汞、二惡英，必將提高效率，降低成本。

研制帶有催化功能的過濾材料，除塵的同時進行脫硝，也將是一個值得探討和研究的技術方向。戈爾公司率先進行了覆膜濾袋催化過濾技術的研究開發(fā)，據戈爾公司提供的試驗數據表明，脫硝效率達到65%~75%，氨逃逸幾乎為零，但未見進一步的商業(yè)應用報道。

2.4高溫除塵技術

2.4.1玄武巖濾料高溫袋除塵器

玄武巖纖維采用天然礦物原料熔融體制備而成，其耐溫、絕熱、隔音性能方面優(yōu)于其他品種纖維，能夠在600℃或者更高溫度下應用，玄武巖纖維制品在空氣與水介質中不會釋放出有毒物質，不水解、耐酸堿、耐高溫、阻燃。

合肥水泥研究設計院承擔的國家“十二五”科技支撐項目“玄武巖纖維濾料制備關鍵技術與示范應用”開發(fā)的玄武巖濾料高溫袋除塵器，已投入運行并順利完成了項目驗收。項目主要包含了玄武巖纖維結構及物化特性研究、玄武巖纖維表面改性技術研究、玄武巖纖維濾料織造技術及性能研究、高溫袋除塵器的研制等研究內容。通過對玄武巖礦物組成特征、玄武巖纖維物理特性、玄武巖纖維濾料針刺工藝及表面改性后處理等技術的研究，開發(fā)了耐高溫玄武巖纖維濾料，玄武巖纖維濾料及其制品見圖3。

玄武巖濾料高溫袋除塵器具有可耐330℃以上高溫，投資成本低，運行穩(wěn)定等特點。

2.4.2陶瓷濾筒高溫除塵器

陶瓷濾筒是利用多孔陶瓷(堇青石、碳化硅)表面覆蓋一層極薄陶瓷膜(小于50μm)制造成的，陶瓷過濾器具有很多優(yōu)點，如耐高溫(300~900℃)、機械強度大、耐高壓(4MPa)、耐酸堿腐蝕、壽命長、過濾精度高等。陶瓷膜孔徑范圍0.5～3μm，因此對于小于10μm的固體顆粒的除塵率高達99.5%以上，滿足工業(yè)上對氣固兩項的高效和深度過濾。對于超細粉塵的收集效果顯著，能穩(wěn)定滿足<5mg/Nm3的超凈排放要求。

20世紀70年代開始，美國能源部開展了以陶瓷過濾介質為主的高溫氣體過濾除塵技術的開發(fā)，德國、日本、英國等發(fā)達國家也都相繼開展了類似的研究工作，并取得了很大的進展。目前，高溫除塵過濾介質一般采用多孔陶瓷材料、多孔金屬材料和陶瓷纖維增強復合多孔材料等。陶瓷材料具有優(yōu)良的耐熱性、化學穩(wěn)定性和高溫抗腐蝕性，但韌性和抗熱震性較差。

國內一些大學、科研單位和企業(yè)已開展了相關研發(fā)工作，并進行了小型化的應用，在改善多孔陶瓷濾芯的抗熱震性和清灰再生性能，提高除塵效率、降低過濾阻力、延長使用壽命等關鍵技術上取得了明顯的進步。但由于資源分散，未能形成合力，特別是在裝備大型化、低成本的工業(yè)化應用開發(fā)方面還面臨很多技術難題，應加強技術攻關。建議按產學研結合的集成創(chuàng)新思路來進行陶瓷濾筒高溫除塵器技術與裝備的研制與開發(fā)。陶瓷濾筒在除塵、脫硝協同處理具有先天優(yōu)勢，具備發(fā)展前景。

實現高溫煙氣除塵前置，將為水泥窯尾、玻璃窯采用SCR技術脫硝徹底解決目前遇到的技術障礙，同時為進一步提高余熱發(fā)電的效率提供了空間。高溫除塵器未來除了在水泥行業(yè)、玻璃行業(yè)以外，在高爐煤氣、鋼鐵燒結和球團、燃煤電廠以及其他特殊行業(yè)高溫煙氣除塵也具有很好的應用前景。

2.5廢舊濾袋的處理技術

隨著袋式除塵器的廣泛應用，大量破損的廢舊濾袋的處置已成為難以解決的棘手問題，其特點為數量大、品種多。

從表1可以看出，從1985年到2005年的20年間，我國的濾料產量增長了22倍以上，進入21世紀以來，濾料的發(fā)展速度更快，呈現出爆發(fā)式增長。從表1中還可以看出，每年淘汰下來以及歷年積累的破損、廢舊濾袋的數量將是天文數字。

纖維的種類在快速發(fā)展，從早期的天然纖維、滌綸纖維、玻纖濾料，到NOMEX、PPS、PTFE、P84等合成纖維。各個行業(yè)采用的濾袋品種繁多，有單一纖維濾袋、多種有機纖維復合氈濾袋、有機和無機纖維復合氈濾袋。

目前廢舊濾袋的處理方式主要有以下幾種：

1)廢棄或填埋

填埋是目前處置廢舊濾袋最簡單實用的方法，也是應用最多的方法。由于濾袋采用化纖合成原料，其生物降解性差。濾袋廢棄或填埋都會成為新的污染源。

2)焚燒

焚燒是實現廢舊濾袋減量化、無害化的有效手段，也是目前解決破損、廢舊濾袋最有效的方法之一。在焚燒過程中存在二次污染，但焚燒后可以實現減量化、減容化和穩(wěn)定化。有機合成纖維焚燒后主要變成了CO2和H2O等氣體，但玻纖濾袋經高溫焚燒是難點(熔化溫度1300～1600℃)。

3)回收利用

廢舊濾袋最理想的處置方式是收集后，熔化拉絲，重復利用。但收集、運輸、清洗、烘干、熔化等過程困難，是廢舊濾袋難以回收的關鍵所在，經濟性也是廢舊濾袋難以回收的主要問題之一。

國內已有相關單位在進行回收生產線的技術研究和開發(fā)，但目前相關的技術和裝備尚不成熟，需要進一步進行研究。

廢舊濾袋回收利用是未來的發(fā)展方向，甚至將產生一個產業(yè)。在環(huán)保要求日益提高的情況下，廢舊過濾材料的處理技術研究甚至將影響未來袋除塵器技術的發(fā)展。

2.6新過濾材料的研發(fā)

2.6.1特種纖維

芳綸、聚酰亞胺纖維作為具有優(yōu)異性能耐高溫過濾材料得到普遍應用，但中國市場曾經長期被NOMEX、P84國外品牌壟斷。近十多年來我國自主研發(fā)取得了很大進步，芳綸產品質量和規(guī)模已達到國外同類產品的水平，聚酰亞胺纖維全流程工業(yè)化規(guī)模生產線實現突破，其主要指標已接近國外同類產品的水平，但產品的穩(wěn)定性、纖維的均勻性還有差距，還需加強研究工作。

2.6.2超細纖維

超細纖維(一般把纖度0.3旦，直徑5μm以下的纖維稱為超細纖維)的開發(fā)將是提高濾料過濾性能的重要手段和方法之一。采用超細纖維作濾料迎風面層的梯度濾料，同樣具有表面過濾的作用，且與面層不易分離、脫落，可降低過濾阻力。

隨著特種纖維、超細纖維生產國產化、規(guī)?；膶崿F，不僅可滿足各工業(yè)領域對除塵濾料的需求，也可提升國產袋式除塵裝備的質量。未來，高性能、功能性濾料將得到快速發(fā)展。