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中国袋式除尘设计及技术市场分析

时间:2015-09-08 22:22来源:环保产业协会作者:信息发布点击: 次

中国袋式除尘设计及技术市场分析

中国袋式除尘设计及技术市场分析

1.概述

近10年来，随着我国电力、钢铁、水泥、垃圾焚烧、煤化工等行业的突飞猛进，袋式除尘技术、装备水平和产业也得到跨越式发展，袋式除尘器设计水平显著提升，性能已达到或超过国外同类产品的水平。袋式除尘单机最大设计处理风量已由原来的100万m3/h提高到250万m3/h，出口含尘浓度由50mg/m3降低到10mg/m3，甚至10mg/m3以下，设备阻力由1200～1800Pa降低到800～1200Pa，漏风率控制在<2%，单位处理风量钢耗量由4.5t/m3下降到3.6t/m3，设计周期由平均60天缩短到30天。目前，袋式除尘器已形成系列产品，其应用已覆盖各工业领域，成为我国大气污染控制特别是PM2.5排放控制的主流设备。

2.制定技术标准和工程技术规范

近年来，我国陆续颁布了袋式除尘技术标准和行业工程技术规范，为袋式除尘工程系统设计、设备设计和辅助设计提供了技术指导。

2012年颁布的《袋式除尘工程通用技术规范》（HJ2020-2012），规定了袋式除尘工程设计、施工与安装、调试与验收、运行与维护的通用技术要求，适用于各种规模的袋式除尘工程。规范主要内容包括：污染物与污染负荷、总体要求、工艺设计、袋式除尘器设计、检测与过程控制、主要辅助工程、劳动安全与职业卫生、施工与验收、运行与维护和附录等。该《规范》是在收集和引用国家现行的相关技术标准和规范等75项，在国家环保、节能、职业安全卫生和消防等政策法规的许可范围内，吸纳了国外先进技术，汲取了国内近30年来工程成功和失败的经验，在广泛征求专家意见的基础上形成的。该《规范》为袋式除尘工程设计提供了技术要求和指导。

2010年7月22日颁布的《燃煤电厂锅炉烟气袋式除尘工程技术规范》（DL/1121-2009），是电力行业的第一个袋式除尘工程规范。其规定了燃煤电厂锅炉烟气袋式除尘工程设计、安装调试和运行维护技术要求，为电力行业袋式除尘系统设计和设备选型提供了技术指导。

钢铁行业主流除尘设备是袋式除尘器，应用比例90%~95%不等。2008年颁布的《钢铁工业除尘工程技术规范》（HJ435-2008），提出了钢铁工业主要生产工艺中烟尘治理原则和措施，规定了除尘工程设计等技术要求。

新建水泥厂配套除尘设备绝大多数采用袋式除尘器，老水泥厂袋式除尘器应用比例约75%，并正在积极推进“电改袋”工作。2008年颁布的《水泥工业除尘工程技术规范》（HJ434-2008），提出了水泥工业主要生产工艺中烟尘治理原则和措施，规定了除尘工程设计的技术要求。

垃圾焚烧行业烟气净化必须采用袋式除尘器。2012年颁布的《垃圾焚烧袋式除尘工程技术规范》（HJ2012-2012），首次规定了垃圾焚烧这一新兴行业的烟气袋式除尘系统设计、设备设计与选型、自动控制与检测、辅助设计等技术要求，及时地为工程设计提供了指导。

此外，国家还制定和修编了一系列袋式除尘器产品规范，包括主机、滤料及滤袋、滤袋框架、脉冲阀、分气包、控制仪等等，为袋式除尘器的设计和选型提供了依据。

3.袋式除尘器的优良性能是高水平工程设计的保障

袋式除尘器的优良性能保障了我国袋式除尘工程设计达到高水平。袋式除尘器的技术性能包括：处理风量、颗粒物排放浓度、除尘效率（含分级效率）、设备阻力、漏风率。

我国袋式除尘单机最大设计处理风量已达到250万m3/h，单项工程最大处理风量达到560万m3/h，进入国际先进水平。

国内袋式除尘器的粉尘排放浓度一般稳定在30mg/Nm3以下。燃煤锅炉烟气袋式除尘系统粉尘排放浓度普遍低于20mg/Nm3；特殊地区和北京等大城市集中供热袋式除尘排放浓度普遍低于10mg/Nm3；高炉煤气、水煤气和垃圾焚烧烟气袋式除尘粉尘排放浓度可低于5mg/Nm3。我国袋式除尘完全可满足世界上最严格粉尘排放标准的要求。

我国袋式除尘器净化效率可达99.94%以上，PM10的捕集效率可达99.84%以上，PM2.5的捕集效率可达99.35%以上，该指标已达到或接近国际先进水平。可见，袋式除尘在控制颗粒物排放方面具有明显的优势，也是控制PM2.5细颗粒物排放的有效措施。

近年来，我国致力于低阻、高效袋式除尘器结构创新的研究，取得了可喜成果。开发了直通式袋式除尘器、气流分布和表面超细纤维滤料等新技术，设备阻力由以往的1500~1800Pa降低到1200Pa甚至800Pa以下。目前，电厂和钢铁行业袋式除尘器阻力通常可控制在700~1200Pa范围内，水泥窑头窑尾袋式除尘器阻力可控制在1000Pa以下，低于800Pa的也很常见。

由于袋式除尘器加工和安装水平的提高，目前大型袋式除尘器的漏风率一般在2%以下。

4.袋式除尘器大型化设计取得突破

为了适应电力、钢铁、水泥等行业生产规模和设备容量的迅速扩大，袋式除尘设备大型化是必然结果，单机的最大处理风量提高到250万m3/h，单项工程100MW锅炉机组袋式除尘器（见图1）最大处理风量达到560万m3/h。

图1 100MW锅炉机组袋式除尘器

设备大型化是袋式除尘设计技术进步最为显著的标志之一。大型化不是简单的体积加大，涉及到大型袋式除尘器的结构安全、应力计算、气流分布、模块化设计、运输与安装、清灰制度、运行可靠性、滤料制造及滤袋缝制技术、事故防范措施等关键技术，我国在上述方面均已取得突破。主要工业行业的袋式除尘器大型化案例见下表。

5.袋式除尘器系列化及多样性设计

我国袋式除尘器产品现已形成系列化，可满足工业行业的不同需求。火电行业机组容量由100MW、200MW、600MW，到1000MW；水泥行业单条生产线由3000t/d、4000t/d、5000t/d、10,000t/d，到12,000t/d；钢铁行业单座高炉炉容由700m3、1000m3、2000m3，到4000～5300m3；国内自主开发的具有国际领先水平的高炉煤气袋式除尘器规格有DN4000mm、DN5200mm、DN6000mm及DN6500mm，单体过滤面积由原来的600m2左右增加到现在的1100～1650m2，以满足2000～5800m3大型高炉煤气净化的需要，产品已走出国门。

袋式除尘器型式设计呈多样化，以满足不同炉窑烟气净化的需求。包括：长袋低压脉冲袋式除尘器（如图2）、直通均流袋式除尘器（如图3）、低压廻转喷吹脉冲袋式除尘器（如图4）、电袋除尘器（如图5）、阶梯式袋式除尘器（如图6）、圆筒体煤气脉冲袋式除尘器（如图7）、外滤分室反吹袋式除尘器、滤筒除尘器等等。

图2 长袋低压脉冲袋式除尘器

图3 直通均流袋式除尘器

图4 低压廻转喷吹脉冲袋式除尘器

图5 电袋除尘器

图6 阶梯式袋式除尘器

图7 圆筒体煤气脉冲袋式除尘器

6.应用计算机技术开展工程设计和流体试验

计算机三维技术现已应用于袋式除尘器设备设计和工程设计，其优点如下：

（1）零部件标准化设计

袋式除尘器要形成产品系列化，零部件标准化是设计基础。利用三维技术对各零部件进行三维建模，在此基础上对零部件优化设计，建立标准件库，如：紧固件库、人孔门库、节点大样等。

（2）设备方案设计快捷化

三维设计技术具有直观、准确和快速的优势。在除尘器选型计算完成后，先进行除尘器三维设计，再进行模拟组装布置设计。方案设计过程中会反映各部件之间的关系，还可以模拟安装工程。方案确定后快速生成设备材料表。

（3）设备设计和工程设计高效准确

三维造型、曲面设计、参数化驱动功能大幅度提高了产品设计速度和设计质量。同时，三维设计软件包含装配模拟、检验、计算机辅助设计和计算机辅助制造功能，可在装配状态下修改零配件设计，并在设计过程中实现模拟制造、装配、安装、检查设计缺陷等，高效准确完成工程设计和产品研发。

（4）计算机流体试验

采用CFD方法，运用Fluient软件开展除尘器内部气流速度场、温度场、颗粒物浓度场模拟试验（如图8），分析流动状态，找出流动规律，提出大型袋式除尘器气流合理分布，保障滤袋使用寿命，促进粉尘沉降，降低设备阻力，为除尘器结构设计提供依据和指导；利用CFD数模技术，研究喷吹管内气流流态和分布情况，用于喷吹装置设计；模拟滤袋压力分布和压力变化，指导滤袋长度和长径比的确定。

图8 袋式除尘器气流分布计算机模拟试验

7.袋式除尘设计是烟气多污染物协同控制工艺设计的重要环节

袋式除尘器在有效去除PM10、PM2.5细颗粒物的同时，还可以兼顾去除SO2、HCl、汞和二英等多种污染物。有资料表明，干法、半干法脱硫时，袋式除尘器可提高脱硫效率8%。

10年来，我国袋式除尘器已经较好地应用于城市垃圾焚烧烟气净化工艺（如图9），颗粒物排放浓度可控制在2.3～4.0mg/Nm3，二英的排放浓度可控制在0.018～0.040ngTEQ/Nm3，为脱酸需要，设备阻力定位在1300～1800Pa范围内，滤袋寿命可达4年以上。

图9 垃圾焚烧烟气净化用脉冲袋式除尘器

电力行业某300MW锅炉机组原采用电除尘器，2010年改为袋式除尘器。经中国B体育·(sports)官方网站科学研究院检测，煤中的汞含量为0.51mg/kg，袋式除尘器出口颗粒物浓度为12.71mg/m3，汞排放浓度为5.96μg/m3，袋式除尘器对汞的总体脱除率达72.55%，对颗粒汞的去除率为96.38%，对气态汞的去除率为35.22%。测试结果表明，袋式除尘器确实具有多污染物协同去除的功能。

燃煤电厂锅炉机组烟气净化典型工艺为：低氮燃烧器—SCR—空气预热器—袋式除尘器（电袋）—湿法脱硫。该工艺中的袋式除尘器除承担颗粒物捕集外，还能避免脱硫塔结垢等问题，能保障脱硫塔可靠运行，如果脱硫塔的烟速控制在3.2～3.5m/s、除雾器排放液滴在45mg/m3以下时，即使不设湿式电除尘器，同样可达到超低排放的效果，在经济上也是合理的。

钢铁企业烧结机机头烟气多污染物综合治理，可采用电除尘器（ESP）+流化床脱硫反应塔（CFB）+袋式除尘器（BF）工艺（如图10），在CFB选择性加入脱硫剂及吸附剂，可分别脱除颗粒物、SOx、二英及重金属，最终依靠高效袋式除尘器把关，实现达标排放。

该工艺已在10余家大型烧结机机头烟气综合治理工程上应用，最大的为宝钢500m2烧结机（2010年10月竣工投运）。该工艺还用于电厂100M～660MW机组烟气干法脱硫除尘一体化项目，案例有百余个，其中邯郸电厂2×660MW机组已运行3年。

图10 烧结机头烟气多污染物协同控制工艺

8.结语

近10年来，我国的袋式除尘设备设计和工程设计能力显著提升，国家制定了相关工程设计规范和产品规范，实现了设备大型化设计，除尘器产品形成了系列化，企业通过不断科技创新，开发了多种型式的低阻高效袋式除尘器结构，成功应用于燃煤电厂大型锅炉烟气除尘、高炉煤气干法净化、烧结烟气协同净化、水泥窑烟粉尘净化；在气流分布和除尘器结构安全设计等方面取得了突破，满足了我国电力、钢铁、水泥、有色、垃圾焚烧等重点行业快速发展的需求，促进了我国袋式除尘技术、装备水平和产业跨越式发展，袋式除尘器设计性能已达到或超过国外同类产品，设计水平步入了国际先进水平行列。

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