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    袋式除尘技术发展回顾和展望

    本站 | 超级管理员    阅读: 发稿时间:2016/11/28 10:24:39

    节能减排是转变发展方式、实现中国可持续发展必由之路。我国经济快速增长,各项建设取得巨大成就,但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价,这两者之间的矛盾日趋尖锐。不加快调整经济结构、转变增长方式,资源支撑不住,环境容纳不下,社会承受不起,经济发展难以为继。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展,才能实现经济又好又快发展。

    节能减排包括节能和减排两大技术领域,二者有联系,又有区别。一般地讲,节能必定减排,而减排却未必节能,所以减排项目必须加强节能技术的应用,以避免因片面追求减排结果而造成的能耗激增,注重社会效益和环境效益均衡。从这个角度讲,环保技术和装备也必须讲节能;同样,环保技术和装备本身更应讲环保,而不应破坏环境或带来新的环境污染。

    对袋除尘技术和装备的研发以往我们更多的是考虑除尘效率更高以及过滤材料的使用寿命更长;现在我们已经知道不仅要考虑高效率、长寿命,还要考虑低运行阻力,也就是要节电;今后我们还要考虑总动力能源的低消耗(电能、气能)、废弃过滤材料的回收处理。作为除尘技术中的重要领域之一的袋式除尘技术应该也必将为我国实现可持续发展做出更多、更好的贡献,袋式除尘技术和装备的创新以及整个袋式除尘行业发展也应该秉承可持续发展的理念。

    1、回顾

    “十一五”、“十二五”期间,随着我国水泥、电力、钢铁等行业的快速发展,通过不断创新,我国的袋式除尘技术和装备水平显著提高,实现了跨越式发展。主要体现在以下几点:

    1.1装备大型化开发应用取得了突破,标志着技术水平上台阶

    随着水泥、电力、钢铁等行业生产规模的扩大和设备能力的提高,袋式除尘设备的大型化是必然的结果。通过产、学、研、用各方面的持续不断的协同创新,装备大型化开发和应用有了实质性的突破,水泥行业单机处理风量已达到了100万m3/h,单线规模达到200万m3/h,电力行业单机处理风量已达到了250万m3/h,且设备已做到了稳定、可靠运行。大型化袋式除尘器的研发和应用,使我国袋式除尘器技术和装备的水平得到大幅提高,步入了国际先进水平。

    1.2装备设计开发多样化,满足了不同行业的要求

    水泥、电力、钢铁等行业的科技工作者,根据各行业的不同需求,开发出了不同类型的产品,如低压长袋脉冲袋式除尘器、电袋复合除尘器、直通均流袋式除尘器、低压回转脉冲喷吹袋式除尘器、阶梯式袋式除尘器等。这些产品基本上都形成了系列化,满足了本行业不同规模生产线的要求。

    水泥行业已形成了2500t/d、3000t/d、4000t/d、5000t/d、10000t/d、12000t/d配套的系列化低压长袋脉冲袋式除尘器。该除尘器的结构和实物见(图1)。

    1.3计算机技术的应用提高了研发水平和设计质量

    采用计算机三维设计提高了除尘装备和工程设计的效率和质量;CFD数模技术的应用提高了研发水平,缩短了研发周期,为装备的优化设计特别是大型化装备的结构优化提供了依据。

    例如,利用CFD数值模拟技术可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,分析气流流动状态和规律,为大型除尘器气流合理分布,从延长滤袋使用寿命、促进粉尘沉降、降低设备阻力等方面为结构设计提供依据和指导;研究喷吹系统气流流量和压力分布,为喷吹管的结构设计提供依据;模拟滤袋的压力分布和压力变化,确定滤袋的规格。袋式除尘器内部的计算机三维模拟见(图2)。

    1.4标准的制定推动了技术的发展以及推广应用

    2012年颁布的《袋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;《水泥工业除尘工程技术规范》(HJ434—2008)、《钢铁工业除尘工程技术规范》(HJ435—2008)、《燃煤电厂锅炉烟气袋式除尘工程技术规范》(DL/T1121—2009)、《垃圾焚烧袋式除尘工程技术规范》(HJ2012—2012)等提出了各行业主要生产工艺中烟气治理的原则和措施,规定了除尘工程设计的技术要求。同时国家还组织制定和修订了一系列袋式除尘器产品规范,包括主机、滤料和滤袋、袋笼、脉冲阀、分气包等。

    燃煤电厂、钢铁工业、水泥工业等都适时进行了大气污染物排放标准的修订,提出了更严格的工业排放标准:《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);《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011);《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915—2013)。

    上述标准的制定推动了各个行业环保技术的发展和进步,加快了袋式除尘装备工程化开发和应用。

    在总结成绩时,还要看到不足,突出问题表现在装备制造水平有待提高。我国袋除尘器的整体制造水平与国外发达国家还有相当大的差距;大量的袋除尘装备制造企业水平参差不齐,同行间存在相当大的差距;袋除尘生产企业与电除尘生产企业相比,制造水平也有差距,特别是加工精度、零部件的标准化等方面的差距明显。应坚决淘汰落后的作坊式加工方式,实现装备高端化制造。

    2、袋除尘技术发展的展望和思考

    2.1超净排放技术

    众所周知,PM2.5是雾霾产生主要原因之一,减少污染源,削减大气污染物排放是解决雾霾的根本之道。国情决定了对于我国的水泥、钢铁、有色等行业,去产能可以,去产业做不到。所以,即使我们的行业过剩问题解决,我国环境容量的巨大压力依然存在。这就要求我们未来的标准要比现有标准更严,甚至超欧、美、日的标准,才能满足生态文明建设的要求。有关方面对我国水泥厂窑尾除尘器排放烟气进行了检测统计,PM2.5占比40%~60%;一组国外相关报道的数据表明,在排放达到15mg/Nm3的烟气中,PM10含量为80%,PM2.5含量为26.7%。可以看出,进一步降低排放浓度,实现超低排放,对降低PM2.5含量有明显作用。超净排放(超低排放)技术的研发已是刻不容缓。

    火电行业已先行,明确提出了“超净排放”。超净排放是指用多种污染物综合治理技术,使火电厂主要大气污染物(烟尘、二氧化硫、氮氧化物)排放达到或优于燃气轮机组的大气污染物排放限值:SO2排放35mg/Nm3,NOx排放50mg/Nm3,粉尘排放5mg/Nm3。相比于2015年7月1日起开始执行的“史上最严格火电排放标准”(非重点地区现有煤电机组执行二氧化硫200mg/Nm3、氮氧化物100mg/Nm3、烟尘30mg/Nm3,重点地区50mg/Nm3、100mg/Nm3、20mg/Nm3),主要污染物的排放可以减少三到七成。湿式除尘器技术的研发和应用,为火电行业实现超净排放的探索提供了一条新途径,火电行业的先行探索和实践,必将带动其他行业的共同进步。因此,10mg/Nm3、5mg/Nm3的粉尘排放指标对水泥行业来说将不是遥远的目标。

    目前,袋除尘器对粉尘的净化效率可以达到99.99%,PM10的捕集效率99.35%,PM2.5的捕集效率98.84%,在控制细颗粒物有明显优势。对于袋除尘器来说,超净排放技术不应简单地理解为把滤料质量提高,或提高滤袋的缝制质量就可解决问题,这是综合技术的集成系统,应从高效喷吹清灰系统、高精度过滤系统、低阻结构系统、均风分布系统、智能控制系统等五大主要系统技术进行创新,超净排放技术的研发对袋式除尘器各个系统的创新研究将是一次提升和考验,也必将进一步整体提升我国袋除尘的技术和装备水平。

    2.2智能控制、检测和应急处置技术

    大型脉冲喷吹袋除尘器普遍用于水泥、冶金、电力、化工等行业,由于环保排放要求越来越严格,一旦除尘器出现故障,如破袋、清灰系统短路(如脉冲阀、提升阀等)、超温等故障,会影响系统的正常运行,严重的造成粉尘超标排放。几千条甚至上万条滤袋以及几百个脉冲阀,如何及时、准确判断故障位置并进行应急处置,对企业管理提出了更高的要求。利用计算机仿真技术,实现破袋在线检测及定位、清灰系统短路故障的快速排查、远程故障报警,方便用户及时对故障进行分析和处理,真正实现袋除尘器预警、定位、检测、处置等功能一体的智能化控制,将大大提高企业管理水平,降低运行、维护成本,减少事故损失。

    在线破袋检测定位技术可有效并及时发现破袋位置,缩短排查和处置时间,杜绝事故排放,延长滤袋使用寿命,减少设备的运行和维护成本。利用清灰系统短路故障的快速排查技术,可大大减少人力排查时间,提高运行可靠性。故障实时监测和无线报警,及时发现和处理问题,避免事故扩大化。灵活的数据输出功能。曲线图、表格、报警指示等,提供智能化历史趋势全自动回放功能等,方便快捷,有利于对历史数据进行分析,查找系统存在的问题。

    2.3粉尘与有害废气协同治理技术

    现有技术对于工业窑炉废气中的粉尘、NOx、SO2等治理一般是采用分别单独处理的方式,各自为政。

    随着水泥窑协同处置生活垃圾、危险废物、污泥、污染土等固体废物技术的成熟,以及垃圾焚烧发电、生物质焚烧发电的推广应用,废气成分更加复杂,处置难度加大,成本增加。

    试验表明,袋除尘器具有多污染物协同去除的功能,如在有效收集细颗粒物的同时,还可以兼顾处理SO2、HCl、汞和二恶英等污染物。有资料表明,在干法、半干法脱硫时,采用袋除尘器可提高脱硫效率8%。

    按协同处理的理念,在废气处理过程中,脱硫的同时进行脱硝,除尘的同时进行进一步脱汞、二恶英,必将提高效率,降低成本。

    研制带有催化功能的过滤材料,除尘的同时进行脱硝,也将是一个值得探讨和研究的技术方向。戈尔公司率先进行了覆膜滤袋催化过滤技术的研究开发,据戈尔公司提供的试验数据表明,脱硝效率达到65%~75%,氨逃逸几乎为零,但未见进一步的商业应用报道。

    2.4高温除尘技术

    2.4.1玄武岩滤料高温袋除尘器

    玄武岩纤维采用天然矿物原料熔融体制备而成,其耐温、绝热、隔音性能方面优于其他品种纤维,能够在600℃或者更高温度下应用,玄武岩纤维制品在空气与水介质中不会释放出有毒物质,不水解、耐酸碱、耐高温、阻燃。

    合肥水泥研究设计院承担的国家“十二五”科技支撑项目“玄武岩纤维滤料制备关键技术与示范应用”开发的玄武岩滤料高温袋除尘器,已投入运行并顺利完成了项目验收。项目主要包含了玄武岩纤维结构及物化特性研究、玄武岩纤维表面改性技术研究、玄武岩纤维滤料织造技术及性能研究、高温袋除尘器的研制等研究内容。通过对玄武岩矿物组成特征、玄武岩纤维物理特性、玄武岩纤维滤料针刺工艺及表面改性后处理等技术的研究,开发了耐高温玄武岩纤维滤料,玄武岩纤维滤料及其制品见(图3)。

    玄武岩滤料高温袋除尘器具有可耐330℃以上高温,投资成本低,运行稳定等特点。

    2.4.2陶瓷滤筒高温除尘器

    陶瓷滤筒是利用多孔陶瓷(堇青石、碳化硅)表面覆盖一层极薄陶瓷膜(小于50μm)制造成的,陶瓷过滤器具有很多优点,如耐高温(300~900℃)、机械强度大、耐高压(4MPa)、耐酸碱腐蚀、寿命长、过滤精度高等。陶瓷膜孔径范围0.5~3μm,因此对于小于10μm的固体颗粒的除尘率高达99.5%以上,满足工业上对气固两项的高效和深度过滤。对于超细粉尘的收集效果显著,能稳定满足<5mg/Nm3的超净排放要求。

    20世纪70年代开始,美国能源部开展了以陶瓷过滤介质为主的高温气体过滤除尘技术的开发,德国、日本、英国等发达国家也都相继开展了类似的研究工作,并取得了很大的进展。目前,高温除尘过滤介质一般采用多孔陶瓷材料、多孔金属材料和陶瓷纤维增强复合多孔材料等。陶瓷材料具有优良的耐热性、化学稳定性和高温抗腐蚀性,但韧性和抗热震性较差。

    国内一些大学、科研单位和企业已开展了相关研发工作,并进行了小型化的应用,在改善多孔陶瓷滤芯的抗热震性和清灰再生性能,提高除尘效率、降低过滤阻力、延长使用寿命等关键技术上取得了明显的进步。但由于资源分散,未能形成合力,特别是在装备大型化、低成本的工业化应用开发方面还面临很多技术难题,应加强技术攻关。建议按产学研结合的集成创新思路来进行陶瓷滤筒高温除尘器技术与装备的研制与开发。陶瓷滤筒在除尘、脱硝协同处理具有先天优势,具备发展前景。

    实现高温烟气除尘前置,将为水泥窑尾、玻璃窑采用SCR技术脱硝彻底解决目前遇到的技术障碍,同时为进一步提高余热发电的效率提供了空间。高温除尘器未来除了在水泥行业、玻璃行业以外,在高炉煤气、钢铁烧结和球团、燃煤电厂以及其他特殊行业高温烟气除尘也具有很好的应用前景。

    2.5废旧滤袋的处理技术

    随着袋式除尘器的广泛应用,大量破损的废旧滤袋的处置已成为难以解决的棘手问题,其特点为数量大、品种多。

    从表1可以看出,从1985年到2005年的20年间,我国的滤料产量增长了22倍以上,进入21世纪以来,滤料的发展速度更快,呈现出爆发式增长。从表1中还可以看出,每年淘汰下来以及历年积累的破损、废旧滤袋的数量将是天文数字。

    纤维的种类在快速发展,从早期的天然纤维、涤纶纤维、玻纤滤料,到NOMEX、PPS、PTFE、P84等合成纤维。各个行业采用的滤袋品种繁多,有单一纤维滤袋、多种有机纤维复合毡滤袋、有机和无机纤维复合毡滤袋。

    目前废旧滤袋的处理方式主要有以下几种:

    1)废弃或填埋

    填埋是目前处置废旧滤袋最简单实用的方法,也是应用最多的方法。由于滤袋采用化纤合成原料,其生物降解性差。滤袋废弃或填埋都会成为新的污染源。

    2)焚烧

    焚烧是实现废旧滤袋减量化、无害化的有效手段,也是目前解决破损、废旧滤袋最有效的方法之一。在焚烧过程中存在二次污染,但焚烧后可以实现减量化、减容化和稳定化。有机合成纤维焚烧后主要变成了CO2和H2O等气体,但玻纤滤袋经高温焚烧是难点(熔化温度1300~1600℃)。

    3)回收利用

    废旧滤袋最理想的处置方式是收集后,熔化拉丝,重复利用。但收集、运输、清洗、烘干、熔化等过程困难,是废旧滤袋难以回收的关键所在,经济性也是废旧滤袋难以回收的主要问题之一。

    国内已有相关单位在进行回收生产线的技术研究和开发,但目前相关的技术和装备尚不成熟,需要进一步进行研究。

    废旧滤袋回收利用是未来的发展方向,甚至将产生一个产业。在环保要求日益提高的情况下,废旧过滤材料的处理技术研究甚至将影响未来袋除尘器技术的发展。

    2.6新过滤材料的研发

    2.6.1特种纤维

    芳纶、聚酰亚胺纤维作为具有优异性能耐高温过滤材料得到普遍应用,但中国市场曾经长期被NOMEX、P84国外品牌垄断。近十多年来我国自主研发取得了很大进步,芳纶产品质量和规模已达到国外同类产品的水平,聚酰亚胺纤维全流程工业化规模生产线实现突破,其主要指标已接近国外同类产品的水平,但产品的稳定性、纤维的均匀性还有差距,还需加强研究工作。

    2.6.2超细纤维

    超细纤维(一般把纤度0.3旦,直径5μm以下的纤维称为超细纤维)的开发将是提高滤料过滤性能的重要手段和方法之一。采用超细纤维作滤料迎风面层的梯度滤料,同样具有表面过滤的作用,且与面层不易分离、脱落,可降低过滤阻力。

    随着特种纤维、超细纤维生产国产化、规模化的实现,不仅可满足各工业领域对除尘滤料的需求,也可提升国产袋式除尘装备的质量。未来,高性能、功能性滤料将得到快速发展。

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