(中國環境保護產業協會袋式除塵委員會,北京 100037)
國務院《關于印發“十二五”節能環保產業發展規劃》提出“研發推廣重點行業煙氣脫硝、汽車尾氣高效催化轉化及工業有機廢氣治理等技術與裝備,示范推廣非電行業煙氣脫硫技術與裝備,改造提升現有燃煤電廠、大中型工業鍋爐窯爐煙氣脫硫技術與裝備,加快先進袋式除塵器技術及細微粉塵控制技術的示范應用”;國務院辦公廳印發的《國家環境保護“十二五”規劃重點工作部門分工方案的通知》(國辦函〔2012〕147號)明確:“實施多種大氣污染物綜合控制。深化顆粒物污染控制。加強工業煙粉塵控制,推進燃煤電廠、水泥廠除塵設施改造,鋼鐵行業現役燒結(球團)設備要全部采用高效除塵器,加強工藝過程除塵設施建設。20蒸噸(含)以上的燃煤鍋爐要安裝高效除塵器,鼓勵其他中小型燃煤工業鍋爐使用低灰分煤或清潔能源”。
國家發改委發布的《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》中已列入了“大風量低阻長袋脈沖袋式除塵設備、高性能袋式除塵濾料及纖維、高溫長袋脈沖袋式除塵設備、高爐煤氣凈化回收成套設備、工業爐窯袋式除塵裝置、脈沖袋式除塵裝置、燒結機尾煙氣長袋低壓脈沖袋式除塵器”。
除此之外,國家還出臺了“十二五”期間有關節能減排的一系列政策法規,如工業和信息化部的《關于水泥工業節能減排的指導意見》等,環保部等三部委出臺的《生活垃圾處理技術指南》中要求垃圾焚燒廠須嚴控二英,對于垃圾焚燒廠尾氣處理設施嚴格規定:“煙氣凈化系統必須設置袋式除塵器,去除焚燒煙氣中的粉塵污染物。酸性污染物包括氯化氫、氟化氫、硫氧化物、氮氧化物等,應選用干法、半干法、濕法或其組合處理工藝對其進行去除。應優先考慮通過生活垃圾焚燒過程的燃燒控制,抑制氮氧化物的產生,并宜設置脫氮氧化物系統或預留該系統安裝位置”。2012年有關部門還修訂并實施了一大批污染物排放標準,如《水泥工業大氣污染物排放標準》已完成修訂;熱力設備和通風設備的顆粒物排放要求均有很大提高;新修訂頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223)提出了從2012年1月1日起對新建、改建和擴建鍋爐機組執行30mg/Nm3煙塵排放限值等,國家出臺的這些涉及國計民生的政策法規對袋式除塵行業未來幾年的發展都將起到積極的作用。
我國城市生活垃圾焚燒處理業發展較快,但總體運行的規模還不足全部量的10%,發展空間廣闊。《“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》中提出,垃圾發電處理規模需要從2010年底的8.96噸/日上升至2015年末約30.7萬噸/日,年增長率達到28%。根據各地的生活垃圾處理設施需求規劃,“十二五”期間,生活垃圾焚燒處理能力達到17.5萬噸/日,其中在建焚燒處理能力6.7萬噸/日,擴建焚燒處理能力0.9萬噸/日,規劃新建焚燒處理能力10萬噸/日。該規劃提出后,城市垃圾焚燒處理市場開始升溫,國家發改委發布的《關于完善垃圾焚燒發電價格政策的通知》(發改價格〔2012〕801號文)規定,以生活垃圾為原料的垃圾焚燒發電項目,均先按其入廠垃圾處理量折算成上網電量進行結算,每噸生活垃圾折算上網電量暫定為280千瓦時,明確全國垃圾發電按處理量折算發電量統一執行每度0.65元的標桿電價。這更激起了垃圾焚燒行業市場的熱情,同時帶動了為垃圾焚燒行業配套的袋式除塵設備生產企業和相關纖維濾料生產企業的發展。
2012年12月5日,由環保部會同國家發改委、財政部制定、發布了我國首部大氣污染防治國家級規劃《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》,該規劃對當前我國大氣環境形勢評價為:在傳統煤煙型污染尚未得到控制的情況下,以臭氧、細顆粒物(PM2.5)和酸雨為特征的區域性復合型大氣污染日益突出,區域內空氣重污染現象大范圍同時出現的頻次日益增多。該規劃提供的數據表明了大氣污染對社會所造成的影響,以及大氣污染防治任務之艱巨,足以引起國人的高度關注。我國大氣污染物排放量巨大,2010年二氧化硫、氮氧化物排放總量分別為2267.8萬噸、2273.6萬噸,位居世界第一,煙粉塵排放量為1446.1萬噸,均遠超出了環境承載能力。占全國14%國土面積的京津冀、長三角、珠三角地區,以及遼寧中部、山東、武漢及其周邊、長株潭、成渝、海峽西岸、山西中北部、陜西關中、甘寧、新疆烏魯木齊城市群等13個重點區域產生了71%的經濟總量,消費了52%的煤炭,排放了48%的二氧化硫、51%的氮氧化物、42%的煙粉塵和約50%的揮發性有機物,單位面積污染物排放強度是全國平均水平的2.9至3.6倍。現有污染控制力度難以滿足人民群眾對改善環境空氣質量的迫切要求。為切實改善大氣環境質量,必須采取更加嚴格的污染控制措施,在消化巨大新增量的基礎上,大幅削減污染物排放總量,污染防治任務十分艱巨。
《水泥工業“十二五”發展規劃》明確,建設資源節約型、環境友好型社會,應對氣候變化,迫切需要水泥工業加快轉變發展方式,大力推進節能減排,發展循環經濟……嚴格控制粉塵排放,推廣使用袋式除塵器;工信部要求,“十二五”末,全國水泥顆粒物排放在2009年基礎上再降低50%,明確2012~2015年現有水泥窯電除塵器改為袋式除塵器(低壓脈沖除塵器),要治理的“老帳”還不少。但是隨時著經濟發展還會產生“新帳”。據該《規劃》預測,到2015年重點區域GDP將增長50%以上,煤炭消費總量將增長30%以上,汽車(含低速汽車)保有量將增長50%。按照目前的污染控制力度,將新增二氧化硫、氮氧化物、工業煙粉塵、揮發性有機物排放量分別為160萬噸、250萬噸、100萬噸和220萬噸,占2010年排放量的15%、22%、17%和20%。即各種污染大氣的排放量還將在2010年的基礎上增加1/6~1/5。因此,必須要采取雙管齊下,對現有“污染”加大治理力度,而有新增“污染”則必須相應加倍償還“老債”才行。
針對大氣環境管理模式滯后的管理方式難以適應區域大氣污染防治要求及污染控制對象相對單一的狀況,《水泥工業“十二五”發展規劃》還提出了一系列新措施:實施分區分類管理,嚴格環境準入、嚴格控制高耗能、高污染項目建設、加大落后產能淘汰,其中首次明確(重點區域)淘汰全部水泥立窯、改善煤炭質量,推進煤炭潔凈高效利用、控制區域煤炭消費總量,擴大高污染燃料禁燃區、嚴格控制污染物新增排放量,實施特別排放限值、優化工業布局、加強能源清潔利用、開展非道路移動源污染防治加強揚塵控制、深化面源污染管理,推進堆場揚塵綜合治理、創新區域管理機制,提升聯防聯控管理能力、建立重大項目環境影響評價會商機制、限制高耗能、高排放產品出口、全面推行排污許可證制度、實施重點行業環保核查制度、實施環境信息公開制度、重點污染源全部建成在線監控裝置,并與環保部門聯網等舉措。該規劃還下達了重點區域在規劃期內應完成一大批重點工程項目的名單,其中水泥行業氮氧化物治理項目涉及204條熟料生產線、水泥窯除塵設施改造項目涉及181條水泥窯生產線。
據環保部環境規劃院的《國家“十二五”環保產業預測及其政策分析》報告初步估算,“十二五”期間環保投資需求約為3.1萬億元,即年均環保投資達到6200億元左右,“十二五”期間環保產業產值4.92萬億元,在未來一段時期內,我國的環保產業仍將保持年均15%~20%的增長速度,我國將成為世界最大的環保產業市場之一。
中國環境保護產業協會關于《“十二五”期間環保產業發展的意見》明確袋式除塵行業“進一步開發和拓展袋式除塵器的應用領域,提高袋式除塵器在不同應用領域運行和維護的技術水平;利用計算機模擬設計開發低阻、高效、合理氣流分布、安全性能高和快裝化大型主機設備;開發小于PM10和研究PM2.5超細粉塵去除技術。重點實現高強度及耐高溫、耐高濕、耐腐蝕纖維的國產化,支持國產聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亞胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、芳綸纖維的工業化生產和應用;推廣國產高效、低阻、長壽命濾料的生產和應用,提高改性玻纖和復合濾料的技術性能,提升濾袋縫制技術水平,研究失效濾袋的回收和綜合利用技術。研究開發高效清灰技術、大口徑脈沖閥、無膜片高壓低能耗脈沖閥,推廣袋式除塵器智能化控制系統”。
綜上所述,國家產業和環保政策必將積極推進袋式除塵技術和產業的發展,袋式除塵器將在未來幾年得到更加廣泛的應用。
總體來說,雖然2012年環保行業有諸多利好政策出臺,但從相關企業業績冷暖不一的情況來看,由于產業政策落實的時間問題,袋式除塵行業仍舊未能充分享用到實質利好。
環保產業作為典型的政策驅動型行業,政策的風吹草動都將影響其發展步伐。袋式除塵行業的發展取決于國家環保要求的提高和新興行業發展帶來的機遇。根據統計分析,2012年是袋式除塵行業非常困難的一年。由于電力、鋼鐵、水泥、電解鋁等多個行業的產能過剩和行業的整體效益下滑,導致為這些行業配套服務的袋式除塵裝備的需求量也大幅下降,尤其是濾料、濾材中的低端產品產能過剩突出。由于國家的宏觀調控,2012年行業中的大部分企業都遇到資金回籠困難,產能提高,效益卻明顯下降的問題,有些企業降幅較大,“增產不增收”是袋式除塵行業2012年的普遍情況。從最近幾年情況分析,袋式除塵行業主要業績還是集中在幾家規模較大的企業,主機、濾料和配件均是如此。由于這幾年行業重視了對纖維濾料等基礎工業的扶持和培育,2012年國產芳綸、聚酰亞胺、PPS、PTFE和改性玻纖的用量增幅較大,基本取代進口纖維,性能均可達到生產濾料的要求,進口纖維的價格已經大幅下降,為整個行業帶來一定效益。
1.2.1 袋式除塵行業經營狀況分析
根據2012年度袋式除塵行業注冊的會員單位報送的產業統計數據,全行業總產值為146.74億元,利潤13.36億元,利潤率9.1%。總產值減少19.17億元,利潤率比2011年降低了2.06%,主要是產能過剩、競爭過于激烈造成的。其中出口銷售3.27億美元,與2011年基本持平,主要由一些骨干企業完成,或隨各行業工藝設備和生產線總包工程配套。
主機生產企業和工程總包產值103.48億元,利潤8.5億元,利潤率8.21%。產值比2011年減少了16.24億元,利潤減少了3.06億元,利潤率降低了1.45%,有的企業已經出現虧損。
纖維、濾料生產企業和配件總產值為43.26億元,比2011年減少2.93億元,減少6.34%。利潤4.86億元,比2011年減少2.09億元,利潤率10.52%。國產PPS、PTFE、芳綸以及聚酰亞胺纖維的供應基本滿足國內需求,價格下降明顯,對濾料生產企業的利潤影響較大。
1.2.2 袋式除塵行業成本及盈利能力分析
據統計調查,2012年下半年,行業中的大多數企業都面臨資金緊張問題,貨款回籠存在諸多困難。很多企業感到極大的壓力,其困難程度自歐債危機以來所未有。國家收緊銀根,對行業和企業的發展影響很大,尤其對一些急需技術改造、產品結構轉型企業來說,困難更大。幾家上市公司在資金方面情況相對要好很多,因此應鼓勵有實力的企業上市融資,走資本市場道路,也鼓勵上市企業并購重組,提高企業的集中度。
2012年,效益較好的袋式除塵生產企業主要為:為國內外大型新型干法水泥窯尾、窯頭配套的袋式除塵生產企業(含主機、濾料);為垃圾焚燒行業配套生產的企業(含主機、濾料);為電站鍋爐煙氣除塵和高爐煤氣除塵配套的企業;能夠生產并取代進口的高端過濾材料生產企業;以工程設計轉為工程總承包和運營服務,提供一條龍服務的企業。這些企業的研發能力強,擁有自主知識產權的專有技術、有特色的產品和工程總成能力。還有些效益較好的企業,多是在業內知名度高的企業,或是產品質量好、管理優秀的企業。
國內應用于眾多領域的袋式除塵技術和工程應用研究現已達到很高水平,尤其是我國大型水泥窯頭和窯尾袋式除塵技術、燃煤電廠鍋爐袋式除塵技術、大型高爐煤氣干法袋式除塵技術,以及垃圾焚燒尾氣凈化用袋式除塵技術都能達到國際先進或領先水平,袋式除塵設備的纖維、濾料、配件和自動控制的技術水平都得到了長足發展,耐高溫、耐腐蝕特種纖維的研究、開發、生產等方面均有突破,高端纖維的國產化帶動了國產高端濾料的發展。
1.3.1 袋式除塵技術是節能減排的主力軍
改革開放以來,粗放型的經濟高速增長方式伴隨著大量的環境破壞和環境污染問題,主要污染物排放量遠遠超過環境容量,環境污染嚴重。發達國家上百年工業化過程中分階段出現的環境問題,在我國已經集中顯現,我國已進入污染事故多發期和矛盾凸顯期。2012年以來全國性的灰霾天氣越來越頻繁,大氣污染越來越嚴重。國務院印發的《國家環境保護“十二五”規劃》提出將“切實解決突出環境問題”作為一項重要任務,以解決空氣污染等損害群眾健康的突出環境問題為重點,加強大氣污染等綜合治理,明顯改善環境質量。伴隨著國家節能減排環保政策的進一步趨緊以及新興行業發展的機遇,在一定程度上凸顯了作為重要減排環保產業的袋式除塵行業的地位,袋式除塵器在各工業領域和能源領域的應用范圍在進一步擴大,在我國的節能減排工作中,袋式除塵技術已經起到并將進一步發揮舉足輕重的作用。
1.3.2 大幅度削減煙塵和粉塵排放
在各產生粉塵或煙塵的行業中,凡采用袋式除塵技術的除塵系統,其固體顆粒物排放濃度遠遠低于其他除塵技術。目前國內袋式除塵器的粉塵排放濃度普遍穩定在30mg/Nm3以下;凈化燃煤鍋爐煙氣的袋式除塵系統大部分排塵濃度低于20mg/Nm3,凈化高爐煤氣和水煤氣的袋式除塵系統則低于5mg/Nm3;水泥行業的《水泥工業大氣污染物排放標準》已經修訂,煙塵的排放限值已大幅度降低;用于垃圾焚燒發電廠的袋式除塵器,更實現了排塵濃度低于5mg/Nm3的業績。
袋式除塵技術作為微細粒子高效捕集的手段,有力地支持了國家更加嚴格的環保標準。最近幾年,一些工業行業的大氣污染物排放標準多次修訂。新修訂的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223),規定新建、改建和擴建鍋爐機組煙塵排放限值為30mg/Nm3。國家三部委要求垃圾焚燒廠必須嚴格控制二英排放,規定“煙氣凈化系統必須設置袋式除塵器,去除焚燒煙氣中的粉塵污染物”。水泥行業排放標準再次修訂,粉塵排放限值將改為20~30mg/Nm3。鋼鐵行業的污染物排放標準也將頒布,其中顆粒物排放限值低于30mg/Nm3。排放限值的進一步降低,將對固體顆粒物減排起到巨大的作用。
需要指出的是,袋式除塵器實現更低的顆粒物排放并不意味提高造價,只要嚴格按照有關標準和規范設計、制造、安裝和運行,就能獲得好的效果。
1.3.3 實現對微細粒子的控制
微細粒子(PM10、PM2.5)是危害人體健康和污染大氣環境的主要因素,減排PM2.5已經成為國家的環保目標。我國煤炭消費量占一次能源消費量的70%左右,是PM2.5超細粉塵污染大氣的重要因素之一。水泥行業、燃煤電站、鋼鐵冶金仍是目前我國三大PM2.5微細粒子排放的重污染行業,特別是工業集中的華北等地區的PM2.5占到了整個空氣懸浮顆粒物重量的大半。與普通的粉塵相比,PM2.5超細顆粒由于粒徑小,其運動、捕集、附著、清灰、收集等方面都有特殊性,針對TSP大顆粒粉塵捕集的常規過濾材料和除塵技術難以適應超細粒子,一些企業研發的PM2.5超細粒子高效捕集過濾材料,對粒徑PM2.5以下的超細粒子,有較高的捕集效率。可以說,目前只有袋式除塵技術才能夠有效控制PM2.5等微細粒子的排放。
1.3.4 高效去除有害氣體
袋式除塵器能夠高效去除有害氣體:電解鋁含氟煙氣的凈化是依靠袋式除塵器實現的;含瀝青煙氣的最有效的凈化方法是以粉塵吸附并以袋式除塵器分離;煤礦開采、焚化爐一些特殊行業的煙塵排放也依靠袋式除塵器來解決。
試驗結果表明,在干法和半干法脫硫系統中,采用袋式除塵器可比其它除塵器提高脫硫效率約10個百分點。濾袋表面的粉塵層含有未反應完全的脫硫劑,相當于一個“反應層”的作用。若濾袋表面粉塵層厚度2.0mm,過濾風速為1m/min,則含塵氣流通過粉塵層的時間為0.12s,可顯著提高脫硫反應的效率。
在垃圾焚燒煙氣凈化中,袋式除塵器起著無可替代的作用,垃圾焚燒尾氣中含有多種有害氣體,袋式除塵器“反應層”的特性對垃圾焚燒煙氣中的HCl、SO2、重金屬等污染物的去除具有重要作用。垃圾焚燒尾氣中二英的凈化方法,是用吸附劑吸附再以袋式除塵器去除,且不會產生重新生成的問題。
1.3.5 在多種復雜條件下實現減排
袋式除塵器對各種煙塵和粉塵都有具有很好的捕集效果,不受粉塵成分及比電阻等特性的影響,對入口含塵濃度不敏感,在含塵濃度很高或很低的條件下,都能實現很低的粉塵排放。近年來袋除塵技術快速發展,在以下諸多不利條件下都能成功應用和穩定運行:
(1)煙氣高溫,在≤280℃下已普遍應用。
(2)煙氣高濕,如軋鋼煙氣除塵、水泥行業原材料烘干機和聯合粉磨系統等尾氣凈化。
(3)高含塵濃度,水泥行業已將袋式除塵器做為主機設備,直接處理含塵濃度為1600 g/Nm3的含塵氣體,收集產品,并達標排放;還可直接處理含塵濃度3萬g/Nm3的氣體(例如倉式泵輸粉),并達標排放。
(4)高腐蝕性,例如垃圾焚燒發電廠的煙氣凈化,煙氣中含HCl、HF等腐蝕性氣體;燃煤鍋爐的煙氣除塵。
(5)煙氣含易燃、易爆粉塵或氣體,如高爐煤氣、炭黑生產、煤礦開采、煤磨除塵等。
(6)高負壓或高正壓除塵系統,一些大型煤磨袋式收塵系統的負壓達到1.4萬~1.6萬Pa;大型高爐煤氣袋濾凈化系統的正壓可達0.3MPa;而某些水煤氣袋濾凈化系統的正壓更高達0.6M~4.0MPa。
1.3.6 新能源開發和節能工程的重要設備
在一些新能源開發和節能工程中,袋式除塵器作為重要設備提供了有力的支撐。
在“煤制油”的新能源開發項目中,作為煤粉的收集設備,袋式除塵器是不可缺少的。高爐煤氣余壓發電具有重大的節能價值,采用干法袋式除塵器凈化高爐煤氣比濕式凈化可增加發電量30%~40%,節水80%~90%,節省投資30%~40%,節省運行能耗70%~80%,煤氣的熱值大幅度提高,凈煤氣的含塵量更低、凈化效果更穩定,環境經濟效益十分顯著。占我國煤炭保有資源量12.69%的褐煤,需經提質處理后方可使用,而袋式除塵器是該提質工藝中不可替代的設備。
我國袋式除塵技術最近幾年發展迅速,已能滿足各工業部門顆粒物控制的需求。
1.4.1 主機
目前,我國已經掌握國際上常用的各類袋式除塵技術,并形成很多不同型式、不同特點的多系列產品。袋式除塵設備迅速大型化,如用于鋼鐵、水泥、火電行業的袋式除塵設備,許多單機處理的煙氣量都超過100萬m3/h,過濾面積超過2萬m2,其中火電行業的袋式除塵器單機最大處理煙氣量超過300萬m3/h,過濾面積在4萬~5萬m2以上;國內自行開發與大高爐配套的大型干法袋式除塵器規格為DN5200mm、DN6000mm及DN6500mm,單箱體過濾面積由原來DN4000mm的600m2左右,增加到現在的1100~1650m2,使得高爐容積從2000m3增至5500m3,但袋式除塵器箱體數量并不需增加,有利于除塵機組的氣流分布,降低故障點、提高運行的可靠性。這些設備的大型化已不僅是規模的簡單擴大,同時也注入了新的具有自主知識產權的技術,在袋式除塵器的氣流分布和氣流組織、結構合理、設備的制造、安裝要求和安全性等方面都有了顯著進步。
1.4.2 纖維和濾料
近幾年來,袋式除塵技術最顯著的進步是國產高溫纖維的研究開發。煙臺、上海和廣東幾家企業生產的芳綸纖維,產品質量與國外產品不相上下,已基本取代了進口產品,占據了國內市場,并且批量出口。
幾家企業規模化生產PTFE(聚四氟乙烯)纖維的生產線都已相繼投產,產品質量與國外產品的差距不大,出口量不斷增大,國外的濾料企業已經開始采購我國產纖維,使得進口纖維的價格大幅度下降。
對于燃煤鍋爐煙氣凈化所需的PPS(聚苯硫醚)濾料,我國的合成樹脂生產線和纖維生產線已經實現規模化生產,促進了PPS纖維市場供應環境的顯著改善。
濾料的加工、后處理技術也發展迅速,使濾料的性能更加優良,能夠適應各種復雜的煙氣條件,延長濾袋的使用壽命。濾袋縫制技術和水平已同國外標準接軌,達到國際先進水平。
得益于濾袋材質和加工技術的發展,以及袋式除塵技術其他方面的進步,國內袋式除塵器的濾袋使用壽命已普遍達到4年以上,水泥行業有些窯頭窯尾袋式除塵器濾袋的使用壽命已達到6年以上。
1.4.3 自動控制技術
我國袋式除塵技術的自動控制技術和產品的研究、開發和應用工作已歷時數十年,自可編程控制器(PLC)用于袋式除塵器的自動控制以來,經過多年不斷改進和完善,已成為袋式除塵器在各種復雜環境下安全可靠運行的重要保障。
(1)控制功能不斷完善,可適應各類袋式除塵技術擴大應用所面臨的新需求。清灰控制有定時、定壓差、流量函數控制和手動控制幾種方式,還可對設備和系統的溫度、壓力、壓差、流量、粉塵排放等參數進行監控,對除塵器和整個系統主要部件(例如噴吹裝置、停風閥、卸灰閥、切換閥等)的工況進行監視和故障報警。
(2)篩選出了適應上述功能的先進、可靠、實用的傳感器件。
(3)接口電路和軟件程序不斷更新完善。
(4)從小型機發展到中型機,適應大型袋式除塵系統的自控需求。
(5)與工控機、DCS系統結合應用。
1.4.4 袋式除塵器的應用技術
我國袋式除塵器應用技術的水平有很大提高,袋式除塵器在我國各行業已經得到廣泛的應用。在鋼鐵、有色冶金、建材、動力、化工、糧食加工行業和爐窯煙氣凈化中,遇到的各種復雜環境和不利因素都被克服,袋式除塵技術的應用領域不斷擴大。
我國高爐煤氣袋濾凈化在世界上率先實現全干法工藝,并普遍推廣應用于大型高爐,凈煤氣含塵量低于5mg/Nm3,無論是應用的數量,還是技術成熟度方面,都處于世界領先地位。
長期以來,新型干法水泥窯頭、窯尾煙氣除塵普遍采用電除塵器,近幾年新建的新型干法水泥窯則全部采用袋式除塵器。這兩年僅5000~12,000t/d規模的水泥窯就有數百條,工藝線全部采用袋式除塵器,煙塵排放濃度一般都低于20mg/m3,有的甚至在10mg/m3以下。
袋式除塵技術在燃煤電廠鍋爐煙氣除塵方面的應用越來越多,濾袋平均使用壽命為3年左右,有的超過4年或更長。用于300MW機組的袋式除塵器已很普遍,與2×660MW機組配套的脫硫、脫硝除塵一體化的袋式除塵機組已經投入運行。
2012年,我國袋式除塵技術的發展體現在主機、濾料、自動控制的質量和技術水平普遍提高,耐高溫、耐腐蝕特種纖維和復合濾料的研究、開發、生產等方面取得突破,高端纖維的國產化帶動了國產高端濾料的發展。PTFE纖維、PPS纖維、聚酰亞胺纖維和芳綸纖維的國產化,使原來進口濾料占據主要市場的垃圾焚燒尾氣凈化、燃煤電廠鍋爐、水泥窯尾窯頭、鋼鐵等行業的袋式除塵器使用國產濾料的比例越來越高,高端濾料的國產化率顯著提升。聚酰亞胺(PI)纖維的規模化生產取得突破性進展,2012年已大批量生產和工業化試用。自主開發的玄武巖和玻纖改性纖維都取得較大發展。袋式除塵器對于煙氣的高溫、高濕、高濃度以及微細粉塵、吸濕性粉塵、磨琢性粉塵、易燃易爆粉塵有了更強的適應性,在加強清灰、提高效率、降低消耗、減少故障、方便維修方面達到了更高的水平。
袋式除塵技術開發和創新具體表現在以下幾個方面:
(1)袋式除塵器的設備結構大型化(如處理煙氣量200萬m3/h以上),以適應大型燃煤鍋爐機組和鋼鐵、水泥窯尾的煙氣凈化。
(2)低阻、高效袋式除塵器結構的創新,袋式除塵系統阻力長期在800Pa以下運行已經很常見,適應國家節能減排的要求。
(3)以合理清灰強度為特征的清灰技術的進步,滿足長濾袋清灰要求。
(4)開發出氣流分布技術和計算機數字模擬技術,滿足大型袋式除塵器合理氣流分布、延長濾袋使用壽命的要求。
(5)特殊濾料所需PPS、PTFE、聚酰亞胺和芳綸國產纖維的開發,滿足電廠、鋼廠、水泥廠和垃圾焚燒煙氣凈化的復雜工況對濾料的要求。
(6)超細(亞微米級)纖維的研發,以提升對PM2.5的控制效果。
(7)脫酸加除塵的復合式袋式除塵器的研發和應用,滿足干法脫酸除塵工藝的需求。
(8)脈沖閥性能和質量的技術升級,適應袋式除塵器高強度清灰和穩定運行的要求。(9)PLC、DCS控制技術升級和模塊化產品,可分別滿足大型和中、小型除塵系統的控制要求。
中國環境保護產業協會袋式除塵委員會的成員單位絕大部分是民營企業。對民營企業來說,唯一的出路就是不斷創新,尋找新的領地。科林環保、安徽盛運和三維絲成功在A股上市融資,實現“走出去”的戰略, 發展中國家將是中國企業最先進軍的目標。在實施“走出去”的戰略中,資金的供給相當重要,因此,擴大投融資渠道,參與資本運作將成為眾多袋式除塵企業未來發展的重點方向,技術創新也成為這些企業面臨的頭等大事。
設備制造機械化水平顯著提高:不少企業的數控加工中心,采用數控激光切割制造花板,精度高、效率高、周邊光滑;半自動下料、采用自動或半自動焊接已被普遍應用;所有的濾袋框架生產都已采用半自動焊接機,大大提高了焊點牢度、框架表面光滑程度和加工精度。此外,濾袋框架的防腐水平也有了很大進步,電噴涂有機硅工藝被普遍采用,用于燃煤鍋爐煙氣凈化的壽命得以延長。用于垃圾焚燒煙氣的濾袋框架,采用特殊防腐技術也不鮮見。檢查整機的焊接質量以及檢查濾袋的安裝質量時,基本采用熒光粉檢漏方法,比通過煤油和人工方式的傳統方法更加準確、可靠且快速。
我國袋式除塵器設計和制造技術更加成熟,用于水泥、鋼鐵、垃圾焚燒等行業的除塵器出口到多個國家。袋式除塵裝備的出口意味著設計、制造、安裝、防腐、包裝等各個環節,以及配套件的選購,都執行更加嚴格的標準,許多情況下執行的都是發達國家的標準。
袋式除塵器的粉塵排放濃度已普遍在30mg/Nm3以下,低于20mg/Nm3和10mg/Nm3排放限值的設備不可勝數,向環境敏感地區和國外提供的裝備甚至達到了更高要求,也為國家制訂更加嚴格的環保法規提供了有力的技術支撐。袋式除塵設備的阻力大幅度降低,除某些場合和少數類型的設備外,通常袋式除塵器的設備阻力都控制在1200Pa以下,阻力低于800Pa的設備也屢見不鮮。濾袋使用壽命曾是令人心存疑慮的因素之一,但隨著濾袋壽命的不斷延長,有這種疑慮的人越來越少。有人擔心袋式除塵器維護檢修頻繁,但許多“電改袋”的結果表明,操作和維修人員普遍感覺工作量減輕,定員可以減少。這得益于設備和配件質量的提高,以及自控系統的進步、應用技術的提高。
我國自行研制合成的聚苯硫醚(PPS)纖維獲得成功,已有數家廠商批量生產,在燃煤電廠鍋爐煙氣凈化中的應用取得了很好的效果,結束了我國PPS纖維完全依靠進口的局面。
近年來,我國已經能夠規模化生產聚酰亞胺(PI)纖維,其性能指標基本達到國外產品的水平。研發企業還建立了生產基地,具備了從聚酰亞胺合成到最終制品的全程規模化生產能力,產品已在除塵器上進行工業化試用。
PTFE纖維的性能和產品質量進一步提高,應用越來越廣泛。包括垃圾焚燒煙氣凈化等許多領域,已成功應用國產純PTFE針刺氈,濾袋壽命顯著延長。
國產濾料用芳綸纖維基本上占據了國內市場。
超細玻纖的生產技術和性能也有了一定的進步。采用玻纖池窯拉絲的生產工藝、專用的浸潤劑、三段分區采信號同步控制的漏板溫控技術,生產出的連續纖維直徑≤5μm,達到世界先進水平,廣泛用于高溫濾袋。
海島纖維、超細面層針刺氈或梯度結構針刺氈的用量增加。該種濾料捕塵效率高,也有利于清灰,成為表面過濾材料的一種。與覆膜濾料相比,其面層更加牢固。
國內自主研發的覆膜高精濾料,由纖度為0.08旦的超細纖維針刺制成,并進行了特殊的后處理,與纖度2.2旦的普通纖維制成的針剌氈相比,具有更細、更加均勻的孔隙,有更高的孔隙率,對微細粒子的捕集效果與覆膜濾料相當。國產PTFE的成膜和覆膜技術有了很大提高,很多企業擁有熱熔覆膜的工藝和裝備,覆膜濾料的質量更加接近國外先進產品。值得一提的是,對覆膜濾料優點和缺點的認識更加深刻,選用更趨于理性,更多遵循“揚長避短”的原則進行。
兩種或更多種纖維混合制成的針刺氈品種增加,應用到包括高爐煤氣在內的多個行業。這種組成可使不同纖維發揮其優點,彌補各自的不足,從而提高濾料的性能。
突破兩種不同纖維紡織性能不協調的困難,成功地將PTFE纖維紗和玻璃纖維紗并捻織造的混合纖維織布濾料,彌補了玻璃纖維不耐折、不耐磨的缺陷,在水泥行業窯頭、窯尾和垃圾焚燒尾氣處理中的應用越來越多。
行業內數家企業已擁有世界一流的針刺氈和水刺氈生產線。水刺工藝是利用極細高壓水柱的正、反向作用,使纖維互相鉤合而成型。水刺氈幾乎沒有針孔,濾料表面平整光潔,有利于實現表面過濾,降低排放濃度。水刺工藝可避免對纖維的機械損傷,有利于提高產品強度,延長壽命,并可減少纖維用量,有利于降低濾料成本。
濾袋生產普遍采用三針機縫制,多家企業裝備了自動縫制生產線,擁有熱熔合設備的廠家也不在少數。越來越多的企業學習發達國家的先進縫袋工藝,貫穿于從下料到縫制直至檢驗、包裝的整個生產過程,濾袋質量全面提高。
一種被稱為“滑動閥片脈沖閥”的新型脈沖閥研制成功。采用金屬和高分子材料制成的滑動閥片代替傳統的橡膠膜片,從而提高了脈沖閥工作的可靠性。這種脈沖閥具有完全的自主知識產權,試驗室試驗和現場應用都證明,除了使用壽命長和工作可靠之外,其開度大于膜片閥,因而噴吹強度提高。該閥還具有體積較小的優點,其4英寸閥的安裝尺寸與3英寸膜片閥相同。
為了提高脈沖閥的質量,多家廠商積極改進膜片的原料、配方和生產工藝,膜片的壽命顯著延長,在破壞性試驗臺上噴吹試驗至100萬次,膜片仍完好。同時,努力優化加工裝備和制造工藝,鋁鑄件的制作已普遍采用壓鑄和數控機床等工裝完成。對成品和半成品加強了質量檢驗,檢驗率達到100%。多年的努力得到回報,我國脈沖閥的整體以及膜片的壽命已經不亞于國外產品,并出口到多個國家。
歷經多年的努力,袋式除塵技術終于在本世紀初成功應用于燃煤電廠鍋爐的煙氣凈化。袋式除塵技術在火電行業的應用平均以每年數百萬千瓦的速度增加,最大應用到660MW機組。此外,一大批自備電廠和工業鍋爐也應用袋式除塵技術,并獲得良好效果。
目前應用的袋式除塵設備主要有以下型式:長袋低壓脈沖袋式除塵器,以圓袋、固定管行列噴吹區別于其他型式,例如直通均流袋式除塵器;回轉噴吹脈沖袋式除塵器,以扁袋、噴吹管在回轉過程中噴吹為顯著特征;電袋復合除塵器等。
用于燃煤鍋爐煙氣凈化的濾料主要是PPS針刺氈,并以PTFE浸漬。針對煤質、爐型、煙塵特性等條件的不同,有關企業推出多種結構和后處理的濾料進行嘗試,例如:PPS針刺氈覆膜;PPS纖維+P84面層并覆膜;PTFE基布+PPS面層;PPS纖維+超細PPS面層并PTFE浸漬處理等等。為了避免投油過程中油霧對濾袋的危害,采取了預涂灰措施,對干凈的濾袋預先涂覆適量的粉煤灰。
可靠而完備的自控系統是袋式除塵系統安全運行的重要保證。合理的清灰制度和噴吹順序、嚴密的溫度監控、對主要部件和附屬設備工況的監視、異常情況報警、與DCS等上位機通暢的信號傳輸等等,是自控系統不可或缺的內容。
袋式除塵技術在燃煤鍋爐煙氣凈化中的應用,使這一領域的除塵技術多樣化,促進了不同除塵技術互相競爭、互相學習、快速發展,推動了技術進步,加快了電廠節能減排的步伐。
本世紀初期,袋式除塵技術開始用于水泥窯尾煙氣凈化。隨后5000t/d以上規模的新型干法生產線窯尾除塵采用長袋低壓脈沖袋式除塵器,處理煙氣量≥97萬m3/h,粉塵排放濃度≤10mg/Nm3,設備阻力在數年中始終低于1200Pa,濾袋使用壽命超過5年,與以往的袋式除塵器相比,設備阻力降低約30%。
最近幾年,水泥行業新建4000t/d、5000t/d、1萬t/d和1.2萬t/d規模生產線窯頭和窯尾幾乎都采用袋式除塵器,全工藝線采用袋式除塵器已成為設計趨勢,單機處理風量從幾十萬m3/h到幾百萬m3/h。與電除塵器相比,由于袋式除塵技術具有粉塵排放濃度低、節水、可回收熱能等優點,有力地推動水泥行業的節能降耗,因而水泥行業已規劃到2015年將所有在役電除塵器改造為袋式除塵器。用于水泥窯頭和窯尾煙氣凈化袋式除塵器的技術要點有:
(1)合理的氣流分布,避免濾袋被含塵氣流沖刷,降低設備阻力;
(2)選用高性能、低阻力過濾材料,包括聚酰亞胺針刺氈在內的濾袋已被廣泛采用;
(3)采用高強度清灰方式和高品質脈沖閥,以及合理而可靠的自動控制系統;
(4)智能化的清灰和卸灰控制,用以保證和穩定袋式除塵器阻力;
(5)優化了除塵器本體設計。
袋式除塵技術的廣泛應用,有力支持了水泥行業排放標準的嚴格化,新建水泥廠粉塵排放限值為30mg/Nm3,粉塵排放限值或進一步降低,很多地區對水泥行業的顆粒物排放限值已經降低至10mg/Nm3。
繼袋式除塵技術在大型高爐除塵獲得成功后,一大批高爐煤氣干法除塵系統相繼建成投產。首鋼、武鋼、太鋼、寶鋼、萊鋼、包鋼、通鋼、承鋼、韶鋼等企業通過新建或改造,已實現高爐煤氣袋式除塵。據不完全統計,全國已有超過100座高爐采用干法袋式除塵技術,包括2500m3、3200m3、5500m3等各種容積的大型高爐,其中最大的高爐容積為5800m3。
我國的高爐煤氣干法袋濾除塵技術有以下特點∶
(1)全干式:日本等國的高爐煤氣濾袋除塵曾經處于世界前列,但目前仍并存濕式除塵系統,我國新建的高爐袋除塵系統則為全干式,已取消濕法系統。
(2)強力清灰:除早期建設的少數系統外,都采用以氮氣為氣源的脈沖噴吹清灰技術。這從根本上克服了反吹清灰固有的清灰效果差、能耗高等弊端。
(3)多種濾料:經過長期的實踐和改進,已選擇出對高爐煤氣有良好適應性的濾料。目前采用的有單一纖維濾料,例如芳綸針刺氈;也有復合針刺氈濾料,以玻纖為主,分別混以芳綸或P84纖維。
(4)氣力輸灰與灰罐車運送:各箱體收集的粉塵通過氣力輸送集中至大灰倉,以氮氣為輸送介質。若以煤氣為介質,氣、固分離后凈煤氣返回低壓管網回收。大灰倉的粉塵以負壓吸送方式進入罐車外運。
高爐煤氣袋濾袋除塵的優點有:
(1)除塵效果好,凈煤氣含塵量低于5mg/Nm3;
(2)凈煤氣溫度提高,且含水量減少,使煤氣熱值增加,從而顯著提高鼓風溫度和生鐵產量;
(3)能充分回收煤氣的能量,余壓發電量提高30%~50%;
(4)杜絕了煤氣洗滌廢水的產生,避免了污水和污泥處理;
(5)與濕法相比,干法節地40%~50%,節水80%~90%,節省投資30%~40%,節省運行能耗70%~80%。
在鋼鐵生產的其他工序,袋式除塵技術的應用比例達到95%。燒結機尾煙氣除塵曾長期為電除塵器所壟斷,不能滿足新的環保標準,最近幾年開始轉向袋式除塵技術,小型和大型燒結機都有成功應用的實例,在役的電除塵器被改造為長袋低壓脈沖袋式除塵器,采用滌綸針刺氈,過濾風速1.1m/min,粉塵排放濃度≤30mg/Nm3,設備阻力≤700Pa。有些企業已經在研究開發轉爐煤氣袋式除塵技術。
生活垃圾焚燒煙氣除塵具有以下難點:
(2)煙氣含濕量大,露點溫度高。我國某些垃圾焚燒廠的煙氣含濕量最高達到60%,甚至更高。露點溫度超過140℃,極易導致除塵系統的腐蝕和堵塞。
(3)煙氣的高溫和低溫交互出現。
(4)煙塵具有較強的吸濕性。脫酸生成物主要是CaCl2和CaSO3等,屬易吸潮的物質,容易堵塞濾袋、灰斗和管道。
(5)煙塵顆粒細,密度小,給清灰和卸灰帶來困難。
(6)腐蝕性較強,對設備的防腐措施提出了較高要求。
最近10年中,袋式除塵器技術已經較好地適應了垃圾焚燒煙塵條件,成功克服了上述難點。一些系統的顆粒物排放濃度為2.3~4.0mg/Nm3,二英排放濃度為0.018~0.040ngTEQ/Nm3,設備阻力穩定在1300~1800Pa范圍內,濾袋壽命可達3年以上。
清灰方式選擇強力類型,即脈沖噴吹清灰方式,對氣源進行嚴格的脫水除油處理。
根據煙塵特性,濾料有多種選擇。通常有PTFE、玻纖和玻纖+PTFE混紡濾料等。由于國產PTFE纖維質量提高和價格適中,最近幾年趨向于純PTFE針刺氈,濾袋壽命顯著延長。濾袋框架采用有機硅噴涂或不銹鋼制作,對箱體和管道以及附屬設備進行了嚴格的保溫。加強溫度和阻力監控,加強對除塵器重要部件的工況監視,保證袋式除塵器正常工作。
袋式除塵技術的研究主要集中在清灰和濾料,許多企業已不滿足對袋除塵技術的一般了解,多種試驗裝置的建立,是深化對袋除塵技術認識的途徑之一。以前僅在少數院校才有的試驗裝置,現在被許多生產企業重視和建設。據不完全統計,有以下類型的試驗裝置。
2.7.1 噴吹裝置試驗臺
多家主機生產企業建立了這類試驗臺。可進行:脈沖閥優選試驗;超過8~12m長濾袋清灰效果試驗;大于4英寸脈沖閥為20條以上濾袋清灰的試驗;清灰氣流沿噴吹管和沿濾袋分布規律的試驗;脈沖閥與濾袋合理匹配的試驗等等。
2.7.2 脈沖閥性能試驗臺
試驗臺設有標靶,并在標靶上安裝壓力傳感器和加速度傳感器,令受試脈沖閥噴吹標靶,以比較不同結構、不同尺寸脈沖閥的性能。計算機直接打印出脈沖閥的壓力波形、加速度波型和關鍵數據。該試驗臺可比較脈沖閥產品的性能,也可進行新脈沖閥的研制和試驗。
2.7.3 脈沖閥膜片破壞性試驗臺
可以同時對多個不同尺寸和結構的脈沖閥進行膜片壽命試驗。以壓縮空氣為動力,在額定壓力下脈沖噴吹,直至膜片破損,從而檢驗膜片的實際使用壽命。
2.7.4 脈沖閥流量系數試驗臺
以羅茨風機為動力,在連續穩定流條件下測試脈沖閥的流量系數。可進行壓力0.1MPa以下的試驗。
2.7.5 袋式除塵試驗臺
相當于袋式除塵器試驗模型,可模擬某些運行條件,進行除塵效果、設備阻力、清灰周期等參數的試驗,以確定除塵器的合理結構、主要部件等。
2.7.6 濾料動態過濾性能試驗臺
利用一定規格的試驗粉塵,在規定的過濾風速下,經一定次數的容塵、清灰,測定濾料的動態濾塵性能和濾料的殘余阻力,與VDI對標接軌。現在國內已經有公司在VDI試驗臺上進行PM10和PM2.5去除效率的測試研究。
2.7.7 氣流分布試驗
按照一定比例建立縮小的除塵器模型,進行除塵器氣流分布的試驗,以獲得氣流分布裝置的合理結構、尺寸和風速。
針對袋式除塵器濾袋的兩種失效現象,推出了相應的處理技術。
2.8.1 糊袋處理
解決糊袋問題的設備是移動清灰儀及配套的現場測試設備。清灰操作在現場進行,清除濾袋表面的粉塵結塊,降低阻力,從而使濾袋恢復使用功能,并降低用戶的運行成本。
這種清灰儀的主體是裝有一個脈沖閥的小型氣罐,脈沖閥的輸出管道外面裝有圓形蓋板。空壓機通過軟管向氣罐輸入壓縮空氣。操作時,將脈沖閥的輸出管從待清灰濾袋的上口插入,圓形蓋板將袋口蓋嚴,在脈沖閥開啟的瞬間,壓縮空氣噴入濾袋,濾袋外表面的粉塵被清落,濾袋的透氣性得以增加。逐個對濾袋進行此操作,直至全部濾袋得以清灰。
2.8.2 “灌腸”濾袋處理
利用射流氣動原理,將出現“灌腸”濾袋內部的粉塵清理出來,使其恢復工作能力,從而減少報廢的濾袋數量。這種裝置被稱為“吸灰槍”。其核心部件是一個小型的引射器,壓縮空氣入口設有球閥。吸灰槍具有吹、吸兩種型式,將引射器的出口或入口分別接至待清灰的濾袋,便可形成“吸灰”或“吹灰”兩種工作模式。
根據濾袋的尺寸和積累粉塵的情況,吸灰槍的動力強度可以調節。
隨著袋式除塵器在各行業的大量推廣應用,每年更換下來各種材質的廢棄濾袋也不斷增加,有研究機構已經在分行業研究這些廢棄物的處理和回收利用。這些廢棄物的妥善處理是袋式除塵行業要盡快解決的問題。
綜上所述,經過袋式除塵行業幾代專家和工程技術人員的不懈努力,最近十年我國袋式除塵器的設計、制造、控制、濾料和配件技術都取得顯著的進步,但仍然還有很多工作要做,還需要繼續努力。
袋式除塵器廣泛應用于冶金、有色、電力、機械、建材、化工、輕工、糧食加工等諸多行業。根據這幾年的統計分析,預計到“十二五”末,我國袋式除塵器行業的總產值可達到250億元,各種濾料達到1億m2(見下圖)。

“十二五”期間袋式除塵器總產值預測示意圖
國務院批轉發改委、工信部等十部門《關于抑制部分行業產能過剩和重復建設引導產業健康發展的若干意見》中,針對鋼鐵行業特別提出“重點支持有條件的大型鋼鐵企業發展百萬千瓦火電及核電用特厚板和高壓鍋爐管、25萬千伏安以上變壓器用高磁感低鐵損取向硅鋼、高檔工模具鋼等關鍵品種。加快淘汰強度335兆帕以下熱軋帶肋鋼筋,推廣強度400兆帕及以上鋼筋,促進建筑鋼材升級換代”,這將有利于促進大型鋼鐵企業的發展。受此影響,技術含量和裝備水平較高的袋式除塵器企業將有機會參與鋼鐵行業結構調整帶來的機會,分享鋼鐵行業新增市場的需求。
在國家節能減排政策和環保產業政策的推動下,高爐煤氣干法袋式除塵設備市場將繼續保持穩定增長,進一步推廣和采用高爐煤氣干法袋式除塵系統。鋼鐵行業一些除塵難度較大的地方在“十二五”期間有可能取得突破,如轉爐的袋式除塵等。
我國以煤炭為主的一次能源結構,決定了在今后相當長的一段時期內火力發電都將是我國電力生產的主要方式。“十二五”期間,電力裝機有望每年增加1億千瓦。新增燃煤電廠的快速發展給袋式除塵器行業的快速發展帶來很好的機遇。目前我國火電行業袋式除塵器的應用比例還比較低,如果按照“十二五”期間火電行業袋式除塵器應用比例達50%計(含電袋),袋式除塵器在燃煤電廠的使用還有很大空間。
2012年我國水泥產量達21.84億噸,新增生產線達125條,新增熟料產能1.6億噸。根據《水泥工業“十二五”發展規劃》,“十二五”期間,隨著經濟發展方式加快轉變,國內市場對水泥總量的需求將由高速增長逐步轉為平穩增長,增速明顯趨緩,但水泥基材及制品發展加快。規劃明確提出“推廣高效減排技術與裝備,重點推進氮氧化物治理,削減大氣污染物排放總量”。水泥企業集中度的提高有利于袋式除塵技術的推廣應用,也保障了未來袋式除塵器在水泥行業內的發展空間。當然,只有袋式除塵行業中有實力的企業才有機會分享水泥行業的市場。
目前我國面臨城市生活垃圾處理的壓力,根據各地規劃,“十二五”期間生活垃圾焚燒處理能力將達到17.5萬噸/日,其中在建焚燒處理能力6.7萬噸/日,擴建焚燒處理能力0.9萬噸/日,規劃新建焚燒處理能力10萬噸/日。國家發改委發布的《中國應對氣候變化國家方案》中指出:鼓勵“在經濟發達、土地資源稀缺地區建設垃圾焚燒發電廠”;“大力研究開發和推廣利用先進的垃圾焚燒技術,提高國產化水平,有效降低成本,促進垃圾焚燒技術產業化發展”。
根據規劃,“十二五”期間,我國東部經濟發達地區和人口密集區垃圾焚燒處理率不低于50%,中西部地區不低于25%。因此,“十二五”期間焚燒垃圾的比例將進一步提升。隨著民眾關注度越來越高,未來垃圾焚燒發電行業尾氣凈化領域將會發展為一個成熟的行業,從方案設計、設備制造到施工和運營將逐漸走向專業化運作,因此為垃圾焚燒行業尾氣凈化配套的袋式除塵器主機、濾料均會有大的發展,將成為袋式除塵器需求的新的增長點。
近幾年來,我國有色金屬產業發展迅速,目前已成為全球最大的有色金屬生產和消費國。有色金屬行業的快速發展促進了對有色金屬冶煉行業的投資,我國有色金屬冶煉及壓延加工業固定資產投資額總體保持快速增長,年復合增長率達40.19%。有色金屬冶煉行業的快速發展帶動了對袋式除塵器的需求。
國務院通過的《有色金屬調整振興規劃》,提出穩定和擴大國內市場,以控制總量、淘汰落后產能、加強技術改造、推進企業重組為重點,推動有色金屬產業結構調整和優化升級,促進有色金屬產業可持續發展的總體指導思想。同時提出加快技術改造,提高工藝裝備水平和產品質量,增加產品品種,降低資源和能源消耗。積極落實國家擴大內需措施,改善產品結構,增加有效供給,滿足電力、交通、建筑、機械、輕工等下游行業對有色金屬產品的需求。適應航空航天、國防軍工、高新技術等領域的需要,大力開發新產品和新材料,培育新的消費增長點,穩定和擴大國內市場。上述措施對保障有色金屬行業持續健康發展起到了有力的促進作用。我國有色金屬產業結構調整以及內需刺激政策將給袋式除塵行業帶來新一輪的增長機遇。
我國袋式除塵行業中民營企業占90%以上,小型企業居多,集中度不高,很多企業在低水平上重復,彼此低價競爭,影響了產品質量的提高、技術的進步和行業的健康發展。袋式除塵行業的進一步發展,面臨著重新洗牌、企業重組聯合的局面。有實力的企業走上市融資的道路,有利于這些企業在行業內整合資源、并購重組,擴大行業集中度。
2012年袋式除塵行業初步出現了較具品牌優勢的骨干企業。在這些企業中,江蘇科林、天澄環保、江蘇瑞帆、上海凌橋主要服務于鋼鐵行業;江蘇新中、浙江菲達、浙江潔達、福建龍凈、武漢凱迪、清華同方主要服務于電力行業;合肥水泥院、天津仕名、河南中材、浙江潔華主要服務于水泥行業。這些企業年產值都在億元以上,企業規模已進入我國中型企業的范疇。其中福建龍凈、浙江菲達、江蘇科林、廈門三維絲、安徽盛運和際華集團已是上市公司。袋式除塵行業中還有一批企業正在準備上市。
纖維、濾料、配件生產的骨干企業主要有:泰和新材、得陽新材、長春高琦、廈門三維絲、撫順恒益、南京三五二一、上海凌橋、上海博格、中材科技、上海袋配、蘇州協昌、上海尚泰等。
我國袋式除塵行業2012年出口有所增長,中鋼天澄環保科技股份有限公司、河南中材環保有限公司、江蘇科林集團、合肥水泥研究設計院、浙江潔華控股公司、西礦環保科技有限公司、安徽盛運環保設備有限公司配套出口都在增長,骨干企業所創造的出口產值占行業的80%以上。有些公司除配套出口外,還承接國外除塵總承包項目。
袋式除塵行業從絕對產值而言仍很弱小,與我國的經濟發展規模遠遠不相適應。我國鋼鐵、水泥、有色冶金產量都居世界第一,其他一些行業的產量也在全球名列前茅,但這些都是工業煙塵和粉塵污染嚴重的產業;我國煙塵等有害氣體的排放也居世界前列,導致全國各地的灰霾天氣頻繁出現。因此,包括袋式除塵在內的我國環保產業還有很大的發展空間。
4.3.1 行業的發展需要國家的支持
在國家前幾個五年計劃期間,曾將袋式除塵技術和電除塵技術的研發列入國家攻關計劃,安排了不少重點項目,對除塵技術和產業的發展起到了極大的推動作用。改革開放后是袋式除塵技術大發展時期,研究開發主要是對引進技術和設備進行消化、移植,并部分創新,袋式除塵技術和裝備才有今天這樣的局面。當前,國家提出了更嚴格的環保要求,PM10、PM2.5、二英、汞等的控制均對袋式除塵技術提出了新要求,技術創新和新產業仍然需要國家在財力、稅收優惠等方面的扶持和支持。
4.3.2 行業需要不斷技術創新,推出具有自主知識產權的技術和產品
在技術創新方面,鑒于行業企業目前的實力仍不夠強,單靠企業自身的力量難以實現預期目標,仍然需要有關部門予以支持。袋式除塵行業將根據國家環保形勢和實際情況,聯合相關高校、科研機構、企業構建團隊,加強向國家有關部門的科研立項工作,提高企業的自主創新能力。
4.3.3 進一步提高產品質量,增加競爭力,打造名牌產品,擴大國內外市場份額
目前袋式除塵行業內的小微企業居多,集中度不夠。很多企業的設備水平和管理水平較低,企業的生產規模和產值不大,在高端市場還沒有形成很強的競爭力,這種現象在濾料生產企業中尤為突出。應繼續為袋式除塵行業的骨干企業提供技術咨詢,繼續培養骨干企業,加大產業化和工程化的力度,促進骨干企業做大做強。支持推動行業內有條件的企業并購重組,提高產業集中度。積極打造國際品牌,繼續參與國際間的技術交流和鼓勵有條件的企業走向國際市場。
4.3.4 其它方面
袋式除塵行業標準不完善,包括覆膜、涂膜濾料標準,兩種及兩種以上纖維的復合濾料標準。新技術和新產品不斷出現,規范和標準的現狀已經滿足不了行業的發展需求。袋式除塵器產品標準體系尚未完善,多部委、多途徑同時申報的現象突出,局面混亂,沒有做到歸口管理。針對目前這種狀況,鼓勵有條件的企業參與國家和各部委的規范、標準制定。
繼續與其它行業聯合,把本行業的先進技術和產品推向更廣闊的市場,擴大袋式除塵技術的應用領域。為進一步推進國內外袋式除塵企業與其它行業用戶間的交流與合作搭建最具實效的對話平臺,使袋式除塵企業與用戶單位更緊密地接觸交流、彼此了解,共同探討和促進袋式除塵產業的發展。
袋式除塵器雖然能夠有效捕集微細粒子,但以往未將微細粒子的捕集作為技術發展的重點。隨著國家針對微細粒子控制標準的提高,袋式除塵技術需要進一步提高捕集效率、降低阻力和能耗。針對PM2.5超細粉塵的捕集,研究和開發主機、超細纖維和濾料、測試及應用技術。
新一代以專門針對水泥行業、燃煤電廠、鋼鐵冶金幾大重污染行業的PM2.5超細粒子的水刺濾料研制為核心,利用計算機模擬設計超大規模除塵系統的風流均布優化、高效節能清灰技術、濾袋PM2.5低能耗高效率捕集、濾袋失效防護與壽命延長技術、除塵裝備可靠性保障技術、粉塵輸運與其他配套技術、袋式除塵器協同脫汞技術、PM2.5監測技術,開發低阻、高效、氣流分布合理、安全和快裝化的大型主機設備,建立三大重污染行業PM2.5超細粒子控制排放的示范工程。
特別應當研究和開發垃圾焚燒尾氣處理用去除有毒有害氣體和除塵一體化系統,以及去除重金屬的技術和裝備。
鐵礦燒結機的機頭煙氣采用“ESP+CFB+BF”組合的脫硫除塵一體化處理技術,已有成功應用的實例,應擴大袋式除塵技術在燒結機頭煙氣脫硫除塵系統的應用。
袋式除塵器在降低阻力方面已經取得很大的進步,但從“節能減排”的大目標,以及今后袋式除塵器越來越廣的應用局面考慮,仍需加強研究,以進一步降低袋式除塵器的阻力和能耗。
我國耐高溫濾料纖維的開發和生產雖取得一些進展,但質量與國外產品尚有不同程度的差距,還需要加強這些產品的開發研究。
水刺濾料是采用高壓水射流纖維環繞抱合與成氈技術到喇叭狀三維濾料結構,表面具有像膜一樣的超纖布狀非織造特征,并經PTFE膨泡涂覆等功能性加工形成高效過濾材料。水刺濾料突破了紡粘產品用作過濾材料的局限性,具有過濾精度高、阻力小、易清灰、使用壽命長等特點,過濾效果可滿足PM2.5控制要求,是我國煙塵標準從目前的總塵控制提高到PM2.5控制的更新換代產品,全球尚沒有用于煙氣除塵的水刺濾料產品,該產品與現有針刺工藝相比,生產效率提高10倍,原材料節省20%,各項性能指標達到世界領先水平,對提升我國環保濾料產業的技術水平有極重要的意義。
水煤氣行業正向高壓制氣方向發展,壓力越高,產氣率越高。國內正在建設工作壓力0.6M~1.0MPa的制氣系統,隨后的目標是建設壓力3M~4MPa的制氣系統。能適應這種高壓的袋式除塵技術和裝備,是亟待研究的課題。
脈沖噴吹是我國袋式除塵器目前主要的清灰方式,其主要部件是脈沖閥。長期以來,我國大型和重要的袋式除塵項目的脈沖閥市場仍被國外企業所控制。
客觀而言,我國脈沖閥的噴吹性能(即清灰性能) 不亞于國外產品,某些指標甚至優于國外產品。但我國的脈沖閥早期存在膜片壽命較短的缺點,有的零件質量(包括材質)不夠好,從而導致脈沖閥性能不穩定。現在的脈沖閥雖然有很大進步,但與國外產品相比仍有差距。加上在用戶中未能建立信譽以及企業競爭力等原因,國產脈沖閥一直未能占領主要的市場。
袋式除塵行業的發展必須圍繞《國家環境保護“十二五”規劃》、《中國環境保護產業“十二五”規劃意見》和解決《環保產業關鍵技術》等有關指導文件開展工作。我國的基礎工業必然有適度增長,節能減排的力度會不斷加大,加上環保產業也是國家拉動內需、加大投資力度的行業,袋式除塵行業面臨著發展的大好機遇。
我國袋式除塵行業主機生產是帶動整個行業發展的龍頭,主機生產應考慮的問題是設備的大型化、滿足直接處理高濃度粉塵、降低阻力和減少鋼耗等問題。隨著我國生產規模的大型化,與工藝設備配套的袋式除塵器大型化的趨勢明顯。大型袋式除塵器結構必須安全合理,針對不同的服務行業和服務對象應設計不同的袋式除塵器結構,實現不同的功能。
袋式除塵器在適應高含塵濃度方面具有優勢,一級除塵系統能夠直接處理含塵濃度1600g/m3的氣體,比以往提高數十倍,并達到排放標準。因此,許多物料回收系統拋棄原有的多級收塵工藝,而以一級收塵取代。例如以長袋低壓脈沖袋式除塵器的核心技術為基礎,強化其過濾、清灰和安全防爆功能,形成高濃度水泥、煤粉收集技術,已成功用于水泥磨、煤磨系統的收粉工藝,并在鋼鐵和水泥行業眾多企業推廣應用。大型袋式除塵器設計中,通過計算機模擬試驗和實驗室模型試驗手段,應用各項工程經驗,摸索積累成熟的氣流分布技術。同時,借鑒學習和消化吸收國外先進成熟的經驗,以提高袋式除塵的氣流分布技術。這些都是袋式除塵行業主機設備投資方面需要解決的問題。
行業內有實力的企業應加強開發研究鋼鐵、電力、水泥行業去除煙塵中PM2.5超細粉塵的技術與裝備,這將是袋式除塵行業未來幾年投資和發展的機會。
開發新的應用領域是主機設備企業要考慮的問題,進一步降低袋式除塵器的能耗,滿足工信部《關于水泥工業節能減排的指導意見》中“十二五”期間電除塵器改造成袋式除塵器的技術要求。
研發超高壓袋式除塵技術和設備,能適應水煤氣行業工作壓力0.6M~1.0MPa甚至3M~4MPa的袋式除塵技術和裝備,也是袋式除塵行業主機生產企業亟待投資研究解決的課題。
濾袋是袋式除塵器的核心部件,需要定期更換,是袋式除塵器的耗材。高端濾料的開發雖取得很大進步,但遠不能滿足我國袋式除塵行業發展的需要。建議投資開發和應用去除PM2.5超細粒子專用的過濾材料,以及耐高溫、耐腐蝕,具有優越過濾性能的改性纖維和濾料。
我國濾料用有機纖維從無到有已經有了較大的發展,但生產工藝、生產規模和產品的穩定性、纖維的均勻性還有差距;高溫有機纖維的改性基本還沒有涉及。建議有實力和技術能力的企業加強這方面的研究工作。
PTFE濾料從理化性質來說是最優的濾料,純PTFE濾料除了過濾性能和可紡性能稍差外,幾乎所有的性能都優于其他濾料,使用壽命可達6~7年,甚至更長。以前PTFE濾料之所以較少被選用,是因為其價格特別昂貴。隨著PTFE濾料的國產化程度越來越高,并解決了PTFE濾料生產過程中的靜電、過濾性能和纖維強度等問題,近年來在應用方面已取得突破。但各種性能指標與國外產品相比還有差距,生產工藝和生產裝備還需要繼續完善,要不斷總結PTFE濾料在垃圾焚燒爐尾氣凈化、水泥行業和電力行業應用的經驗,提高PTFE纖維和濾料的綜合性能。
國產玻纖濾料與國外產品相比,仍然有差距。玻纖濾料最大缺點是不抗折不耐磨,但玻纖的抗拉強度高、價廉、耐高溫和耐化學腐蝕性能是許多纖維產品無可替代的。近年來國內一些玻纖企業采用各種表面處理方式,彌補和改善了玻纖濾料的性能。改性玻纖和玄武巖纖維的生產工藝和大規模生產控制,仍然需要投入人力和物力開發研究。
為提高PM2.5微細粒子的捕集效果,防止粉塵進入濾料深層,采用海島纖維、超細纖維作迎塵面層的梯度濾料,同樣具有表面過濾和利于清灰的作用,既可得到高效凈化效果,又具有不會與面層分離、脫落的表面,是捕集微細粉塵的較好的結構方式,使表面過濾更加高效、可靠,并可降低阻力。
復合濾料是具有我國特色的過濾材料。開發各種復合濾料的目的基于兩個方面:一是考慮煙氣溫度;二是減少國內對進口纖維的依賴和漲價風險。這些濾料主要用于煙氣溫度波動較大、超高溫以及其它特殊場合。復合技術的創造性在于顯著提高了濾料的耐溫性能,并使濾料耐腐蝕、抗氧化性和強度等綜合性能顯著提高,同時降低了成本。
以上這些濾料的開發應用,旨在解決高端濾料的國產化,這些高端濾料的開發研究和應用需要有較大的投入,迫切需要得到國家的支持。
袋式除塵器配件的重點主要是大口徑脈沖閥、打造國產品牌、推廣應用非膜片脈沖閥和袋式除塵器自動控制系統。
脈沖閥在我國發展迅速,產量也大。但與國外的產品相比,膜片使用壽命還有差距,是我國袋式除塵器配件廠家在今后要重點解決的問題。
袋式除塵器的自動控制已經普遍采用PLC機,DCS控制系統和工控機(IPC)也已經進入這一領域。自控系統的功能更為齊全:對清灰進行程控;自動監測除塵設備和系統的溫度、壓差、流量參數、超限報警;對脈沖噴吹裝置、閥門切換、卸灰閥等有關設備和部件的工況進行監測、故障報警;對清灰參數(周期、持續時間等)進行顯示;對各控制參數的調節更加方便。大型袋式除塵器的自動控制系統仍是以PLC或工控機為核心,完善智能化、網絡化控制。隨著自動化技術和網絡技術的飛速發展,應用什么系統不是最重要的,最重要的是需要軟件編程人員和除塵工藝專家共同努力,開發出各種工況條件如電爐、高爐煤氣、鋁電解槽、電站鍋爐、水泥回轉窯、垃圾焚燒等除塵工藝的應用軟件,使袋式除塵器的控制系統成為專家系統。
展望未來,袋式除塵行業涉及到的服務領域將備受關注,傳統的水泥、鋼鐵、電力和新興的垃圾焚燒行業仍然是袋式除塵技術服務的主要市場,垃圾焚燒行業是投資增速最快的行業。
2012年是袋式除塵行業發展非常困難的一年,2013年將是充滿期待的一年,袋式除塵委員會在中國環境保護產業協會領導下,將按照國家產業調整、振興規劃和國家扶持政策,積極組織和引導袋式除塵委員會全體會員單位加速技術升級,努力創新,實施以質取勝和市場多元化戰略,積極開拓國內外新興市場,確保產業的健康發展。