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袋式除尘技术及其发展
摘要：袋式除尘器是控制大气污染广泛使用的高效除尘设备，在钢铁工业、水 泥、炭黑、机械、粮食加工等十几个行业中有着广泛的应用，具有运行稳定、效果良好的特点。本为主要阐述了袋式除尘器的特点，技术的发展以及遇到的问题。关键字：袋式除尘器；特点；发展袋式除尘器的原理及应用
1.1袋式除尘器的原理
布袋除尘器是一种干式过滤装置，工作原理比较简单，即利用过滤原理，用纤维编物制作的袋式过滤单元来捕集含尘烟气中的粉尘[1]。当含尘气体进入袋式除尘器时，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤袋纤维时被阻留，使气体得到净化。随着堆积在滤袋表面粉尘厚度的增加，除尘器的阻力逐渐上升，等阻力上升到一设定值，脉冲喷吹阀自动打开，压缩空气从喷吹管经喷嘴喷出，并诱导数倍于喷吹气量的净烟气进入滤袋内侧，滤袋在这个空气波的作用下，发生急剧的膨胀变形，由于滤袋变形要受到本身几何尺寸的限制，在滤袋变形达到最大值时，滤袋膨胀运动突然停止并产生一个很大的反向加速度，堆积在滤袋表面的粉饼层，在此反向加速度及反向穿透气流的作用下，脱离滤袋表面，落入灰斗后的灰再经过输灰系统外排。
1.2 袋式除尘器的应用
我国高炉煤气净化在世界上率先实现了全干法流程，而且在大型高炉上普遍推广应用，净煤气含尘量低于10mg/Nm3，还是技术成熟方面，都处于世界领先地位[2]。
水泥窑头和窑尾烟气净化长期以来普遍采用电除尘器，近几年来新建的新型干法水泥窑则采用袋式除尘器。2006年有约200座5000～10,000t/d规模的水泥窑全部采用袋式除尘器。烟尘排放浓度一般低于20mg/Nm3，有的甚至低于
10mg/Nm3。
燃煤电厂锅炉烟气净化曾经是电除尘器“一统天下”，自从2001年2台200MW机组首先采用袋式除尘技术以来，目前300MW以下机组已有数十台采用了袋式除尘器，滤袋寿命在3年左右，有的超过4年。用于600MW机组的袋式除尘器也已投入运行。钢铁企业的烧结机烟气净化以前一直是采用电除尘器。继数年前通钢3台烧结机机尾电除尘器改造为袋式除尘器之后，宝钢1台大型烧结机机尾电除尘器也成功实现了“电改袋”。袋式除尘器的特点及节能减排中的作用
2.1袋式除尘技术的特点
布袋除尘器是一种高效、稳定的除尘器 ,它不受烟尘比电阻的影响 ,而且去除细颗粒能力比电除尘器好 ,现已成为一项成熟技术 ,逐渐得到推广。它占地小，对粉尘特性不敏感，不受煤种、飞灰成分、浓度和比电阻的影响，除尘效率高，排放稳定，一般可以保证出口排放浓度在 50mg /m3以下，好的可以达到 30 mg /m3以下甚至更低[3]。
2.2优点
烟尘排放浓度低 ,一般低于50mg/m3、30 mg/m3甚至可以达到 10mg/m3除尘效率不受比电阻和灰尘颗粒的变化的影响 ,锅炉负荷变化、烟气量变化时袋式除尘器出口浓度影响不大 ,袋式除尘器结构简单、维护简单;采用分室结构 ,可以轮换检修 ,不影响锅炉运行 ,设备可用率高 ,滤袋使用寿命一般可保证 2年以上 ,甚至可达 6年。
2.3缺点
袋式除尘器的缺点:由于燃烧煤种不同 ,燃烧方式不同 ,烟尘浓度不同 ,颗粒不同 ,烟气成分不同 ,露点不同对操作维修提出了较高的要求;锅炉运行负荷稳定与否 ,直接影响滤袋的寿命 ,尤其在点火 ,启动和停炉烟气中油类杂质较多的时候;袋式除尘器阻力较大 ,如清灰系统失灵 ,将导致系统阻力急剧升高 ,甚至影响锅炉运行。
2.4 布袋除尘器运行安全可靠性
布袋除尘器运行安全可靠性主要取决于烟气的温度和湿度。布袋除尘器一般配有紧急喷淋降温系统和旁通烟道，锅炉换热器故障引起烟气超温时，喷淋系统开启，烟气温度降低到布袋除尘器允许范围内。当喷淋系统全部开启也无法将温度降到允许范围内或发生严重爆管导致烟气湿度大幅上升时，烟气可从旁通烟道排到烟囱而不经过布袋单元此时粉尘排放会超标，且粉尘对引风机等炉后辅机有一定的磨损布袋除尘器的关键设备主要是滤袋和脉冲喷吹阀。滤袋的质量与运行可靠性密切相关，滤袋影响因素很多，首先滤袋的材料要正确选择，在运行中，滤袋破损的原因有机械磨损，烟气冲刷堵塞失效，高温损伤等等。
2.5袋式除尘器在节能减排中的作用[4]
2.5.1 大幅度削减烟尘和粉尘排放在产生粉尘或烟尘的各个行业中，凡采用袋式除尘技术的除尘系统，其固体颗粒物排放浓度均远远低于采用其他除尘技术。目前国内袋式除尘器的排放浓度普遍稳定在30～50mg/Nm3以下，净化燃煤锅炉烟气的袋式除尘系统大部分排放浓度为20～30mg/Nm3，净化高炉煤气和水煤气的袋式除尘系统则为5～10mg/Nm3，用于垃圾焚烧发电厂的袋式除尘器更实现了排放浓度2.3～4.1mg/Nm3的业绩。袋式除尘器可以大幅度降低烟尘和粉尘的排放量袋式除尘器这种高效的除尘特性可支持更加严格的环保标准我国近年来相继修订了一些行业的排放标准，颗粒物排放限值为50mg/Nm3，与以往相比虽已严格得多，但与国际先进水平相比，仍显落后。排放限值的进一步降低，将对固体颗粒物减排起到巨大的作用。需要指出的是，袋式除尘器实现更严格的颗粒物排放标准并不需要提高造价和运行费用，只要严格按照有关标准和规范设计、制造、安装和运行，都能获得好的效果。2.5.2 实现对微细粒子的控制
微细粒子（PM10、PM2.5）是危害人体健康和污染大气环境的主要因素之一，将微细粒子的控制纳入国家标准只是时间问题。目前电除尘器捕集微细粒子的效率很低，对小于10μm的尘粒，其捕集率只有60%左右。而袋式除尘器对粒径小于1μm的粒子，其捕集效率却可达到98%～99%。因而可以说，目前只有袋式除尘技术能够有效控制微细粒子。
2.5.3 高效去除有害气体
袋式除尘器能够高效去除有害气体。如电解铝含氟烟气的净化是依靠袋式除尘系统实现的。沥青烟气的最有效净化方法是以粉尘吸咐并以袋式除尘器分离。2.5.4 在多种复杂条件下实现减排
袋式除尘器对各种烟尘和粉尘都有很好的捕集效果，不受粉尘成分及比电阻等特性的影响。袋式除尘器对入口含尘浓度不敏感，在含尘浓度很高或很低的条件下，都能实现很低的粉尘排放。袋式除尘器可以对烟气高温、烟气高湿、高含尘浓度、高腐蚀性、烟气含易燃、易爆粉尘或气体、除尘系统具有高负压或高正压。
2.5.5 新能源开发和节能工程的重要设备
在一些新能源开发和节能工程中，袋式除尘器提供了有力的支撑，如新能源开发项目“煤制油”工艺中的煤粉收集，袋式除尘器就是必备的设备。高炉煤气余压发电具有重大的节能效益。采用袋式除尘器净化高炉煤气，比湿式净化可增加发电量30%～40%，并且每吨铁节约用水200kg，煤气的热值大幅度提高。而与电除尘净化相比，净煤气的含尘量更低、净化效果更稳定。袋式除尘技术的发展及面临的问题 3.1 袋式除尘技术的发展现状
我国袋式除尘技术的发展主要体现在主机、滤料、自动控制的质量和技术水平普遍提高，耐高温、耐腐蚀特种纤维和滤料的研究、开发、生产等方面均有所突破，高端纤维的国产化带动国产高端滤料的发展[5]。PTFE纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维和芳纶纤维的国产化，使原来进口滤料占据主要市场的垃圾焚烧尾气净化、电厂燃煤锅炉、水泥窑尾、窑头、钢铁等行业的袋式除尘器使用国产滤料比例越来越高，高端滤料的国产化率上涨很快。袋式除尘器对于烟气的高温、高湿、高浓度以及微细粉尘、吸湿性粉尘、磨啄性粉尘、易燃易爆粉尘有了更强的适应性，在加强清灰、提高效率、降低消耗、减少故障、方便维修方面达到了更高的水平，主要表现在设备大型化（如处理200万m3/h以上烟气）等方面。袋式除尘技术开发和创新具体表现在以下几个方面：（1）袋式除尘器设备结构大型化，适应大型燃煤锅炉机组和钢铁、水泥炉窑的烟气净化。（2）低阻、高
效袋式除尘器结构的创新，适应国家节能减排的需要。（3）以强力清灰为特征的脉冲技术升级，满足长滤袋（7～8m以上）清灰要求。（4）开发出气流分布技术和计算机数字模拟技术，满足大型袋式除尘器合理气流分布，延长滤袋使用寿命的要求。（5）特殊滤料中PPS、PTFE、聚酰亚胺和芳纶国产纤维的开发，满足电厂、钢厂、水泥厂和垃圾焚烧烟气净化的复杂工况的滤袋要求。（6）脱酸加除尘的复合式袋式除尘器的研发和应用，满足干法脱酸除尘工艺的需求。（7）脉冲阀性能和质量的技术升级，适应袋式除尘器高强度清灰和稳定运行的要求。（8）PLC、DCS控制技术升级和模块化产品，可分别满足大型和中小型除尘系统的控制要求。3.1.1 关于袋式除尘器主机设备的发展
我国袋式除尘行业主机生产是带动整个行业发展的龙头，主机生产应考虑的主要问题是设备的大型化、满足直接处理高浓度粉尘、降低阻力和减少钢耗等问题。随着我国生产规模的大型化，与工艺设备配套的袋式除尘器的大型化的发展趋势明显，大型袋式除尘器结构必须设计合理；针对不同的服务行业、服务对象应设计不同的袋式除尘器结构，实现不同的功能。袋式除尘器在适应高含尘浓度方面实现突破，一级除尘系统能够直接处理含尘浓度1500g/m3的气体，比以往提高数十倍，并达到排放标准。因此，许多物料回收系统抛弃原有的多级收尘工艺，而以一级收尘取代。我们在降低袋式除尘系统阻力方面已经取得很大的进步，但考虑到“节能减排”的大目标，考虑到今后袋式除尘器的应用越来越广的局面，仍需加强研究，以期进一步降低袋式除尘器的阻力和能耗。3.1.2 关于袋式除尘器纤维滤料、滤袋的发展及建议
滤袋是袋式除尘器非常重要的部件，而且需要定期更换，是袋式除尘器的耗材高端滤料始终是我国滤袋行业的弱项，虽取得一些进展，但远不能满足我国袋式除尘行业发展的需要。因此应大力加强对纤维滤料、滤袋的耐高温、耐腐蚀、具有优越过滤性能的改性纤维和滤料的开发和应用。
我国滤料用有机纤维从无到有已经有了较大的发展。但总的来说，除芳纶纤维的生产规模和质量稳定性与国外区别不大外，其它如PTFE、PPS和聚酰亚胺纤维的生产工艺、生产规模和产品的稳定性，纤维的均匀性还有差距，高温有机纤维的改性基本还没有涉及，建议有实力和技术能力的公司在这方面做些工作。
3.2 袋式除尘技术所面临的问题
3.2.1 净化微细粒子的技术和装备
袋式除尘器虽然能够有效捕集微细粒子，但以往未将微细粒子的捕集作为技术发展的重点。面临微细粒子，袋式除尘技术需要进一步提高捕集效率、降低阻力和能耗。有必要针对PM10、PM2.5等的捕集，研究和开发主机、滤料及应用技术。3.2.2 净化有害气体的技术和装备
特别应当研究和开发通过催化作用直接分解二噁英/呋喃的技术和材料，改变目前主要依靠活性炭吸附的局面。还需研究和开发去除重金属的技术和装备。3.2.3 开发新应用领域
钢铁行业转炉煤气净化基本沿用湿式文丘里除尘工艺，难以满足新的环保标准，而且存在污水处理、能耗高等问题。钢铁界的有识之士早就提出干法除尘的思路，但尚未实现。
铁矿烧结机的机头烟气，全部采用电除尘器处理。近年来普遍反映不能达标。采用袋式除尘的技术途径正在探索，尚无显著进展。3.2.4 进一步降低袋式除尘器的能耗
与电除尘器相比，袋式除尘器的阻力较高，从而导致主风机的能耗较高。虽然在降低阻力方面已经取得很大的进步，但考虑到“节能减排”的大目标，考虑到今后袋式除尘器的应用将越来越广的局面，仍需加强研究，以期进一步降低袋式除尘器的阻力和能耗。3.2.5 耐高温滤料纤维的开发
我国耐高温滤料纤维的开发和生产虽取得一些进展，但质量与国外产品尚有明显差距，特别是PPS和PTFE纤维。因此，市场目前主要由国外企业所垄断。另一种耐高温滤料纤维P84，是水泥窑烟气净化的主要滤料，目前在我国还是空白。3.2.6 研发超高压袋式除尘技术和设备
水煤气行业正向高压制气方向发展，压力越高，产气率就越高。近期国内计划建设工作压力为0.6M～1.0MPa的制气系统，随后的目标是建设压力为3M～4MPa的制气系统。开发适应这种高压的袋式除尘技术和装备，是亟待研究的课题。3.2.7 提高脉冲阀产品的质量和性能
脉冲喷吹是我国袋式除尘器目前主要的清灰方式，其主要部件是脉冲阀。长期以来，我国大型和重要袋式除尘项目，脉冲阀市场几乎都由国外企业所垄断。客
观而言，我国脉冲阀的喷吹性能（即清灰性能）不亚于国外产品，某些指标甚至优于国外产品。但国内的脉冲阀早期存在膜片寿命较短的缺点，有的零件质量（包括材质）不够好，从而导致脉冲阀性能不稳定。现在虽然有很大进步，但与国外产品仍有差距。加上在用户中未能建立信誉以及企业竞争力等原因，一直未能占领主要市场。
参考文献：
[1]张学政.试论袋式除尘技术的发展[J].科技天地
[2]周欣，王丽萍.130t/h煤粉炉烟气除尘系统“电改袋”[J].环境工程.2010,02,28(1)53-54 [3]龚立贤，张哲军.除尘器在火电厂中的应用及发展趋势.热力技术,2010,21-2 [4]俞非漉，张殿印.袋式除尘器节能降耗途径的探讨[J].环境工程.2008，26(增刊):170-173.[5] 陈隆枢.带式除尘技术的应用及发展[J].研究进展.2009,11,37(04),71-72 [6]国家环境保护产业协会袋式除尘委员会.我国袋式除尘行业2010年发展综述。2011，5
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