我国袋式除尘技术的进步与发展

（中国环境保护产业协会袋式除尘委员会，北京 100037）

近年来，我国环保产业实现了快速发展，袋式除尘行业也随之以同样的增速发展，总产值从2007年的89.68亿元增加到2013年的144.79亿元，袋式除尘行业也已从早期的一般颗粒物治理扩展到诸如垃圾焚烧厂尾气净化用脱除有害气体、脱汞等一体化综合处理技术，再到系统装备的托管、配件的定制提供和环保服务业，涉及到技术方案制定、工程设计、设备设计与制造、安装、调试、人员培训、废旧滤袋的回收利用到运营管理的全产业链的服务。大型袋式除尘装备技术研究、产品开发、服务，专用纤维滤料生产技术的研究开发，清灰系统配件的研究开发，自动控制等领域的创新能力不断增强，技术水平不断提高。

1 袋式除尘技术

作为去除颗粒物的高效技术，袋式除尘可以大幅度降低烟尘和粉尘的排放量，是解决烟粉尘达标排放的重要技术与装备。以水泥行业为例，若我国的水泥企业都采用这种高效除尘技术，每一台新型干法水泥窑都达到GB4915-2013规定的排尘标准，即吨熟料0.15～0.30千克，那么按国家统计局数据，我国水泥工业2012年的颗粒物排放就不是368万吨，而应该是23万～46万吨，这在技术上是完全可以实现的。再若全国50%的燃煤锅炉采用袋式除尘器，则电力行业每年可减少烟尘排放120万吨以上。我国袋式除尘技术已经完全能够支持更为严格的标准，排放限值可进一步降低，对颗粒物减排将起到巨大的作用。国内众多应用案例表明，袋式除尘器在满足更严格的颗粒物排放标准的同时，并不需要提高造价和运行费用，只要严格按照现有标准和规范设计、制造、安装和运行，都能获得好的应用效果。

2 袋式除尘装备制造技术的发展

袋式除尘器设计选型由原来的高滤速、高阻力、短寿命转变为高效、低阻、长寿命，追求优良的节能减排综合效应，具体体现在高炉煤气干法除尘、燃煤电厂锅炉烟气除尘、水泥窑头窑尾烟气除尘、垃圾焚烧烟气净化领域迅猛推广应用袋式除尘，并取得显著成效；在烟尘治理工程中排放浓度低于10mg/Nm3、系统阻力低于1000Pa、滤袋平均使用寿命4年以上已很普遍。脉冲清灰袋式除尘技术在各工业领域均获得良好的使用效果，关键部件脉冲阀的某些性能指标已超过国外产品，从而获得了更好的清灰效果。脉冲阀膜片的寿命大幅度延长，使用3～5年已是普遍现象。袋式除尘设备迅速大型化，用于钢铁、水泥、电力行业的袋式除尘设备，许多单机的处理烟气量都超过200万m3/h，过滤面积达到数万平方米，其中电力行业的袋式除尘器单机最大处理烟气量超过500万m3/h，过滤面积在8万m2。在设备大型化的同时也注入了许多新的技术，袋式除尘器的气流分布、气流组织和本体结构合理及安全化等方面都有了显著进步。

我国大型袋式除尘器的制造装备和制造技术也有了很大进步，规模越来越大，装备越来越专业化，许多袋式除尘加工企业都建有数控加工中心，制作精度和制作标准都有很大提高。专用设备和专用加工机械在袋式除尘行业普遍采用，花板的制作采用激光切割，袋笼加工普遍采用多点焊机，最近几年世界上还没有哪个国家的袋式除尘加工企业像中国的袋式除尘企业发展得这么快、这么专业，因此最近几年也带动了袋式除尘设备的出口和对外加工。

3 袋式除尘器的大型化

袋式除尘技术进步最为显著的标志就是装备的大型化，装备的大型化不是简单的体积加大，涉及到装备的模块化设计、制造与安装、气流分布与调节、清灰系统长期运行的可靠性、滤袋使用的长寿命等。

袋式除尘器伴随着我国主要工业设备发展而迅速大型化。火电行业单机容量由200MW、300MW、600MW到1000MW；水泥行业单条生产线由3000t/d、4000t/d、5000t/d到12,000t/d；钢铁行业单座高炉炉容由1000m3、2000m3到4000～5800m3以上。

我国科技人员充分发挥自己的聪明才智，不断研发迅速跟进，使我国袋式除尘器的处理风量由原来的十几万m3/h提升到100万m3/h、200万m3/h直到500万m3/h以上；过滤面积由2000m2、10,000m2、20,000m2至50,000～80,000m2；在袋除尘大型化进程中，设备阻力大幅降低，由以往的1500～1800Pa降低到1200Pa甚至1000Pa以下；颗粒物排放浓度持续降低，普遍达到20～30mg/Nm3，生活垃圾焚烧行业和高炉煤气净化普遍低于10mg/Nm3和5mg/Nm3。正是由于袋式除尘技术的进步，其为我国工业发展各相应阶段的节能减排提供了巨大支持，才使得我国经济发展与环境控制同时取得巨大成就。

众所周知，任何行业装备的大型化都不是一个简单的把体型做大，而是伴随着众多技术的大幅进步，并且大多建立在关键技术得以突破的基础之上。袋式除尘器的大型化就是建立在以下技术取得重大突破的基础上：过滤材质及滤袋制造技术、清灰技术及设备、气流分布技术、整机加工制造及装备技术等。

袋除尘的大型化建立在我国工业总体水平提高的基础之上，同时也促进我国工业总体水平的提高。水泥行业包括除尘设备在内的整条生产线在国外大量推广建设即为一例。

3.1 水泥行业

水泥行业是重污染行业之一，以往水泥厂周边1～2公里均落有颇厚的水泥灰尘。2004年在广州某水泥厂建设5000t/d水泥生产线改造时，国内科技人员在累积几十年除尘经验的基础上，比照国外环保设计要求，研发出大型低阻长袋在线/离线脉冲清灰除尘器，处理风量100万m3/h，烟气温度240℃，滤袋使用寿命达6年，设备运行阻力低于1200Pa，烟尘排放浓度在10mg/m3以下，达到了发达国家严格的环保标准，不仅满足了该生产线的要求，也为后来我国5000t/d到12,000t/d生产线的技术推广扫清了烟尘排放达标的重大环保障碍。

近年来，水泥行业整条工艺线采用袋式除尘，特别是窑头、窑尾由电除尘器改为袋式除尘器，使得水泥厂厂区一改过去的脏乱景象，不少已成为花园式清洁工厂。

3.2 钢铁行业

钢铁行业亦是重污染行业之一，钢铁行业袋式除尘技术进步的典型代表是高炉煤气除尘净化。高炉在炼铁过程中产生大量高炉煤气，5000m3高炉产生的煤气量约90万m3/h，其中含有大量CO和少量氢气，是宝贵的能源。但是，粗煤气中含有大量粉尘，必须经过净化处理才能应用。CO和氢气具有爆炸性，且CO具有较高毒性，净化处理过程有较大危险性；传统高炉煤气采用文氏管湿法降尘，该方法不仅热损失大，净化效率低，而且消耗大量水资源并产生严重水污染。

20世纪90年代，我国科技人员在世界上率先开展高滤速袋式除尘器净化高炉煤气研究并取得成功，研发的脉冲清灰高炉煤气袋式除尘技术，采用惰性气体清灰及输灰等技术，从根本上避免了高炉煤气干法净化的燃爆问题。

该技术具有高效稳定的净化效率，净煤气含尘量低于5mg/m3，从根本上革除了瓦斯泥以及污水处理的庞大设施及对环境的严重污染，并满足了高温煤气余压发电的要求。余压发电量增加了30%～50%，节能40%～50%，节水80%～90%，节省投资30%～40%，降低运行能耗60%～70%，因此该项技术是国际领先的技术。

3.3 电力行业

我国多家单位共同完成的国家“十五”“863”项目示范工程——焦作电厂200MW机组电改袋、张家港沙洲电厂600MW机组袋除尘、宝钢自备电厂350MW机组电改袋、上海外高桥300MW×4机组电改袋等，实现了火电行业高效控制烟尘排放，达到了国家和地方制定的排放低于30mg/m3及20mg/m3标准，表明袋除尘技术在火电行业的应用具有广阔前景。

这些项目的设备阻力都低于1200Pa，有的还低于800Pa，烟尘排放浓度均低于20mg/m3，滤袋使用寿命最长达5年以上。600MW机组袋除尘处理风量360万m3/h，过滤面积达6万m2。

4 袋式除尘器的专用纤维和滤料

纤维和滤料是袋式除尘器的核心，近几年袋式除尘行业显著的技术进步，体现在成功研制出了行业急需的几种耐高温纤维，如芳纶、聚苯硫醚、聚酰亚胺和PTFE等滤袋生产所需的基本原材料，结束了长期依赖进口的局面，促进了袋式除尘行业的发展。

4.1 芳纶纤维及滤料

美国杜邦公司最早将芳纶纤维用于过滤材料。芳纶纤维具有很好的耐高温性能，可在±204℃条件下长期使用，尺寸稳定性好，短时间暴露于300℃也不会脆化、软化或熔融，是水泥行业窑头篦冷机余风除尘和沥青混凝土行业最理想的过滤材料。目前以泰和新材为代表的国产滤料用芳纶纤维，各项性能指标均达到国际最好水准，纤维细度为0.8～13dtex，以其优异的尺寸稳定性和良好的抗化学腐蚀性能被广泛采用，产能可完全满足国内需求并有大量出口。

4.2 聚苯硫醚纤维及滤料

聚苯硫醚（PPS）纤维1973年由美国Phillips石油公司形成3000吨/年的产能，并应用于过滤材料。PPS分子结构中含有刚性、耐热性的亚苯基及柔性耐热性的硫醚键，且苯环的刚性结构由柔性的硫醚键连接，故PPS纤维比起常规纤维具有更优良的耐热性和热稳定性。它在高温下具有优良的强度、刚性及耐疲劳性，可在160℃下长期连续使用，能抵抗酸、碱、氯烃、烃类、酮、醇、酯等化学品的侵蚀，同时具有优异的阻燃性能，在火焰上能燃烧，但不会滴落，且离火自熄，性价比高，是燃煤电厂袋式除尘器用量最大的高温纤维，目前国产聚苯硫醚树脂及纤维的产能都能满足需求。

4.3 聚酰亚胺纤维及滤料

聚酰亚胺纤维是高性能纤维的主要品种之一，可用于热烟气及热的化学物质的过滤、放射性物料的过滤等。国内2004年开始在广州珠江水泥有限公司窑尾电改袋工程上应用，由于其优异的过滤性能、低阻和长寿命而迅速在国内得到推广，用量急增，但纤维一直依赖进口。我国的聚酰亚胺纤维研究开始于20世纪60年代，目前长春高崎聚酰亚胺材料有限公司已建成了具有自主知识产权的生产线，摆脱了依赖进口的现状，产能完全能够满足国产需求。

4.4 PTFE纤维及滤料

按照《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》（国办发〔2012〕23号）到2015年全国城镇生活垃圾焚烧处理设施能力达到无害化处理总能力的35%以上，其中东部地区达到48%以上。根据GB18485标准，垃圾焚烧尾气净化处理系统必须用袋式除尘器。随着中国垃圾焚烧厂的建设越来越多，排放要求越来越高，国产聚四氟乙烯纤维过滤材料生产技术及生产设备也就应运而生。这种过滤材料可在260℃高温到-200℃低温范围内使用，耐强酸强碱和各种有机溶剂，不燃、不溶、不污染、抗老化，极疏水。滤料使用后可以回收利用。目前，国产几家大的PTFE纤维生产公司已能够完全满足国内需求。

4.5 防静电纤维及滤料

在易燃、易爆环境下使用的袋式除尘器需要采用防静电滤料。国内自行研究开发的防静电系列针刺滤料，主要有混纺型和条纹型两种，混纺型是在化纤维中直接混入导电纤维而成，条纹型是将导电纤维并入针刺毡基布中达到抗静电的效果，经不同的表面化学后整理使其具有易清灰、拒水防油的特性，这些防静电滤料的表面电阻、体积电位、摩擦电位等指标均能满足使用要求，技术成熟，已广泛应用于高炉煤气、煤磨、水泥厂、煤化工、电厂输煤等行业的除尘。

4.6 改性玻璃纤维及滤料

作为高温滤料中的重要一员，玻璃纤维以其耐高温、抗酸碱腐蚀，在袋式除尘行业被广泛应用。由于玻璃纤维不耐折、不耐磨，在推广应用中受到限制。近几年国内企业在玻璃纤维的改性方面做了大量的开发研究工作，取得很好效果，其中较有特色的是PTFE纤维和玻璃纤维并捻织造的滤布。开发该产品的障碍是PTFE纤维与玻璃纤维张力不一致，给混纺带来困难。在克服该难点的基础上，采用PTFE纤维与玻璃纤维膨体纱混纺作纬纱，成功制成混合纤维滤布。这种滤布可直接应用，也可覆以PTFE薄膜制成覆膜滤料。该滤料以PTFE纤维弥补了玻璃纤维不耐折、不耐磨的缺陷，又解决了纯PTFE纤维尺寸稳定性差的缺陷，从而提高了混纺滤料的耐磨、耐折、高强度的综合性能，同时解决了在后处理过程中PTFE纤维不能热清洗的问题，确保了混纺滤料表面处理的相容性。混纺滤材可满足袋式除尘器采用反吹风和脉冲清灰两种方式，提高了使用寿命，已广泛用于垃圾焚烧、水泥窑头、窑尾等脉冲除尘器，也用于铁合金、炭黑等行业反吹风袋式除尘器。

玻纤/PTFE高温热压覆膜滤料是在玻纤基布上复合PTFE薄膜（膨化聚四氟乙烯薄膜）制成的新型过滤材料，它集中了玻璃纤维的耐高温、耐腐蚀、强度高、伸长率低和PTFE薄膜的表面光滑、憎水透气、容易清灰、化学稳定性好等优良特性，是行业内应用较多的产品。由于玻纤和PTFE本身的特殊性质，要使二者能完美地复合在一起，在加工过程中必须对它们分别进行改性处理。

4.7 玄武岩纤维及滤料

玄武岩纤维是一种无机高温纤维材料，可采用单一的玄武岩、辉绿岩、角闪岩、珍岩等广泛分布的矿石做为原料，经1450℃～1500℃高温熔融后快速拉制而成。玄武岩纤维对沥青的吸附能力强，耐腐蚀性强，绝热绝缘而且隔音，抗拉与抗剪切强度高，弹性模量大，化学稳定性好，在恶劣环境中使用具有较高的适应性，使用温度范围广，是袋式除尘行业这几年投入研究较多的产品之一。

4.8 复合过滤材料

为了发挥不同材料的特性，扬长避短，用两种或两种以上各具特色的纤维加工成一种滤料，这种滤料被称为复合滤料。鉴于复合滤料所用材料的形态不同，可分为材料复合和结构复合两种。材料复合是由两种或两种以上材料，采用织造或非织造工艺生产织造滤料或非织造滤料的复合方法。由耐高温合成纤维与玻璃纤维混合，采用非织造工艺制成纤网，针刺到基布上制成的玻璃纤维复合毡，便是材料复合滤料之一。合成纤维的加入，提高了针刺毡中纤维的缠结强度及毡层与基布的结合强度，增加了针刺毡的密实度，提高了针刺毡的过滤性能。按加入的耐高温合成纤维的不同，复合针刺毡材料可分为P84玻璃纤维复合针刺毡、PTFE玻璃纤维复合针刺毡和Nomex玻璃纤维复合针刺毡等。

结构复合是指成品与成品材料的复合，如针刺毡或机织布与多孔透气薄膜复合制成的滤料，又被称为覆膜滤料。多孔透气薄膜是膨体聚四氟乙烯微孔膜，孔径可以在1μm以下或几个μm之间，基材可以是玻璃纤维机织布、耐高温合成纤维针刺毡（如PPS针刺毡、Nomex针刺毡、PTFE针刺毡等）、P84玻璃纤维复合针刺毡、PTFE玻璃纤维复合针刺毡等。复合滤料具有中国特色，已广泛应用于建材、冶金、化工和电力等基础工业的环境保护和清洁生产中。

4.9 废旧滤料的回收利用技术

随着袋式除尘器在各个行业的大量使用，废旧滤袋的回收利用引起了各方面的关注，并已提到议事日程。目前国内对于纯芳纶、PPS、聚酰亚胺、PTFE的合成纤维的废旧滤袋回收利用的技术已日趋成熟，收运和综合利用系统也基本建立，基本能做到谁生产谁回收利用，全国已成立了几家连锁公司专门从事废旧滤袋的回收利用。

5 配件

袋式除尘器的配件除了滤袋、袋笼外，主要有脉冲控制仪和脉冲阀。脉冲阀种类很多，有淹没式脉冲阀、直角式脉冲阀、外螺纹式脉冲阀、旋喷吹用大口径超低压脉冲阀。此外还有气动破拱器、文氏管、箱壁连接器等。国内经过多年努力，现在电磁脉冲阀等配件都能满足技术要求和国内外市场需要。尤其值得一提的是多款具有自主知识产权的脉冲阀，例如无膜片脉冲阀，既解决了膜片使用寿命，又具有喷吹量大的优点，已越来越多地用于工程中。除此之外，袋式除尘配件专用制造技术和装备也有很大发展，如滤袋自动缝纫机、数控袋笼生产设备，除满足国内用外，还大量出口。

随着我国工业化、城镇化的深入推进，大气污染防治压力继续加大。国务院《大气污染防治行动计划》将可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征的污染物提高到损害人民群众身体健康、影响社会和谐稳定的空前高度。为落实《大气污染防治行动计划》，为消除雾霾，各行各业将会更多地采用袋式除尘器。预计在未来几年中，电力、水泥、垃圾焚烧、钢铁等领域对袋式除尘设备的需求都会有很大的增长，袋式除尘技术也将会取得更大的进步。

（略）