我国袋式除尘设计水平的全面进步

(中国环境保护产业协会袋式除尘委员会，北京 100037)

我国袋式除尘设计水平的全面进步

(中国环境保护产业协会袋式除尘委员会，北京 100037)

介绍了我国袋式除尘设计在标准和规范、除尘器技术性能、设备大型化、产品系列化和新型结构等方面的进展情况；简述了计算机三维技术在袋式除尘设备设计和流体模拟试验上的应用；强调了袋式除尘设计在烟气多污染物协同净化工艺中的重要作用；我国袋式除尘设计总体上已步入国际先进水平。

袋式除尘设计；技术规范；大型化；计算机三维技术

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。

主要工业行业的袋式除尘器大型化案例

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。经中国环境科学研究院检测，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。

[1] 中国环保产业协会袋式除尘委员会.袋式除尘行业2012年度发展报告[J].中国环保产业，2013.

[2] 中国环保产业协会袋式除尘委员会.袋式除尘行业2013年度发展报告[J].中国环保产业，2014.

[3] 吴善淦，孙熙，等.我国袋式除尘技术进步与发展[J].中国环保产业，2014.

[4] 陈隆枢.袋式除尘在我国燃煤电厂的应用[J].中国环保产业，2014.

[5] 陶辉.袋式除尘技术进步与发展导向[J].中国环保产业，2013.

[6] 姚群.工业炉窑烟气PM2.5控制[J].中国环保产业，2013.

[7] 赵江翔.中国燃煤电厂袋式除尘十年进程回顾与展望[J].中国环保产业，2013.

Whole Progress of Design Level of Bag Hose Precipitation in China

(Bag Hose Precipitation Committee of CAEPI, Beijing 100037, China)

The paper introduces the progress of the bag hose precipitation design of the country in the fields of standards and criterions, technical performances of precipitators, big-sized equipment, series of products and new type structures, etc; briefly explicates the application of three dimension technique of computer in bag hose precipitation equipment design and the hydro-simulating test; stresses on the important role of bag hose precipitation design in flue gas multi-pollutants and purifying technology; the bag hose precipitation design has stepped into the international advanced level.

bag hose precipitation design; technical criterion; big-sized; three dimension technique of computer

X701

A

1006-5377（2015）03-0004-05