牢记美丽中国建设使命 努力实现除尘技术引领

姚群，刘学军，陈志炜，郑旭

（中国环境保护产业协会除尘专业委员会，北京 100045）

党的十八大以来，我国在电力、钢铁等重点工业行业实施超低排放，实现了由被动应对到主动作为的重大转变，反映了中国加快推进生态文明建设的自觉性、主动性，体现了大国的责任担当，促进了由全球环境治理参与者到引领者的重大转变。

1 制定史上最严标准，开启超低排放先河

2014年，我国煤电行业首次提出了超低排放的定义，出台了有史以来最为严格的污染物排放标准，也是国际电力领域最为严格的排放标准，即颗粒物排放浓度不超过10mg/m3、二氧化硫排放浓度不超过35mg/m3、氮氧化物排放浓度不超过50mg/m3。实施超低排放战略，必须对传统的除尘、脱硫、脱硝技术进行升级和创新。以标准为导向，催生了低低温电除尘、电袋除尘、湿式电除尘、高频电源及脉冲电源等一大批创新技术和产品，形成了燃煤电厂锅炉烟气超低排放技术工艺（见图1），及时满足了市场需求。十年来，我国电力大气污染治理取得了历史性突破，城市空气质量全面改善，以北京为代表，PM2.5年均浓度从过去89 微克/立方米下降到35 微克/立方米以下，污染治理成效，举世瞩目。

图1 燃煤电厂锅炉烟气超低排放技术工艺

2019年4月，国家发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，拉开了钢铁行业超低排放的序幕。以烧结机机头、球团焙烧烟气为代表，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50mg/m3。史上最严格的钢铁行业排放标准，催生了预荷电袋式除尘、煤气湿式静电除尘、高通量低阻覆膜滤料、超细海岛纤维面层滤料、高效低阻滤筒除尘、金属间化合物多孔膜材料等一大批创新技术、材料和产品，及时满足了市场需求，为打好污染防治攻坚战和打赢蓝天保卫战发挥了重要作用。截至目前，已有6.8 亿吨钢铁产能已完成或正在完成超低排放改造。

2 坚定原始创新，引领技术发展方向

除尘行业加强科技支撑，狠抓关键核心技术攻关，取得了一系列重大成果。

2.1 烧结机头烟气袋式除尘技术世界首创

国内外钢铁行业烧结机头烟气除尘传统上均采用电除尘器，由于效率不稳定，振打清灰时粉尘二次飞扬，导致出口颗粒物浓度过高（50—150mg/m3），大量粉尘进入下游脱硫脱硝装置，严重影响了超低排放。其表现是，湿法脱硫塔积灰、结垢和堵塞，脱硫效率下降，石膏品质不高；粉尘中含重金属，加剧催化剂堵塞、中毒、失活和磨损，影响脱硝效率；影响活性炭装置吸附效率和稳定性，颗粒物排放超标，火星引发活性炭着火，活性炭损耗大，运行成本高等。为此，需要经常停产检修，维护工作量大，影响烧结产量，难以保障环保绩效。这是共性问题，成为企业“卡脖子”的痛点。

袋式除尘能够高效捕集细颗粒物，出口颗粒物浓度＜10mg/m3，但由于烧结机头烟气的特殊性和苛刻性（高温、低温、结露、腐蚀、油雾、火星、超高负压等），袋式除尘被业内视为“禁区”，无人敢涉足。

中钢集团天澄环保科技股份有限公司在烧结机头烟气袋式除尘工艺、核心装备、特殊材料等方面开展技术攻关，历经多年研究和工业试验，研发了烧结烟气袋式除尘新工艺，并基于袋式除尘研发出多种除尘脱硫脱硝新工艺，发明了具有火星捕集、预除尘、抗高负压和低阻功能的“顶部垂直进风袋式除尘器”，研制了具有耐高温、抗结露、耐腐蚀和阻燃功能的过滤材料，开发了火星熄灭、结构安全、匀化喷粉、荧光检漏等保障技术，形成了具有自主产权的原创技术，建成了全球首台套示范工程（见图2）。示范工程于2021年9月在新余钢厂360m2烧结机上成功投运，两年来袋式除尘系统运行稳定，出口颗粒物浓度为5.4mg/m3，平均阻力为640Pa，综合运行能耗降低40%以上，颗粒物减排86.69%，碳减排54.2%，实现了减污降碳协同增效。

图2 全球首台套烧结机头烟气袋式除尘示范工程

经成果鉴定评价，整体技术水平达到国际领先。这是对传统烧结除尘技术的一次革命，是我国原始创新取得的科技成果，引领了烧结除尘技术的发展方向。

2.2 转炉一次全烟气袋式除尘技术世界首创

如何实现转炉一次烟气超低排放，是困扰我国钢铁炼钢产业的一个难题。现有LT 电除尘器排放不达标，泄爆率高、检修难度大、维护费用高；OG 湿法、半干法系统占地大、能耗高，存在二次污染、达标不稳定等问题，国内外也未见采用袋式除尘的案例。中冶东方工程技术有限公司自主研发了转炉一次全烟气DFP 袋式过滤技术（见图3），并在包钢炼钢厂100 吨转炉项目上实现了全球首台套工程示范应用，经过1年的运行，放散侧及回收侧烟气颗粒物排放浓度均＜5mg/m3，与LT 电除尘相比，吨钢耗电减少约30%，吨钢耗水减少约30%，煤气回收量增加约30%， 实现了减污降碳协同增效。

图3 全球首台套转炉一次全烟气袋式除尘示范工程

用袋式除尘技术取代静电除尘、湿法除尘，具有投资省、能耗低、无泄爆、无停检、易维护等优势。该技术是钢铁转炉烟气除尘技术的新突破，中国金属学会组织的成果鉴定评价认为，这项整体技术达到国际领先，引领了国内外钢铁转炉一次全烟气净化技术发展方向。

2.3 石化催化裂化烟气袋式除尘技术实现重大突破

由中钢集团天澄环保科技股份有限公司研发的石油化工催化裂化再生烟气干法净化技术实现了重大突破（见图4）。传统的催化裂化再生烟气除尘均采用美国、德国的湿法洗涤工艺，存在排放浓度高、能耗高、设备价格贵等问题。中钢集团天澄环保科技股份有限公司通过技术创新开发了袋式除尘技术，在干法工艺、过滤材料、余热回收和安全防爆等方面取得重大突破，成果已在10 余家石化企业推广应用，颗粒物排放浓度＜10mg/m3，运行阻力为800—1100Pa，节能在30%以上，较国外同类技术节约投资30%—50%，减污降碳效果显著，引领了石化催化裂化烟气净化技术的发展方向。

图4 石油化工催化裂化烟气袋式除尘技术应用

2.4 超高温金属膜过滤技术世界首创

针对袋式除尘行业超高温（＞260℃）工业烟气和煤气细颗粒物过滤的技术需求，成都易态科技有限公司经过多年的科技攻关，研发了金属间化合物多孔膜材料及其过滤元件（见图5）。金属间化合物膜是一种以金属粉末为原料，利用Kirkendall 效应的偏扩散成孔机理，在真空条件下经高温烧结反应生成的金属间化合物多孔材料。通过选择与烟尘粒径分布相匹配的金属粉末、控制烧结反应温度和时间，制得相应的孔隙形态及性能的膜材料。金属间化合物膜材料具有金属键和化合键，形成了相当稳定的化学结构，其耐腐蚀性、抗氧化性、抗硫化性、抗疲劳性、耐磨性等尤为突出。其主要表现是：耐高温（可耐 450℃高温）；抗腐蚀（可耐 H2S、SO2、SO3等腐蚀）；高效，过滤精度达 0.1μm，过滤后含尘浓度为0—10mg/m3；易清灰，具备一定柔性，清灰更容易；导电性好，过滤中释放静电；通量大，过滤空气通量≥500m3/（m2·kPa·h）；寿命长，3—5年。这个产品为超高温（260℃ — 450℃）气体过滤提供了高精度、大通量、低阻力和长寿命的革命性新材料，广泛应用于有色冶炼、工业锅炉、矿热炉、煤化工、磷化工、钢铁、水泥、医药等行业。经技术评价鉴定为自主原创技术，达到国际领先水平。这项技术为全球首创，引领了超高温工业气体净化的发展方向。

图5 金属间化合物多孔膜滤料及其过滤元件

综上所述，我国在烧结机头烟气袋式除尘技术、转炉一次烟气袋式除尘技术、催化裂化烟气袋式除尘技术、金属间化合物多孔膜滤料的研发领域实现了一系列原始创新，体现了中国由全球环境治理参与者到引领者的重大转变。

3 深耕减污降碳技术， 助力绿色低碳发展

党的十八大以来，我国除尘行业聚焦减污降碳、节能降耗、余热回收等重点业务，广泛开展科技创新，在新技术、新装备、新材料等方面取得了可喜成绩，诸多科技成果技术达到国际领先水平。

3.1 燃煤电厂锅炉烟气低低温电除尘技术

低低温静电除尘技术是通过热回收器（又称烟气冷却器）降低电除尘器入口烟气温度至酸露点以下（90℃左右），使烟气中的大部分SO3在热回收器中冷凝成硫酸雾并黏附在粉尘表面，以降低粉尘比电阻，避免反电晕现象。同时，烟气温度的降低可使烟气流量减小，并有效提高电场运行时的击穿电压，从而大幅提高除尘效率，去除大部分SO3。

浙江菲达环保科技股份有限公司和福建龙净环保股份有限公司等重点开发这项技术，形成了以低低温电除尘技术为核心的燃煤锅炉烟气协同治理技术路线（见图6），成为我国燃煤电厂实现烟气超低排放的主流技术。采用热回收器和烟气换热系统，还可回收热量，节约湿法脱硫系统水耗量，减少风机电耗和脱硫系统用电量，实现节能降碳。这项技术整体达到国际领先水平。

图6 基于低低温电除尘技术的燃煤电厂烟气多污染物超低排放工艺

3.2 超净电袋复合除尘技术

福建龙净环保股份有限公司在常规电袋复合除尘技术基础上再创新，取得超净及高温超净电袋复合除尘技术的新突破。超净电袋技术主要是通过“最佳耦合匹配技术、多维高均匀流场技术、微粒凝并技术及高精过滤技术”等技术创新，实现除尘器整体性能的提升。烟尘排放浓度＜5（10）mg/m3，运行阻力＜1100Pa，滤袋寿命大于5年。在高温超净电袋复合技术方面实现新应用，采用合金滤袋，具有耐超高温（400℃—800℃）、长期稳定超低排放（＜10mg/m3）、运行阻力低（≤1000Pa）、废旧滤料易回收利用、无二次污染等特点，适用于复杂工况的烟气治理，已在有色、钢铁、水泥、化工等领域获得较多工程应用（见图7）。经技术评价鉴定，达到国际领先水平，在氢氧化铝焙烧炉上的应用填补了国内外空白。

图7 高温超净电袋复合技术在废碱炉烟气净化中的应用

3.3 预荷电袋式除尘技术

由中钢集团天澄环保科技股份有限公司研发的钢铁窑炉烟尘细颗粒物高效控制技术取得重大创新，在烟尘微细粒子预荷电技术与装置、基于海岛纤维的超细面层梯度滤料、预荷电直通式袋式除尘器、烟道PM2.5捕集效率工况测定等方面取得突破，形成了具有自主知识产权的集成技术、成套装备和PM2.5滤料。经过多年的稳定运行，颗粒物排放浓度＜10mg/m3，PM2.5捕集率≥95%，运行阻力为700—950Pa，节能40%以上。目前，这项成果已在鞍钢、日照钢铁、新余钢厂、水钢、宝武、柳钢防城港等大中型企业中广泛应用（见图8），成为我国钢铁转炉和电炉炼钢烟气超低排放的主流技术。经技术评价鉴定，该项成果核心技术达到国际领先水平。

图8 预荷电袋式除尘器在炼钢转炉烟气净化中的应用（日照、防城港）

3.4 高通量高效低阻折叠滤筒技术

针对钢铁行业超低排放改造的需求，广州市华滤环保设备有限公司研发了具有自主知识产权的适于工业烟气净化的高通量高效低阻折叠滤筒，该滤筒克服了传统滤筒清灰难、阻力高、处理风量小等问题，独创了等间距易清灰滤筒结构，研制了长滤筒，在自动化折叠工艺、等距热熔绑带技术、光滑螺旋骨架等方面取得了创新。这项技术在不改变原有袋式除尘器本体结构，只通过滤袋改为滤筒的经济方式，即可完成超低排放提标改造。该项成果在冶金、建材等行业广泛应用，特别是在宝钢二炼钢300t 转炉二次烟气净化项目中应用了全球最大的“预荷电+滤筒”除尘器，处理风量达300 万m3/h（见图9），粉尘排放浓度长期＜10mg/m3，运行阻力＜500Pa，较传统袋式除尘阻力下降近50%。在稳定实现细颗粒物超低排放的同时，这项技术的节能降耗效果也十分显著。经技术评价鉴定，这项科技成果在折叠滤筒总体结构设计、特种滤料开发、生产工艺装备、综合效益和性能指标等方面，达到国际领先水平。

图9 全球首台套预荷电滤筒除尘技术在宝钢300t 转炉除尘项目中应用

3.5 烟气细颗粒物化学团聚除尘技术

在传统除尘器前增设团聚装置，在烟道内喷射化学团聚剂，可使烟气中细颗粒物团聚成链状和絮状，促使细颗粒物凝聚成较大的颗粒团（见图10），再由传统除尘器对团聚后的大颗粒物进行捕集，从而提高细颗粒物的去除效率，达到颗粒物超低排放烟尘排放浓度＜5mg/m3、PM2.5减排60%以上。细颗粒物团聚强化除尘技术包含细颗粒物润湿技术、絮凝团聚技术和比电阻调节技术，是一种电除尘器提效技术。

图10 细颗粒物团聚前后颗粒形貌特征

华中科技大学针对常规除尘装备PM2.5细颗粒物去除效率低的问题，开发了增强颗粒表面液桥力团聚剂，以提高PM2.5团聚速率和效率，研制了化学团聚剂供应系统，主要包括团聚剂制备系统、压缩空气系统、团聚剂输送系统、团聚剂雾化喷射系统以及DCS团聚控制系统等，实现了智慧调节。这项技术为燃煤锅炉、工业窑炉实现颗粒物超低排放提供了一种切实可行、经济有效的技术方案，可广泛应用于火电、水泥及钢铁等行业。经技术评价鉴定，这项成果核心技术达到国际领先水平。

3.6 高通量膜过滤技术

由浙江理工大学、浙江格尔泰斯环保特材科技股份有限公司、浙江宇邦滤材科技股份有限公司等单位研发的“工业排放烟气用聚四氟乙烯基过滤材料关键技术”项目，荣获2017年度国家科学技术进步二等奖。该项成果针对燃煤电厂、钢铁、水泥、垃圾焚烧等行业烟气细颗粒物过滤精度低、效率差的突出问题，研发了基于聚四氟乙烯（PTFE）纤维的过滤材料，突破了PTFE 纤维制造技术和成套生产设备中的难题，大大提高了PTFE 滤料的过滤精度和强度，发明了包含超细、催化、增强等不同纤维的多层次滤料产品，实现了工业烟气的协同处理，总体技术达国际先进水平。

由厦门格锐特环保科技有限公司研发的节能型高通量覆膜滤料获得成功，该项技术的关键是将聚四氟乙烯树脂特性、双向拉伸微孔膜理论、基材结构设计、高温热压覆膜技术等多种理论与技术相结合，突破了传统覆膜滤料透气量低于50L/dm2·min 的瓶颈，阻力降低40%，清灰周期延长2 倍以上。该产品已广泛应用于燃煤电厂、钢铁、水泥、垃圾焚烧等领域（见图11），经技术评价鉴定，其综合性能达国际领先水平。

图11 节能型高通量覆膜滤料在电厂锅炉烟气净化中应用

3.7 高温烟气尘硝协同脱除技术

福建龙净环保股份有限公司自主研发了高温复合滤筒尘硝协同脱除装备，以负载脱硝催化剂的无机纤维滤筒为核心部件，通过将脱硝催化剂植入滤筒内部，实现颗粒物、氮氧化物等多污染物协同治理。该技术在低阻、高效、无机纤维滤筒制备及宽温度窗口（200℃—400℃）催化剂等方面具有创新性，已在玻璃窑、生物质锅炉、石灰窑等工业炉窑多污染物高效协同脱除中成功应用（见图12）。经检测，颗粒物、二氧化硫和氮氧化物出口浓度分别低于10mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。经成果鉴定，该项技术总体达到国际领先水平。

图12 高温复合滤筒尘硝协同脱除技术工业应用

福建远致环保科技有限公司针对水泥行业烟尘特性复杂的特殊工况，开展“高温低尘SCR 脱硝一体化技术研究及应用”，该技术集高温电除尘器、金属滤袋除尘器和SCR 脱硝反应器为一体，形成机电袋三级复合除尘。该技术创新采用耐高温金属滤袋，实现低尘工况下的高效脱硝，解决了SCR 脱硝催化剂堵塞、磨损、中毒、寿命短等问题，显著降低了运行成本。该技术在水泥、生物质、锂电、铅业等行业有多台套应用案例（见图13），颗粒物浓度＜10mg/m3，氮氧化物NOx＜30mg/m3，氨逃逸浓度＜2.5mg/m3，而且性能稳定。经成果鉴定， 主要技术指标达到国际先进水平，三维连续梯度结构金属滤袋及一体化工艺处于国际领先水平。

3.8 除尘系统智能化网络化技术

为顺应时代发展，推动袋式除尘行业智能化进程，苏州协昌环保科技股份有限公司研发了“烟尘治理袋式除尘运行管理云平台”及“智能电磁脉冲阀”。该项目在智能电磁脉冲阀、专用数据采集、传输设备、数据分析、故障诊断与解决方案以及配套软件开发等方面取得重大进展。云平台安全连接设备获取并分析大量数据，对袋式除尘系统的运行状态进行实时分析和评估，具有故障诊断、预警及寿命预测的功能；通过现代通讯手段和各类终端设备，可以实时获取袋式除尘系统运行状态和相关信息，显著提高管理水平，减少巡检工作量。应用表明，该平台运行稳定，可对除尘系统进行远程监管，为除尘系统数字化、信息化和智能化运行提供了解决方案（见图14），为企业除尘工艺装备的安全稳定和节能运行提供了保障。经成果鉴定，整体技术达到国际领先水平。

图14 袋式除尘系统智能化控制

3.9 电除尘高压电源高效节能技术

福建龙净环保股份有限公司在高频电源和脉冲电源等高压电源的基础上，推出新一代除尘高压电源技术。在技术上独创除尘电源专用高动态响应正弦脉宽调制（SPWM）算法、首创多模复式脉冲供电技术、突破了电源与除尘电场自适应阻抗控制技术和闪络控制技术（见图15）。变频电源输出频率为100—1000Hz，输出二次电压纹波系数小于3%，在全电场应用时，可适当提高前电场的峰值电压，同时降低后电场的输出功率，可提高电除尘效率，并降低电除尘器能耗。在反电晕严重的电场，可采用间歇式供电的模式，有效抑制反电晕并保证除尘效果。输出直流电流单波周期最小为1ms，间歇脉冲供电方式灵活可调，具有很好的工况适应性。采用SPWM 开关工作模式，可即时快速熄灭火花，并迅速恢复电场供电。可根据电场工况自动调整变频电源调制频率和调制度，输出阻抗实时跟踪电场运行工况动态变化，实现与电除尘器电场阻抗的动态最佳匹配，使电除尘器电场获得最高的电功率和最佳的供电效果。在有效降低粉尘排放的同时，降低了电除尘器运行能耗。经技术评价鉴定，该成果为电除尘器配套了一种高效节能、稳定可靠、智能化的高压电源，在同类产品中达到国际领先水平。

图15 电除尘高压电源高效节能技术