除塵

 　　1概況

　　定義

　　control of particulate matter 從含塵氣體中去除顆粒物以減少其向大氣排放的技術(shù)措施。含塵工業(yè)廢氣或產(chǎn)生于固體物質(zhì)的粉碎、篩分、輸送、爆破等機(jī)械過程，或產(chǎn)生于燃燒、高溫熔融和化學(xué)反應(yīng)等過程。前者含有粒度大、化學(xué)成分與原固體物質(zhì)相同的粉塵，后者含有粒度小、化學(xué)性質(zhì)與生成它的物質(zhì)有別的煙塵。改進(jìn)生產(chǎn)工藝和燃燒技術(shù)可以減少顆粒物的產(chǎn)生。除塵器廣泛用于控制已經(jīng)產(chǎn)生的粉塵和煙塵。

　　分類

　　按捕集機(jī)理可分為機(jī)械除塵器、電除塵器、過濾除塵器和洗滌除塵器等。機(jī)械除塵器依靠機(jī)械力將塵粒從氣流中除去，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)均較低，但除塵效率不高。電除塵器利用靜電力實(shí)現(xiàn)塵粒與氣流分離，常按板式與管式分類，特點(diǎn)是氣流阻力小，除塵效率可達(dá)99%以上，但投資較高。占地面積較大。過濾除塵器使含塵氣流通過濾料將塵粒分離捕集，分內(nèi)部過濾和表面過濾兩種方式，除塵效率一般為90%～99%，不適用于溫度高的含塵氣體。洗滌除塵器用液體洗滌含塵氣體，使塵粒與液滴或液膜碰撞而被俘獲，并與氣流分離，除塵效率為80%～95%，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。為提高對(duì)微粒的捕集效率，正在研制荷電袋式過濾器、荷電液滴洗滌器等綜合幾種除塵機(jī)制的新型除塵器。

　　2方式

　　重力

　　利用粉塵與氣體的比重不同的原理，使揚(yáng)塵靠本身的重力(重力) 從氣體中自然沉降下來的凈化設(shè)備，通常稱為沉降室或降生室。它是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積大、阻力小、易維護(hù)、效率低的比較原始的凈化設(shè)備，只能用于粗凈化。重力降塵室的工作原理如下圖所示：含塵氣體從一側(cè)以水平方向的均勻速度V進(jìn)入沉降室，塵粒以沉降速度V沉下降，運(yùn)行t時(shí)間后，使塵粒沉降于室底。凈化后的氣體，從另一側(cè)出口排出。

　　慣性

　　慣性除塵器也叫惰性除塵器。它的原理是利用粉塵與氣體在運(yùn)動(dòng)中慣性力的不同，將粉塵從氣體中分離出來。一般都是在含塵氣流的前方設(shè)置某種形式的障礙物，使氣流的方向急劇改變。此時(shí)粉塵由于慣性力比氣體大得多，塵粒便脫離氣流而被分離出來，得到凈化的氣體在急劇改變方向后排出。這種除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力較小(10-80毫米水柱)，凈化效率較低(40-80%)，多用于多段凈化時(shí)的第一段，凈化中的濃縮設(shè)備或與其它凈化設(shè)備配合使用。慣性除塵器以百葉式的最常用。(它適用于凈化含有非粘性、非纖維性粉塵的空氣，通常與其它種除塵器聯(lián)合使用組成機(jī)組

　　旋風(fēng)分離器

　　工作原理:：旋風(fēng)除塵器的工作原理如下圖所示，含塵氣體從入口導(dǎo)入除塵器的外殼和排氣管之間，形成旋轉(zhuǎn)向下的外旋流。懸浮于外旋流的粉塵在離心力的作用下移向器壁，并隨外旋流轉(zhuǎn)到除塵器下部，由排塵孔排出。凈化后的氣體形成上升的內(nèi)旋流并經(jīng)過排氣管排出。

　　應(yīng)用范圍及特點(diǎn)：旋風(fēng)除塵器適用于凈化大于5~10微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。它是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、耐高溫、設(shè)備費(fèi)用和阻力較低(80~160毫米水柱)的凈化設(shè)備，旋風(fēng)除塵器在凈化設(shè)備中應(yīng)用得最為廣泛。

　　布袋

　　工作原理：

　?、胖亓Τ两底饔?mdash;—含塵氣體進(jìn)入布袋除塵器時(shí)，顆粒大、比重大的粉塵，在重力作用下沉降下來，這和沉降室的作用完全相同。

　?、坪Y濾作用——當(dāng)粉塵的顆粒直徑較濾料的纖維間的空隙或?yàn)V料上粉塵間的間隙大時(shí)，粉塵在氣流通過時(shí)即被阻留下來，此即稱為篩濾作用。當(dāng)濾料上積存粉塵增多時(shí)，這種作用就比較顯著起來。

　?、菓T性力作用——氣流通過濾料時(shí)，可繞纖維而過，而較大的粉塵顆粒在慣性力的作用下，仍按原方向運(yùn)動(dòng)，遂與濾料相撞而被捕獲。

　　⑷熱運(yùn)動(dòng)作用——質(zhì)輕體小的粉塵(1微米以下)，隨氣流運(yùn)動(dòng)，非常接近于氣流流線，能繞過纖維。但它們?cè)谑艿阶鳠徇\(yùn)動(dòng)(即布朗運(yùn)動(dòng))的氣體分子的碰撞之后，便改變?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)方向，這就增加了粉塵與纖維的接觸機(jī)會(huì)，使粉塵能夠被捕獲。當(dāng)濾料纖維直徑越細(xì)，空隙率越小、其捕獲率就越高，所以越有利于除塵。

　　袋式除塵器很久以前就已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門中，用以捕集非粘結(jié)非纖維性的工業(yè)粉塵和揮發(fā)物，捕獲粉塵微粒可達(dá)0.1微米。但是，當(dāng)用它處理含有水蒸汽的氣體時(shí)，應(yīng)避免出現(xiàn)結(jié)露問題。袋式除塵器具有很高的凈化效率，就是捕集細(xì)微的粉塵效率也可達(dá)99%以上，而且其效率比高。

　　靜電

　　靜電除塵器的工作原理：含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線(又稱電暈極)和接地的陽(yáng)極板之間所形成的高壓電場(chǎng)通過時(shí)，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時(shí)，帶負(fù)電的氣體離子，在電場(chǎng)力的作用下，向陽(yáng)板運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負(fù)電，荷電后的塵粒在電場(chǎng)力的作用下，亦向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，到達(dá)陽(yáng)極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽(yáng)極板上，而得到凈化的氣體排出防塵器外。

　　根據(jù)目前國(guó)內(nèi)常見的電除塵器型式可概略地分為以下幾類：按氣流方向分為立式和臥式，按沉淀極極型式分為板式和管式，按沉淀極板上粉塵的清除方法分為干式濕式等。

　　1-陽(yáng)極;2-陰極;3-陰極上架4-陽(yáng)極上部支架;

　　5-絕緣支座;6-石英絕緣管;7-陰極懸吊管;

　　8-陰極支撐架;9-頂板;10-陰極振打裝置;

　　11-陽(yáng)極振打裝置;12-陰極下架;13-陽(yáng)極吊錘;

　　14-外殼15-進(jìn)口第一塊分布板;

　　16-進(jìn)口第二塊分布板17-出口分布板;18-排灰裝置

　　電除塵器的優(yōu)點(diǎn)

　?、?凈化效率高，能夠鋪集0.01微米以上的細(xì)粒粉塵。在設(shè)計(jì)中可以通過不同的操作參數(shù)，來滿足所要求的凈化效率。

　　⑵ 阻力損失小，一般在20毫米水柱以下，和旋風(fēng)除塵器比較，即使考慮供電機(jī)組和振打機(jī)構(gòu)耗電，其總耗電量仍比較小。

　　⑶ 允許操作溫度高，如SHWB型電路塵器最好允許操作溫度250℃，其他類型還有達(dá)到350~400℃或者更高的。

　　⑷ 處理氣體范圍量大。

　　⑸ 可以完全實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)控制。

　　電除塵器的缺點(diǎn):

　　⑴ 設(shè)備比較復(fù)雜，要求設(shè)備調(diào)運(yùn)和安裝以及維護(hù)管理水平高。

　?、?對(duì)粉塵比電阻有一定要求，所以對(duì)粉塵有一定的選擇性，不能使所有粉塵都的獲得很高的凈化效率。

　?、? 受氣體溫、溫度等的操作條件影響較大，同是一種粉塵如在不同溫度、濕度下操作，所得的效果不同，有的粉塵在某一個(gè)溫度、濕度下使用效果很好，而在另一個(gè)溫度、濕度下由于粉塵電阻的變化幾乎不能使用電除塵器了。

　?、?一次投資較大，臥式的電除塵器占地面積較大。

　　⑸ 在某些企業(yè)實(shí)用效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

　　陶瓷

　　對(duì)于燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)，發(fā)展既能滿足燃?xì)廨啓C(jī)要求同時(shí)又能滿足環(huán)境保護(hù)要求的高溫燃?xì)鈨艋到y(tǒng)是非常重要的，它是燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)真正商用化的最關(guān)鍵技術(shù)之一。高溫陶瓷過濾器，目前被普遍認(rèn)為是最有前途的高溫除塵設(shè)備。陶瓷過濾器對(duì)高溫燃?xì)庵械姆蹓m進(jìn)行過濾于用砂礫層(顆粒層除塵器)或纖維層(布袋除塵器)對(duì)氣體凈化都基于同一過濾理論。

　　陶瓷過濾器的過濾元件普遍采用高密度材料，制成的陶瓷過濾元件主要有棒式、管事、交叉流式三種。下圖為一種交叉流式陶瓷過濾器元件，它由薄的多空陶瓷板組成，通過燒結(jié)形成帶有通道的肋狀整體。含塵氣體從短通道端進(jìn)入過濾器，然后在每個(gè)通道過濾后進(jìn)入通道較長(zhǎng)的清潔氣體端，清潔氣體通道的一端封死是清潔氣體流入清潔氣體匯集箱，短通道內(nèi)所捕集的塵粒通過反向脈沖氣流定期清除。

　　濕式

　　利用含塵氣體沖擊除塵器內(nèi)壁或其他特殊構(gòu)件上用某種方法造成的水膜，使粉塵被水膜捕獲，氣體得到凈化，這類凈化設(shè)備叫做水膜除塵器。包括沖擊水膜、惰性(百葉)水膜和離心水膜除塵器等多種。

　　含塵氣體由簡(jiǎn)體下部順切向引入，旋轉(zhuǎn)上升，塵粒受離心力作用而被分離，拋向筒體內(nèi)壁，被簡(jiǎn)體內(nèi)壁流動(dòng)的水膜層所吸附，隨水流到底部錐體，經(jīng)排塵口卸出。水膜層的形成是由布置在筒體的上部幾個(gè)噴嘴、將水順切向噴至器壁。這樣，在簡(jiǎn)體內(nèi)壁始終覆蓋一層旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)的很薄水膜，達(dá)到提高除塵效果的目的。這種濕式除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，金屬耗量小，耗水量小。其缺點(diǎn)是高度較大，布置困難，并且在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有帶水現(xiàn)象。

　　3現(xiàn)狀

　　除塵行業(yè)的投資機(jī)會(huì)來源于全球?qū)τ诃h(huán)境保護(hù)的日益重視。與此同時(shí)，在袋式除塵器核心部件——濾袋的性能不斷進(jìn)步和價(jià)格不斷下降的背景下，我們認(rèn)為，未來袋式除塵器具備隨行業(yè)整體規(guī)模擴(kuò)大而發(fā)展以及行業(yè)內(nèi)應(yīng)用份額提高的雙重投資機(jī)會(huì)。

　　減排指標(biāo)落實(shí)，促環(huán)保投資持續(xù)增加

　　當(dāng)前，全球正在興起的新一輪環(huán)保運(yùn)動(dòng)將使節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)成為21世紀(jì)全球最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一。我國(guó)作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體和最大的發(fā)展中國(guó)家，勢(shì)必在全球的環(huán)保運(yùn)動(dòng)中樹立起負(fù)責(zé)任的環(huán)保大國(guó)形象。國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》明確提出，到2015年，全國(guó)萬元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0.869噸標(biāo)準(zhǔn)煤(按2005年價(jià)格計(jì)算)，比2010年的1.034噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降16%;全國(guó)化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量分別控制在2347.6萬噸、2086.4萬噸，比2010年分別下降8%;全國(guó)氨氮和氮氧化物排放總量分別控制在238.0萬噸、2046.2萬噸，比2010年分別下降10%。這充分顯示了我國(guó)在環(huán)保領(lǐng)域工作的力度和決心。多年來，我國(guó)節(jié)能環(huán)保市場(chǎng)一直保持較快的發(fā)展速度，年增長(zhǎng)率高于同期GDP。隨著我國(guó)“十二五”節(jié)能減排指標(biāo)的落實(shí)，預(yù)計(jì)不僅在這一領(lǐng)域的投資額連年增長(zhǎng)，其所占GDP份額也將逐年提高。按照國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)時(shí)期，只有不斷加大環(huán)保投資，使環(huán)保產(chǎn)業(yè)達(dá)到GDP的3%，才能更加有效地控制污染，使環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)。

　　國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，“十二五”期間我國(guó)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年均增長(zhǎng)達(dá)到15%以上。到2015年，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到4.5萬億元，增加值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的比重為2%左右，這從政策層面給整個(gè)環(huán)保行業(yè)帶來信心。

　　除塵指標(biāo)提升，顯環(huán)保形勢(shì)不容樂觀

　　除塵工作刻不容緩

　　由于我國(guó)的能源稟賦條件所限，一直以來煤炭都是我國(guó)主要的一次能源，1995年至2011年煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)中平均占比達(dá)70%左右。這種以煤為主的能源結(jié)構(gòu)決定了煤炭燃燒所產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫、煙塵、粉塵等是造成我國(guó)大氣污染的重要因素。同時(shí)，冶金、水泥、垃圾焚燒等行業(yè)的高速發(fā)展帶來的煙塵、粉塵排放進(jìn)一步增加了環(huán)境保護(hù)的壓力。據(jù)環(huán)保部數(shù)據(jù)，2010年我國(guó)煙塵排放量為829.1萬噸，其中工業(yè)煙塵排放量為603.2萬噸。煙塵、粉塵主要由顆粒物構(gòu)成，在采礦、冶金、機(jī)械、建材、輕工、電力等許多工業(yè)部門的生產(chǎn)中均會(huì)大量產(chǎn)生。對(duì)環(huán)境來說，排入大氣的粉塵長(zhǎng)時(shí)間飄浮會(huì)降低大氣能見度，可引起煤煙型污染;對(duì)人體來說，可吸入性粉塵會(huì)導(dǎo)致漸進(jìn)性的肺纖維化，引起肺功能減退，粉塵中含有的微量重金屬元素、放射性元素還會(huì)引起老年性癡呆，白血病等致命性疾病。為了減輕這些危害，除塵器作為大氣除塵的主要手段和設(shè)備，已被各個(gè)工業(yè)部門廣泛采用。在各類除塵器的作用下，我國(guó)工業(yè)煙塵、粉塵去除量穩(wěn)步提升。

　　除塵指標(biāo)提升

　　按照《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)我國(guó)火電廠燃煤、燃油機(jī)組執(zhí)行30mg/m3的排放濃度限值，重點(diǎn)地區(qū)按照20mg/m3執(zhí)行(現(xiàn)有火電廠自2014年7月1日起執(zhí)行，新建火電廠自2012年1月1日起執(zhí)行)。該標(biāo)準(zhǔn)相比于此前的排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223-2003)規(guī)定的50—200mg/m3排放限值有了大幅提高。

　　2012年6月，環(huán)保部發(fā)布了煉鋼工業(yè)及鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)將顆粒物排放濃度100mg/m3—150mg/m3調(diào)整為20mg/m3—50mg/m3，這就要求企業(yè)必然要配套高效除塵設(shè)備對(duì)顆粒物進(jìn)行治理。

　　其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖未提升，但減排趨勢(shì)不會(huì)改變

　　按照《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2004)，我國(guó)水泥工業(yè)的粉塵也執(zhí)行較為嚴(yán)格的50mg/m3的排放濃度限值。但當(dāng)前我國(guó)焦化、電解鋁、氧化鋁、鐵合金、碳素材料、陶瓷等工業(yè)的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)仍然在100—150mg/m3之間，與歐美國(guó)家現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)差距很大。顯然，這些工業(yè)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)過于寬松，雖然還未提高，但未來無疑將向歐美國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)接近，排放標(biāo)準(zhǔn)必將更加嚴(yán)格。我們認(rèn)為，行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的提高將成為未來除塵行業(yè)上市公司股價(jià)的催化劑，每一次新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)都將為相關(guān)上市公司帶來相應(yīng)收益。

　　袋式除塵器應(yīng)用

　　根據(jù)《“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》確定的重點(diǎn)領(lǐng)域，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)被劃分為節(jié)能產(chǎn)業(yè)、資源綜合利用產(chǎn)業(yè)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)。其中，在環(huán)保技術(shù)和裝備領(lǐng)域提到“加快先進(jìn)袋式除塵器、電袋復(fù)合式除塵技術(shù)及細(xì)微粉塵控制技術(shù)的示范應(yīng)用”，在環(huán)保產(chǎn)品領(lǐng)域提到“重點(diǎn)研發(fā)和示范膜材料和膜組件、高性能防滲材料、布袋除塵器高端纖維濾料和配件等”。此外，布袋及電袋復(fù)合除塵技術(shù)還位列環(huán)保產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，其重點(diǎn)是耐高溫、耐腐蝕纖維及濾料的國(guó)產(chǎn)化，研發(fā)高效電袋復(fù)合除塵器、優(yōu)質(zhì)濾袋和設(shè)備配件。我們認(rèn)為，除塵器及其相關(guān)產(chǎn)品(包括濾料及上游材料高性能纖維等)都將在“十二五”規(guī)劃帶動(dòng)下迎來投資機(jī)會(huì)。

　　除塵技術(shù)的發(fā)展與我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程一脈相承。早期我國(guó)工業(yè)化程度低，主要污染行業(yè)排放的煙氣量相對(duì)較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且投資少的旋風(fēng)除塵器和濕式除塵處于主流地位。上世紀(jì)80年代以來，我國(guó)電力、水泥、鋼鐵等行業(yè)規(guī)模化發(fā)展，排放的煙氣量大幅增長(zhǎng)，環(huán)保問題逐步受到重視，電除塵器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、能處理高溫和大煙氣量工況等特點(diǎn)被各行業(yè)廣泛采用。進(jìn)入上世紀(jì)90年代，我國(guó)大氣污染問題愈發(fā)突出，國(guó)家開始從源頭展開污染治理，連續(xù)修訂了各行業(yè)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)并日趨嚴(yán)格，袋式除塵器以其高效的除塵效率逐步占領(lǐng)市場(chǎng)，袋式除塵器已經(jīng)在鋼鐵、有色金屬冶煉、水泥、化工等領(lǐng)域成為主要的除塵方式。經(jīng)過對(duì)幾類除塵技術(shù)的對(duì)比分析，我們認(rèn)為，袋式除塵器在凈化效率、運(yùn)行能耗、設(shè)備造價(jià)、占地面積方面均優(yōu)于其他類型的除塵器，已經(jīng)成為除火電外各個(gè)行業(yè)應(yīng)用的首選。對(duì)于火電行業(yè)來說，袋式除塵器與電袋復(fù)合除塵器并駕齊驅(qū)，哪一種技術(shù)更優(yōu)還有待更長(zhǎng)時(shí)間的觀察。短期來看，火電行業(yè)除塵的“蛋糕”將由袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器共同分享。