摘要：目前，我國經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展階段，粗放式經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來的環(huán)境污染也日益嚴(yán)峻，特別是霧霾天氣的發(fā)生。為解決這些問題，必須采用科學(xué)、合理、有效的技術(shù)對工業(yè)煙塵除塵。袋式除塵器從性能、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)等角度考慮，可作為超凈排放的除塵技術(shù)。文章對濾袋行業(yè)的發(fā)展提出一些建議，希望有助于袋式除塵技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。
1.引言
隨著社會(huì)的進(jìn)步和人民生活水平的提升，環(huán)保意識(shí)深入人心，大面積的霧霾事件發(fā)生，激發(fā)國人對PM2.5超細(xì)粉塵排放的關(guān)注。由于粉塵直徑小于10μm的顆粒物可長期漂浮在空氣中，隨呼吸進(jìn)入人體[1,2]。因此，國家密集頒布各行業(yè)的污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)，對污染控制提出了更嚴(yán)格、更具體的要求[3,4,5]。
袋式除塵是工業(yè)煙塵過濾效率最高的除塵方式[6,7,8,9]，出口粉塵排放濃度可控制在小于10 mg/Nm3，達(dá)到煙塵超凈排放目標(biāo)。這種袋式除塵技術(shù)的優(yōu)越性正在逐漸顯露，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。包括振動(dòng)類、逆氣流反吹類、脈沖噴吹類等多種形式，可大幅度削減煙塵和粉塵排放，是減排的主力軍。
2.除塵技術(shù)
除塵技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展與我國工業(yè)化進(jìn)程密切相關(guān)。除塵技術(shù)一般包括機(jī)械式除塵、濕式除塵、靜電除塵和袋式除塵[10]。機(jī)械式除塵是利用粉塵的重力沉降、慣性或離心力分離粉塵，其除塵效率一般在90%以下，除塵效率低、阻力低、節(jié)省能源;濕式除塵是利用氣液接觸洗滌原理，將含塵氣體中的粉塵分離到液體中，以去除氣體中的粉塵。其除塵效率稍高于機(jī)械式除塵，但易造成水體的二次污染。
靜電除塵是將含塵氣體通過強(qiáng)電場，使粉塵顆粒帶電，在其通過除塵電極時(shí)，帶正/負(fù)電荷的微粒分別被負(fù)/正電極板吸附，從而去除氣體中的粉塵。靜電除塵器除塵效率較高，但其除塵效率受粉塵比電阻的影響很大，易導(dǎo)致除塵效率不穩(wěn)定。20 世紀(jì)90 年代以后，靜電除塵器在火力發(fā)電、水泥窯等高溫、大煙氣量、工況較復(fù)雜的煙塵污染治理中應(yīng)用廣泛[11,12]。
但上述三種除塵技術(shù)已很難能達(dá)到國家新規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，而袋式除塵技術(shù)能夠克服了傳統(tǒng)技術(shù)的限制，提高了除塵的效率，受到燃煤電廠的歡迎[13]。
2.1袋式除塵
袋式除塵器是利用纖維濾料捕集含塵氣體中的固體顆粒物，形成過濾塵餅，并通過過濾塵餅進(jìn)一步過濾微細(xì)塵粒，以達(dá)到高效除塵的目的[14,15]。袋式除塵技術(shù)可以穩(wěn)定地達(dá)到很高的除塵效率，粉塵排放量最低可以達(dá)到5mg/m3以內(nèi)，且除塵效率不受粉塵比電阻等粉塵特性的影響[16]。一般來說，粒徑小于10μm 的粉塵(即可吸入顆粒物)對人類健康影響較大，袋式除塵器對可吸入顆粒物具有很高的分離效率。隨著耐高溫濾料及脈沖清灰等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，袋式除塵器憑借優(yōu)異的除塵性能，在處理高溫、高濃度煙氣治理領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用[17,18,19]。表1是靜電除塵與袋式除塵的對比[20,21]。
表1 靜電除塵與袋式除塵對比
袋式除塵器對各種煙塵和粉塵都有很好的捕集效果，不受粉塵成分及比電阻等特性的影響[22]。袋式除塵器對入口含塵濃度不敏感，在含塵濃度很高或很低的條件下，都能實(shí)現(xiàn)很低的粉塵排放。以往袋式除塵器的應(yīng)用受到諸多不利因素的制約，近年來袋式除塵技術(shù)的發(fā)展使此情況有了很大改觀，袋式除塵器在各種不利條件下都能成功應(yīng)用和穩(wěn)定運(yùn)行[23,24,25,26,27]。
(1)煙氣高溫。在≤280℃下已普通應(yīng)用;在300℃～500℃范圍內(nèi)也可應(yīng)用，國外已有用于更高溫度的實(shí)例。
(2)煙氣高濕。例如烘干機(jī)、噴霧干燥機(jī)等的尾氣凈化。
(3)高含塵濃度?？芍苯犹幚砗瑝m濃度為1400g/Nm3的氣體，并達(dá)標(biāo)排放。
(4)高腐蝕性。例如垃圾焚燒發(fā)電廠的煙氣凈化，煙氣中含HCl、HF等腐蝕性氣體。
(5)煙氣含易燃、易爆粉塵或氣體。例如高爐煤氣、炭黑生產(chǎn)煙氣、煤粉磨機(jī)尾氣、煤調(diào)濕尾氣等。
(6)除塵系統(tǒng)具有高負(fù)壓或高正壓。一些大型煤磨收塵系統(tǒng)的負(fù)壓為1.4萬～1.6萬Pa;大型高爐煤氣袋濾凈化系統(tǒng)的正壓可達(dá)到0.3MPa;而某些水煤氣袋濾凈化系統(tǒng)的正壓更高達(dá)0.6M～4.0MPa。
2.2 袋式除塵技術(shù)發(fā)展
濾料是袋式除塵技術(shù)中濾袋的主要材料，濾料技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著袋式除塵器。袋式除塵器的設(shè)計(jì)選型現(xiàn)已由原來的高濾速、高阻力、短壽命轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝?、低阻、長壽命，追求優(yōu)良的節(jié)能減排綜合效應(yīng)[28,29]，為此，國內(nèi)外許多研究者開展了針對微細(xì)顆粒物((PM10， PM2.5)的新型濾料和制造工藝研發(fā)，并取得了顯著成效。在煙塵治理工程中排放濃度低于10mg / Nm3，系統(tǒng)阻力低于1000Pa，濾袋平均使用壽命普遍在4年以上[30]。
劉華等[31]分析了覆膜濾料的清灰性能，相比常規(guī)濾料，覆膜濾料過濾精度更高，特別是對0.2~0.4µm的微小粉塵，而且其具有良好的清灰性能、較小的堵塞系數(shù)和較好的疏水性，可以減少清灰用壓縮空氣量，減少清灰次數(shù)從而達(dá)到節(jié)能、延長濾料壽命的目的。陳強(qiáng)等[32,33]對比了針刺常規(guī)濾料和覆膜濾料的過濾效率、過濾阻力、過濾風(fēng)速等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)覆膜濾料的最大優(yōu)勢在于它的表面過濾機(jī)理，除塵效率高、清灰徹底、對濾袋的損傷小、壽命長、能耗低等，在控制 PM10、PM2.5、PM1.0 等呼吸性粉塵時(shí)，覆膜濾料能體現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。毛寧等[34]研究了使用中常規(guī)濾料與覆膜濾料的過濾阻力變化情況，指出盡管覆膜濾料在開始階段過濾阻力比常規(guī)濾料高，但隨著時(shí)間的增長，其阻力增長比常規(guī)濾料要緩慢很多，綜合總體成本來看，覆膜濾料在過濾阻力方面還是更勝一籌。周冠辰等[35]研究了 PPS 覆膜濾料的過濾性能及其在燃煤電廠的應(yīng)用，結(jié)果表明 PPS 覆膜濾料表面光滑易清灰，壓力損失穩(wěn)定，過濾效率高，適用于對粉塵排放要求比較高的燃煤電廠。
元琛環(huán)?？萍脊煞莨緞⒔宓萚36]比較了傳統(tǒng)濾料和覆膜濾料，開發(fā)出非對稱超細(xì)面層梯度濾料，在迎塵面使用超細(xì)PPS纖維針刺成氈并通過復(fù)合整理劑的功能性整理，得到了更高強(qiáng)度的復(fù)合梯度濾料，提高其耐溫性、耐腐蝕性、耐氧化性以及過濾效率等。研究表明，梯度濾料對2微米的顆粒物過濾效率達(dá)到100%，過濾效率接近覆膜濾料，但過濾阻力遠(yuǎn)低于覆膜濾料。復(fù)合梯度濾料已在我國超凈排放項(xiàng)目中投入使用，如龍凈射陽港、開封等地，并收到良好的反饋，體現(xiàn)了良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。
東華大學(xué)韓雅嵐[37]等采用PTFE乳液對滌綸針刺濾料進(jìn)行后整理，發(fā)現(xiàn)PTFE乳液整理可以提高濾料的耐熱性、耐寒性、以及耐化學(xué)腐蝕性，同時(shí)可以使得過濾材料其透氣性能有所降低并具有一定的拒水、拒油效果。
2.3 袋式除塵注意事項(xiàng)
對于當(dāng)前袋式除塵技術(shù)的使用過程來看，最為需要注意的一些要點(diǎn)有以下幾項(xiàng)：[38,39,40,41]
(1)煙塵溫度;煙塵溫度不僅會(huì)影響到除塵效果，還涉及袋式除塵器的正常使用。對于電廠所排出的高溫?zé)焿m，需要有針對性的選擇耐高溫纖維材料，因此，對煙塵溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控并記錄，根據(jù)袋式除塵器所接觸到的煙塵溫度進(jìn)行及時(shí)有效地控制在限制要求，避免煙塵溫度過高，損害袋式除塵器;
(2)煙塵的特征;需要對于煙氣的酸堿性、濕度以及含氧量等進(jìn)行密切的關(guān)注，因?yàn)闊焿m的這些參數(shù)都會(huì)對于袋式除塵器產(chǎn)生影響，特別是不同材料適應(yīng)的煙塵特性也不一樣。雖然當(dāng)前的袋式除塵器都具備一定的耐腐蝕性、抗氧化等，但是濃度過高會(huì)導(dǎo)致濾料受損，影響到袋式除塵器的使用效果，甚至?xí)s短袋式除塵的使用壽命;
(3)煙塵的過濾風(fēng)速以及煙塵的氣流分布;這就需要對整個(gè)除塵裝置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，根據(jù)這些參數(shù)選擇合適的袋式除塵裝備，才能有效的控制粉塵排放濃度，達(dá)到超凈排放的目的;
(4)投入使用的袋式除塵器需要預(yù)除灰處理;預(yù)除灰是指針對即將要投入使用的袋式除塵器表面形成一層粉餅層，同時(shí)也形成一層保護(hù)層，防止煙塵突然的涌入對袋式除塵系統(tǒng)的破壞;
(5)停機(jī)操作應(yīng)該進(jìn)行慎重的考慮，因?yàn)橥C(jī)過程必然會(huì)導(dǎo)致其整個(gè)的袋式除塵器的溫度發(fā)生變化，而袋式除塵器的溫度又會(huì)影響到除塵的效果，因此，如果是較短時(shí)間的停機(jī)操作應(yīng)該要做好相應(yīng)的保溫處理，進(jìn)而就能夠更快的促使袋式除塵器進(jìn)入工作狀態(tài)，還能夠減少資源的浪費(fèi)。
此外，袋式除塵裝置是一套系統(tǒng)化的設(shè)備，需要從設(shè)計(jì)到安裝、調(diào)試使用以及后期的維護(hù)都要跟蹤指導(dǎo)，從細(xì)節(jié)上確保每一道工序的正確運(yùn)行，才能保證袋式除塵器的高效運(yùn)行，并延長使用壽命，達(dá)到節(jié)能、減排、高效、低阻等的目的。
3.結(jié)語
3.1 我國袋式除塵行業(yè)的不足
與國外發(fā)達(dá)國家及優(yōu)秀品牌相比，目前我國袋式除塵濾料行業(yè)仍存在諸多不足，如：
(1)除塵濾料年產(chǎn)量高，但總體裝備水平不高，產(chǎn)品良莠不齊，缺乏創(chuàng)新技術(shù)，市場競爭無序。
(2)目前國內(nèi)低檔次小規(guī)模作坊式生產(chǎn)線占比重大，產(chǎn)能已過剩，但仍有企業(yè)盲目引進(jìn)或重復(fù)建設(shè)低檔次生產(chǎn)線。
(3)濾料的功能性整理是一薄弱環(huán)節(jié)，未經(jīng)任何處理的“生濾料”以其低成本、低價(jià)位進(jìn)入濾料市場，缺乏約束機(jī)制。
(4)濾料的選用存在一定的盲目性、隨意性，缺乏對除塵工藝過程及使用工況條件的深入了解和分析。
(5)袋式除塵濾料廠家很少能夠擁有一系列完整的服務(wù)體系，對濾料的使用、維護(hù)以及售后等技術(shù)支持少，影響袋式除塵的使用效果。
3.2 前景展望
當(dāng)前，我國是循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的模式，節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)是當(dāng)下的重點(diǎn)[42]。而袋式除塵技術(shù)作為工業(yè)煙塵污染治理的主力軍，必將面臨高速發(fā)展，預(yù)計(jì)除塵濾料年增長率不低于15%[43]。因此，袋式除塵行業(yè)在抓住良好發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，還需要努力開發(fā)新纖維及濾料新工藝、新產(chǎn)品，尤其是面臨PM2.5治理的嚴(yán)峻形勢和緊迫任務(wù)，要加強(qiáng)針對超細(xì)粉塵的過濾機(jī)理的理論研究與試驗(yàn)分析以及新品開發(fā)，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平，以滿足各工業(yè)領(lǐng)域?qū)Τ龎m濾料的需求，全面提升我國除塵濾料產(chǎn)業(yè)水平。
