除塵設備(也稱“除塵器”)是把粉塵從煙氣中分離出來的設備,在控制大氣污染中應用最多,也是除塵工程中最重要的設備。隨著“超低排放”概念的提出,我國大氣污染防治力度不斷加大,國家和地方紛紛出臺環(huán)保政策和愈發(fā)嚴格的排放標準,推動除塵設備的應用和技術不斷升級,除塵市場迅速發(fā)展。
什么是“超低排放”,火電、水泥、鋼鐵等主要行業(yè)超低排放進展如何?
除塵技術與工業(yè)化進程息息相關。隨著我國工業(yè)化進程加速,環(huán)境治理需求逐步增加,推動除塵器行業(yè)快速發(fā)展。
我國早期工業(yè)化程度較低,對環(huán)保重視不足, 除塵器行業(yè)發(fā)展緩慢。旋風除塵器和洗滌式除塵器因為結構簡單、成本較低,且能滿足早期除塵要求,成為當時主流的除塵器。
20世紀80年代后,我國工業(yè)化和城市化進程加快,電力、水泥、鋼鐵、有色金屬等行業(yè)規(guī)模化發(fā)展后排放的煙氣量大幅增長,環(huán)境污染日益嚴重。此時,由于電除塵技術具有更高的除塵效率,逐步取代旋風除塵器等早期設備,得到迅速發(fā)展。
20世紀90年代,國家開始推行“從源頭治理空氣污染”的方案,更為嚴格的大氣污染物排放標準陸續(xù)出臺。大型脈沖噴吹袋式除塵器研制成功并逐步進入市場,在冶金尤其是有色金屬、化工、建筑等行業(yè)成為主流,火電行業(yè)也開始推行使用。
進入21世紀,我國工業(yè)化程度逐步加深,電力、水泥、鋼鐵各行業(yè)分別制定了極為嚴格的大氣污染標準,環(huán)保政策也進一步趨緊,這對除塵設備提出了更高的要求,具有高除塵能力的袋式除塵技術、靜電除塵技術以及兩者相結合的電袋復合除塵技術占據(jù)主流市場。
我國除塵市場規(guī)模穩(wěn)定,2013年以來維持2.5%的年均增長率。但袋式除塵技術市場占比逐年增加,由2013年的44%增長至2019年的55%。2013-2015年,受國家“十二五”去產能政策影響,水泥、有色、鋼鐵等行業(yè)產能縮減,除塵市場發(fā)展緩慢。2016年起,燃煤電廠加快超低排放改造,推動電除塵行業(yè)市場規(guī)模增加。隨后,水泥、鋼鐵等行業(yè)加入超低排放改造的行列,通過“電改袋”滿足新的排放標準,袋式除塵行業(yè)規(guī)模迅速擴大。目前袋式除塵技術增長速度最快,占比最大。
袋式除塵、電除塵及電袋復合除塵技術的除塵效率均大于95%,都是目前主流的高效除塵技術,但在除塵效果、效率、設備投資、運行維護上存在一定差異。
袋式除塵技術除塵效果好,占地面積小,耗電量較低,但前期投入略高于其他兩類,并且濾袋的更換成本為用戶帶來較大的經濟負擔。
靜電除塵器的設備價格最低,但除塵效果不如袋式除塵技術,且長期使用耗電量較大,維修時需要暫停整個設備,對生產影響較大。
電袋復合式除塵器的投資成本及設備維護費用介于兩者之間,且除塵效果較為穩(wěn)定。
(1)火電行業(yè)
根據(jù)2015年《全面實施燃煤電廠超低排放改造工作方案》中對“燃煤電廠粉塵30mg/m3的排放指標提升至10mg/m3”的要求,目前火電行業(yè)已全面配備高效除塵設備。燃煤電廠單臺鍋爐都配有一套除塵設施,其干式除塵器一般位于SCR脫硝設備及濕法脫硫設備之間,目前多數(shù)為靜電除塵器,部分電廠還配有濕電除塵設施,用以輔助進行脫硫及除塵。
我國電力行業(yè)環(huán)保設施投入較早,早期袋式除塵技術水平有限,燃煤電廠基本以靜電除塵設施為主。而且火電行業(yè)煙氣成分較為單一,溫度變化范圍小,符合靜電除塵設備運行條件。超低排放改造要求提出后,多數(shù)電廠對現(xiàn)有靜電除塵設施進行改造或添加濕電除塵以達到輔助除塵的效果。目前我國燃煤電廠靜電除塵技術應用比例約占65%。
(2)鋼鐵行業(yè)
鋼鐵生產工藝流程極長,所有生產環(huán)節(jié)都涉及粉塵排放,其中燒結、球團、焦化、高爐煙粉塵產生量占比較大。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部2018年提出的《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》,鋼鐵企業(yè)各工段的顆粒物超低排放濃度限值均為10mg/m3。
目前,鋼鐵行業(yè)使用的干式除塵裝置95%為袋式除塵器,僅有5%為靜電除塵器。靜電除塵器的適用比電阻范圍為104-1010Ω·cm,易受粉塵理化性質變化的影響,不適用于工藝工況和負荷變化大的情況。而鋼鐵行業(yè)粉塵煙塵種類繁多,比電阻變化范圍大,易超出靜電除塵器的適用范圍,且個別工藝工況變化大,從而導致除塵效率不穩(wěn)定,因此袋式除塵技術更加適用。
(3)水泥行業(yè)
水泥行業(yè)煙氣成分復雜,除塵設備分為煙氣處理和灰塵收集兩類。通常單條水泥生產線會配備4個或4個以上的除塵模塊?;覊m收集的除塵器主要安裝在生料磨和煤磨的出口,以袋式收集器居多(90%以上);煙氣處理的除塵器主要安裝在回轉窯的窯頭和窯尾,與脫硫脫硝裝置協(xié)同作用,實現(xiàn)對燃燒排放煙氣的凈化。
目前,中國水泥行業(yè)除塵市場中,袋式除塵技術的應用比例約為80%。布袋除塵占地面積小,安裝相對靈活,適用性強。水泥行業(yè)的工況相對復雜,生產過程中煙塵量大,當煙氣濃度高于20g/m3時,電除塵的效率會受到影響,煙氣成分和溫度變化大,電除塵的效率無法保證。此外,國家工信部在2010年出臺的《關于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導意見》中明確提出推廣高效袋式除塵技術,為袋式除塵在水泥行業(yè)的發(fā)展打開了市場。
盡管除塵技術發(fā)展已較為成熟,但袋式除塵阻力作用大、濾袋破損、花板積灰,靜電除塵用電量大、運行條件嚴格等問題仍未解決。此外,除塵與脫硫、脫硝設備間的協(xié)同控制技術仍需進一步改進。
除塵器主要應用于燃煤電廠、鋼鐵、煤炭及電解鋁等能耗大、產生灰塵嚴重的行業(yè)。雖然煤電行業(yè)超低排放市場回落并趨于平穩(wěn),但非電煙氣治理改造需求持續(xù)升溫。鋼鐵、焦化、水泥等行業(yè)的大量企業(yè)尚未完成超低排放改造或未達到新的特別排放限值要求,相關除塵市場前景依舊廣闊。
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