除尘

 　　1概况

　　定义

　　control of particulate matter 从含尘气体中去除颗粒物以减少其向大气排放的技术措施。含尘工业废气或产生于固体物质的粉碎、筛分、输送、爆破等机械过程，或产生于燃烧、高温熔融和化学反应等过程。前者含有粒度大、化学成分与原固体物质相同的粉尘，后者含有粒度小、化学性质与生成它的物质有别的烟尘。改进生产工艺和燃烧技术可以减少颗粒物的产生。除尘器广泛用于控制已经产生的粉尘和烟尘。

　　分类

　　按捕集机理可分为机械除尘器、电除尘器、过滤除尘器和洗涤除尘器等。机械除尘器依靠机械力将尘粒从气流中除去，其结构简单，设备费和运行费均较低，但除尘效率不高。电除尘器利用静电力实现尘粒与气流分离，常按板式与管式分类，特点是气流阻力小，除尘效率可达99%以上，但投资较高。占地面积较大。过滤除尘器使含尘气流通过滤料将尘粒分离捕集，分内部过滤和表面过滤两种方式，除尘效率一般为90%～99%，不适用于温度高的含尘气体。洗涤除尘器用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液滴或液膜碰撞而被俘获，并与气流分离，除尘效率为80%～95%，运转费用较高。为提高对微粒的捕集效率，正在研制荷电袋式过滤器、荷电液滴洗涤器等综合几种除尘机制的新型除尘器。

　　2方式

　　重力

　　利用粉尘与气体的比重不同的原理，使扬尘靠本身的重力(重力) 从气体中自然沉降下来的净化设备，通常称为沉降室或降生室。它是一种结构简单、体积大、阻力小、易维护、效率低的比较原始的净化设备，只能用于粗净化。重力降尘室的工作原理如下图所示：含尘气体从一侧以水平方向的均匀速度V进入沉降室，尘粒以沉降速度V沉下降，运行t时间后，使尘粒沉降于室底。净化后的气体，从另一侧出口排出。

　　惯性

　　惯性除尘器也叫惰性除尘器。它的原理是利用粉尘与气体在运动中惯性力的不同，将粉尘从气体中分离出来。一般都是在含尘气流的前方设置某种形式的障碍物，使气流的方向急剧改变。此时粉尘由于惯性力比气体大得多，尘粒便脱离气流而被分离出来，得到净化的气体在急剧改变方向后排出。这种除尘器结构简单，阻力较小(10-80毫米水柱)，净化效率较低(40-80%)，多用于多段净化时的第一段，净化中的浓缩设备或与其它净化设备配合使用。惯性除尘器以百叶式的最常用。(它适用于净化含有非粘性、非纤维性粉尘的空气，通常与其它种除尘器联合使用组成机组

　　旋风分离器

　　工作原理:：旋风除尘器的工作原理如下图所示，含尘气体从入口导入除尘器的外壳和排气管之间，形成旋转向下的外旋流。悬浮于外旋流的粉尘在离心力的作用下移向器壁，并随外旋流转到除尘器下部，由排尘孔排出。净化后的气体形成上升的内旋流并经过排气管排出。

　　应用范围及特点：旋风除尘器适用于净化大于5~10微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操作方便、耐高温、设备费用和阻力较低(80~160毫米水柱)的净化设备，旋风除尘器在净化设备中应用得最为广泛。

　　布袋

　　工作原理：

　　⑴重力沉降作用——含尘气体进入布袋除尘器时，颗粒大、比重大的粉尘，在重力作用下沉降下来，这和沉降室的作用完全相同。

　　⑵筛滤作用——当粉尘的颗粒直径较滤料的纤维间的空隙或滤料上粉尘间的间隙大时，粉尘在气流通过时即被阻留下来，此即称为筛滤作用。当滤料上积存粉尘增多时，这种作用就比较显著起来。

　　⑶惯性力作用——气流通过滤料时，可绕纤维而过，而较大的粉尘颗粒在惯性力的作用下，仍按原方向运动，遂与滤料相撞而被捕获。

　　⑷热运动作用——质轻体小的粉尘(1微米以下)，随气流运动，非常接近于气流流线，能绕过纤维。但它们在受到作热运动(即布朗运动)的气体分子的碰撞之后，便改变原来的运动方向，这就增加了粉尘与纤维的接触机会，使粉尘能够被捕获。当滤料纤维直径越细，空隙率越小、其捕获率就越高，所以越有利于除尘。

　　袋式除尘器很久以前就已广泛应用于各个工业部门中，用以捕集非粘结非纤维性的工业粉尘和挥发物，捕获粉尘微粒可达0.1微米。但是，当用它处理含有水蒸汽的气体时，应避免出现结露问题。袋式除尘器具有很高的净化效率，就是捕集细微的粉尘效率也可达99%以上，而且其效率比高。

　　静电

　　静电除尘器的工作原理：含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线(又称电晕极)和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出防尘器外。

　　根据目前国内常见的电除尘器型式可概略地分为以下几类：按气流方向分为立式和卧式，按沉淀极极型式分为板式和管式，按沉淀极板上粉尘的清除方法分为干式湿式等。

　　1-阳极;2-阴极;3-阴极上架4-阳极上部支架;

　　5-绝缘支座;6-石英绝缘管;7-阴极悬吊管;

　　8-阴极支撑架;9-顶板;10-阴极振打装置;

　　11-阳极振打装置;12-阴极下架;13-阳极吊锤;

　　14-外壳15-进口第一块分布板;

　　16-进口第二块分布板17-出口分布板;18-排灰装置

　　电除尘器的优点

　　⑴ 净化效率高，能够铺集0.01微米以上的细粒粉尘。在设计中可以通过不同的操作参数，来满足所要求的净化效率。

　　⑵ 阻力损失小，一般在20毫米水柱以下，和旋风除尘器比较，即使考虑供电机组和振打机构耗电，其总耗电量仍比较小。

　　⑶ 允许操作温度高，如SHWB型电路尘器最好允许操作温度250℃，其他类型还有达到350~400℃或者更高的。

　　⑷ 处理气体范围量大。

　　⑸ 可以完全实现操作自动控制。

　　电除尘器的缺点:

　　⑴ 设备比较复杂，要求设备调运和安装以及维护管理水平高。

　　⑵ 对粉尘比电阻有一定要求，所以对粉尘有一定的选择性，不能使所有粉尘都的获得很高的净化效率。

　　⑶ 受气体温、温度等的操作条件影响较大，同是一种粉尘如在不同温度、湿度下操作，所得的效果不同，有的粉尘在某一个温度、湿度下使用效果很好，而在另一个温度、湿度下由于粉尘电阻的变化几乎不能使用电除尘器了。

　　⑷ 一次投资较大，卧式的电除尘器占地面积较大。

　　⑸ 在某些企业实用效果达不到设计要求。

　　陶瓷

　　对于燃煤联合循环发电系统(IGCC)，发展既能满足燃气轮机要求同时又能满足环境保护要求的高温燃气净化系统是非常重要的，它是燃煤联合循环发电技术真正商用化的最关键技术之一。高温陶瓷过滤器，目前被普遍认为是最有前途的高温除尘设备。陶瓷过滤器对高温燃气中的粉尘进行过滤于用砂砾层(颗粒层除尘器)或纤维层(布袋除尘器)对气体净化都基于同一过滤理论。

　　陶瓷过滤器的过滤元件普遍采用高密度材料，制成的陶瓷过滤元件主要有棒式、管事、交叉流式三种。下图为一种交叉流式陶瓷过滤器元件，它由薄的多空陶瓷板组成，通过烧结形成带有通道的肋状整体。含尘气体从短通道端进入过滤器，然后在每个通道过滤后进入通道较长的清洁气体端，清洁气体通道的一端封死是清洁气体流入清洁气体汇集箱，短通道内所捕集的尘粒通过反向脉冲气流定期清除。

　　湿式

　　利用含尘气体冲击除尘器内壁或其他特殊构件上用某种方法造成的水膜，使粉尘被水膜捕获，气体得到净化，这类净化设备叫做水膜除尘器。包括冲击水膜、惰性(百叶)水膜和离心水膜除尘器等多种。

　　含尘气体由简体下部顺切向引入，旋转上升，尘粒受离心力作用而被分离，抛向筒体内壁，被简体内壁流动的水膜层所吸附，随水流到底部锥体，经排尘口卸出。水膜层的形成是由布置在筒体的上部几个喷嘴、将水顺切向喷至器壁。这样，在简体内壁始终覆盖一层旋转向下流动的很薄水膜，达到提高除尘效果的目的。这种湿式除尘器结构简单，金属耗量小，耗水量小。其缺点是高度较大，布置困难，并且在实际运行中发现有带水现象。

　　3现状

　　除尘行业的投资机会来源于全球对于环境保护的日益重视。与此同时，在袋式除尘器核心部件——滤袋的性能不断进步和价格不断下降的背景下，我们认为，未来袋式除尘器具备随行业整体规模扩大而发展以及行业内应用份额提高的双重投资机会。

　　减排指标落实，促环保投资持续增加

　　当前，全球正在兴起的新一轮环保运动将使节能环保产业成为21世纪全球最具发展潜力的产业之一。我国作为世界第二大经济体和最大的发展中国家，势必在全球的环保运动中树立起负责任的环保大国形象。国务院印发的《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出，到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤(按2005年价格计算)，比2010年的1.034吨标准煤下降16%;全国化学需氧量和二氧化硫排放总量分别控制在2347.6万吨、2086.4万吨，比2010年分别下降8%;全国氨氮和氮氧化物排放总量分别控制在238.0万吨、2046.2万吨，比2010年分别下降10%。这充分显示了我国在环保领域工作的力度和决心。多年来，我国节能环保市场一直保持较快的发展速度，年增长率高于同期GDP。随着我国“十二五”节能减排指标的落实，预计不仅在这一领域的投资额连年增长，其所占GDP份额也将逐年提高。按照国际经验，在经济高速增长时期，只有不断加大环保投资，使环保产业达到GDP的3%，才能更加有效地控制污染，使环境保护与经济发展相适应。

　　国务院印发的《“十二五”节能环保产业发展规划》提出，“十二五”期间我国节能环保产业产值年均增长达到15%以上。到2015年，节能环保产业总产值达到4.5万亿元，增加值占国内生产总值的比重为2%左右，这从政策层面给整个环保行业带来信心。

　　除尘指标提升，显环保形势不容乐观

　　除尘工作刻不容缓

　　由于我国的能源禀赋条件所限，一直以来煤炭都是我国主要的一次能源，1995年至2011年煤炭在我国一次能源消费中平均占比达70%左右。这种以煤为主的能源结构决定了煤炭燃烧所产生二氧化碳、二氧化硫、烟尘、粉尘等是造成我国大气污染的重要因素。同时，冶金、水泥、垃圾焚烧等行业的高速发展带来的烟尘、粉尘排放进一步增加了环境保护的压力。据环保部数据，2010年我国烟尘排放量为829.1万吨，其中工业烟尘排放量为603.2万吨。烟尘、粉尘主要由颗粒物构成，在采矿、冶金、机械、建材、轻工、电力等许多工业部门的生产中均会大量产生。对环境来说，排入大气的粉尘长时间飘浮会降低大气能见度，可引起煤烟型污染;对人体来说，可吸入性粉尘会导致渐进性的肺纤维化，引起肺功能减退，粉尘中含有的微量重金属元素、放射性元素还会引起老年性痴呆，白血病等致命性疾病。为了减轻这些危害，除尘器作为大气除尘的主要手段和设备，已被各个工业部门广泛采用。在各类除尘器的作用下，我国工业烟尘、粉尘去除量稳步提升。

　　除尘指标提升

　　按照《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)我国火电厂燃煤、燃油机组执行30mg/m3的排放浓度限值，重点地区按照20mg/m3执行(现有火电厂自2014年7月1日起执行，新建火电厂自2012年1月1日起执行)。该标准相比于此前的排放标准(GB13223-2003)规定的50—200mg/m3排放限值有了大幅提高。

　　2012年6月，环保部发布了炼钢工业及钢铁烧结、球团工业大气污染物排放新标准。新标准将颗粒物排放浓度100mg/m3—150mg/m3调整为20mg/m3—50mg/m3，这就要求企业必然要配套高效除尘设备对颗粒物进行治理。

　　其他行业标准虽未提升，但减排趋势不会改变

　　按照《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2004)，我国水泥工业的粉尘也执行较为严格的50mg/m3的排放浓度限值。但当前我国焦化、电解铝、氧化铝、铁合金、碳素材料、陶瓷等工业的烟尘排放标准仍然在100—150mg/m3之间，与欧美国家现行的排放标准差距很大。显然，这些工业现行排放标准过于宽松，虽然还未提高，但未来无疑将向欧美国家标准接近，排放标准必将更加严格。我们认为，行业排放标准的提高将成为未来除尘行业上市公司股价的催化剂，每一次新标准的出台都将为相关上市公司带来相应收益。

　　袋式除尘器应用

　　根据《“十二五”节能环保产业发展规划》确定的重点领域，节能环保产业被划分为节能产业、资源综合利用产业和环保产业。其中，在环保技术和装备领域提到“加快先进袋式除尘器、电袋复合式除尘技术及细微粉尘控制技术的示范应用”，在环保产品领域提到“重点研发和示范膜材料和膜组件、高性能防渗材料、布袋除尘器高端纤维滤料和配件等”。此外，布袋及电袋复合除尘技术还位列环保产业关键技术，其重点是耐高温、耐腐蚀纤维及滤料的国产化，研发高效电袋复合除尘器、优质滤袋和设备配件。我们认为，除尘器及其相关产品(包括滤料及上游材料高性能纤维等)都将在“十二五”规划带动下迎来投资机会。

　　除尘技术的发展与我国工业化进程一脉相承。早期我国工业化程度低，主要污染行业排放的烟气量相对较小，结构简单且投资少的旋风除尘器和湿式除尘处于主流地位。上世纪80年代以来，我国电力、水泥、钢铁等行业规模化发展，排放的烟气量大幅增长，环保问题逐步受到重视，电除尘器因其结构简单、阻力小、能处理高温和大烟气量工况等特点被各行业广泛采用。进入上世纪90年代，我国大气污染问题愈发突出，国家开始从源头展开污染治理，连续修订了各行业的大气污染物排放标准并日趋严格，袋式除尘器以其高效的除尘效率逐步占领市场，袋式除尘器已经在钢铁、有色金属冶炼、水泥、化工等领域成为主要的除尘方式。经过对几类除尘技术的对比分析，我们认为，袋式除尘器在净化效率、运行能耗、设备造价、占地面积方面均优于其他类型的除尘器，已经成为除火电外各个行业应用的首选。对于火电行业来说，袋式除尘器与电袋复合除尘器并驾齐驱，哪一种技术更优还有待更长时间的观察。短期来看，火电行业除尘的“蛋糕”将由袋式除尘器和电袋复合除尘器共同分享。