我國袋式除塵技術歷史、現狀與發展趨勢綜述
【谷騰環保網訊】袋式除塵作為工業煙塵控制的主流技術，在我國經歷了幾十年的發展，已被應用到諸多工業領域，適用于很多苛刻的煙氣環境。文章系統論述了我國袋除塵主機設備、濾料及配件的歷史發展與現狀，分析了當前市場上袋除塵產品的形式分類、主流技術、性能特點與應用情況，討論了與其配套的系列化標準以及濾料的關鍵性能參數，展望了袋除塵主體設備、濾料及配件的技術發展趨勢。
1 概述
袋式除塵器是利用由纖維加工成的過濾材料對顆粒物進行捕集的設備，由除塵器主機、濾袋和相關配件組成[1]。袋式除塵技術具有過濾效率高、排放濃度低等優點，特別是對微細粒子的捕集效果好，其過濾性能與粉塵性質無關，適用于眾多對工業煙塵排放要求苛刻的場合，目前已經成為工業粉塵和煙塵控制的主流技術之一[2-4]。袋式除塵隨我國工業需求而出現，歷經70多年發展，從無到有，由小眾的附屬設備成長為坐擁200億元市場的大行業，其產品與技術從初期的落后發展到如今的世界領先水平，而且為應對世界上最高標準的工業應用、最復雜的現場工況、最苛刻的粉塵排放要求，創新研發了許多新技術。可以自豪地說，我國現在不僅擁有世界上最強大的袋式除塵制造工業體系，可以設計、制造出最優良的袋式除塵器主機、濾料及相關配件，而且還具有完善的袋式除塵研發體系和豐富的人才儲備，可以推動袋式除塵技術不斷向前發展。
本文針對袋式除塵器，從主機、濾料、配件三方面進行分析，論述其各自的類型、特點與技術發展方向，并討論與之相關的標準。
2 袋式除塵器主機
2.1 袋式除塵器發展歷史
2.1.1 起步階段（1950—1969年）
20世紀50年代初期，國內主要采用旋風與洗滌塔之類的濕式除塵器，之后在國外袋式除塵設備的影響下，除塵器逐漸開始了從人工拍打清灰到機械抖動、反吹風清灰的演變。60年代在翻閱國外資料的基礎上，我國自制了用于鞍鋼煉鐵廠高爐噴煤粉系統的氣環反吹袋除塵器、用于富春江冶煉廠的煉銅煙氣脈沖除塵器，袋除塵行業由此進入起步階段。
2.1.2 引進與自主研發階段（1970—1989年）
隨著我國重工業的快速發展，各個行業對除塵設備的需求也越來越大，一些部門和企業陸續引進了德國、英國、美國、日本的相關技術設備，業內技術人員在此基礎上，通過學習、消化、吸收，陸續研制出我國自主的除塵技術與裝備。1971年鞍山焦耐設計研究總院與武漢安全環保研究院、哈爾濱機械廠、上海耐火材料廠、沈陽氣動儀表廠、鞍山無線電四廠研制出我國第一套MC型脈沖袋式除塵器，開啟了我國袋除塵自主研發的新篇章。1977年合肥水泥研究設計院為常州水泥廠轉窯煙氣設計了反吹風縮袋清灰型玻纖袋房，實現了水泥窯尾高溫煙氣的首次突破；1979年武漢安全環保研究院、潛江縣機械廠研制出我國第一套環隙脈沖除塵器；1980年北京勞動保護研究所與吳江除塵設備廠研制了順噴和對噴型脈沖除塵器；1981年重慶鋼鐵設計研究院研制出我國第一套反吹風袋除塵系列化除塵器；1988年原國家建筑材料工業局在引進美國Fuller公司全套水泥廠除塵器的基礎上，推出了包括箱式脈沖、反吹風及庫頂除塵的系列化產品。
在寶鋼一期工程期間，我國鋼鐵行業引進了大型反吹風袋式除塵器，之后由重慶鋼鐵設計研究院開始自主設計并制造大型反吹風袋式除塵器，這標志著袋式除塵器由小型化向大型化轉變。
2.1.3 大型化階段（1990—2009年）
中國經濟的強勢崛起在很大程度上是依托于我國重工業和電力行業的迅猛發展，這也導致我國的大氣環境長期處于高負荷狀態，從而引發了大氣污染問題。鋼鐵、水泥和火電作為三大重污染行業格外引人關注，國家出臺的越來越嚴格的煙氣排放標準，給環保行業帶來了巨大的挑戰與機遇，各行業用戶和環保企業也加快了創新與應用的步伐[5-7]。
1994年，由武漢安全環保研究院（其除塵板塊后變為中鋼集團天澄環保科技股份有限公司）研究、設計了高爐煤氣干法除塵用袋式除塵器，徹底改變了傳統的高爐煤氣凈化使用的濕式除塵方式。高爐煤氣袋式除塵采用氮氣或凈化后的煤氣進行脈沖反吹清灰，解決了煤氣凈化系統使用袋式除塵器的安全性問題，是袋式除塵技術的重大創新。
1999年，由江蘇科林環保設備有限公司研發、設計并制造的15800m2長袋脈沖除塵器在安陽鋼鐵集團100t直流電爐煙氣除塵項目上成功應用，開啟了大型長袋脈沖除塵器應用的先河。
2000年，中鋼集團天澄環保科技股份有限公司在武鋼平爐改轉爐煙氣除塵項目中，成功將原有電除塵器改造為袋除塵器，使煙塵排放濃度由原來的百余毫克降至十幾毫克，由此揭開了我國電改袋的序幕。
2005年，由寶鋼設計研究院研發的鋼鐵行業摻燒煤氣的350MW機組鍋爐煙氣除塵長袋低壓脈沖除塵器成功應用，為鋼鐵行業自備電廠的袋式除塵提供了關鍵技術和寶貴經驗。寶鋼與撫順天宇濾材有限公司聯合研發的適用于煤氣+煤混燒的耐高溫復合梯度濾料為我國濾料向專精方向研發指明了道路。
鋼鐵行業涵蓋礦石粉碎、原料準備、燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼等主體工藝，以及焦化、石灰窯、粉煤制備等附屬工藝，其流程長、工藝復雜、產塵環節多、非封閉崗位多，工業粉塵及煙塵排放嚴重，對袋除塵技術提出了更高的要求。對于袋除塵而言，鋼鐵冶煉是其使用最早、應用最普遍的行業，可以追溯到20世紀60年代。目前在燒結和焦化，煉鐵高爐煤氣、爐前、礦槽，煉鋼的二次煙氣等環節都使用了大型袋式除塵設備，對于5000m3的高爐，其高爐煤氣和爐前、原料系統的風量都可達100萬m3/h以上；煉鋼中使用的除塵器其處理煙氣量達300萬m3/h以上，過濾面積高達40000m2。袋式除塵在鋼鐵行業中的占有率不僅達到98%以上，而且實現了10mg/m3甚至5mg/m3的超低排放目標[8]。
水泥行業早在20世紀70年代就開始應用袋式除塵器，尤其是在規模較小的立窯上。水泥行業的袋式除塵設備大型化是從引進美國Fuller公司的氣箱脈沖除塵器開始，伴隨著立窯改為回轉窯，窯容由日產2500t向5000t、10 000t轉變，以及國家對水泥行業的排放標準不斷提高而穩步向前推進的。對于日產10 000t的生產線，其窯頭煙氣量在100萬m3/h以上，過濾面積為17 000m2；窯尾煙氣量在200萬m3/h以上，過濾面積達34 000m2，煙氣溫度為220℃—250℃。大規模的除塵器不僅需要對整體結構、進風通道、風流分布、噴吹系統、清灰模式等諸多方面進行優化設計，而且對濾料的耐溫性、耐腐性、過濾精度、清灰性能、阻力、使用壽命等都提出了更嚴苛的要求。諸多的現場應用表明，我國水泥行業在應用袋式除塵設備后煙塵控制效果顯著，10mg/m3甚至5mg/m3的排放濃度已經相當普遍，袋除塵在水泥行業中的占有率在95%以上。
2005年，合肥水泥設計研究院研究設計的長袋低壓脈沖除塵器應用于華潤珠江水泥廠5000t/d生產線，采用中箱體進風、P84濾料等多項技術對窯尾煙氣進行低阻高效凈化，濾袋使用壽命達6年之久。華潤珠江水泥窯尾脈沖袋除塵項目開創了我國大型水泥窯尾除塵器使用合纖濾料的歷史，為推進我國水泥行業窯尾通過使用袋除塵實現超低排放起到了引領作用，并且由此推進了我國高性能纖維聚酰亞胺及其濾料的自主研發及廣泛應用。
火電作為煙塵排放的主要行業之一，靜電除塵是其主流除塵技術。雖然靜電除塵在阻力、可靠性上有一定的優勢，但存在排放濃度受粉塵性質（煤種）影響較大、隨使用時間延長效率降低、極板振打會產生二次揚塵等問題。隨著排放標準越來越嚴格，內蒙古豐泰電廠于2001年引進德國魯奇公司技術，在200MW機組上嘗試回轉脈沖除塵技術獲得成功，排放濃度在30mg/m3以下，由此揭開了我國火電行業應用袋除塵的序幕。
2003年，由中鋼集團天澄環保科技股份有限公司、東北大學、焦作電廠共同完成的國家863計劃項目電廠大型機組袋式除塵是電力行業300MW以上大型機組開始推廣應用自主設計研發的袋式除塵器的開端，項目研發的徑流式脈沖袋式除塵器煙氣氣流直進直出，氣流通暢，流線平滑、短捷，是一種新型低阻高效袋式除塵器，是袋除塵領域的創新產品，具有世界領先水平。電力行業自此開始大力推進袋式除塵器的應用。
隨著火電行業煙塵排放標準的逐步升級，排放標準從200mg/m3（GB 13223—1996）升級到50mg/m3（GB 13223—2003），再到20mg/m3和30mg/m3（GB 13223— 2011）[9, 10]。袋除塵在火電廠的應用比例逐漸提高，市場份額從零逐漸增加到目前的35%以上，應用的機組規模也從最初的200MW增加到600MW再到如今的1000MW，無論是應用于幾大電力集團的穩定工況還是自備電廠和坑口電廠的復雜工況，排放濃度均滿足國家標準。
我國垃圾焚燒行業起步較晚，借鑒國外經驗，一開始就規定在煙氣處理系統中采用袋式除塵，從而為袋除塵在我國垃圾焚燒行業的快速發展鋪平了道路。由于忽略了垃圾焚燒行業煙氣處理的特殊性，導致了最初應用時袋除塵頻頻失效問題。經過艱難探索，在綜合分析我國城市垃圾與國外垃圾相比具有熱量小、濕度大、來源復雜等特點后，合肥水泥研究設計院設計的采用PTFE覆膜濾袋的除塵路線成為我國垃圾焚燒行業煙氣處理的可靠技術路線。
2.1.4 超低排放與污染物協同去除（2010年以后）
隨著環保行業排放標準的升級，10mg/m3甚至5mg/m3的超低排放成為行業常態。龍凈環保股份有限公司和浙江菲達環保科技股份有限公司相繼研發并推出了基于靜電除塵和布袋除塵協同的電袋復合除塵技術，并在國內600MW、1000MW機組上成功應用，實現了5mg/m3的超低排放目標。與之配套研發的PPS+PTFE/PTFE復合濾袋也為電袋復合技術的成功應用提供了關鍵材料。
2019年，由武漢天澄環保科技股份有限公司、東北大學、浙江宇邦濾材科技有限公司、鞍山鋼鐵集團有限公司合作完成了國家863計劃項目“鋼鐵窯爐煙塵PM2.5控制技術與裝備”，項目開創了預荷電脈沖袋式除塵技術，并同時研發了海島纖維超細面層梯度濾料，具有世界領先水平。這是我國工業窯爐煙氣顆粒物超低排放技術取得的最新成就。
福建龍凈環保股份有限公司基于耐高溫合金濾袋所研發的新型高效除塵裝備，是常規超凈電袋的升級產品，其具有耐超高溫（400℃—800℃）、過濾精度高、能長期保持超低排放（＜10mg/m3）、運行阻力低（≤1000Pa）、能耗低、濾袋壽命長（≥8年）等特點，并且廢舊濾料回收利用簡易、價值高、無二次污染，處于國際領先水平，在氫氧化鋁焙燒爐上的成功應用填補了國內外袋除塵設備在該領域的空白。
排放標準升級意味著環保成本的提高，燃煤鍋爐在提供熱源的同時，其煙氣處理工藝愈加復雜，脫硝、除塵、脫硫、“脫白”等獨立工藝不斷擠占有限的空間，一次投資與運行成本也不斷擠壓著鍋爐主體工藝的利潤。在此形勢下，脫硝與除塵、脫硫與除塵協同治理的工藝路線、一體化設備、復合型濾料進入探索嘗試階段。另外，考慮到脫硝催化劑300℃—400℃的最佳溫度窗口，以及煙塵對脫硝催化劑的不利影響，超高溫過濾介質（金屬濾袋、陶瓷過濾器）、除塵脫硝雙效陶瓷管等產品也應運而生。
中鋼集團天澄環保科技股份有限公司開發的SDS干法脫硫+預荷電袋濾器+中低溫SCR脫硝+余熱回收的技術工藝具有流程短、凈化效率高、阻力低、占地面積小和運行費用省等顯著特點，在焦爐煙氣脫硫脫硝工程中的首臺（套）重大技術裝備示范應用自投入運營以來，系統運行穩定可靠，顆粒物排放濃度為3.1—5.9mg/m3，SO2排放濃度為0.1—1.8mg/m3，NOx排放濃度為121—144mg/m3。一體化裝置運行總阻力為700—1000Pa，比常規布置節省運行費用40%以上，余熱回收生產熱水105t/h，取得了環保和節能的雙重效益。該工藝提供了一種焦爐煙氣多污染物協同治理的新途徑，凸顯出了短流程的優點，并為用戶顯著降低了運行成本。
另外，我國許多行業面臨產能激增、排放標準升級而空間場地不增的嚴苛局勢，在除塵器占地面積不變、主體設備不改的前提下，有效擴大過濾面積的改進式褶皺濾袋、濾筒除塵應運而生。我國工業規模龐大且工藝眾多，擁有各種復雜的工藝流程與運行條件，這也促使了除塵行業“百花齊放”的發展態勢。
2.2 袋式除塵器類型
袋式除塵器按照傳統清灰方式可分為機械振打式除塵器、反吹風除塵器、脈沖清灰除塵器等[11]。在工藝優化與技術進步中，機械清灰逐漸退出了歷史舞臺，脈沖清灰成為目前應用最廣泛的袋除塵類型[12]。根據除塵器的主體結構，目前市場上主要有長袋低壓脈沖除塵器、回轉脈沖/反吹風除塵器和電袋復合除塵器三種形式：
（1）長袋低壓脈沖除塵器使用長達8m的圓形濾袋且縱橫排列，與每個脈沖閥相連的噴吹管下部一排開口對應一排濾袋，脈沖噴吹清灰壓力為0.2—0.3MPa，風流以直進直出為主向，從除塵器主體偏下部或灰斗進風居多，其具有阻力小、清灰效果好、故障率低的優點[13]。
（2）回轉脈沖/反吹風除塵器把橢圓形濾袋按照同心圓方式組成幾個分隔單元，上面布置可旋轉的三臂清灰機構，三臂下部開一排風口進行隨機脈沖噴吹或反吹風清灰。該類型除塵器需要的脈沖閥少、清灰柔和、對濾袋振動小、二次揚塵少，但濾袋經向熱收縮大，把袋籠頂起時容易導致旋臂機構故障，噴吹系統故障時影響面大[14]。
（3）電袋復合除塵器將靜電除塵與袋式除塵相結合，形成前電后袋或電袋鑲嵌結構，前序的靜電除塵可去除大部分粉塵，并使顆粒帶電，不僅減輕了后序袋除塵的負荷、提高了捕集效率，而且帶電顆粒在濾料表面形成的塵餅更加蓬松，阻力增長慢[15,16]。但電袋復合除塵器由于使用了兩套設施，不僅故障點增加，而且提高了一次投資和運行成本。
2.3 袋式除塵器發展趨勢
2.3.1 設備大型化
基于主體工藝產能的進一步擴大，煙氣量也隨之增加。另外，隨著排放標準的趨嚴，過濾風速降低、設備進一步增大將是未來的發展趨勢。對于5mg/m3的超低排放，過濾風速最好在0.7m/min以下。
2.3.2 設計模塊化
針對中小型除塵器及系列化除塵器，模塊化設計是基礎。近年來，計算機技術被廣泛應用于袋除塵領域，使零部件設計實現了標準化、設備方案設計實現了快捷化，設備設計和工程設計高效準確。
2.3.3 氣流均布設計
風量增大、設備大型化、濾袋數量增多等將更難保證袋式除塵器內部風流的均勻性，為避免氣流不均、局部氣流過大造成的阻力增加和對濾袋的沖刷破壞，氣流模擬與物理模型實驗結合是準確提升袋式除塵器氣流分布的有效手段[17,18]。
2.3.4 除塵器運行狀態監控智能網絡化
物聯網背景下，生產企業對除塵器運行狀態及實時控制技術提出了更高的信息化要求，通過對大數據的分析可以獲得建設性決策支持。基于云計算的運維管理模式得到企業越來越多的重視。
2.3.5 加工制造智能化
隨著勞動力短缺、勞動力成本上升及自動化加工水平的提高，除塵器加工制造工藝精細化、自動化和智能化受到重視，操作機械手、焊接與裝配機器人正在進入除塵器工廠。
2.3.6 基于碳捕集的除塵器提標改造
碳達峰、碳中和目標的提出，不僅會帶來巨量的市場，而且會引發巨大的工業變革與技術換代。在目前污染物超低排放基礎上，圍繞碳減排直接用于煙氣碳捕集的超低袋除塵技術與濾袋會成為袋除塵領域中新的經濟增長點。
3 袋除塵濾料
3.1濾料發展歷史
3.1.1 起步時期（1950—1979年）
我國最初的濾料是機織布，初期發展緩慢。由于高溫煙塵控制的需要，1957年上海耀華玻璃纖維廠基于耐高溫的玻璃纖維研發出了玻纖機織布，開啟了濾料在高溫煙塵方面的應用。20世紀70年代，南京玻璃纖維研究院針對玻纖耐折性差的缺陷，對后處理劑配方進行革新，加工出第二代玻纖機織布，由營口玻璃纖維二廠、沈陽玻璃纖維廠等企業生產。1974年武漢安全環保研究院研制了208滌綸絨布，其具有纖維密度高、厚度大、捕塵效果好的優點[19]。
3.1.2 飛速發展時期（1980—1999年）
1980年，東北工學院（東北大學前身）在研究纖維捕塵機理的基礎上，與撫順第三毛紡廠合作，研制出中國第一塊針刺氈濾料并將其應用到各個行業，這不僅奠定了我國針刺氈濾料的工藝基礎，對我國濾料行業來說更是具有劃時代的意義；在表面過濾與深層過濾的理論指導下，東北工學院（東北大學前身）又設計研發出具有革命性的高密面層針刺氈。隨著耐高溫纖維的出現與品質的逐漸成熟，我國又陸續研發出耐高溫、耐腐蝕的芳綸針刺氈和玻纖復合氈濾料。1990年，參考國外覆膜濾料，上海凌橋環保設備廠與上海四氟塑料廠先后研制出PTFE薄膜及覆膜濾料，填補了國內空白[20]。
3.1.3 大規模應用與發展時期（2000—2010年）
環保標準升級帶來了除塵行業的蓬勃發展，60萬—100萬MW機組燃煤電廠、日產萬噸水泥線、超大型鋼鐵工藝都對除塵和濾袋產生了巨大的需求，國產聚苯硫醚（PPS）纖維及濾料、國產芳綸纖維及濾料、基于進口聚酰亞胺纖維的國產濾料大規模量產，形成了舉足輕重的環保產業鏈[21]。
3.1.4 競爭與創新時期（2010年以后）
超低排放標準的出臺，不僅對濾料提出了高效精細的要求，而且工業門類復雜化也對濾料種類及應用的多樣化提出了新的需求，這促使我國實現了聚酰亞胺纖維及濾料的國產化，而且研發了國際首創并領先的過濾產品，包括適用于垃圾焚燒煙氣的國產聚四氟乙烯（PTFE）纖維及濾料，適用于燃煤電廠復雜工況的PPS/PTFE復合濾料，適用于高溫堿性煙氣的寶德綸纖維及濾料、高溫耐腐耐氧的改性PPS纖維及濾料，適用于PM2.5超細煙塵的海島纖維及濾料、熔噴纖維表層濾料、水刺加固氈濾料、脫硝除塵一體化濾料等眾多產品，濾料行業進入了“百花齊放”階段。
3.2 濾料性能指標
3.2.1 濾料的織物性能
濾料的織物性能包括克重、厚度及其偏差，透氣度及其偏差。參數偏差代表濾料產品不同部位數值的差別，表征濾料的質量控制水平。
3.2.2 濾料強力性能
濾料強力性能包括經向和緯向斷裂強力、經向和緯向斷裂伸長率，這些參數與濾料使用壽命和耐用性有關。
3.2.3 動態過濾性能
通過實驗模擬除塵器中濾袋的過濾捕集和壓氣清灰過程來測試其在潔凈狀態、老化過程、穩定過濾狀態下濾料的初始阻力、初始過濾周期、殘余阻力、終了過濾周期、阻力變化曲線、過濾效率、粉塵剝離率等參數，反映了濾料的動態過濾性能。
3.2.4 PM2.5效率
對微細粒子過濾時，需要進行PM2.5過濾效率的測試。
3.2.5 耐熱性能
測試濾料高溫煙氣中（長期耐溫和瞬間耐溫）的性能變化，包括機械強力保持率、熱收縮率。
3.2.6 耐腐蝕性能
測試濾料在酸性和堿性條件下的機械強力變化率。
3.2.7 耐氧化性能測
試濾料經過氧化劑處理后的強力保持率。
3.2.8 疏油疏水性能
測試濾料的疏油等級和疏水等級。
3.2.9 抗靜電性能
在過濾捕集有火災和爆炸危險性的粉塵如煤粉、糧食粉、木粉時，應使用防靜電濾料，其性能參數包括摩擦電位、半衰期、面電荷密度、體積電阻和表面電阻。
3.2.10 阻燃性能
對易發生火災與爆炸的粉塵，應使用阻燃性濾料，需進行阻燃實驗和極限氧指數實驗。
3.2.11 濾料材質與纖維分析
為規范市場、保證濾料纖維材質和品種符合要求，需對濾料基布材質、面層纖維材質、含量百分比、纖維直徑、外觀等進行檢測分析。
3.2.12 覆膜牢度
對覆膜濾料應測試微孔膜的附著牢度，覆膜牢度是與覆膜濾料耐用性相關的關鍵參數。
3.2.13 特殊性能
鑒于玻璃纖維柔韌性和抱合性不足的問題，還應測試其對玻璃纖維濾料的耐折性能、耐磨性能、面層與基布的剝離強度參數。
3.3 目前的濾料類型
3.3.1 針刺氈
由上面層、基布、下面層纖維，通過鋼針的上下穿刺鉤聯加工成厚度為1—2mm的氈料，再經過表面燒毛、軋光、熱定型等后整理，以及基于PTFE乳液的浸漬、涂層或覆膜處理，形成低阻高效、清灰性能好的濾料。
3.3.2 高密面層針刺氈
以針刺氈為基礎，在其迎塵表面附加一層用超細纖維做成的致密層，近于表面過濾狀態的迎塵層可以顯著改善濾料的過濾與清灰性能，市場上的梯度濾料、非對稱濾料與此類似。鑒于超細纖維單獨梳理困難的問題，國內企業把超細纖維與常規纖維相互摻雜后進行梳理鋪網，形成的粗細混合纖維作為濾料的迎塵面層。
3.3.3 覆膜濾料
對反復清灰再生的袋除塵濾料而言，壓氣清灰與粉塵剝離性能至關重要。PTFE薄膜由于具有孔徑小、表面光滑的優點，將其附著在濾料迎塵表面后，可極大提升濾料的清灰性能和過濾效率，測試數據表明，覆膜濾料對2.5μm粒子的計數效率在99%以上。覆膜濾料目前是5mg/m3超低排放的首選濾料，但薄膜本身脆弱，如遇含塵氣流沖刷、覆膜牢度不達標、壓氣清灰不當等情況都易導致覆膜損壞，在應用時需十分小心。
3.3.4 水刺氈
針刺氈在使用直徑1—2mm的鋼針上下穿刺的加工過程中，會在濾料中留下隱匿的鋼針孔，當濾料阻力高時，微細粒子會被風流拉拽，造成逃逸。使用直徑0.1—0.2mm的高壓“水針”替代鋼針加固濾料，可極大避免該問題，顯著提升濾料效率。實驗數據表明，常規針刺氈對2.5μm粒子的計數效率為70%—80%，而水刺氈對2.5μm粒子的計數效率可提升至90%—95%，適合含PM2.5的煙塵的捕集。
3.3.5 海島纖維濾料
過濾理論與實踐表明，纖維直徑越細，捕塵效率越高。海島纖維是應用雙組分包裹方式經特殊紡絲工藝制造的直徑低于1μm的纖維，海島纖維經過針刺加工成氈，通過減量化溶去“海”，獲得具有超細“島”纖維的氈料，進行濾料表面處理后，對微細粒子具有極高的效率，對2.5μm粒子的計數效率可達90%—95%，可高效捕集PM2.5微細粒子[22]。
3.4 濾料發展趨勢與熱點
3.4.1 基于碳捕集的超凈低阻高效濾料
伴隨著碳達峰、碳中和目標的提出，經袋除塵過濾后煙氣中顆粒物濃度控制在1mg/m3以下，可直接進行碳捕集的低阻節能的超凈濾料將成為未來濾料研發的新方向。基于熔噴纖維、納米纖維、海島纖維表層的超精細濾料，以及易清灰的功能性乳液浸漬處理、永久極化后處理、超精密覆膜等先進工藝將為新濾料的開發提供技術支撐。
3.4.2 復雜煙氣環境的多樣性濾料
由于我國工業門類眾多、應用場景多種多樣，因此所需的特種濾料種類繁多。例如，針對焦化或脫硝前等場景應用的300℃—400℃高耐溫濾料、針對難控制的氨逃逸場景應用的耐堿或耐酸堿交替的濾料、針對袋除塵大濕度禁區的超疏水濾料、針對燃爆場所超細粉體收集的抗靜電覆膜濾料等差別顯著、小批量、高利潤的濾料產品將成為袋除塵技術追逐的熱點[23]。
3.4.3 功能性濾
料針對煙氣復雜污染物聯合去除需求，在濾料上負載低溫催化劑而形成的“除塵+脫硝”“除塵+脫二噁英”等技術被研發出來并正逐步擴大應用范圍。浙江鴻盛環保科技集團有限公司和中國科學院過程工程研究所聯合研發的新型催化脫硝除塵功能濾袋取得了技術突破，在水泥行業煙氣凈化項目中獲得應用，其以濾袋為載體負載中低溫脫硝催化劑，實現了除塵+脫硝耦合煙氣治理。現場應用顯示，濾袋在運行溫度為180℃—220℃時，脫硝率可達92.6%—93.2%；運行溫度為220℃—260℃時，脫硝率可達95.1%—97.4%，可實現NOx排放濃度為50—100mg/m3、顆粒物排放濃度小于5mg/m3。
3.4.4 廢舊濾袋的回收與再生
我國每年消耗6000多萬條濾袋，相當于2億m3濾料、10萬多t纖維，不僅產生了大量的二次污染，對濾料行業來說更是巨大的浪費，如今廢舊濾袋處理已成為袋除塵行業的“卡脖子”問題。東北大學經過十余年的潛心研究，開發了針對廢舊PPS濾袋、PPS+PTFE復合濾袋、芳綸濾袋的高品質回收利用技術，創新性的技術路線解決了困擾濾料行業多年的廢舊濾袋回收難題。江蘇奧凱環保公司針對濾料行業及其他行業在役濾袋易出現的高阻力問題，研發了濾袋清洗技術，實現了高阻力濾袋的再生。但是濾袋回收與再生作為一個特殊行業，濾袋的回收、運輸、再生等過程都值得關注，政府應出臺政策進行引導和扶持。
3.4.5 面積擴大的異形濾袋（褶皺濾袋、濾筒）
由于我國近年來經濟發展較快，鋼鐵、水泥、燃煤電廠等行業產能增長迅猛，煙氣量急速增加，但留給除塵設備的占地面積無法隨產能增加而擴大，加之對排放濃度的要求愈發嚴格，因此如何利用有限的空間及最少的工程量、最短的工期實現超低排放是目前業內最現實和迫切的需求。目前，以褶皺濾袋或濾筒來替代常規圓筒成為業內首選[24]。廣州市華濾環保設備有限公司研發的超低排放濾筒，采用低克重針刺氈或紡粘濾紙，將其加工成外徑不變、圓周30—50個褶、長度2—3m、自帶內支撐的濾筒，過濾面積可擴大2—3倍，該濾筒在大折距易清灰的結構設計、技術性能、自動化折疊工藝、等距熱熔綁帶技術、無毛刺無焊痕螺旋一體式骨架等方面取得了創新突破，在鋼鐵行業實現了大規模應用，可以將粉塵排放濃度長期穩定控制在10mg/m3以內。撫順天宇濾材有限公司、蘇州恒清環保科技有限公司研發的褶皺波形濾袋，在外徑不變的條件下，通過自動縫合技術加工成圓周8—10個褶、長度6—7m的濾袋，使用星形特殊袋籠，過濾面積可擴大1—2倍，在氧化鋁、燃煤電廠等行業實現了褶皺濾袋的大型化應用。
4 袋除塵配件
4.1配件類別與發展
袋除塵器除了主機、濾袋外，還包含一些關鍵配件如脈沖閥、脈沖控制儀和袋籠框架等[25]。我國袋式除塵技術的突飛猛進，離不開脈沖閥、控制儀和袋籠等配件研發技術的快速進步。
4.1.1 脈沖閥
脈沖閥作為袋除塵器中控制壓氣噴吹的組件，伴隨著我國袋除塵器一起出現。常用的脈沖閥是基于彈性膜開閉來控制壓縮氣體的泄放，主要分為直角閥和淹沒閥。直角閥的氣流輸入口與輸出口之間的夾角為90°，其輸入口與分氣箱連，輸出口與除塵器噴吹管連接，常用于小型除塵器；淹沒閥直接安裝在分氣箱上，其輸入口淹沒在分氣箱內，輸出口通過連接管與除塵器噴吹管相連，常用于大型除塵器。脈沖閥的接口尺寸決定了其噴吹能力的大小，常用的1英寸閥噴吹10m2左右，3英寸閥噴吹45m2左右。脈沖閥的技術進步體現在所需壓縮空氣的壓力大小上，在保持噴吹效果不變的前提下，經過幾十年的努力研發，脈沖閥所需壓力越來越小，從0.6MPa逐漸降低至0.2MPa，節能效果顯著。
我國在21世紀初就已成功將各種口徑的淹沒閥國產化，后經過10余年的發展，到2010年前后，國產脈沖閥的各項性能指標均達到了進口閥的水平，從而被廣泛使用。與此同時，我國還研究、設計、制造了脈沖閥性能檢測系統，起草了脈沖閥產品標準，為脈沖閥的質量控制和技術研發提供了有力的技術支持[26]。
上海袋式除塵配件有限公司、蘇州協昌環保有限公司、上海尚泰環保配件有限公司等國內企業為國產脈沖閥的發展做出了很大的貢獻。
對大型袋除塵器而言，其脈沖閥用量很大，由于脈沖閥的工作狀態無法直觀顯示，當某個脈沖閥出現故障時，很難及時被人發現，會導致一排濾袋無法得到有效噴吹而近乎失效，從而增加其他濾袋的負荷，如果一臺除塵器中有多個脈沖閥出現故障，很多濾袋將同時失去過濾效果。針對脈沖閥無法自我監控狀態的問題，蘇州協昌環保科技股份有限公司通過在脈沖閥中加裝距離傳感器來監視膜片開啟狀態，并通過移動通信網絡發送至云端服務器，實現了脈沖閥狀態的自我監視、報警等功能，該智能脈沖閥已經被許多企業采用。
4.1.2 脈沖控制儀
脈沖控制儀作為控制脈沖閥開啟的設備，經歷了從邏輯電路到單片機再到PLC控制儀的轉變歷程，盡管所用元器件有所變化，但控制儀的功能基本沒變[27]。
4.1.3 袋籠框架
袋籠是外濾式袋除塵必不可少的用以支撐濾袋的配件，其產品性能和質量對袋除塵器的長期穩定運行起著重要作用，袋籠本身的質量直接決定著濾袋的耐用性[28]。
袋籠根據其形狀分為圓形、橢圓形和異形。常規脈沖除塵器使用與直徑130—160mm濾袋配套的圓形袋籠；回轉脈沖/反吹風除塵器使用與橢圓形濾袋配套的袋籠；褶皺濾袋使用特殊的單股或雙股筋制成的星形袋籠。
袋籠根據其整體節數分為單節袋籠和多節袋籠。不太長的濾袋或濾袋長度雖然達8m但除塵器上部空間在安裝時不受限，可使用可靠性好的單節袋籠。除塵器上部倉室安裝高度受限時，可考慮2節或3節袋籠，使用多節袋籠時不僅要保證袋籠連接處光滑、不損壞濾袋，而且還要保證連接關節不脫開，尤其是在反復脈沖噴吹振動的情況下。
我國袋籠制造技術已由原來每個縱筋—橫環連接處的逐點焊接發展到現在的步進推進式整體多點同時焊接即半自動化整體焊接，并且已初步形成線材成環、校直、焊接一條龍的半自動化生產線。
袋籠的漆層保護也由原來的簡單噴漆、鈍化處理、鍍鉻處理演變為現在的有機硅靜電噴涂。研發的吊掛式袋籠噴涂、干燥一體化處理系統，使袋籠漆層處理由原來的單一純手工轉變為連續、半自動化生產。
4.2 技術發展趨勢
4.2.1 智能化配件
脈沖閥與除塵器的智能化既是當前熱點，也是未來的發展方向。在加強產品功能性方面，除了監測其開關動作外，如何通過在線監測其噴吹氣量來判定其真實效能備受關注。在除塵系統信息化、智能化發展的大背景下，如何通過云模式來強化信息安全的法律意識及技術手段，保護客戶商業秘密與利益等是未來技術熱點。
4.2.2 袋籠可靠性
隨著袋除塵應用范圍的不斷擴大、濾袋形式的轉變以及制造技術的升級，袋籠也隨之改變。袋籠表面涂層經歷了從電鍍層到有機硅涂層的變化，但從東北大學濾料檢測中心處理的袋籠失效案例來看，袋籠涂層與濾袋黏結導致失效的案例較多，因此袋籠涂層的改進迫在眉睫。對于褶皺濾袋使用的袋籠而言，由于中間從上而下排布多個小面積圓環，壓縮空氣在噴吹時不但無法到達濾袋下部，而且高壓空氣吹在袋籠的筋條上，會激發袋籠上下跳動，從而與濾袋內部產生摩擦。因此，褶皺式星形袋籠需要繼續進行改進。
4.2.3 濾袋縫制技術
濾袋縫制，尤其是袋口、袋底的縫制是袋除塵行業的生產瓶頸，雖然袋身豎向自動縫制或熱熔合技術提高了濾袋的縫制效率，但袋底和袋口仍必須由人工縫制，工作量大、縫制速度慢、人工成本高，這些都已成為袋除塵行業亟待解決的問題[29]。
4.2.4 云管理技術
基于云管理的除塵設備信息系統近年來取得一定進展，智能脈沖閥、智能脈沖控制儀及煙塵治理云平臺等袋式除塵裝置和系統的智能化與網絡化，可實現袋式除塵系統運行狀態的遠程無線傳輸與數據分析、故障識別及專家系統診斷，可為企業相關人員和政府相關部門實時提供運行信息，減少巡檢工作量，及時發現問題和解決問題，提高了管理的時效性。但對已獲取信息的二次利用與推理仍然不足，缺乏真正意義的專業化和智能化，系統的實用性仍需加強。
5 袋除塵標準
5.1 排放標準升級
隨著工業規模的擴大、污染形勢的加重以及煙塵控制技術的進步，我國煙塵排放標準也在逐漸升級。
2020年我國煤產量為38.4億t（人均2.7t），進口3億t，產量占全球總產量的51.6%。針對火電廠煙氣排放，我國從1991年開始陸續升級火電廠大氣污染物排放標準，從最初的150—3300mg/m3升級至1996年的200mg/m3，后又升級至2003年的50mg/m3，2011年又一次升級排放標準，普通排放限值為30mg/m3（與歐盟標準相當）、特別排放限值為20mg/m3（與美國標準相當）[30]。該標準不僅降低了火電行業對大氣環境的污染程度，更有力推動了我國袋除塵行業的持續進步。
2020年我國水泥產量為23.8億t（人均1.7t），占全球總產量的58%。水泥行業大氣污染物排放標準從GB 4915—1996的600mg/m3升級到GB 4915—2004的100mg/m3，后又升級到GB 4915—2013的30mg/m3和20mg/m3（特別排放限值）。窯爐從立窯改成了回轉窯，產能也升級至日產5000t和1萬t，工藝的進步也促進了環保設備與材料的同步升級。
2020年我國粗鋼產量為10.7億t（人均0.76t），占全球總產量的57.1%。鋼鐵冶煉生產流程長、工藝復雜、開放或半開放設備多，煙塵和無組織排放都很嚴重。之前一直執行《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）規定的150mg/m3和《工業爐窯大氣污染物排放標準》（GB 9078—1996）規定的100mg/m3。2012年發布的《煉鋼工業大氣污染物排放標準》（GB 28664—2012）規定了煉鋼流程中各工藝環節最低排放限值為30mg/m3或20mg/m3，特別排放限值為15mg/m3；《煉鐵工業大氣污染物排放標準》（GB 28663—2012）規定了煉鐵行業各工藝環節的不同排放限值，最低排放限值為20mg/m3或10mg/m3。
由于我國工業規模大、重污染工業比例高，而且工業煙塵排放在我國中東部地區比較集中，因此一些地區和行業推出了10mg/m3甚至5mg/m3的排放標準，這已然成為全世界最嚴格的煙塵排放標準。此標準是在接近當前技術極限20mg/m3的基礎上，又提高75%，其實現難度極大。在此減排壓力下，袋式除塵行業攻堅克難，研發了上下游配套的裝備與材料，因此5mg/mm3的超低排放標準已成為行業的普遍煙塵排放限值。
5.2 濾料標準
濾料是除塵器中控制粉塵排放的核心部件，鑒于其重要性，為控制產品質量和規范市場，1990年東北工學院（東北大學前身）和撫順產業用布廠共同起草了《袋式除塵器用濾料及濾袋技術條件》（GB 12625—1990），該標準是世界上最早的濾料國家標準，包含了濾料和濾袋的產品標準和方法標準。2009年，該標準修訂時，國家要求與《袋式除塵器分類及規格性能表示方法》（GB/T 6719—1986）、《袋式除塵器性能測試方法》（GB/T 12138—1989）合并，形成《袋式除塵器技術要求》（GB/T 6719—2009），該標準目前仍是最權威的標準。2010年，國家還發布了針對玻璃纖維的《玻璃纖維過濾材料》（GB/T 25041—2010）。
為了滿足環保行業產品質量監督與認證的工作需要，20世紀90年代，在中國環境保護產業協會組織制定了國家環保產品認定條件《中國環境保護產品認定技術條件 袋式除塵器用濾料》（HCRJ 042—1999）、《中國環境保護產品認定技術條件 袋式除塵器 濾袋》（HCRJ 015—1998）。2006年中國環境保護產業協會對認定條件進行了修訂，并將其轉為環保行業標準《環境保護產品技術要求 袋式除塵器用濾料》（HJ/T 324—2006）、《環境保護產品技術要求 袋式除塵器 濾袋》（HJ/T 327—2006）。在此期間，中國環境保護產業協會還制定了覆膜濾料標準《環境保護產品技術要求 袋式除塵器用覆膜濾料》（HJ/T 326—2006）。一些工業協會也組織起草了本行業應用的濾料標準，如《燃煤電廠鍋爐尾氣治理 袋式除塵器用濾料》（JB/T 11261—2012）、《火力發電廠鍋爐煙氣袋式除塵器濾料濾袋技術條件》（DL/T 1175—2012）等。
近年來，為與國外標準體系接軌，鼓勵以團體標準來適應創新產品的需要，一些行業協會又組織相關單位在總結10余年濾料產品發展進步的基礎上，推出了《袋式除塵用濾料技術要求》（T/CAEPI 21—2019）、《袋式除塵用超細面層濾料技術要求》（T/CAEPI 24—2019）、《袋式除塵用濾袋技術要求》（T/CAEPI 33—2021）、《袋式除塵用水刺非織造濾料》（T/CNITA 05103—2018）等。
為方便濾料的國際貿易，自2000年起東北大學代表我國與擁有濾料國標的德國、日本、美國、奧地利一起進行ISO國際標準的起草，并于2011年發布了《Air quality — Test method for filtration acterization of cleanable filter media（空氣質量——可清灰濾料過濾性能測試）》（ISO 11057—2011），該標準的測試裝置、測試方法參考并兼容了我國《袋式除塵器技術要求》（GB/T 6719—2009），這就為我國濾料產品進入國際市場提供了方便。針對濾料在現場應用中出現的失效問題，我國與日本、意大利、法國、韓國等國家聯合起草了《Test methods for evaluating degradation of acteristics of cleanable filter media（可清灰濾料性能衰變評價的測試方法）》（ISO 16891—2016）。目前我國仍在參與其他相關ISO標準的起草工作。
5.3 除塵器與配件標準
袋式除塵器標準由來已久，針對不同類型的除塵器發布了相應的標準，袋式除塵器通用類標準有《袋式除塵器分類及規格性能表示方法》（GB 6719—86）、《袋式除塵器性能測試方法》（GB/T 12138—1989）、《袋式除塵系統裝置通用技術條件》（GB/T 32155—2015）等。另外，各行業也根據自身特點組織制定了相應的行標，如《環境保護產品技術要求 脈沖噴吹類袋式除塵器》（HJ/T 328—2006）、《脈沖噴吹類袋式除塵器》（JB/T 8532—1997）、《超長袋脈沖袋式除塵器》（JB/T 13557—2018）、《脈沖噴吹類袋式除塵器》（JB/T 8532—2008）、《燃煤電廠鍋爐煙氣袋式除塵工程技術規范》（DL/T 1121—2009）等。
針對袋式除塵器配件，各行業組織制定了相應標準，主要有以下三種：
（1）脈沖閥標準：環保行業標準《環境保護產品技術要求 袋式除塵器用電磁脈沖閥》（HJ/T 284—2006）、機械行業標準《袋式除塵器用電磁脈沖閥》（JB/T 5916—2013）、團體標準《袋式除塵器用脈沖閥技術要求》（T/CAEPI 5—2017）。
（2）電控儀標準：《袋式除塵器用時序式脈沖噴吹電控儀》（JB/T 5915—2006）、《袋式除塵器用壓差式清灰控制儀》（JB/T 10340—2014）。
（3）框架標準：《環境保護產品技術要求 袋式除塵器濾袋框架》（HJ/T 325—2006）、《袋式除塵器用濾袋框架》（JB/T 5917—2013）。
6 結語
我國袋除塵行業從起步到壯大經歷了幾十年的發展歷程，現已成為工業煙塵控制的核心力量：（1）袋式除塵器主體設備可分為長袋低壓脈沖、回轉反吹和電袋復合除塵三種。從除塵器本身技術來看，氣流均布設計、運行狀態監控、加工制造精細與智能化是袋除塵行業未來的發展方向；從袋除塵的應用來看，更要關注煙氣多污染物的協同脫除與多樣化。
（2）我國濾料從無到有，不僅被廣泛應用于從常溫到高溫腐蝕等諸多嚴苛的工業領域，而且在世界最嚴苛的煙塵排放標準下，實現了在國際濾料行業里從跟跑、并跑到領跑的轉變，創新研發出PPS/PTFE混紡濾料、海島纖維濾料、水刺氈濾料、熔噴表層濾料、納米表層濾料、PM2.5專用濾料，引領國際濾料行業不斷向前發展。
（3）受主體設備與技術進步影響，智能脈沖閥、云管理等基于信息化的配件技術不斷發展。工業應用領域的擴大，對袋籠框架也提出了涂層改進、清灰優化等方面的要求。
（4）服務于袋除塵行業的國標、行標、團標、ISO系列化標準規范了市場、促進了袋除塵技術躍升、極大提升了我國袋除塵產品的質量，從而為袋除塵器在煙塵治理領域中的廣泛應用奠定了堅實的基礎。
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