2020年电除尘行业发展评述和2021年发展展望

时值岁末年初，为了及时反映环保产业过往一年的发展动态，预测新一年的发展趋势，我会组织各分支机构编写了《2020年环保产业发展评述和2021年展望》，供环保企事业单位、专家和管理者参考。
　　一、2020年行业评述
　　1. 主要政策
　　2020年是我国全面建成小康社会的收官之年，也是打赢污染防治攻坚战的决胜之年。面对国际局势变化和疫情的叠加冲击，2020年度生态环境保护政策方向不变、力度不减，体现了政策的稳定性和连续性。各项政策更加细化，突出了精准治污、科学治污、依法治污的鲜明特点。
　　2020年6月，生态环境部印发了《关于在疫情防控常态化前提下积极服务落实“六保”任务，坚决打赢打好污染防治攻坚战的意见》，要求不断健全京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原大气污染联防联控常态化工作机制，推动苏皖鲁豫交界、蒙宁陕交界、成渝等地区加快建立区域协作机制。重点区域完成65蒸吨/小时及以上燃煤锅炉节能和超低排放改造，燃气锅炉基本完成低氮改造。稳步推进钢铁行业超低排放改造和评估监测，建材行业产能较大的地区因地制宜研究开展水泥、陶瓷等行业超低排放改造。同月，生态环境部印发了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南(2020年修订版)》(环办大气函〔2020〕340号)，并配套制定了《重污染天气重点行业绩效分级实施细则》，细化了重点行业绩效分级指标，起到鼓励“先进”、鞭策“后进”的作用，支持、促进企业高质量发展。
　　2020年10月，生态环境部相继印发了《京津冀及周边地区、汾渭平原2020-2021年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》(环大气〔2020〕61号)《长三角地区2020—2021年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》(环大气〔2020〕62号)，将实施企业绩效分级分类管控，持续推进清洁取暖和散煤治理，有序推进钢铁行业超低排放改造、工业炉窑和燃煤锅炉治理等，确保如期完成打赢蓝天保卫战既定目标任务。
　　此外，《燃煤电厂大气污染物超低排放技术验证评价规范》(T/CSES 09-2020)正式发布，该标准规定了燃煤电厂大气污染物超低排放技术的资料收集、验证评价指标、测试要求、验证评价等具体要求，适用于燃煤电厂大气污染物超低排放单项技术或组合技术的验证评价。该标准的发布为燃煤电厂大气污染物超低排放技术的评估、转化、推广应用提供了参考依据，也为电除尘技术作为燃煤电厂超低排放标配技术提供了评价依据，对促进火电行业技术进步、引领产业绿色发展具有重要意义。
　　2. 产业发展
　　2020年，电除尘产业面临四大挑战：一是因新冠疫情停工停产、国际形势复杂多变的双重冲击，二是煤电行业大气治理业务增长乏力、非电行业的市场份额受袋式除尘挤压的市场竞争，三是钢材价格持续增长、企业人工成本增加、企业投融资成本高的经营压力，四是疫情导致国际市场的开拓不畅。受疫情影响，第一、二季度电除尘企业开工率不足，营收和利润同比均下滑。随着国内疫情逐步得到控制，行业复工复产持续推进，各地环保项目加速释放，电除尘企业业绩得到恢复。据不完全统计，2020年度电除尘主要企业经营保持稳定，但低毛利率的工程比例增加，与电除尘业务相关的各项经济指标与2019年同期相比略有下降。
　　面对挑战，电除尘企业紧抓国内国际“双循环”的新发展机遇，育新机开新局，主动作为、主动转型，利用新技术、新渠道积极开拓市场、创新服务，在新发展阶段努力推动企业的高质量发展，使电除尘产业总体形势保持稳定。
　　为应对钢材价格波动给电除尘产业带来的影响，电除尘委员会在2020年9月1日发布了《关于贯彻落实<电除尘工程合同引入钢材价格波动条款指南> 的通知》，得到主要电除尘企业的响应。企业结合自身实际，遵守诚信原则，积极落实《指南》精神，实现了供需双赢，促进了电除尘产业的良性循环。
　　3. 关键技术
　　(1)低低温电除尘技术升级
　　低低温电除尘技术应用于火电燃煤机组运行一段时间后，换热器磨损产生的泄漏、堵灰等风险，会影响设备的安全运行。整体式螺旋翅片管、椭圆管、真空光管等升级产品有效解决了上述问题，为低低温电除尘技术的持续推广应用保驾护航。
　　(2)径流式电除尘技术
　　以燃煤电厂烟尘排放浓度低于5mg/m³、提升节能减排效果为目标，通过新型放电极、泡沫金属阳极板等收尘系统研发，蒸汽和压缩空气吹扫等吹扫系统研发，DCS远程控制、热风系统控制等控制系统研发，开发出具有除尘效率高、可靠性高、稳定性好、能耗和水耗较低、运行费用低等优势的径流式电除尘器。在燃煤电厂烟气脱硫后烟尘浓度低于30mg/m³的条件下，径流式电除尘器可将烟尘排放浓度控制在1.5mg/m³以下。该技术获得了2020年度环境技术进步奖二等奖。
　　(3)离子风技术
　　电除尘器内部流场形态对颗粒物的捕集有很大的影响，尤其是亚微米颗粒的捕集与其在电除尘器内运动轨迹息息相关。西安建筑科技大学基于粒子成像测速技术(PIV)的电除尘器流场可视化实验，提出了电除尘器的两个优化方向。一是对流场的调控，减弱离子风对流场以及细颗粒物捕集效率的影响；二是对电除尘器的结构进行改造，诱导出合理的流型，利用离子风来提高细颗粒物的捕集效率。龙净环保针对传统机械除雾技术对脱硫后烟气中的PM2.5、SO3和雾滴等污染物负荷适应性差、性能不稳定的问题，开发了EPM电风拦截技术。采用窄间距、通流式、紧凑型电场，并创新应用烟气引流与预荷电复合技术，实现了气流均布及烟气粒子快速荷电的双重效果，解决了高风速(5——6 m/s)、低阻力(100——150 Pa)条件下烟气污染物的深度净化，且在各种负荷下均能保持稳定高效运行和超净排放。相比于机械除雾技术，可减少近50%的阻力损失。
　　(4)模拟仿真技术
　　龙净环保采用连续介质数值方法、离散单元模拟方法、理论控制方程与经验关联式结合等方法，建立一系列不同尺度、不同区域的电除尘器模拟仿真子模型，如气流模型、电场模型、颗粒流模型、颗粒荷电模型、比电阻模型、酸冷凝模型等。将这些相对孤立的子模型通过不同方法联系起来，集成一个电除尘器综合模型，并进行一系列实验验证，形成电除尘器系统模拟仿真技术。通过该技术可实现除尘器的性能预测、设计指导等。该技术获得了2020年度环境保护科学技术奖二等奖。
　　(5)控制技术
　　龙净环保通过运用大数据技术深度学习算法，构建电除尘的每个室在不同工况下，运行参数与出口粉尘、运行能耗的关联模型；运用群智优化算法，以出口粉尘和能耗同时最小为目标，计算出各室的运行参数非劣解集合；再依据专家择优策略，筛选出电除尘器总出口粉尘排放不超标条件下的最小能耗组合，作为电除尘器的最佳运行策略。智慧环保监控设备通过互联网连接远程数据分析平台，将平台分析得出的控制策略，实时在线推送，指导相关人员操作设备或者远程数据分析平台将数据模型训练完成后，把模型和智能控制系统部署在生产控制区的人工智能服务器上，实现对生产区电除尘设备的智能控制。
　　浙江大维开发的IEMS电除尘智慧能量管理系统，结合了智慧能量控制、无功调节、谐波治理、云端大数据支持等功能，可提高设备稳定可靠性，并在排放达标的前提下节能降耗，综合节能量可达10——60%。该系统已成功应用于华能安源电厂600MW机组等多个电厂，节能效益可观。
　　(6)节能技术
　　当前煤电机组中低负荷运行常态化，超低排放改造完成后，需要在不同工况下降低电除尘的运行能耗，在确保排放达标的前提下实现节能降耗和优化运行。西安热工研究院对多种负荷(100%、75%、50%负荷)、多种工况下电除尘器和湿式电除尘器的排放和节能情况进行研究表明：660 MW超超临界燃煤机组在中低负荷下，湿式电除尘器采用节能模式会导致总烟尘排放浓度显著升高，但PM10、PM2.5浓度变化不显著，且粒径越小变化越小；在保证实现超低排放的前提下，中低负荷下湿式电除尘有一定的节能空间。
　　(7)电除尘技术在耦合生物质发电中的应用
　　2018年6月批准建设的84个燃煤机组(包括300MW亚临界至1000MW超超临界燃煤机组)的生物质耦合发电试点项目已在2020年期间陆续投运，其中华能珞璜电厂2×600MW污泥耦合发电项目的成功投运，将推动煤电行业在较大范围进行生物质耦合发电改造工作。掺烧污泥对电除尘器的影响主要体现在两个方向：一是由于污泥含水率较高，影响除尘效率，可能会出现出口粉尘超标的问题。二是污泥中的重金属种类、含量与煤相比有较大的差异，应在现行燃煤电厂排放标准中补充重金属的限值，或者专门针对燃煤电厂掺烧污泥，制定电除尘灰中重金属的排放标准。
　　(8)电除尘技术在烟气脱汞中的应用
　　电除尘除尘具有协同脱汞作用。浙江大学相关研究表明，电除尘中汞的吸附主要有悬浮颗粒吸附和壁面颗粒层吸附两种机制，壁面吸附除汞效率较低。电除尘协同脱汞效率受烟气速度和运行电压影响，烟气速度越低、协同脱汞效率越高，当运行电压升高时，协同脱汞效率先迅速增加后缓慢降低。山东电力工程咨询院和武汉大学研究了各超低排放路线的协同脱汞性能，发现以低低温电除尘为核心的技术路线协同脱汞性能最佳。从脱汞效率和脱汞稳定性来看，低低温电除尘器>电袋除尘器>普通电除尘器，温度、飞灰颗粒粒径对除尘器脱汞效率影响很大。
　　(9)电除尘技术在协同脱硫废水中的应用
　　针对脱硫废水零排放的难题，华中科技大学、武汉天空蓝环保在鄂州电厂330MW机组上创造性地采用团聚除尘协同脱硫废水蒸发技术，利用脱硫废水配制团聚剂除尘，有效地解决脱硫废水零排放的难题，同时大幅提高电除尘器的除尘效率、降低烟气中的SO3含量。
　　(10)BIM技术在电除尘工程建设全过程中的应用
　　在电除尘工程规划、设计、施工、运行维护的全生命周期中，应用BIM(Building Information Modeling)技术建立电除尘器的模型，通过数据库进行系统分析计算、参数优化设计、三维模拟检查碰撞等，使工程造价估算更精确，提高了设计的准确度和项目管控能力，实现项目的可视化、集成化、协同性、仿真性和动态化管理。该技术在电力、钢铁工程建设中逐渐得到应用，荥阳2×660MW机组超低排放工程、邹县2×1000MW机组超低排放工程、一些湿式电除尘器工程等均应用了BIM技术，减小了工程投资，节约了工期，降低了能耗。另外，一些海外工程项目中也要求工程设计单位提供基于BIM技术的数字化交付产品。
　　4. 示范工程
　　(1)单机容量1350MW燃煤机组配套电除尘器成功投运。
　　被业界称为“251工程”的申能安徽平山电厂1350MW工程，是新型高效、洁净、低碳超超临界燃煤发电机组，由菲达环保承建的五电场低低温电除尘器和浙江佳环电子提供的高频电源、脉冲电源，除尘效率>99.9%，协同脱汞效率>70%，机组实现超低排放。
　　(2)神华国能宁夏鸳鸯湖2×1000MW超超临界机组配套电除尘器成功投运。
　　兰州电力修造有限公司采用前后小分区供电技术、宽极距技术和混合极线技术、大容量的硅整流变压器等多种技术，提高了电控效能，提升了运行电晕功率，保证了运行效率。低温省煤器投运时，除尘器出口排放浓度≤6mg/m3；低温省煤器未投运时，出口排放浓度≤8.1mg/m3，各项性能指标达到国际先进水平。
　　(3)印度尼西亚德信钢铁2×230m2烧结机机头电除尘器成功投运。
　　中钢天澄采用烟道及喇叭口流场组合模拟、前后电场极配和电源形式优化匹配等技术，提升电源在恶劣自然环境和工况下的适应能力，提高电除尘器对微细粉尘的捕集效率，除尘器出口排放浓度≤30mg/m3。
　　(4)河南大地水泥5000t/d水泥熟料生产线“高温电除尘器+SCR脱硝”成功投运。
　　西矿环保采用“高温电除尘器+SCR脱硝”的技术路线，高温电除尘器可有效降低脱硝入口含尘浓度，提高催化剂寿命，减少系统能耗，达到了超低排放要求。
　　(5)厦门绿洋环境采用电除尘超低排放集成创新技术，有效突破电除尘难以实现超低排放和持续稳定超低排放的技术瓶颈，承建的中铝、国投山西一批熟料窑、焙烧炉的电除尘改造工程相继投运，电除尘器出口排放浓度≤10mg/m3。
　　二、2021年发展展望
　　1. 政策方面
　　2021年是“十四五”开局之年，是“两个百年”目标交汇与转换之年，生态环境部正在抓紧制定“十四五”生态环境保护规划，将《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出的各项要求转化成具体的“施工图”和“路线图”。目标是“十四五”期间要实现生态环境新的进步、2035 年实现生态环境根本好转。以改善生态环境质量为核心，从注重末端治理向更加注重源头预防和治理，推动生态环境源头治理、系统治理、整体治理。生态环境部将编制《 “十四五”应对气候变化专项规划》，以 2030 年前二氧化碳排放达峰倒逼能源结构绿色低碳转型和生态环境质量协同改善，倒逼总量减排、源头减排、结构减排，推动产业结构、能源结构、交通运输结构、农业结构加快优化调整。以细颗粒物和臭氧协同控制为核心，探索重点污染物协同治理。继续深入打好污染防治攻坚战，补齐环保领域投资短板，缓解环保行业融资难题。
　　2. 市场方面
　　电除尘产业虽然面临较大的挑战，但也蕴含着发展的重大机遇，企业主动融入国内国际双循环战略的大格局中，仍有非常好的舞台，未来值得期待。
　　(1)电力行业
　　国际能源署制定的2030 年燃煤电厂污染物排放目标：烟尘<1mg/m3，SO2<10 mg/m3，NOx<10 mg/m3。目前中国已有部分电厂稳定实现了国际能源署2020 年的目标，但与 2030 年的目标尚存在差距。电除尘企业在煤电行业“十四五”期间有五大发展机遇：
　　一是至2019年底全国约8.9亿千瓦煤电机组实现了超低排放，占煤电总装机容量86%，还有14%未达到超低排放的煤电机组要实现超低排放。“十四五”期间除了部分淘汰关停之外，约1.3亿千瓦煤电机组开展超低排放深度攻坚。该部分机组主要涉及燃用低挥发分无烟煤机组、未改造的循环流化床机组及部分小容量机组。
　　二是新建机组的超低排放，以及由于前期超低排放工期紧、投资低导致排放不达标的再改造项目，未来几年会有二次改造的市场。
　　三是随着《电除尘器》(待发布)和《除尘器能效限定值及能效等级》(GB 37484-2019)的实施，传统的电除尘及电控设备预计未来几年也存在改造机会。
　　四是电除尘在燃煤锅炉耦合生物质(农林废弃残余物、市政污泥的资源化)发电中的应用，以及在特殊煤种(低热值煤及高灰煤)的应用等领域存在机会。
　　五是为实现多污染物深度控制和协同控制，电除尘在协同处置煤电废气、废液、固废、重金属等非常规污染物方面会发挥重要作用。
　　(2)非电行业
　　随着煤电超低排放改造的趋于完成，非电烟气治理改造需求持续升温。钢铁、焦化、水泥等行业的大量企业仍未能完成超低排放改造或未达到新的特别排放限值要求，烟气治理市场空间前景广阔。
　　按照《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》的要求，截至2020年11月27日，全国共有229家企业6.2亿吨左右粗钢产能(重点区域165家企业5.2亿吨左右粗钢产能)已完成或正在实施超低排放改造，其中，重点区域共103家钢铁企业约3.2亿吨粗钢产能正在开展超低排放改造评估监测工作。随着《重污染天气重点行业绩效分级实施细则》工作的不断深度开展，将有助于带动钢铁、建材、有色、焦化、铸造等重点行业的超低排放改造工作。电除尘技术需要在适应性、可靠性、稳定性等多方面进行深入研究，以应对非电行业不同工况条件、不同运维水平、不同除尘技术等方面的严峻挑战。
　　(3)国际市场
　　2021年的电除尘产业国际市场的开拓将会是最艰难一年，市场萎缩严重，全球电力需求明显下降，以及能源转型和建设成本的降低，能源开发主体转向水电、风电、光伏和太阳能等取代化石能源发电，进一步挤压了电除尘器国际市场。现阶段以消化在手项目为主，新项目开拓宜采用“借船出海”的设备供货为主，2021年国际市场订单将趋于平缓。
　　3. 技术方面
　　在十四五期间电除尘企业要在智能化、资源化、标准化三个方向加大发展力度，通过利用大数据进行精准分析和运用，提升精准解决问题的能力和服务效率。
　　(1)精细化提效技术将是电除尘技术未来的发展趋势之一。电除尘技术将从“通用技术”向“难、特、协同”技术转型，如特殊煤种超低排放技术，SO3、PM2.5、气溶胶、汞等多种污染物协同脱除技术；从“粗放”向“效能”转型，如节能技术改造；从传统行业向相关行业延伸，如非电行业、生物质发电、工业炉窑烟尘处理等。
　　(2)电除尘技术在多煤种、宽负荷、变工况下实现超低排放的研究应用。
　　(3)高压电源作为电除尘器的核心装置，向控制的智慧化、运维的智能化、能耗的节约化发展。
　　(4)充分利用大数据、智能学习等手段对技术数据进行归纳与模拟，推动电除尘器合理选型，实现运行的精准控制和智慧节能。
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