催化濾袋在垃圾焚燒煙氣多污染物去除中的應用

侯海瑞*

（托普索（中國）公司）

0 引言

隨著社會不斷發展，生活垃圾及危險廢物的處理需求也逐年增加，而焚燒是垃圾無害化處理的一種重要方式，越來越受到社會的關注。以生活垃圾焚燒處理為例，《“十四五”城鎮生活垃圾分類和處理設施發展規劃》中提出：到2025 年底，全國城鎮生活垃圾焚燒處理能力達到 80 萬t/d 左右，城市生活垃圾焚燒處理能力為 65%左右。二噁英是垃圾焚燒產生的煙氣中的一種污染物，由于其具有極強的毒性、致癌、致畸和致突變性，并且在環境中很難被降解，已經受到非常嚴格的管控，并且隨著污染物治理技術不斷發展，煙氣中二噁英的排放限值要求也變得越來越嚴格。由于傳統的物理吸附去除二噁英的方式受到吸附劑的質量及操作工藝的影響，運營工廠無法保持持續、穩定的排放。同樣氮氧化物的去除已經采用SNCR 工藝的焚燒廠不僅面臨著氮氧化物排放值不達標的風險，同時也面臨著大量氨逃逸的問題。

1 催化過濾技術

1.1 催化過濾原理

催化過濾是將催化反應與表面過濾技術相結合，將納米材料催化劑浸漬在多孔過濾介質上，通過控制催化劑浸漬厚度及催化劑搭載量來實現最佳的催化劑負載效果，在一種過濾介質上完成過濾和催化反應過程。根據不同的處理要求，完成對煙氣中的塵、氮氧化物（NOx）及二噁英類（PCDDs/PCDFs）的一體化去除功能。此外，通過改變催化劑配方，在去除氮氧化物（NOx）的同時，還可以實現同步去除VOCs和CO。催化過濾的原理如圖1 所示。

圖1 催化過濾原理示意

致密的過濾層表面可攔截煙氣中的顆粒物，被攔截的顆粒物首先會在濾材表面形成穩定的濾餅，隨著濾餅層厚度不斷增加，對顆粒物的過濾效率也越來越高。過濾后的煙氣進入浸漬催化劑層，氣態污染物在催化劑的作用下被分解成無害的氣體，從而完成催化反應過程。

1.2 催化濾袋介紹

催化濾袋是一種除塵、脫氮氧化物和二噁英的技術產品，很早就被歐美發達國家的垃圾焚燒廠使用。托普索在2015 年研發成功CataFlexTM 催化濾袋，并首次在水泥窯爐中應用。該產品的創新點在于采用雙層設計將產品分成內、外袋，外層袋為PTFE 覆膜過濾濾袋，內層袋是由整體浸漬了催化劑的針刺氈制成的催化袋,

催化濾袋可在一臺除塵器設備上實現除塵、脫硝、脫二噁英類污染物的功能，還可以與SNCR 搭配使用共同去除NOx并控制氨逃逸量，具有占地面積小、工藝流程簡單、綜合運營成本低的特點。與干法脫酸工藝搭配使用，還可實現垃圾焚燒煙氣多污染物的同步去除功能。

2 催化濾袋在垃圾焚燒煙氣凈化中的應用

2.1 標準及法規

歐盟委員會于2019 年12 月3 日發布了委員會執 行 決 議：《Commission Implementing Decision (EU)2019/2010 of 12 November 2019 establishing the best available techniques (BAT) conclusions, under Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council, for waste incineration (notified under document C（2019） 7987) 》，發布了最新的垃圾焚燒行業污染物控制最佳可行性技術（BAT）參考文件（BREF），其中BAT 29 和BAT 30 分別將催化濾袋（Catalytic filter bags）作為去除焚燒煙氣中NOx、N2O、CO、NH3及二噁英類污染物的技術之一，適用范圍是在新建或已有的袋式除塵器內安裝催化濾袋。

采用催化濾袋除塵、脫硝及分解二噁英類污染物的方式，在歐美國家的垃圾焚燒廠早已經被使用過。此外，在新加坡以及中國澳門,臺灣等地區都已經得到了推廣應用。

表1 所示為歐盟國家執行的最新二噁英類、氮氧化物及氨排放限值要求。

從表1 可以看出，歐盟對垃圾焚燒廠煙氣中二噁英的排放限值已經控制到0.01～0.06 ng-TEQ/Nm3范圍內，針對氮氧化物及氨逃逸排放限值也變得越來越嚴格。對比我國國家及各地方排放標準要求，污染物的排放限值要求與歐盟標準還是有一定差距，尤其是二噁英類污染物的排放限值。如表2 所示，即使最嚴的地方標準，二噁英類污染物的排放限值標準要求也僅為0.1 ng-TEQ/Nm3。

表1 歐盟BAT-AELs（2019）二噁英類/氮氧化物/NH3污染物排放限值

表2 我國國家及地方標準二噁英類污染物排放限值

目前僅有深圳市頒布的SZDB/Z 233—2017 《生活垃圾處理設施運營規范》要求垃圾焚燒廠煙氣排放指標全部達到或優于歐盟標準，將二噁英類污染物排放限值加嚴到0.05 ng I-TEQ/Nm3，可以預見，未來我國在垃圾焚燒行業的二噁英類污染物排放限值要求必然要繼續向歐盟標準看齊。

2.2 催化濾袋在醫療廢棄物焚燒煙氣除塵及分解二噁英的應用

泰國的某家醫療廢棄物焚燒廠采用傳統的活性炭吸附+布袋除塵工藝去除煙氣中的塵及二噁英類污染物。泰國當地政府要求醫療廢物焚燒廠的二噁英排放指標為低于0.5 ng-TEQ/Nm3,為了滿足排放要求，該焚燒廠通過增加活性炭的噴入量來提高二噁英的捕集效率，但即使噴入過量的活性炭，二噁英的排放濃度也無法達到政府要求。

由于采用活性炭物理吸附的方法并不能徹底去除二噁英，為了從根本上解決二噁英的排放問題，2018 年初該客戶通過采用在現有布袋除塵器內安裝312 條Topsoe 的CataFlexTM催化濾袋的方法，來實現二噁英的徹底分解和達標排放的目標。CataFlexTM催化濾袋為雙層設計，外層過濾濾袋采用PTFE 針刺氈覆PTFE 膜材料，高效去除顆粒污染物，內層濾袋浸漬托普索獨有的催化劑可分解二噁英。

系統穩定運行后，2018 年3 月經SGS 泰國公司檢測得到出口二噁英含量小于0.02 ng-TEQ/Nm3，該數值已經遠低于當地政府要求的排放限值。當裝置穩定運行半年后，Topsoe 研發人員對該裝置的二噁英數據進行了獨立檢測，通過對WHO 規定的17 種具有毒性當量二噁英類同類物（PCDDs/PCDFs）進行了去除效率對比，在沒有活性炭噴入的情況下，單獨采用催化濾袋催化分解二噁英，二噁英類污染物總量去除效率可達到99%以上。

此外，在不同的催化濾袋除塵器進口溫度條件下，檢測進口和出口的二噁英總量，并對比了去除效率。從表3 數據可知，即使在160 ℃的進口溫度條件下，催化濾袋對二噁英的分解去除效率依然可以達到96.9%。

表3 催化過濾器不同進口溫度下二噁英去除效率

2.3 催化濾袋在危廢焚燒煙氣除塵、脫硝及分解二噁英的應用

在中國臺灣高雄地區的某家垃圾焚燒廠，原有的煙氣凈化處理設施去除氮氧化物采用的是傳統SNCR工藝，塵及二噁英類污染物去除則采用活性炭吸附+布袋除塵工藝。煙氣經過SNCR 脫硝處理后，出口氮氧化物的排放值不夠穩定，此外還存在著大量的氨逃逸現象。采用活性炭吸附二噁英時消耗的活性炭量也比較大，同時增加了飛灰處理量。用戶為了使焚燒后的煙氣污染物做到長期穩定的超低排放，決定按照歐盟最嚴的排放限值要求來進行工藝改造。在2020 年底，用戶在原有布袋除塵器內安裝了Topsoe 最新的CataFlexTM 催化濾袋，在除塵的同時脫除氮氧化物及二噁英，同時控制氨逃逸。煙氣條件及運行數據如表4 所示。

表4 煙氣條件及運行參數

在正常的工藝操作范圍內，氮氧化物去除效率最高可達到80%以上，氨逃逸也能滿足排放限值要求。單獨采用催化濾袋催化分解二噁英的效率可達99%以上，同時與前端的活性炭搭配使用可使出口二噁英類污染物的排放值達到歐盟法規要求。

3 結語

催化濾袋可以在一臺布袋除塵器內實現顆粒物、氮氧化物、二噁英類污染物的同步去除的功能。采用催化分解二噁英的方法能很好地連續控制二噁英的排放量，使運營工廠長期、穩定地滿足苛刻的環保要求。同時，因為催化濾袋兼具除塵、脫硝的功能，與SNCR 脫硝工藝配合使用，可實現最佳的脫硝效率，并解決了SNCR 裝置氨逃逸問題，因此未來在垃圾焚燒工廠煙氣的多污染物同步治理應用中，必將受到越來越多的重視。