催化滤袋在垃圾焚烧烟气多污染物去除中的应用

侯海瑞*

（托普索（中国）公司）

0 引言

随着社会不断发展，生活垃圾及危险废物的处理需求也逐年增加，而焚烧是垃圾无害化处理的一种重要方式，越来越受到社会的关注。以生活垃圾焚烧处理为例，《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》中提出：到2025 年底，全国城镇生活垃圾焚烧处理能力达到 80 万t/d 左右，城市生活垃圾焚烧处理能力为 65%左右。二噁英是垃圾焚烧产生的烟气中的一种污染物，由于其具有极强的毒性、致癌、致畸和致突变性，并且在环境中很难被降解，已经受到非常严格的管控，并且随着污染物治理技术不断发展，烟气中二噁英的排放限值要求也变得越来越严格。由于传统的物理吸附去除二噁英的方式受到吸附剂的质量及操作工艺的影响，运营工厂无法保持持续、稳定的排放。同样氮氧化物的去除已经采用SNCR 工艺的焚烧厂不仅面临着氮氧化物排放值不达标的风险，同时也面临着大量氨逃逸的问题。

1 催化过滤技术

1.1 催化过滤原理

催化过滤是将催化反应与表面过滤技术相结合，将纳米材料催化剂浸渍在多孔过滤介质上，通过控制催化剂浸渍厚度及催化剂搭载量来实现最佳的催化剂负载效果，在一种过滤介质上完成过滤和催化反应过程。根据不同的处理要求，完成对烟气中的尘、氮氧化物（NOx）及二噁英类（PCDDs/PCDFs）的一体化去除功能。此外，通过改变催化剂配方，在去除氮氧化物（NOx）的同时，还可以实现同步去除VOCs和CO。催化过滤的原理如图1 所示。

图1 催化过滤原理示意

致密的过滤层表面可拦截烟气中的颗粒物，被拦截的颗粒物首先会在滤材表面形成稳定的滤饼，随着滤饼层厚度不断增加，对颗粒物的过滤效率也越来越高。过滤后的烟气进入浸渍催化剂层，气态污染物在催化剂的作用下被分解成无害的气体，从而完成催化反应过程。

1.2 催化滤袋介绍

催化滤袋是一种除尘、脱氮氧化物和二噁英的技术产品，很早就被欧美发达国家的垃圾焚烧厂使用。托普索在2015 年研发成功CataFlexTM 催化滤袋，并首次在水泥窑炉中应用。该产品的创新点在于采用双层设计将产品分成内、外袋，外层袋为PTFE 覆膜过滤滤袋，内层袋是由整体浸渍了催化剂的针刺毡制成的催化袋,

催化滤袋可在一台除尘器设备上实现除尘、脱硝、脱二噁英类污染物的功能，还可以与SNCR 搭配使用共同去除NOx并控制氨逃逸量，具有占地面积小、工艺流程简单、综合运营成本低的特点。与干法脱酸工艺搭配使用，还可实现垃圾焚烧烟气多污染物的同步去除功能。

2 催化滤袋在垃圾焚烧烟气净化中的应用

2.1 标准及法规

欧盟委员会于2019 年12 月3 日发布了委员会执 行 决 议：《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) 》，发布了最新的垃圾焚烧行业污染物控制最佳可行性技术（BAT）参考文件（BREF），其中BAT 29 和BAT 30 分别将催化滤袋（Catalytic filter bags）作为去除焚烧烟气中NOx、N2O、CO、NH3及二噁英类污染物的技术之一，适用范围是在新建或已有的袋式除尘器内安装催化滤袋。

采用催化滤袋除尘、脱硝及分解二噁英类污染物的方式，在欧美国家的垃圾焚烧厂早已经被使用过。此外，在新加坡以及中国澳门,台湾等地区都已经得到了推广应用。

表1 所示为欧盟国家执行的最新二噁英类、氮氧化物及氨排放限值要求。

从表1 可以看出，欧盟对垃圾焚烧厂烟气中二噁英的排放限值已经控制到0.01～0.06 ng-TEQ/Nm3范围内，针对氮氧化物及氨逃逸排放限值也变得越来越严格。对比我国国家及各地方排放标准要求，污染物的排放限值要求与欧盟标准还是有一定差距，尤其是二噁英类污染物的排放限值。如表2 所示，即使最严的地方标准，二噁英类污染物的排放限值标准要求也仅为0.1 ng-TEQ/Nm3。

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

表2 我国国家及地方标准二噁英类污染物排放限值

目前仅有深圳市颁布的SZDB/Z 233—2017 《生活垃圾处理设施运营规范》要求垃圾焚烧厂烟气排放指标全部达到或优于欧盟标准，将二噁英类污染物排放限值加严到0.05 ng I-TEQ/Nm3，可以预见，未来我国在垃圾焚烧行业的二噁英类污染物排放限值要求必然要继续向欧盟标准看齐。

2.2 催化滤袋在医疗废弃物焚烧烟气除尘及分解二噁英的应用

泰国的某家医疗废弃物焚烧厂采用传统的活性炭吸附+布袋除尘工艺去除烟气中的尘及二噁英类污染物。泰国当地政府要求医疗废物焚烧厂的二噁英排放指标为低于0.5 ng-TEQ/Nm3,为了满足排放要求，该焚烧厂通过增加活性炭的喷入量来提高二噁英的捕集效率，但即使喷入过量的活性炭，二噁英的排放浓度也无法达到政府要求。

由于采用活性炭物理吸附的方法并不能彻底去除二噁英，为了从根本上解决二噁英的排放问题，2018 年初该客户通过采用在现有布袋除尘器内安装312 条Topsoe 的CataFlexTM催化滤袋的方法，来实现二噁英的彻底分解和达标排放的目标。CataFlexTM催化滤袋为双层设计，外层过滤滤袋采用PTFE 针刺毡覆PTFE 膜材料，高效去除颗粒污染物，内层滤袋浸渍托普索独有的催化剂可分解二噁英。

系统稳定运行后，2018 年3 月经SGS 泰国公司检测得到出口二噁英含量小于0.02 ng-TEQ/Nm3，该数值已经远低于当地政府要求的排放限值。当装置稳定运行半年后，Topsoe 研发人员对该装置的二噁英数据进行了独立检测，通过对WHO 规定的17 种具有毒性当量二噁英类同类物（PCDDs/PCDFs）进行了去除效率对比，在没有活性炭喷入的情况下，单独采用催化滤袋催化分解二噁英，二噁英类污染物总量去除效率可达到99%以上。

此外，在不同的催化滤袋除尘器进口温度条件下，检测进口和出口的二噁英总量，并对比了去除效率。从表3 数据可知，即使在160 ℃的进口温度条件下，催化滤袋对二噁英的分解去除效率依然可以达到96.9%。

表3 催化过滤器不同进口温度下二噁英去除效率

2.3 催化滤袋在危废焚烧烟气除尘、脱硝及分解二噁英的应用

在中国台湾高雄地区的某家垃圾焚烧厂，原有的烟气净化处理设施去除氮氧化物采用的是传统SNCR工艺，尘及二噁英类污染物去除则采用活性炭吸附+布袋除尘工艺。烟气经过SNCR 脱硝处理后，出口氮氧化物的排放值不够稳定，此外还存在着大量的氨逃逸现象。采用活性炭吸附二噁英时消耗的活性炭量也比较大，同时增加了飞灰处理量。用户为了使焚烧后的烟气污染物做到长期稳定的超低排放，决定按照欧盟最严的排放限值要求来进行工艺改造。在2020 年底，用户在原有布袋除尘器内安装了Topsoe 最新的CataFlexTM 催化滤袋，在除尘的同时脱除氮氧化物及二噁英，同时控制氨逃逸。烟气条件及运行数据如表4 所示。

表4 烟气条件及运行参数

在正常的工艺操作范围内，氮氧化物去除效率最高可达到80%以上，氨逃逸也能满足排放限值要求。单独采用催化滤袋催化分解二噁英的效率可达99%以上，同时与前端的活性炭搭配使用可使出口二噁英类污染物的排放值达到欧盟法规要求。

3 结语

催化滤袋可以在一台布袋除尘器内实现颗粒物、氮氧化物、二噁英类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连续控制二噁英的排放量，使运营工厂长期、稳定地满足苛刻的环保要求。同时，因为催化滤袋兼具除尘、脱硝的功能，与SNCR 脱硝工艺配合使用，可实现最佳的脱硝效率，并解决了SNCR 装置氨逃逸问题，因此未来在垃圾焚烧工厂烟气的多污染物同步治理应用中，必将受到越来越多的重视。