陶瓷滤管 vs 除尘滤袋：脱硝除尘一体化技术深度解析

在工业烟气净化领域，尤其是生活垃圾焚烧、生物质能利用、工业废物处理、市政污泥处置及危险废物焚烧等场景中，布袋除尘器因其高效的除尘性能而成为主流设备，有效保障了烟气颗粒物的排放达标。近二十年来，随着陶瓷过滤管除尘技术的快速发展，我国钢铁冶炼、火力发电及垃圾焚烧发电等行业相继实施了“超净排放”标准体系，对氮氧化物等污染物的排放控制要求显著提高。
在此背景下，催化剂附着滤袋除尘器与催化剂附着陶瓷滤管除尘器的出现，使得除尘与脱硝一体化工艺受到了广泛关注。高温陶瓷滤管技术在烟气净化领域的应用迅速增长。与传统的布袋过滤器类似，陶瓷滤管也主要依靠筛分机制进行除尘，但其耐腐蚀性和耐高温性能更为突出。随着陶瓷滤管制造技术的成熟，以及火电、垃圾焚烧等行业对烟气粉尘排放标准的严格要求，陶瓷滤管过滤技术得到了快速发展。

近年来，氮氧化物排放标准的提高使得传统的SNCR脱硝技术难以满足需求。因此，国内外开始关注催化剂附着滤袋与催化剂附着陶瓷滤管工艺，推动了高温陶瓷滤管除尘脱硝一体化技术的发展。

滤袋与催化剂附着滤袋的研究

滤袋的过滤方式主要有三种：深层过滤、覆膜过滤和表层过滤。深层过滤是最传统的过滤方式，直接通过滤料层过滤烟气。覆膜过滤是在传统滤料的迎烟面附着一层微孔薄膜，孔径通常小于2μm，有效防止颗粒物进入滤料内部。表层过滤则是在传统滤料的迎烟面附着一层超细纤维，同样起到阻止颗粒物进入滤料内部的作用。
布袋除尘器的核心是滤袋材料。目前，滤袋的主要材质包括聚苯硫醚（PPS）、聚亚酰胺（P84）、聚四氟乙烯（PTFE）和玻璃纤维（GL）等。为了融合各种滤袋材质的优点，克服其缺点，复合型滤袋也逐渐普及。
随着氮氧化物排放标准的提高，脱硝除尘一体化的布袋除尘器受到关注。其关键技术在于催化剂附着滤袋的研发。将锰系或钒系催化剂附着在滤袋表面，并在布袋除尘器中或其进口烟道中喷入氨气，在催化剂的作用下，氨气与烟气中的氮氧化物反应生成氮气。这与选择性催化还原（SCR）反应器的原理类似，即在催化剂作用下，还原剂NH3在180～400℃的条件下选择性地将NO和NO2还原成N2，几乎不发生NH3与O2的氧化反应，从而提高了主反应选择性，减少了还原剂的消耗，降低了成本，并有助于控制氨逃逸。

陶瓷滤管与催化剂附着陶瓷滤管的研究

陶瓷滤管主要由硅酸铝材质制成，具有良好的微孔性能、耐高温、耐腐蚀和耐氧化特性，且本体具有一定刚度，无需外部支撑，适用范围广泛。随着我国对颗粒物排放标准的日益严格，陶瓷滤管的应用价值显著提升。
陶瓷滤管的孔径可根据烟气特性定制，最小可小于1μm，常见的孔径为2～3μm，净化后的烟气中粉尘含量低，小于5mg/m³，甚至可稳定在1mg/m³以下。与催化剂附着滤袋类似，陶瓷滤管表面也可附着锰系或钒系催化剂，实现脱硝除尘一体化。陶瓷管表面可附着比表面积极大的纳米级催化剂颗粒，其不规则纤维结构增加了气体分子与催化剂颗粒碰撞接触的频率，从而提高了脱硝效果。
陶瓷滤管本身可耐受1000℃的高温，其运行温度主要取决于催化剂的最佳使用温度和烟气温度。

催化剂附着滤袋与催化剂附着陶瓷滤管的对比研究

催化剂附着滤袋与催化剂附着陶瓷滤管在除尘与脱硝方面的原理基本相似：除尘以筛分为主要机制；脱硝均采用氨气为还原剂，催化脱硝，且两者所用催化剂主要为锰铁/钒钛系催化剂。然而，滤袋的适用温度约为120～280℃，因此滤袋附着催化剂以中温和低温催化剂为主。
陶瓷滤管的适用温度范围更广，最高可达700℃，因此可根据具体烟气特性和行业特点选择低温、中温或高温催化剂。这避免了因烟气温度过高必须采取降温措施后才能进入除尘器的现象，有助于降低能耗。
目前，中温和高温脱硝催化剂的脱硝效率比低温催化剂更高，且价格相对较低。此外，烟气中的三氧化硫会与氨气反应生成硫酸氢铵、硫酸铵等硫铵化合物。硫酸氢铵黏性极大，随着温度的降低，其黏性增强。当反应温度低于150℃时，硫酸氢铵会以液态形式附着在催化剂表面，吸附飞灰，堵塞催化剂孔隙，导致催化剂失活。因此，陶瓷滤管在中高温下稳定运行的特点有利于提高脱硝效率，延长催化剂的使用寿命。
布袋除尘器和陶瓷滤管除尘器的在线反吹技术均可有效延长催化剂的寿命。虽然颗粒物会在滤袋表面沉积，但部分微小粒径的颗粒物仍可能进入滤料内部。当其与滤袋附着的催化剂接触时，容易堵塞催化剂表面的孔隙，引起催化剂中毒。此外，烟气中的碱金属也会降低催化剂的活性。因此，随着滤袋运行时间的延长，催化剂的活性会逐步降低。布袋或陶瓷滤管除尘器的定时反吹除灰，可有效减缓微小颗粒物对催化剂的影响，延长附着催化剂的寿命，使脱硝催化剂的使用寿命与滤袋、滤管的使用寿命更为接近，从而有效减少了废催化剂的产生量。
采用催化剂附着滤袋技术，可在几乎不改变布袋除尘器占地面积的基础上，实现脱硝除尘一体化，有效减少烟气净化设备的占地面积，特别适用于空间受限的新建或改造项目。布袋除尘器滤袋的高度一般为6米左右，除尘器本体的高度为20～25米左右。但陶瓷滤管除尘器滤管的尺寸一般最长为3米左右，滤管除尘器的高度为18～20米左右。因此，陶瓷滤管除尘器的占地面积比布袋除尘器大。
在危险废弃物焚烧、垃圾焚烧等烟气中，除常规污染物外，还含有二噁英类物质，附着催化剂的滤袋和陶瓷滤管均对二噁英有一定去除效果。例如，当催化剂附着陶瓷滤管在约250℃温度下运行时，在钒钛催化剂的作用下，可通过苯环中的氯键打开分离出氯化氢的方式来分解烟气中的二噁英。
与许多行业使用活性炭吸附二噁英相比，催化分解法具有明显优势。二噁英被活性炭吸附后，随活性炭转入飞灰中，需送至危废处理厂处置或稳定化后送入卫生填埋场分区填埋，在此过程中，依然存在二噁英逸出的可能性。而催化剂附着滤袋或陶瓷滤管则是分解二噁英而非转移，且催化剂附着陶瓷滤管对二噁英的去除效率可高达99%以上。
采用脱硝催化剂附着滤袋的布袋除尘器目前仍处于实验室研发阶段，尚无实际工程应用案例。但高温陶瓷滤管脱硝除尘一体化设备已在国内外建筑垃圾焚烧、废污泥焚烧、玻璃窑、有色金属、生物质电厂、危险废弃物焚烧、水泥窑等众多行业实现工程化应用。

结语

我国钢铁、火电、生物质焚烧、生活垃圾焚烧发电和危险废弃物焚烧等众多工业领域近年来均面临着烟气排放标准日益严格的现状。新建项目往往采用传统工艺与其他多种工艺组合的技术路线来满足更为严格的排放标准，但这导致了烟气净化工艺路线的增长，净化设施占地面积与投资均大幅增加。同时，许多原有项目受到场地空间的限制，使用组合工艺进行提标改造较为困难。因此，目前烟气净化领域对集多种功能于一体的烟气净化设备的需求极为迫切。
本文所介绍的催化剂附着滤袋与催化剂附着滤管的工艺，均可实现脱硝除尘一体化，同时还可有效去除烟气中的二噁英等其他有毒有害成分，实现多种污染物的协同处置，有效降低设备运行维护的难度，应用行业广泛，尤其适用于烟气处理量较小的项目。因此，脱硝除尘一体化滤袋与陶瓷滤管工艺的应用是烟气净化领域未来的发展趋势之一。