既有袋式集塵器可以改用觸媒濾袋嗎？
從五個確認項目到單一隔室試行的順序
01 · WHAT CHANGES
改用觸媒濾袋後，有哪些地方會改變？
觸媒濾袋是在過濾粉塵的濾袋纖維中擔載脫硝觸媒，在袋式集塵器內同時削減粉塵與氮氧化物（NOx）的濾袋。由於脫硝也在集塵器內完成，其配置與另設SCR反應塔的方式不同。
改造範圍可分為以下兩類。
- 沿用的部分（規格相符時）：袋式集塵器本體、花板、濾袋骨架、清灰設備
- 改變或新增的部分：濾袋、濾袋前方的還原劑噴注設備、溫度與壓差管理基準
只更換濾袋不會讓NOx下降。觸媒反應必須在還原劑到達濾袋前已與廢氣混合才會發生。屬於製造商資料的Topsoe觸媒濾袋產品頁也說明，要削減NOx，NH₃等還原劑必須存在於濾袋上遊或在上遊噴注。[1]
觸媒濾袋的結構因製造商而異。Topsoe說明其結構是在標準濾袋內側加入觸媒纖維層。[1] Gore說明其結構是結合去除粉塵的ePTFE膜與PTFE基材的觸媒針軋氈。[2] CataFill™是在擔載觸媒的PTFE不織布上貼合ePTFE膜的觸媒濾袋。由於結構不同，本文介紹的公開案例數值，只能視為不同結構的案例來解讀。
圖中的編號與第02節的確認項目相同。廢氣從左側風管進入，通過濾袋後從右側風管排出。深藍色濾袋是觸媒濾袋，橘色儲槽與管線是新增的還原劑噴注設備。
資料來源：依MICROONE股份有限公司自有技術資料 · AI輔助示意圖 · 與實際形狀、尺寸不同
02 · FIVE CHECKS
更換前要確認哪些項目？
需要確認的項目有五個。下表整理每個項目要看什麼數值，以及該數值為何重要。
| 確認項目 | 要看什麼 | 為何重要 |
|---|---|---|
| ① 運轉溫度 | 正常、低負載、起動時袋式集塵器入口溫度的最低值 | CataFill™的適用溫度為廢氣120～200°C，NOx削減建議在180°C以上。溫度偏低時削減率下降，並可能生成硫酸氫銨（ABS）。詳細內容請見SCR觸媒性能為什麼會下降？毒化、溫度與氨逸散。 |
| ② 還原劑噴注 | 是否已有SNCR設備、袋式集塵器前方噴嘴位置與混合距離、管線冷凝水與噴嘴堵塞對策 | 還原劑必須在到達濾袋前與廢氣混合，觸媒反應才會發生。用量可利用尿素、氨用量計算器估算。 |
| ③ 集塵器規格 | 花板孔徑、濾袋骨架直徑、長度、鋼線數、濾袋長度、過濾速度（A/C） | 濾袋必須與花板及濾袋骨架相符，因此需要圖面與實測尺寸。過濾速度（處理風量除以過濾面積的值）可用過濾速度計算器確認。 |
| ④ 壓差與清灰餘裕 | 目前壓差趨勢、風機餘裕、能否依隔室個別調整清灰壓力 | 裝入觸媒濾袋後壓差可能上升，也可能需要調整清灰壓力。第03節介紹公開案例。 |
| ⑤ 廢氣成分 | SO₂、SO₃、鹼金屬、重金屬等觸媒毒化物質、水分、是否設有酸性氣體處理設備（半乾式、乾式反應塔） | SO₂、SO₃可能影響ABS生成，鹼金屬、重金屬可能導致觸媒性能下降。 |
以下情況無法只靠更換濾袋判斷
遇到以下五種情況時，不應判斷為單純更換，而需另外檢討是否要補強設備以及能否適用。
- 袋式集塵器入口溫度有超出CataFill™適用溫度範圍（120～200°C）的時段，或無法維持NOx削減建議溫度（180°C以上）的時間較長
- 難以在濾袋前方確保噴注與混合還原劑的位置或配管路線
- 花板、濾袋骨架規格與濾袋規格不符
- 風機與清灰設備沒有餘裕，壓差稍微上升就會影響運轉
- SO₂、SO₃偏高但濾袋前方沒有酸性氣體處理設備，或觸媒毒化物質較多
03 · PRESSURE DROP AND LIFE
壓差與濾袋壽命會如何改變？
壓差可能依現場條件略為上升，因此應事先確認風機與清灰的餘裕。以下介紹一個公開的實證案例及其條件。
丹麥環境保護署（Miljøstyrelsen）2022年的報告，探討在英國Snetterton生質能電廠的一個隔室裝設Topsoe CataFlex™觸媒濾袋的試驗。[3] 該電廠是以稻草為主要燃料的50 MWe設施。報告指出，裝入觸媒濾袋的隔室壓差比一般濾袋隔室高2～3 mbar（200～300 Pa，約20～30 mmH₂O），並評估此差距相較於整個廢氣系統的壓差屬於小幅。[3]
同一份報告說明，裝有觸媒內袋的集塵器通常需要略高的清灰壓力。不過，該設備無法依隔室個別調整清灰壓力，因此無法只對該隔室施加較高壓力。[3]
不行。上述案例是在外層濾袋內加入觸媒袋、結構不同的產品在單一現場的結果。運轉條件也不同，因此不套用為CataFill™的壓差或清灰條件。
CataFill™的壓差可依韓國環境新技術（NET）第631號的認證範圍（100 mmH₂O以下）確認。個別現場的壓差依運轉條件而異。
CataFill™的更換週期通常約為2年
在韓國現場，SCR觸媒的保固期間大多為2～3年。CataFill™的更換週期通常也約為2年，與SCR觸媒的保固期間相當。
不過，更換週期因現場而異。CataFill™的更換週期也會依運轉溫度、毒化物質與清灰條件而變化。
04 · FIELD LESSONS
現場可能在哪些地方卡關？
前面提到的丹麥報告，也是一個未能完成現場脫硝試驗的案例。[3] 在此案例中，問題先出現在送入還原劑氨的系統，而不是觸媒。
報告記載的經過如下。首先，噴注管線處於負壓（真空）狀態，冷凝水無法排出而堵塞。接著，位於濾袋粉塵側的噴嘴受到污染。之後已沒有足夠的正壓把氨送入，報告認為原因可能是濾袋壓差略為上升。最後因時間與預算用盡，這部分試驗被中止。[3]
同一份報告從使用6個月、14個月、22個月後的觸媒濾袋取樣，在實驗室進行活性試驗，評估活性沒有明顯下降。[3] 此結果是實驗室試驗，而非現場脫硝試驗，也僅是Topsoe產品的單一案例。
在溫度方面，報告指出，此類產品為避免過多ABS污染，通常需要將濾袋溫度提高到約185°C以上（若尚未達到）。該電廠平常的濾袋溫度為200～210°C。[3] CataFill™的運轉溫度則另以適用溫度120～200°C、NOx削減建議180°C以上為基準。
從公開案例學到的檢查重點
- 噴注管線：在設計階段確認冷凝水積存位置與排放方法
- 噴嘴：位於粉塵側之噴嘴的污染檢查與清潔方法
- 噴注壓力：濾袋壓差上升後仍能送入還原劑的壓力餘裕
- 試驗計畫：包含修整噴注系統所需時間的試驗期間與量測計畫
上述檢查重點來自單一公開案例，並不表示每個現場都會發生相同問題。
05 · PILOT FIRST
依什麼順序導入比較安全？
若袋式集塵器分為多個隔室，可以先在一個隔室試行。導入順序可整理為四個步驟。
圖例：橘色箭頭為污染氣體流入，淺藍色箭頭為處理後氣體排出。每個隔室各有獨立的進氣管與排氣口。
資料來源：依MICROONE股份有限公司自有技術資料 · AI輔助示意圖 · 與實際形狀、尺寸不同
前述公開案例也是在1,568支濾袋中，先只對一個隔室的196支導入。[3] 各步驟要看什麼、依結果決定什麼，如下表所示。氨逸散是指未反應而從煙囪排出的氨。
| 步驟 | 看什麼、以什麼數值確認 | 由誰確認 | 依結果決定什麼 |
|---|---|---|---|
| 1. 檢視運轉資料 | 第02節五個項目：廢氣量與溫度（最低、平均、最高）、NOx入口濃度與目標濃度、集塵器圖面 | 設備營運單位、濾袋供應商 | 條件相符則決定試行隔室；不符則檢討設備補強或暫緩導入 |
| 2. 單一隔室試行 | 只對一個隔室導入觸媒濾袋與還原劑噴注；確認能否依隔室分開運轉 | 設備營運單位、濾袋供應商 | 若難以分隔隔室，另行檢討試行方式 |
| 3. 量測壓差、NOx、氨逸散 | 在試行隔室出口與既有隔室出口比較壓差、NOx與氨逸散（在煙囪處會與其他隔室氣體混合而被稀釋）。導入前的基準值也在相同位置量測 | 設備營運單位（自行量測或委外量測） | 在目標範圍內則檢討擴大；超出則調整噴注與清灰條件後重新量測，或進行追加試驗 |
| 4. 擴大至全部隔室 | 試行結果與其餘隔室的濾袋更換時程 | 設備營運單位 | 決定擴大的時機與順序 |
表中的目標範圍並非由MICROONE訂定，而是由各現場的設備營運單位與濾袋供應商協議決定。
06 · CHECKLIST
申請評估時需要哪些資料？
備妥以下資料，即可具體檢討運轉溫度與還原劑噴注條件。
- 廢氣量與溫度（最低、平均、最高）
- NOx入口濃度與目標濃度
- SO₂、HCl、水分濃度，SO₃（若有量測值）
- 粉塵濃度與成分（鹼金屬、重金屬等）
- 集塵器圖面（花板、濾袋骨架）
- 目前的濾袋規格
- 壓差趨勢、風機餘裕
- 清灰方式與壓力（能否依隔室調整）
- 是否已有SNCR、吸附劑噴注設備
導入後運轉中要確認的項目，另整理於觸媒濾袋運轉檢查表。
FAQ
常見問題
可以先只在部分隔室試行嗎？
可以。若袋式集塵器能依隔室分別運轉，可以先在一個隔室導入，再將壓差與NOx與其他隔室比較。前述公開案例也是在1,568支濾袋中先對一個隔室的196支導入。[3]
既有SNCR的還原劑設備可以共用嗎？
部分設備可以共用。儲槽、供應泵與稀釋水設備，若剩餘容量足以負擔新噴注點的用量（若SNCR持續運轉則為合計用量），能在袋式集塵器前方的新噴嘴提供所需的供應壓力與流量，且還原劑種類與配管路線適合新的噴注方式，即可檢討沿用。不過，SNCR的噴注位置是依尿素的最佳反應溫度區間（約900～1,150°C）設定[5]，因此在120～200°C左右的袋式集塵器前方需要新的噴嘴與混合段。若使用尿素，在120～200°C的廢氣中可能在到達濾袋前無法充分分解，因此應檢討另設分解設備或改用氨水；美國EPA成本手冊也說明，SCR一般會在噴注前將尿素轉換為氨。[4]
改用觸媒濾袋後，清灰壓力也需要調整嗎？
可能需要調整。公開案例報告說明，裝有觸媒袋的集塵器通常需要略高的清灰壓力。[3] 請事先確認能否依隔室個別調整清灰壓力，CataFill™的清灰條件依供應商的運轉指引。
申請評估需要哪些運轉資料？
需要廢氣量與溫度（最低、平均、最高）、NOx入口濃度與目標濃度、SO₂、SO₃、HCl、水分、粉塵濃度與成分、集塵器圖面（花板、濾袋骨架）、目前的濾袋規格、壓差趨勢與風機和清灰餘裕，以及是否已有SNCR、吸附劑噴注設備。各項說明請參考第06節。
- Topsoe，「CataFlex™ catalytic filter bags」產品頁（製造商資料）。 連結
- W. L. Gore & Associates，「GORE® DeNOx Catalytic Filter Bags」產品頁（製造商資料）。 連結
- 丹麥環境保護署（Miljøstyrelsen），「Advanced catalytic bags for combined abatement of NOx and particulate matter in biomass boilers」，2022年（以Topsoe CataFlex™為對象的實證報告，結構與條件不同的單一案例）。 連結
- 美國EPA，「Air Pollution Control Cost Manual, Section 4, Chapter 2: Selective Catalytic Reduction」，2016年（2017年修訂）。 連結
- 美國EPA，「Air Pollution Control Cost Manual, Section 4, Chapter 1: Selective Noncatalytic Reduction」，2016年（2017年修訂）。 連結