近日獲悉，由北京國電龍源環(huán)保工程有限公司等單位共同承擔的“燃煤電廠煙氣催化劑脫硝關鍵技術研發(fā)及應用”項目，榮獲國內環(huán)保領域最高獎項——2014年度環(huán)境保護科學技術獎一等獎，并已順利通過2015年國家技術發(fā)明獎二等獎的評審。這一項目對引領清潔火電發(fā)展、推動燃煤電廠自身升級、解決我國大氣污染問題提供了關鍵的技術支撐。

自主研發(fā)打造完整脫硝產業(yè)鏈

燃煤煙氣排放產生的氮氧化物(NOx)是造成酸雨、光化學煙霧及灰霾等污染事件的重要原因，控制燃煤電廠氮氧化物排放成為改善我國空氣質量的關鍵。2011年起，我國火力發(fā)電燃煤鍋爐采用了全球范圍內最嚴格的大氣污染物排放標準，其中氮氧化物排放限值為100毫克/立方米，既對燃煤電廠環(huán)保減排工作提出了挑戰(zhàn)，也為電力環(huán)保事業(yè)的發(fā)展提供了機遇。

眾所周知，燃煤電廠煙氣脫硝主要采用選擇性催化還原法，其原理是氨與氮氧化物在催化劑表面上進行催化還原反應，生成氮氣和水，反應過程不會產生二次污染物，脫硝催化劑是此項技術的核心。

國電龍源環(huán)保這一項目立足我國燃煤煙氣高灰(煙塵)、高鈣(鈣化物)和高硫(硫化物)的現(xiàn)實國情，創(chuàng)造性地研制了高表面和高強度復合氧化物原材料，突破了適用于我國的高效低成本催化體系設計和廢舊催化劑再生的技術瓶頸，攻克了原材料及催化劑生產過程中關鍵設備國產化的難題，打造了具有自主知識產權的“原材料生產-催化劑制造-脫硝工藝-廢舊催化劑再生”這一完備的技術產業(yè)鏈，實現(xiàn)了整個脫硝產業(yè)鏈的100%國產化，形成了我國目前最大脫硝產業(yè)鏈和完整的供應體系。打破了國外企業(yè)技術壟斷，引領了民族企業(yè)的發(fā)展。

原材料入手解決失活難題

脫硝催化劑一般以二氧化鈦(TiO2)作為主要載體，五氧化二礬(V2O5)為主要活性成分，三氧化鎢(WO3)等為抗氧化、抗毒化輔助成份。存在二氧化鈦易相變失活的難題，影響脫硝效率。

課題組通過反復的試驗和論證，最終揭示了載體酸性及助劑三氧化鎢分散度是影響脫硝催化劑活性和選擇性的主控因素。由于抓住了主要矛盾，該公司順利研發(fā)了高比表面積的鈦硅、鈦鎢及鈦鎢硅等復合氧化物載體，突破了脫硝催化劑原材料制備技術和生產工藝瓶頸，解決了傳統(tǒng)二氧化鈦易相變失活的難題，研制出一系列針對不同燃煤煙氣脫硝催化劑制造所需的關鍵原材料。

催化劑優(yōu)化實現(xiàn)高效可再生

在合適的原材料基礎上，項目進一步對脫硝催化劑、廢舊脫硝催化劑再生等問題進行了研究，取得了可喜成果，并實現(xiàn)了兩者的工業(yè)化和產業(yè)化。

首先，通過量子計算和原位表征技術，提出了普適性的脫硝反應機理，確立了催化劑的核心活性組分，設計并優(yōu)化了脫硝催化劑成型技術的關鍵工藝參數(shù)，獲得了寬溫度區(qū)間內的良好脫硝效果，很好地實現(xiàn)了復雜煙氣條件和在不同機組負荷情況下高效脫硝的目的，脫硝催化劑研制取得階段性成果。

其次，針對我國新出現(xiàn)的廢棄脫硝催化劑處理造成的環(huán)境、資源等問題，該項目研究開發(fā)了廢棄脫硝催化劑再生和回收處理技術。提出了造成脫硝催化劑失活的各種原因和機制，設計開發(fā)了獨具特色的活性植入技術，直接再生和間接再生技術，廢脫硝催化劑強度修補技術和催化劑再生節(jié)水技術，解決了我國催化劑典型高鈣中毒(煙氣飛灰中過高含量的鈣會加速催化劑的失活速率)和微孔灰堵(由于灰塵在催化劑孔中沉積，造成孔徑減小使反應物分子不能擴散入孔中的現(xiàn)象)的再生難題，延長其使用壽命。

優(yōu)化運行降低建設管理成本

脫硝反應器、煙氣流場等的合理設計，既是催化劑實現(xiàn)最佳性能的必要前提，也是工程建設和后期運行降低成本的關鍵。

在煙氣流場模擬及脫硝工藝參數(shù)設計方面，該公司設計開發(fā)了煙氣脫硝系統(tǒng)的反應器、還原劑添加噴射系統(tǒng)及流場模擬軟件，集成了自主產權的渦流混合器及流場技術的脫硝成套工藝和軟件包，使脫硝工程建設成本顯著下降。

而在關鍵設備和性能檢測系統(tǒng)的設計開發(fā)方面，該公司設計了原材料制造專用的轉窯爐煅燒裝置、國內首臺脫硝催化劑生產的混練機和擠出機、脫硝工程成套設備、廢舊催化劑再生過程關鍵自動化專用設備，使生產能耗降低20%以上。同時，自主設計開發(fā)了從原材料到催化劑的性能評價系統(tǒng)和科學檢測方法，推動了脫硝催化劑性能檢測的行業(yè)和國家標準的制定。

中國環(huán)境科學學會、中國電力企業(yè)聯(lián)合會、中國環(huán)境科學學會分別組織專家對項目相關技術和產品進行了鑒定，他們認為，“燃煤煙氣催化脫硝技術整體達到國際先進水平，其中在復雜煙氣條件下催化劑的適應性、低溫脫硝催化劑及其高效脫硝機理研究方面達到國際領先水平”“產品具有廣泛的推廣應用前景”。

目前，該公司已經建成了三條原材料生產線，年產25,000噸的關鍵原材料;建成了七條生產線，年產催化劑33,000立方米;建成了廢舊催化劑再生生產線，年產6,000立方米。主要技術在近三年廣泛應用，原材料應用于20余家脫硝催化劑生產企業(yè)，催化劑和脫硝工藝應用于國電、華能及大唐等160多家火電廠煙氣脫硝，達到了100毫克/立方米的排放標準。目前多個項目已完成超低排放小于50毫克/立方米的升級優(yōu)化改造，運行效果良好。再生后的廢舊脫硝催化劑率先在國內機組上實現(xiàn)了穩(wěn)定運行。項目帶來的技術和產業(yè)化成果創(chuàng)造了顯著的經濟效益和社會環(huán)境效益。

編輯：成苗苗