近日獲悉，由北京國電龍?jiān)喘h(huán)保工程有限公司等單位共同承擔(dān)的“燃煤電廠煙氣催化劑脫硝關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目，榮獲國內(nèi)環(huán)保領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)——2014年度環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，并已順利通過2015年國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)的評審。這一項(xiàng)目對引領(lǐng)清潔火電發(fā)展、推動(dòng)燃煤電廠自身升級(jí)、解決我國大氣污染問題提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

自主研發(fā)打造完整脫硝產(chǎn)業(yè)鏈

燃煤煙氣排放產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)是造成酸雨、光化學(xué)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(zhì)量的關(guān)鍵。2011年起，我國火力發(fā)電燃煤鍋爐采用了全球范圍內(nèi)最嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)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(jìn)行催化還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，反?yīng)過程不會(huì)產(chǎn)生二次污染物，脫硝催化劑是此項(xiàng)技術(shù)的核心。

國電龍?jiān)喘h(huán)保這一項(xiàng)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(shí)國情，創(chuàng)造性地研制了高表面和高強(qiáng)度復(fù)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(shè)計(jì)和廢舊催化劑再生的技術(shù)瓶頸，攻克了原材料及催化劑生產(chǎn)過程中關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化的難題，打造了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“原材料生產(chǎn)-催化劑制造-脫硝工藝-廢舊催化劑再生”這一完備的技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)脫硝產(chǎn)業(yè)鏈的100%國產(chǎn)化，形成了我國目前最大脫硝產(chǎn)業(yè)鏈和完整的供應(yīng)體系。打破了國外企業(yè)技術(shù)壟斷，引領(lǐng)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(fù)的試驗(yàn)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(fù)合氧化物載體，突破了脫硝催化劑原材料制備技術(shù)和生產(chǎn)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(guān)鍵原材料。

催化劑優(yōu)化實(shí)現(xiàn)高效可再生

在合適的原材料基礎(chǔ)上，項(xiàng)目進(jìn)一步對脫硝催化劑、廢舊脫硝催化劑再生等問題進(jìn)行了研究，取得了可喜成果，并實(shí)現(xiàn)了兩者的工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。

首先，通過量子計(jì)算和原位表征技術(shù)，提出了普適性的脫硝反應(yīng)機(jī)理，確立了催化劑的核心活性組分，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了脫硝催化劑成型技術(shù)的關(guān)鍵工藝參數(shù)，獲得了寬溫度區(qū)間內(nèi)的良好脫硝效果，很好地實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜煙氣條件和在不同機(jī)組負(fù)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(xiàng)目研究開發(fā)了廢棄脫硝催化劑再生和回收處理技術(shù)。提出了造成脫硝催化劑失活的各種原因和機(jī)制，設(shè)計(jì)開發(fā)了獨(dú)具特色的活性植入技術(shù)，直接再生和間接再生技術(shù)，廢脫硝催化劑強(qiáng)度修補(bǔ)技術(shù)和催化劑再生節(jié)水技術(shù)，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(huì)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(yīng)物分子不能擴(kuò)散入孔中的現(xiàn)象)的再生難題，延長其使用壽命。

優(yōu)化運(yùn)行降低建設(shè)管理成本

脫硝反應(yīng)器、煙氣流場等的合理設(shè)計(jì)，既是催化劑實(shí)現(xiàn)最佳性能的必要前提，也是工程建設(shè)和后期運(yùn)行降低成本的關(guān)鍵。

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

而在關(guān)鍵設(shè)備和性能檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)方面，該公司設(shè)計(jì)了原材料制造專用的轉(zhuǎn)窯爐煅燒裝置、國內(nèi)首臺(tái)脫硝催化劑生產(chǎn)的混練機(jī)和擠出機(jī)、脫硝工程成套設(shè)備、廢舊催化劑再生過程關(guān)鍵自動(dòng)化專用設(shè)備，使生產(chǎn)能耗降低20%以上。同時(shí)，自主設(shè)計(jì)開發(fā)了從原材料到催化劑的性能評價(jià)系統(tǒng)和科學(xué)檢測方法，推動(dòng)了脫硝催化劑性能檢測的行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)的制定。

中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)、中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)、中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)分別組織專家對項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)行了鑒定，他們認(rèn)為，“燃煤煙氣催化脫硝技術(shù)整體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中在復(fù)雜煙氣條件下催化劑的適應(yīng)性、低溫脫硝催化劑及其高效脫硝機(jī)理研究方面達(dá)到國際領(lǐng)先水平”“產(chǎn)品具有廣泛的推廣應(yīng)用前景”。

目前，該公司已經(jīng)建成了三條原材料生產(chǎn)線，年產(chǎn)25,000噸的關(guān)鍵原材料;建成了七條生產(chǎn)線，年產(chǎn)催化劑33,000立方米;建成了廢舊催化劑再生生產(chǎn)線，年產(chǎn)6,000立方米。主要技術(shù)在近三年廣泛應(yīng)用，原材料應(yīng)用于20余家脫硝催化劑生產(chǎn)企業(yè)，催化劑和脫硝工藝應(yīng)用于國電、華能及大唐等160多家火電廠煙氣脫硝，達(dá)到了100毫克/立方米的排放標(biāo)準(zhǔn)。目前多個(gè)項(xiàng)目已完成超低排放小于50毫克/立方米的升級(jí)優(yōu)化改造，運(yùn)行效果良好。再生后的廢舊脫硝催化劑率先在國內(nèi)機(jī)組上實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行。項(xiàng)目帶來的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化成果創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益。