龙源环保脱硝关键技术引领“清洁火电”发展

近日获悉，清洁火电由北京国电龙源环保工程有限公司等单位共同承担的龙源“燃煤电厂烟气催化剂脱硝关键技术研发及应用”项目，荣获国内环保领域最高奖项——2014年度环境保护科学技术奖一等奖，环保并已顺利通过2015年国家技术发明奖二等奖的脱硝评审。这一项目对引领清洁火电发展、关键推动燃煤电厂自身升级、技术解决我国大气污染问题提供了关键的引领技术支撑。

自主研发打造完整脱硝产业链

燃煤烟气排放产生的发展氮氧化物(NOx)是造成酸雨、光化学烟雾及灰霾等污染事件的清洁火电重要原因，控制燃煤电厂氮氧化物排放成为改善我国空气质量的龙源关键。2011年起，环保我国火力发电燃煤锅炉采用了全球范围内最严格的脱硝大气污染物排放标准，其中氮氧化物排放限值为100毫克/立方米，关键既对燃煤电厂环保减排工作提出了挑战，技术也为电力环保事业的引领发展提供了机遇。

众所周知，燃煤电厂烟气脱硝主要采用选择性催化还原法，其原理是氨与氮氧化物在催化剂表面上进行催化还原反应，生成氮气和水，反应过程不会产生二次污染物，脱硝催化剂是此项技术的核心。

国电龙源环保这一项目立足我国燃煤烟气高灰(烟尘)、高钙(钙化物)和高硫(硫化物)的现实国情，创造性地研制了高表面和高强度复合氧化物原材料，突破了适用于我国的高效低成本催化体系设计和废旧催化剂再生的技术瓶颈，攻克了原材料及催化剂生产过程中关键设备国产化的难题，打造了具有自主知识产权的“原材料生产-催化剂制造-脱硝工艺-废旧催化剂再生”这一完备的技术产业链，实现了整个脱硝产业链的100%国产化，形成了我国目前最大脱硝产业链和完整的供应体系。打破了国外企业技术垄断，引领了民族企业的发展。

原材料入手解决失活难题

脱硝催化剂一般以二氧化钛(TiO2)作为主要载体，五氧化二矾(V2O5)为主要活性成分，三氧化钨(WO3)等为抗氧化、抗毒化辅助成份。存在二氧化钛易相变失活的难题，影响脱硝效率。

课题组通过反复的试验和论证，最终揭示了载体酸性及助剂三氧化钨分散度是影响脱硝催化剂活性和选择性的主控因素。由于抓住了主要矛盾，该公司顺利研发了高比表面积的钛硅、钛钨及钛钨硅等复合氧化物载体，突破了脱硝催化剂原材料制备技术和生产工艺瓶颈，解决了传统二氧化钛易相变失活的难题，研制出一系列针对不同燃煤烟气脱硝催化剂制造所需的关键原材料。

催化剂优化实现高效可再生

在合适的原材料基础上，项目进一步对脱硝催化剂、废旧脱硝催化剂再生等问题进行了研究，取得了可喜成果，并实现了两者的工业化和产业化。

首先，通过量子计算和原位表征技术，提出了普适性的脱硝反应机理，确立了催化剂的核心活性组分，设计并优化了脱硝催化剂成型技术的关键工艺参数，获得了宽温度区间内的良好脱硝效果，很好地实现了复杂烟气条件和在不同机组负荷情况下高效脱硝的目的，脱硝催化剂研制取得阶段性成果。

其次，针对我国新出现的废弃脱硝催化剂处理造成的环境、资源等问题，该项目研究开发了废弃脱硝催化剂再生和回收处理技术。提出了造成脱硝催化剂失活的各种原因和机制，设计开发了独具特色的活性植入技术，直接再生和间接再生技术，废脱硝催化剂强度修补技术和催化剂再生节水技术，解决了我国催化剂典型高钙中毒(烟气飞灰中过高含量的钙会加速催化剂的失活速率)和微孔灰堵(由于灰尘在催化剂孔中沉积，造成孔径减小使反应物分子不能扩散入孔中的现象)的再生难题，延长其使用寿命。

优化运行降低建设管理成本

脱硝反应器、烟气流场等的合理设计，既是催化剂实现最佳性能的必要前提，也是工程建设和后期运行降低成本的关键。

在烟气流场模拟及脱硝工艺参数设计方面，该公司设计开发了烟气脱硝系统的反应器、还原剂添加喷射系统及流场模拟软件，集成了自主产权的涡流混合器及流场技术的脱硝成套工艺和软件包，使脱硝工程建设成本显著下降。

而在关键设备和性能检测系统的设计开发方面，该公司设计了原材料制造专用的转窑炉煅烧装置、国内首台脱硝催化剂生产的混练机和挤出机、脱硝工程成套设备、废旧催化剂再生过程关键自动化专用设备，使生产能耗降低20%以上。同时，自主设计开发了从原材料到催化剂的性能评价系统和科学检测方法，推动了脱硝催化剂性能检测的行业和国家标准的制定。

中国环境科学学会、中国电力企业联合会、中国环境科学学会分别组织专家对项目相关技术和产品进行了鉴定，他们认为，“燃煤烟气催化脱硝技术整体达到国际先进水平，其中在复杂烟气条件下催化剂的适应性、低温脱硝催化剂及其高效脱硝机理研究方面达到国际领先水平”“产品具有广泛的推广应用前景”。

目前，该公司已经建成了三条原材料生产线，年产25,000吨的关键原材料;建成了七条生产线，年产催化剂33,000立方米;建成了废旧催化剂再生生产线，年产6,000立方米。主要技术在近三年广泛应用，原材料应用于20余家脱硝催化剂生产企业，催化剂和脱硝工艺应用于国电、华能及大唐等160多家火电厂烟气脱硝，达到了100毫克/立方米的排放标准。目前多个项目已完成超低排放小于50毫克/立方米的升级优化改造，运行效果良好。再生后的废旧脱硝催化剂率先在国内机组上实现了稳定运行。项目带来的技术和产业化成果创造了显著的经济效益和社会环境效益。(路光杰)

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