脱硝催化剂

国内外燃煤电厂普遍采用选择性催化还原(SCR)技术进行烟气中氮氧化物(NOx)的减排。SCR技术的核心是脱硝催化剂，可在还原剂的作用下，将燃煤锅炉烟气中的氮氧化物(NOx)还原为无害的N2和H2O。大唐南京环保的脱硝催化剂制造技术，是通过辊轮将催化剂膏料涂覆在不锈钢钢网上，经干燥、剪切、组装、煅烧后制得脱硝催化剂。催化剂具备优良的脱硝活性，以及优异的抗飞灰堵塞、抗磨损和抗中毒性能，特别适用于我国燃煤锅炉煤种不稳定、燃煤烟气气氛复杂等情况。针对使用后失活的脱硝催化剂，大唐南京环保采用再生技术，通过“物理清灰-湿法清洗-选择性浸渍-干燥-煅烧”工序，将失活脱硝催化剂恢复到新鲜催化剂活性的95-105%。

基于催化剂失活机理和精准诊断技术，首次建立面向燃煤电厂的催化剂全寿命精细化管理模式，优化了年产4万方的催化剂生产线和年产8万方的再生线，突破了国产催化剂适应复杂燃煤条件的制造瓶颈，整体提高了催化剂的创新研发和产业化能力。 项目授权知识产权63项（发明专利28项）。全寿命智能管控已覆盖全国15%装机的煤电机组，在保障安全稳定超低排放的基础上，近3年通过新型催化剂生产、智能诊断服务和废旧催化剂再生，累计新增销售额8.5亿元，新增利润1.3亿元，为企业节约催化剂全寿命使用费12亿元。项目整体提升了我国脱硝催化剂运维水平和创新研发、产业化能力，成果可进一步向全国电力及非电行业推广，为健全全行业氨氧化物超低排放技术路线提供支撑。经江苏省生产力协会组织专家评价：成果整体达国际领先水平。

选择性催化还原（SCR）脱硝技术是当前火力发电厂烟气脱硝的主要技术手段。随着 GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的发布，SCR 系统建设需求在国内逐年递增，烟气脱硝催化剂是 SCR 系统核心部件，具有技术含量高、价格昂贵、生产周期较长等特点。我国的脱硝催化剂制造行业起步较晚，十二五期间，我国脱硝催化剂制造企业数量呈爆发式增长，但由于国内对引进技术消化吸收不深入，缺乏统一的产品和检测标准等原因，导致脱硝催化剂产品质量、检测方法、质量监督无法可依，脱硝催化剂市场发展较为混乱。长期以来，脱硝催化剂关键技术一直被日本、欧美等国家所垄断，国际上也仅发布了两项关于脱硝催化剂的检测技术标准，没有产品标准可供参考。因此，在我国烟气脱硝关键技术、装备、催化剂国产化研制和生产等方面均取得了重要进展的基础上，制定脱硝催化剂系列国家标准及国际标准非常必要、也非常迫切，它能够有效提升我国脱硝催化剂产品质量，规范检测方法，促进行业健康持续发展，同时也为能够为我国脱硝催化剂产品“走出去”打好基础。 本项目围绕脱硝催化剂产品指标及相关检测技术进行了研究，在大量验证实验、比对实验及调研基础上，先后制定了 2 项国家标准及 1 项 IEEE 国际标准，分别是 GB/T 31584-2015《平板式烟气脱硝催化剂》、GB/T 31590-2015《烟气脱硝催化剂化学成分分析方法》及 IEEE P2404 Power Plant De-Nitrogen Oxide (DeNOx) Plate-Type Catalysts。主要创新点如下： 研制了国内外首个关于平板式烟气脱硝催化剂的产品标准（GB/T 31584 及 IEEEP2404），填补了国内外该领域标准空白。

2018年全国失活脱硝催化剂量约25万m3（占全国总需求量的90%以上），失活催化剂因富集汞、砷、铍等重金属产生了强大毒性，被环保部认定为危险固废。欧美国家普遍采用的填埋处理方案会造成土壤及水体的永久性污染，并占用大量钒钛及土地资源；现有钒钛资源回收技术能耗高、三废多，经济社会效益差：我国复杂的煤质导致催化剂失活程度及类型多样，加大了处置难度。先进失活催化剂再生技术亟待研发及应用。 项目历时9年产学研联合攻关，在有害物种近中性定向清除、活性组分精确负载、再生装备升级等多项技术上取得重大突破，解决了国内失活催化剂再生难的问题。中科院上海科技查新咨询中心评估认为整体技术水平国际先进；朱利中院士等专家鉴定认为整体技术水平国内领先，其中羟基乙叉二膦酸（HEDP）配方及其清洗技术水平国际先进。

本项目属于工程热物理与能源利用学、大气污染防治、大气污染控制工程等领域。在国家和省部级科研项目的持续支持下，华能集团、华中科技大学、安徽紫朔环境工程技术有限公司、山东永耀琦泉环保科技有限公司等单位经过近十年的研发，系统研究了SO2、SO3、烟尘、NOx、Hg等污染物的高效脱除规律及一体化脱除规律，掌握了对各种工业过程具有普遍适用性的多污染物一体化干法脱除技术，主要科技内容如下：（一）搭建了计算机仿真模型、机理性试验台架与中间试验台架，计算机仿真和试验相结合，研究了大浓度范围内的污染物（SO2、SO3、烟尘、NOx、Hg等）脱除机理，掌握了污染物脱除效率的最大化规律和多污染物脱除的相互影响机制，筛选获得了高效、价廉的吸附剂/添加剂/催化剂，阐明了陶瓷催化过滤管的反吹再生机制。（二）借助催化剂理论计算、表征测试、性能评价等，分析了各组分赋存形态与催化剂性能之间的关系，掌握了催化剂抗中毒机理，成功开发了高效的低温脱硝催化剂配方；掌握了催化剂均布负载技术，摸清了烟尘捕集效率高、脱硝活性强的陶瓷催化过滤管的制备方法，在国内首次实现高效陶瓷催化过滤管的量产，通过精准调控脱硝催化剂的配方，可定制生产满足不同行业需求的陶瓷催化过滤管。（三）研发并建成了国内首台全尺寸陶瓷催化过滤管脱除多污染物的测试平台，为工程建设前评估陶瓷催化过滤管的性能提供了有效手段；开展了不同行业的一体化脱除工程的设计与放大研究，在国内首次将自主研发的陶瓷催化过滤管一体化脱除技术应用到生物质电厂、焦化行业，改造后硫、尘、硝均达到超低排放水平。项目取得授权发明专利18项、实用新型专利11项、软件著作权1项；出版专著1部，发表中文核心期刊论文20篇，SCI论文20篇。 本技术在60余家单位成功工程应用，稳定地实现了硫、尘、硝的超低排放，而且没有脱硫废水、烟囱防腐、白色烟羽等相关问题，具有较好的推广应用前景。该技术被列入了《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》（2017年版、2020年版），分别由中国电机工程学会和中国炼焦行业协会组织的成果鉴定认为该技术可广泛应用于生物质电厂、焦化、钢铁、水泥、燃煤电厂等行业的烟气治理，具有较好的应用和推广价值。

目前，电站燃煤锅炉普遍采用选择性催化还原法（SCR）进行烟气脱硝，其中催化剂是 SCR 系统核心设备，也是造价最高的关键部件，其性能直接影响到 SCR 系统的脱硝效果。然而，当前我国脱硝催化剂制造技术主要依靠国外引进，缺少催化剂的设计、应用、换装等生命周期管理的技术手段。面对机组深度调峰需求，锅炉长时间低负荷运行将难以满足催化剂对于烟气温度的要求，从而为催化剂带来了新的挑战，急需从运行环境及其寿命管理等方面开展相关研究。此外，我国目前脱硝催化剂的管理仍较多依赖于实验室化验手段，缺少可靠的在线手段。据统计，我国每年因脱硝催化剂寿命管理不善，造成直接或间接损失占催化剂总消耗的 30%，同时带来了较大的环保压力。近年来，我国电站自动化信息化水平得到飞速发展，已经积累了大量包括 SCR 系统在内的机组运行数据，但是还未见大数据挖掘等“大数据”技术在脱硝催化剂管理中的研究与工程实践。通过攻关从SCR系统运行数据中挖掘催化剂劣化信息，实现脱硝催化剂全生命周期管理将对保证 SCR 系统性能具有重要作用，对锅炉节能减排、改善大气质量也具有重要意义。本项目在国家自然科学基金、中国大唐集团科技项目等多项课题支持下，基于“大数据”技术，围绕脱硝催化剂寿命评价预测、低负荷延寿、运行优化与控制、的脱硝催化剂全生命管理平台开发等核心技术难题，展开了理论研究与技术攻关，开创了脱硝催化剂技术管理的新途径、新方法。同时，项目实施将继续引导我国煤电行业节能减排的升级，改善大气质量，缓解资源约束，促进我国国民经济绿色发展。