平板式SCR脱硝催化剂--非电行业烟气脱硝的另一种选择
2018年5月17-18日，由北极星环保网主办的2018钢铁、焦化行业烟气治理技术与应用研讨会在河北唐山召开，400余位行业大咖为更好解决钢铁、焦化行业烟气治理问题献计献策。会上，华北电力大学生物质发电成套设备国家工程实验室副主任陆强就大气污染治理瓶颈、平板式脱硝催化剂等问题与我们进行了深入的交流。
生物质发电成套设备国家工程实验室副主任 陆强(左)
前景虽好 瓶颈犹在
自 2012 年底全国大范围爆发雾霾开始，国家对大气污染的治理步伐加快，一系列政策规划密集出台，大气治理产业呈现出前所未有的发展势头。近十年来，国家出台了一系列控制大气污染物排放的政策和标准，涉及电力、钢铁、水泥等各行各业，也加强了对污染物的监测、控制与治理。
2018年1月31日，环保部新闻发言人刘友宾通报说，为期5年的《大气污染防治行动计划》(简称“大气十条”)已全面实现，全国整体空气质量大幅改善。尽管成绩斐然，但环保部(现改为生态环境部)大气环境管理司司长刘炳江在环保部2月例行发布会上表示：“当前大气环境形势依然严峻，大气污染防治工作任重道远。S02、NOx、烟粉尘、VOCs等大气污染物排放量仍然处于千万吨级高位，远超环境容量。实现空气质量达标需要削减排放量50%以上，减排任务尤为艰巨。今年将在重点区域实施大气污染物特别排放限值，实现深度治理。在钢铁、焦化行业开展超低排放改造重大工程。”
对此，陆强表示，当前，国家大力治理环境污染问题，全国都在进行蓝天保卫战，我国大气污染物治理已经取得了较好的效果。但由于污染物整体基数大，总体排放量依然较高，还需继续加强治理工作。SO2、NOx及烟(粉)尘是我国大气污染物的主要成分。
对于当前我国的大气污染治理，还面临着哪些瓶颈，陆强认为主要包括以下几个方面：
(1)能源结构。能源结构现状是我国大气污染物治理避不开的重要原因，现阶段，我国能源正处于优化期，天然气、核能及可再生能源消费逐渐增加，但原煤消费仍是我国能源消费的主体;
(2)执法监督。国家及地方政府对大气污染物的监管力度还需进一步加强，尤其是针对一些重污染企业，要进行重点整治;
(3)技术研发。目前，我国多个行业都出台了相关的污染物排放标准。但由于不同行业的烟气差异性大，现有的污染物控制技术不能满足所有行业的需求;并且对于一些中小型企业，高昂的治污成本也降低了企业的积极性。因此亟待开发清洁、高效、低成本、适用于不同烟气条件的新技术。
烟气治理主战场转移
2014年9月，国家发展改革委员会、环境保护部、国家能源局联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》，要求中东部燃煤电厂大气污染物排放浓度接轨燃气轮机机组标准，自此，火电大气污染物正式迈进超净排放。2016年12月，环保部发布《关于实施工业污染源全面达标排放计划的通知》，针对钢铁、水泥、化等非电行业的大气污染物排放标准也开始大幅提升。目前绝大多数燃煤电厂已完成常规脱硫脱硝除尘改造，未来大气污染治理行业的增量市场将主要来自燃煤电厂超低排放改造和非电行业烟气治理两个领域。陆强认为目前非电行业技术远不及火电技术成熟，非电行业大气治理市场尚处于初级发展阶段，在此大背景下，非电行业将成为大气污染治理的主战场。
陆强同时表示非电行业大气污染治理包含各种工业烟气治理，涉及钢铁、水泥、化工、玻璃、石化、冶金等。相比煤电行业污染物持续减排，非电行业的污染物排放占比越来越大。随着大气污染防治逐步转向非电行业，加之国家政策的大力支持，非电领域的市场空间会逐渐扩大。
平板式SCR脱硝催化剂的应用
大中型锅炉烟气脱硝多数采用选择性催化还原(SCR)脱硝技术，这是目前最成熟的烟气脱硝技术，其核心在于SCR脱硝催化剂。然而，我国烟气脱硝技术的研究开展得相对较晚，早期的SCR脱硝催化剂配方与生产线均为购买欧美和日本技术。近年来，大量环保企业通过引进消化吸收的方式也开发出了多种脱硝催化剂。然而，现在市面上的SCR催化剂，多数是中温SCR脱硝催化剂，其最佳工作温度范围为300-420℃，在低于或高于此温度范围内，催化剂脱硝活性开始下降，并发生可逆/不可逆中毒失活。
陆强提到，不同行业的烟气温度和组成差别很大，中温SCR脱硝催化剂的适用领域有限，因此亟待开发针对不同烟气的新型SCR脱硝催化剂。例如，针对燃气轮机、垃圾焚烧炉所排放的高温(>500℃)烟气，需要开发高温催化剂;针对钢铁、玻璃等行业所排放的低温(<300℃)烟气，需要开发低温催化剂;针对使用富砷煤的烟气，需要开发抗砷中毒催化剂;针对含有大量金属的生物质电厂、高碱煤电厂等，需要开发抗碱金属中毒催化剂。我们也正是在这种背景下，开展了大量特种催化剂的研发工作，以满足不同行业的脱硝需求。
SCR催化剂主要有蜂窝式、平板式、波纹平板式三种，三种形式的催化剂的主要成分与催化反应原理是相同的，只是结构型式有所差别，我国大规模使用的催化剂主要是蜂窝催化剂和平板催化剂。陆强认为：蜂窝状催化剂的最大特点是比表面积较大，在同等条件下，所需催化剂体积量较少;但蜂窝催化剂缺点同样明显，一方面制备工艺复杂，工期长，原材料耗量大，导致催化剂单价较高;另一方面其在高灰烟气中容易发生堵塞坍塌等问题，危害脱硝系统的稳定运行。
他紧接着介绍到，平板式催化剂结构方面最大的优点是采用不锈钢筛板作为担体，机械强度大，不会造成催化剂的整体塌陷，运行安全稳定;平板式催化剂具有大通道结构，可以最大程度地避免灰堵塞，在运行过程中，甚至可以不安装吹灰器，所以平板式催化剂特别适用于燃煤高灰的场合。此外，脱硝系统主要能耗来源于脱硝系统阻力引起的引风机电耗，而在三种型式催化剂中，平板式SCR脱硝催化剂孔隙率最大，烟气阻力最小，催化剂床层压降最小，因此采用平板式脱硝催化剂，脱硝系统的能耗最低。
陆强表示，超强的机械性能和低能耗运行，使平板式催化剂能轻松应对各种复杂的烟气条件，适用于各种电力及非电行业烟气。因此我们认为，随着国家对大气污染物治理的重视，越来来越多的工业烟气都被纳入治理范围，平板式催化剂在其他复杂烟气中的优势将进一步得到体现，具有十分广阔的应用前景。
独立自主知识产权带来的优势
随着世界科技经济一体化发展，企业拥有自主知识产权在市场竞争中的重要性与日俱增。我国烟气脱硝技术的研究开展得相对较晚，早期脱硝催化剂配方与生产线均为购买国外技术，生产成本居高不下，脱硝催化剂价格昂贵。技术创新很多都是采用“引进-吸收-再引进”的模式。然而不同行业烟气性质差异巨大，引进的脱硝催化剂配方及技术仅能用于特定工况的烟气。核心技术和知识产权处处受制于人，严重阻碍了企业的创新和发展。
北京华电光大环境股份有限公司依托华北电力大学生物质发电成套设备国家工程实验室的核心团队，进行联合攻关。自主研发的系列化特种平板式SCR脱硝催化剂，实现了催化剂关键配方以及连续生产工艺的突破，形成了国内唯一具有自主知识产权的成套技术和装置，在多个行业获得了大规模工业应用。
陆强认为拥有独立的自主知识产权，主要优势体现在我们真正掌握了催化剂配方和工艺的核心，而并非照搬国外的配方和技术。当面对非常规烟气治理时，可以根据不同的烟气工况量身定做催化剂，满足客户的使用需求。并且催化剂配方和成型工艺的研发过程，加深了对催化剂微观作用机理和成型工艺的了解和认识，为后续开发新型特种平板式SCR脱硝催化剂提供了十分宝贵的经验，从而在相关领域的技术创新和发展中具有更大优势。
华电光大是由华北电力大学生物质发电成套设备国家工程实验室核心团队创办的国家高新技术企业，华电光大不仅依托于华北电力大学，还经常与清华大学等高校合作，陆强认为，高新技术型企业的发展离不开技术的创新，而企业新产品新工艺的开发，需要先进的理论和技术作为支撑。华电光大与华北电力大学、清华大学、航天动力研究所、东南大学、瑞典皇家理工学院等研究单位建立了良好的产学研合作关系。
在产学研联合过程中，充分利用高校及科研院所的高科技人才、强大的研发能力和先进的实验设施，与企业科研人员合作进行技术攻关和新产品开发，从而不断提高企业的创新能力。并且，针对产品研发和应用过程中出现的问题，可以从更深层次上分析和解决，有助于技术的优化和创新。企业通过加强与高校的交流与合作，按照互惠互利的原则，将高校的技术优势变为企业的市场优势，从而不断提高企业的创新能力，为企业带来良好的社会效益及经济效益。