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神奇催化剂解“燃煤之急”
作者:管理员    发布于:2015-04-20 10:14:50    文字:【】【】【

通过为遍布全国的300余台燃煤锅炉加装新型清洁设备,浙江大学能源工程学院副院长高翔教授和岑可法院士团队,让人们看到了大幅改善大气质量的希望。4月15日,高翔和岑可法团队经多年产学研联合攻关研发的成果“高效烟气催化脱硝关键技术及应用”,在全省科学技术奖励大会上获得2014年度浙江省科技进步奖一等奖。

岑可法院士和高翔教授领导着一个十几年如一日、专注于煤炭清洁利用的科研团队。此前,他们研发的燃煤高效脱硫技术曾获得2012年度国家科技进步奖二等奖。正是有赖这些技术的广泛应用,我国得以执行比美国、日本等发达国家更加严格的排放标准。近日,记者在浙江大学实地探访了科技力量是如何让燃煤越来越“干净”的。

寻获关键催化剂

治理雾霾已经成为举国上下最为关切的话题之一。高翔介绍,在我国,氮氧化物—造成大气灰霾的主要原因之一—约三分之二的来源是煤燃烧。2013年,我国消费的煤炭占全球50%以上,且煤炭在未来一段时间仍然是中国经济成长不可缺少的燃料。我国高硫、高灰等低劣质煤约占煤炭资源总量的40%,而且我国东部京津冀、长三角、珠三角等重点地区平均煤炭消费强度是美国的15.7倍。“在这样的前提下,要改善我国的空气质量,就必须使用全球最先进的污染控制技术。”高翔说,“我们的目标是,让燃烧煤炭变得比燃烧天然气更干净。”

目前各国广泛应用的清除氮氧化物技术,即脱硝技术,是在煤燃烧产生的烟气从烟囱排放之前,先让它与氨气充分混合,然后通过几层催化剂,这样就发生了神奇的化学反应,氮氧化物会转变为大气中普遍存在的氮气,不会造成污染。高翔指出,在这一过程中扮演关键作用的就是催化剂。过去,中国企业使用的催化剂主要依赖进口,不仅价格昂贵,在我国还遭遇到一些“水土不服”的问题。

高翔说,首先是因为我国使用的煤炭中劣质煤比重大,部分催化剂没用多久,就由于磨损、堵塞、中毒等导致失活,最短的使用寿命仅3个月。另外,我国的锅炉往往不是一直保持满负荷运行,而是根据供电或供热情况,负荷波动较为频繁。负荷低时,温度就可能无法满足催化剂正常工作的要求,容易导致脱硝系统停运,引起氮氧化物排量激增。

为了研发适应中国工业环境的“强悍”催化剂,高翔团队采用了量子化学手段,利用计算机模拟,从不同元素的成千上万种组合中,更加精确、高效地筛选出符合条件的催化剂配方。他们最终研制成的催化剂,抗中毒性、耐磨性都有了很大提升,延长了催化剂的使用寿命。

科研团队还在配方中加入稀土等元素,使催化剂对温度的要求不再那么苛刻,在锅炉低负荷运行时也能较好地发挥作用。

高翔说,工厂排放的每立方米烟气中,氮氧化物含量低于200毫克,就可达到欧盟和日本现行标准,低于100毫克可达到美国和我国最新标准。而通过使用这种新型催化剂,这个数字降低到了50毫克以下。

足迹踏遍上百企业

成功改良催化剂只是高翔团队卓越成就的一部分。多年来,这批科研人员的足迹遍布上百家企业,脚踏实地解决催化剂在实际应用中遇到的种种难题,这一过程同样产生了大批成果。

一个重大的问题是,我国许多燃煤电厂当年兴建时大都没有预留脱硝空间,现在要加装脱硝设备,就要因地制宜,一个锅炉一个锅炉地考察、设计。课题组成员、郑成航副教授说,科研人员来到工厂里,翻出一张张陈年老旧的设计图纸,反复琢磨烟气排放的通道和行程。回到实验室,他们在计算机上建立数字模型,精确地模拟气体的流体力学数据。

实际上,高翔团队的工作环境本身就像一个小工厂。在浙大玉泉校区老和山脚下,课题组设计建造了一座工业中试规模的热态烟气污染物深度治理系统,可以模拟实际生产中的各种情况。课题组成员不仅研制催化剂配方,还亲手制作样品。

郑成航说,为了给每一台锅炉都找到最佳的设计方案,除数字模型外,课题组还用塑料和金属材料制作了等比例缩小的物理模型,包括烟道、喷嘴、催化剂层等结构,可以通进模拟气体做试验,取得数据。多年来,课题组足足制作了上百个各种形状的锅炉排气部分和脱硝设备模型。记者在采访时就见到了几个这样的模型,一批年轻的科研人员几乎整天对着它们琢磨,如何让氨气和烟气混合得更加充分。

年减排94万余吨

高翔团队从来没有把自己局限在实验室里。从基础研究到技术产业化这条长长的链条上,几乎每一个环节都有他们的身影。多年来,课题组在企业界一直拥有许多合作伙伴。省内外多家企业将脱硝催化剂及相关设备作为主打产业,并逐渐发展成行业骨干。

在改良催化剂的过程中,科研团队就已经考虑到了回收再利用的问题。我国煤电装机容量世界最大,每年产生的废旧催化剂数量是美国的4倍,如何处理是个难题。“填埋的成本是每吨近6000元。”高翔说,“这种废旧的催化剂属于危险废物,处置不当会造成严重的二次污染。”科研团队发明了一套新的清洗再生及改性方法,可以使原已失活的催化剂的活性恢复至新鲜催化剂的98%。这一成果直接催生了一项产业,现在,专门提供这项再生技术及催化脱硝成套设备的企业,仅我省就有好几家。

目前,“高效烟气催化脱硝关键技术及应用”成果已应用于300多台燃煤锅炉,已实现年减排氮氧化物约94.2万吨,合作单位累计产值超过51亿元。在高翔团队一系列成熟技术的基础上,燃煤清洁利用成为环保产业中的重要一环,并向人们展示了重获蓝天白云的美好远景。

脚注信息
淄博齐帅石化工程有限公司    全国咨询热线:13561661788    
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