當外界還在為燃煤電廠達到超潔凈排放的合理性和必要性各執(zhí)一詞時，2093號文的出臺標志著超潔凈排放正式由國家政府部門蓋棺定論，發(fā)電廠的態(tài)度也隨之由觀望、躍躍欲試轉(zhuǎn)變?yōu)閮A力而為。但更大的難點在于，要如何操刀將氮氧化物、二氧化硫、粉塵等大氣污染物的排放同時控制到嚴格系數(shù)再增加一倍的標準里。
這不是僅存在于某家電廠的小范圍焦慮。以脫硝改造為例，目前電廠脫硝機組占比明顯偏低。根據(jù)相關數(shù)據(jù)，至2013年已投運火電廠煙氣脫硝機組容量約為4.3億千瓦，只占全國現(xiàn)役火電機組容量的50%。這意味著，目前有近一半的電廠必須將氮氧化物排放從之前的100、200毫克/標立方甚至更高直接降至50毫克/標立方。能否做到?如何做到?在這種現(xiàn)實情況下，寄希望于技術的改進和創(chuàng)新似乎是更好也是唯一的選擇。
脫硝技術同質(zhì)化壁壘獲突破
相較于除塵、脫硫，電廠的脫硝雖然起步較晚，但整體而言已具有相當?shù)募夹g成熟度。
尤其是SCR(選擇性催化還原)技術，由于從20世紀60~70年代后期就在日本完成了商業(yè)運行，從而成為目前最為成熟的煙氣脫硝技術，在燃煤電廠應用也最為廣泛。
近半個世紀的技術積累，為脫硝打下了“好底子”，但也造成當前脫硝行業(yè)技術壁壘較低、同質(zhì)化競爭嚴重的現(xiàn)實。這種局面若不及時扭轉(zhuǎn)，發(fā)生在其他領域的同質(zhì)化競爭導致價格戰(zhàn)、再導致工程質(zhì)量低下的惡性循環(huán)之路就有可能在火電廠的煙氣污染治理領域重演。
作為將科技創(chuàng)新作為立足之本的行業(yè)領頭羊，龍凈環(huán)保較早警覺到這一危險信號，并作出了實質(zhì)性的應對。
據(jù)了解，影響SCR煙氣脫硝效率的關鍵在噴氨技術、導流及整流技術和氨氣調(diào)節(jié)技術。龍凈環(huán)保正是通過對這些關鍵技術的突破來作為技術創(chuàng)新的切入點。
記者在對龍凈環(huán)保的采訪中得知，SCR煙氣脫硝技術中最初的氨/煙氣混合技術主要是圓盤回旋混流技術和格柵式噴氨技術(AIG)，這兩種技術主要依靠自身布置特性來混合氨氣/煙氣，混合調(diào)節(jié)手段單一。
為了繞過傳統(tǒng)技術混合不均勻、性能發(fā)揮受限等弊端，龍凈環(huán)保在十余年的工程實踐過程中，不斷對兩種噴氨技術進行改進創(chuàng)新，研制出“高效雙混噴氨技術”;并對氨氣調(diào)節(jié)技術進行創(chuàng)新，設計出適合國內(nèi)燃煤電廠脫硝裝置的“直通單座式氨氣調(diào)節(jié)技術”，最終形成龍凈環(huán)保獨有的“高效雙混SCR煙氣脫硝新技術”。
從“雙混噴氨技術+直通單座式氨氣調(diào)節(jié)技術”這個坐標基本可以看出該脫硝新技術的突破口。
首先，將圓盤回旋混流技術和AIG技術結合的做法，取長補短，能夠使氨/煙氣混合變得更為均勻。更能體現(xiàn)智慧的是龍凈環(huán)保對二級混流技術的應用。所謂“二級”，分別設置在AIG下游0.5~1米處和1.5~2.5米處，具體設置幾級可以根據(jù)機組實際條件動態(tài)調(diào)整。“若混合距離小于10米，一般選用完整的雙混噴氨技術;若混合距離為10~12米，可以選擇AIG+一級混流器;若混合距離大于12米，則可單獨選擇AIG或圓盤回旋混流技術”。
其次，在脫硝煙道和導流整流裝置的設計上也有“巧心思”。脫硝進出口煙道的走向采用緩轉(zhuǎn)彎設計，可以減少煙氣阻力100帕以上，還能防止積灰;根據(jù)每個項目的SCR脫硝系統(tǒng)的流場模擬結果設置導流板，可以將催化劑要求的各個參數(shù)值調(diào)整至最佳狀 態(tài);在脫硝反應器上部設置整流格柵，同時反應器頂板上設置小擋板，則可進一步保證流場的均勻性。
而直通單座式氨氣調(diào)節(jié)技術則能夠解決調(diào)節(jié)型球閥氨氣調(diào)節(jié)不穩(wěn)定、無法自動響應、系統(tǒng)復雜等缺點，具有能適應脫硝裝置的負荷變化、調(diào)節(jié)性能精準穩(wěn)定、管路簡單、經(jīng)濟性高、密封性好、氨氣泄漏小等復合功能。
那么，這種技術在超潔凈排放大潮時能否從容應對?在采訪中，華電電科院環(huán)保技術部副主任何勝提供的一個信息值得關注，他說，目前市場上針對超低氮氧化物排放的脫硝技術尚未出現(xiàn)大的創(chuàng)新，通常做法是在原有脫硝技術基礎上將各種參數(shù)做得更加完美，歸根結底還是靠增加經(jīng)濟投入。
但龍凈環(huán)保的實際工程應用，對電廠實現(xiàn)氮氧化物超低排放的可能性作出了肯定的回答。據(jù)了解，目前龍凈環(huán)保的“高效雙混SCR煙氣脫硝新技術”已經(jīng)過了40個脫硝工程、共100臺套、總裝機容量達4000萬千瓦的實踐考驗，均能實現(xiàn)氮氧化物排放濃度達到20~50毫克標立方。
河北邢臺國泰發(fā)電有限公司2臺30萬千瓦機組在進行脫硝改造時的經(jīng)歷頗為典型。記者在采訪中得知，該廠脫硝改造的難點在于，脫硝入口氮氧化物濃度高達900毫克標立方，要達到SCR出口氮氧化物濃度小于90毫克標立方的目標，就要求脫硝效率不小于90%。
“要滿足這個要求，必須同時運行3層催化劑，且要求催化劑迎面處的煙氣流場條件要比標準更加均勻。為了攻克這些技術難點，龍凈環(huán)保的觀點是強化煙氣和氨氣的混合，使煙氣流場條件更加均勻，從而保證脫硝的高效率。”負責該項目技術設計的何永勝如此介紹使用高效雙混噴氨技術的初衷。
據(jù)悉，面對規(guī)定的氮氧化物小于50毫克/標立方排放，脫硝效率將普遍高于85%，甚至90%以上。通?？梢酝ㄟ^加裝預留的催化劑層來提高脫硝效率，但脫硝效率提高的同時也會導致二氧化硫/三氧化硫轉(zhuǎn)化率提高，嚴重影響系統(tǒng)運行安全。要解決這個問題，除了從催化劑在設計時要嚴格把控外，龍凈環(huán)保高效雙混SCR煙氣脫硝技術可控制煙氣氨氮混合濃度和煙氣流速的分布標準偏差分別小于4%和8%，遠優(yōu)于催化劑所要求的5%和15%。高均勻度的煙氣流場條件可以使脫硝效率提高的同時盡可能地降低二氧化硫/三氧化硫轉(zhuǎn)化率。
邢臺國泰發(fā)電的工程投運后，展示出的性能指標對該技術具有充足的說服力：脫硝效率普遍達到90%，最高時可達92%，明顯高于市面上通行的80%的區(qū)間。
催化劑再生市場爆發(fā)在即
火電行業(yè)進入煙氣脫硝改造爆發(fā)期，巨大的壓力也傳導至下游的催化劑廠商。作為脫硝的核心設備，催化劑如脫硝設備的發(fā)動機。如今，這種“發(fā)動機”的數(shù)量正逐年不斷攀升。
據(jù)相關預測，2015年底我國火電裝機容量將達到9億千瓦左右。若年均火電裝機增速為4%，2010年30%、2011~2015年50%的新增機組完成脫硝改造，每年18%的原有機組完成脫硝改造，預計到2014年底，已投運脫硝機組容量約6.8億千瓦，2015年底現(xiàn)役火電機組將基本完成脫硝改造?，F(xiàn)國內(nèi)脫硝機組95%以上采用SCR法，在上述條件基礎上，預計到2014年底，脫硝催化劑保有量約60萬立方米，到2018年保有量約80萬立方米。
催化劑需求在短時間猛然增長，國內(nèi)的催化劑產(chǎn)量供不應求，曾有專家對記者笑稱，“中國恨不得把全球的催化劑都運來用。”隨著超潔凈排放要求的提出，需求數(shù)字將會再次刷新。
西安熱工院蘇州分院院長楊恂在接受本報記者采訪時表示，為了實現(xiàn)更低的氮氧化物排放，最常見的手段就是加大催化劑的使用。
“催化劑投入的量更大、使用壽命也更短，導致電廠的經(jīng)濟性受到雙重制壓。”楊恂說。
據(jù)悉，催化劑的化學壽命一般在24000小時，其活性會在使用中不斷衰減，電廠大約3~4年就需要更換一批催化劑。由于催化劑使用成本高、廢棄之后又會變成固體廢棄物對環(huán)境造成影響，發(fā)達國家普遍采用再生技術再次激活催化劑的活性，以達到循環(huán)利用的目的。
“無論從經(jīng)濟角度考慮，還是環(huán)境角度考慮，對催化劑進行再生都是一個方向，但市場的培育需要時間。”楊恂早在2006年就提倡我國引進催化劑再生技術，但我國的脫硝改造熱潮從2012年才開始，按照催化劑使用壽命周期，2014年對催化劑再生技術的需求才開始顯露。預計從2016年開始，廢催化劑的產(chǎn)生量為每年10~24萬立方米，并每年遞增。
同樣覺察到催化劑再生技術所蘊含的巨大價值的還有龍凈環(huán)保。其2012年就開始涉足脫硝催化劑再生業(yè)務，并作出了大手筆。2013年1月，龍凈環(huán)保與美國CoaLogix公司合資注冊成立龍凈科杰環(huán)保技術(上海)有限公司(下稱“龍凈科杰”);2013年10月，注冊成立江蘇龍凈科杰催化劑再生有限公司(位于鹽城環(huán)?？萍汲?，下稱“鹽城工廠”)。
美國CoaLogix公司是全球最大的脫硝催化劑再生公司，擁有多項技術專利。其產(chǎn)品在美國催化劑再生市場具有壓倒性優(yōu)勢，占有率達85%以上。“美國Coalogix公司的催化劑再生工藝已被證明可將失活催化劑的化學性能 恢復到與全新催化劑完全相同，再生催化劑的失活速率與全新催化劑相等。再生催化劑的機械強度和硬度并不會降低，二氧化硫/三氧化硫轉(zhuǎn)化率也沒有明顯變化。而且，還可以根據(jù)催化劑的物理性能再生2~3次，對市場而言價值巨大。”龍凈科杰總經(jīng)理劉安陽表示。
值得關注的是，與市場上的現(xiàn)場再生不同，龍凈采用的是工廠再生方式———將催化劑再生的場所由電廠的臨時性場所搬到了固定的工廠。
楊恂向記者介紹，雖然采用現(xiàn)場再生方式可以節(jié)省運輸環(huán)節(jié)、節(jié)省時間，但工廠再生因為具有專門的場所、處理設備和工作流程，再生效果也會更完善，“因此，從催化劑再生的歷史沿革來看，都是從現(xiàn)場再生開始，再逐漸轉(zhuǎn)移至工廠。”這個拐點其實已經(jīng)伴隨著今年8月環(huán)保部發(fā)布《關于加強廢煙氣脫硝催化劑監(jiān)管工作的通知》和《廢煙氣脫硝催化劑危險廢物經(jīng)營許可證審查指南》來臨。這兩個文件明確將廢催化劑列入 《國家危險廢物名錄》，并對現(xiàn)場(移動式)再生方式處理廢催化劑下了禁止令(除非產(chǎn)生單位自建固定的再生設施并通過危險廢物的環(huán)評)。
現(xiàn)場再生極易對電廠周邊環(huán)境和水質(zhì)形成二次污染，對電廠工作人員產(chǎn)生較大的健康風險，轉(zhuǎn)向工廠再生后將有效規(guī)避這些風險，并能夠降低環(huán)保部門的監(jiān)管成本。“現(xiàn)場再生意味著遍地開花，而工廠再生能將項目集中起來，更易于環(huán)保部門監(jiān)管。”楊恂分析。
另外，考慮到合理的催化劑管理對于減少SCR裝置的運行風險和降低運行費用非常關鍵，龍凈可為客戶提供催化劑壽命管理服務并簽訂長期協(xié)議，提供催化劑安全、連續(xù)、穩(wěn)定運行的系統(tǒng)解決方案。包括為用戶提供全套、專業(yè)的催化劑監(jiān)測服務，為用戶制定長期的催化劑更換計劃，提供催化劑儲存服務等。
這種囊括前期技術設計以及后期維護管理的全生命周期服務大大解決了電廠的后顧之憂，從而受到了市場的青睞。截至8月底，龍凈已具有再生催化劑國內(nèi)合同業(yè)績14臺機組，其中，華電湖南長沙發(fā)電集團和華潤鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司等10臺已投運的機組，至今已運行一年多，脫硝率均能穩(wěn)定達到排放要求。
以上項目采用的再生催化劑都是龍凈直接從美國CoaLogix公司進口，而新的里程碑馬上就要到來。記者在采訪中得知，龍凈科杰的鹽城再生工廠一期20000立方米/年脫硝催化劑再生生產(chǎn)線將于12月16日正式投產(chǎn)，這意味著龍凈在真正意義上開啟了我國催化劑再生市場。屆時，在龍凈的助力下，電廠使用再生催化劑的成本也有望進一步降低。
