通過為遍布全國的300余臺燃煤鍋爐加裝新型清潔設(shè)備，浙江大學(xué)能源工程學(xué)院副院長高翔教授和岑可法院士團隊，讓人們看到了大幅改善大氣質(zhì)量的希望。4月15日，高翔和岑可法團隊經(jīng)多年產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)研發(fā)的成果“高效煙氣催化脫硝關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”，在全省科學(xué)技術(shù)獎勵大會上獲得2014年度浙江省科技進步獎一等獎。

岑可法院士和高翔教授領(lǐng)導(dǎo)著一個十幾年如一日、專注于煤炭清潔利用的科研團隊。此前，他們研發(fā)的燃煤高效脫硫技術(shù)曾獲得2012年度國家科技進步獎二等獎。正是有賴這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用，我國得以執(zhí)行比美國、日本等發(fā)達國家更加嚴格的排放標準。近日，記者在浙江大學(xué)實地探訪了科技力量是如何讓燃煤越來越“干凈”的。

尋獲關(guān)鍵催化劑

治理霧霾已經(jīng)成為舉國上下最為關(guān)切的話題之一。高翔介紹，在我國，氮氧化物—造成大氣灰霾的主要原因之一—約三分之二的來源是煤燃燒。2013年，我國消費的煤炭占全球50%以上，且煤炭在未來一段時間仍然是中國經(jīng)濟成長不可缺少的燃料。我國高硫、高灰等低劣質(zhì)煤約占煤炭資源總量的40%，而且我國東部京津冀、長三角、珠三角等重點地區(qū)平均煤炭消費強度是美國的15.7倍。“在這樣的前提下，要改善我國的空氣質(zhì)量，就必須使用全球最先進的污染控制技術(shù)。”高翔說，“我們的目標是，讓燃燒煤炭變得比燃燒天然氣更干凈。”

目前各國廣泛應(yīng)用的清除氮氧化物技術(shù)，即脫硝技術(shù)，是在煤燃燒產(chǎn)生的煙氣從煙囪排放之前，先讓它與氨氣充分混合，然后通過幾層催化劑，這樣就發(fā)生了神奇的化學(xué)反應(yīng)，氮氧化物會轉(zhuǎn)變?yōu)榇髿庵衅毡榇嬖诘牡獨猓�不會造成污染。高翔指出，在這一過程中扮演關(guān)鍵作用的就是催化劑。過去，中國企業(yè)使用的催化劑主要依賴進口，不僅價格昂貴，在我國還遭遇到一些“水土不服”的問題。

高翔說，首先是因為我國使用的煤炭中劣質(zhì)煤比重大，部分催化劑沒用多久，就由于磨損、堵塞、中毒等導(dǎo)致失活，最短的使用壽命僅3個月。另外，我國的鍋爐往往不是一直保持滿負荷運行，而是根據(jù)供電或供熱情況，負荷波動較為頻繁。負荷低時，溫度就可能無法滿足催化劑正常工作的要求，容易導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)停運，引起氮氧化物排量激增。

為了研發(fā)適應(yīng)中國工業(yè)環(huán)境的“強悍”催化劑，高翔團隊采用了量子化學(xué)手段，利用計算機模擬，從不同元素的成千上萬種組合中，更加精確、高效地篩選出符合條件的催化劑配方。他們最終研制成的催化劑，抗中毒性、耐磨性都有了很大提升，延長了催化劑的使用壽命。

科研團隊還在配方中加入稀土等元素，使催化劑對溫度的要求不再那么苛刻，在鍋爐低負荷運行時也能較好地發(fā)揮作用。

高翔說，工廠排放的每立方米煙氣中，氮氧化物含量低于200毫克，就可達到歐盟和日本現(xiàn)行標準，低于100毫克可達到美國和我國最新標準。而通過使用這種新型催化劑，這個數(shù)字降低到了50毫克以下。

足跡踏遍上百企業(yè)

成功改良催化劑只是高翔團隊卓越成就的一部分。多年來，這批科研人員的足跡遍布上百家企業(yè)，腳踏實地解決催化劑在實際應(yīng)用中遇到的種種難題，這一過程同樣產(chǎn)生了大批成果。

一個重大的問題是，我國許多燃煤電廠當年興建時大都沒有預(yù)留脫硝空間，現(xiàn)在要加裝脫硝設(shè)備，就要因地制宜，一個鍋爐一個鍋爐地考察、設(shè)計。課題組成員、鄭成航副教授說，科研人員來到工廠里，翻出一張張陳年老舊的設(shè)計圖紙，反復(fù)琢磨煙氣排放的通道和行程。回到實驗室，他們在計算機上建立數(shù)字模型，精確地模擬氣體的流體力學(xué)數(shù)據(jù)。

實際上，高翔團隊的工作環(huán)境本身就像一個小工廠。在浙大玉泉校區(qū)老和山腳下，課題組設(shè)計建造了一座工業(yè)中試規(guī)模的熱態(tài)煙氣污染物深度治理系統(tǒng)，可以模擬實際生產(chǎn)中的各種情況。課題組成員不僅研制催化劑配方，還親手制作樣品。

鄭成航說，為了給每一臺鍋爐都找到最佳的設(shè)計方案，除數(shù)字模型外，課題組還用塑料和金屬材料制作了等比例縮小的物理模型，包括煙道、噴嘴、催化劑層等結(jié)構(gòu)，可以通進模擬氣體做試驗，取得數(shù)據(jù)。多年來，課題組足足制作了上百個各種形狀的鍋爐排氣部分和脫硝設(shè)備模型。記者在采訪時就見到了幾個這樣的模型，一批年輕的科研人員幾乎整天對著它們琢磨，如何讓氨氣和煙氣混合得更加充分。

年減排94萬余噸

高翔團隊從來沒有把自己局限在實驗室里。從基礎(chǔ)研究到技術(shù)產(chǎn)業(yè)化這條長長的鏈條上，幾乎每一個環(huán)節(jié)都有他們的身影。多年來，課題組在企業(yè)界一直擁有許多合作伙伴。省內(nèi)外多家企業(yè)將脫硝催化劑及相關(guān)設(shè)備作為主打產(chǎn)業(yè)，并逐漸發(fā)展成行業(yè)骨干。

在改良催化劑的過程中，科研團隊就已經(jīng)考慮到了回收再利用的問題。我國煤電裝機容量世界最大，每年產(chǎn)生的廢舊催化劑數(shù)量是美國的4倍，如何處理是個難題。“填埋的成本是每噸近6000元。”高翔說，“這種廢舊的催化劑屬于危險廢物，處置不當會造成嚴重的二次污染。”科研團隊發(fā)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劑的活性恢復(fù)至新鮮催化劑的98%。這一成果直接催生了一項產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在，專門提供這項再生技術(shù)及催化脫硝成套設(shè)備的企業(yè)，僅我省就有好幾家。

目前，“高效煙氣催化脫硝關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”成果已應(yīng)用于300多臺燃煤鍋爐，已實現(xiàn)年減排氮氧化物約94.2萬噸，合作單位累計產(chǎn)值超過51億元。在高翔團隊一系列成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，燃煤清潔利用成為環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)，并向人們展示了重獲藍天白云的美好遠景。