氮氧化物（NOx）是大气污染的主要成分之一，我国氮氧化物排放量中的70％来自于煤炭的直接燃烧，而电力工业又是我国的燃煤大户，因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。火电厂氮氧化物排放控制是我国“十二五”的重点工作之一。环保部《2009-2010年全国污染防治工作要点》明确提出：“全面开展氮氧化物污染防治。以火电行业为重点，开展工业氮氧化物污染防治。在京津冀、长三角和珠三角地区，新建火电厂必须同步建设脱硝装置，2015年年底前，现役机组全部完成脱硝改造。”

 

    为适应环保新的要求，史上最严格的火电排放新标准已于2012年1月1日颁布实施。为加快火电烟气脱硝行业的发展，国家发改委已于2013年1月1日对火电厂烟气脱硝执行电价补贴政策，补贴单价为0.008元/度电。

 

    截至2014年1月，国内与烟气脱硝产业相配套的SCR催化剂生产企业已近60家（大部分为蜂窝式SCR生产企业），总产能达到40万～50万m3/a。根据测算，2010～2015年底前全国需完成的SCR实施工程总量将达到10.6亿kW，以燃煤机组对SCR催化剂需求量平均为0.8m3/MW计算，2010年至2015年底前SCR催化剂的需求总量为85.08万m3。

 

    SCR脱硝催化剂通常采用“2+1”的安装方式，正常的催化剂使用寿命应为2～3年，而国产催化剂行业由于产能过剩，价格竞争激烈，导致了催化剂品质严重下滑，一般使用寿命仅为1～2年。我国从2012年开始大量使用国产SCR催化剂代替进口催化剂，造成了催化剂在使用过程中的废弃量大大增加，根据催化剂实际的运行状况，推算出从2014年开始国内将连续稳定产生SCR废催化剂，其产生量也将逐年增加，达到稳定状态时的最大产生量为13.75万t/a。废SCR催化剂本身是具有很高可再利用价值的资源，通过分离提纯技术可以实现废SCR催化剂中的TiO2、V2O5、WO3（或MoO3）的分离和回收，从而实现烟气脱硝产业的物质大循环。

 

    废弃的SCR催化剂除自身含有V2O5、WO3（或MoO3）等有毒氧化物外，还夹杂有燃煤飞灰中的砷、汞、铅等具有危险特性的重金属物质，对人体健康和环境存在风险，在欧洲被定性为危险废物；美国EPA虽然未将废SCR脱硝催化剂列入危险废物进行管理，但某些州的（如加利福利亚州）环保局认为废SCR脱硝催化剂含有危险有害物质，要求按照危险废物进行管理，不允许随便倾倒。我国环境保护部污防司近期也在委托部属固体废物与化学品管理技术中心会同中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所等单位，研究起草《废烟气脱硝催化剂危险废物经营许可证审查指南》，以规范废烟气脱硝催化剂经营许可证的审批工作，提升废烟气脱硝催化剂再生、利用的整体水平，防止在废烟气脱硝催化剂的再生、利用过程中对环境造成二次污染。

 

    目前，国外还没有哪个国家有单独针对SCR废催化剂回收利用的工业装置，这是由于国外的电力供应结构与我国存在很大的差异，如日本的核电占其电力供应总量的90%左右，美国的煤电占其电力供应总量的30%左右，而中国的煤电则占电力供应总量的70%以上，故除中国外的其他国家在煤电上使用的SCR催化剂数量非常有限，这可通过全球脱硝催化剂载体钛白粉的供应量得到佐证（除中国外，其他国家能提供SCR催化剂原料载体钛白粉的企业共有4家，分别为日本石原2万t/a、日本界化学0.3万t/a、法国美利联2万t/a、莎哈利本3万t/a），加之其催化剂质量上成，使用寿命较我国国产催化剂的寿命长数倍，因此国外SCR催化剂的废弃产生比例和产生量均未达到可以单独成立回收利用企业的程度；另外，基于各国在钛冶炼工业、钨冶炼工业及钒冶炼工业上发展水平各不相同，无法将SCR废催化剂回收产物的产品定位为冶金工业的原料等级，也导致国外研究形成SCR废催化剂回收利用成本高昂的结论。而在中国特有的煤电局面，以及钒、钨、钛冶金工业发达的基础上，完全有实力和需求建立自己独立的SCR废催化剂回收利用体系。

 

    由于我国不同地区的火电烟气脱硝产业发展状况各不相同，废弃SCR催化剂的产生量也相差较大，若在每个省单独设立一个废催化剂的回收利用企业，则会出现某些地区因为废催化剂产生量小而使得回收工程不具备经济规模、回收项目难以良性运营的状况；另外，各省对危险废物跨省运输的协作及处理处置的态度有所差异，也势必会增加废弃催化剂大规模集中处理的难度。

 

    因此，SCR废催化剂回收利用工厂的建设需要以全局的观点来审视，引导其以适宜的正确模式发展。本文在相关数据测算的基础上，对未来废弃SCR催化剂回收利用项目的建设格局进行了分析。

 

    2 废弃SCR催化剂的产生时间及产生量分析

    2.1 国内火电项目安装SCR工程的实施情况

    根据相关预测，2015年底我国火电装机容量将达到9.6亿kW左右。若年均火电装机增速为4%，2010年30%、2011～2015年50%的新增机组完成脱硝改造，每年39%的原有机组完成脱硝改造，因此到2015年底，现役火电机组完成脱硝改造的目标能够基本实现。根据这一思路推算出各年火电安装SCR工程的实施情况，测算依据为：

    1）2010年新增机组改造比例30%，2011～2015年新增机组改造比例50%，2015年之后新增机组改造比例100%；

    2）旧机组改造工程比例39%；

    3）每兆瓦需要SCR催化剂的量为1.33m3；

    4）每立方米催化剂的干基重量为0.5t；

    5）SCR脱硝工程占总改造工程量的比例为90%。

    但实际上由于国内脱硝产业的经济政策落实滞后，即脱硝电价政策从2013年1月1日起才开始在全国执行，使得国内火电脱硝改造工程进程延后。根据中电联对2008～2011年脱硝工程实际实施情况的统计数据，及《“十二五”主要污染物总量减排目标责任书》要求2012年完成的重点减排项目名单中统计的2012年实施完成的烟气脱硝工程总量，整理得出实际完成情况的测算，结果见表1。在测算实际完成情况时，考虑了国内目前SCR催化剂供应总量的实际变化情况，其中2013～2014年全国SCR催化剂的供应总量以25万m3计，2014～2015年全国SCR催化剂的供应总量以40万m3计，2015～2018年全国SCR催化剂的供应总量以40万m3计。根据中电联的预测，2020年后全国火电装机容量将维持在11亿kW，催化剂的总需求量将维持在25～30万m3/a。

 

    2.2 SCR废催化剂产生时间及总量分析

    根据表1的测算，2010～2017年底前全国完成的SCR实施工程总量将达到13.6亿kW。根据燃煤机组对SCR催化剂需求量平均为0.8m3/MW计算，2010～2015年年底前SCR催化剂的需求总量为85.08万m3； 2015年后预计火电发电量将以每年约47,000MW的速度增加，2016～2018年年底前SCR催化剂的需求总量为45.72万m3，按照现有SCR催化剂的市场供应总量，到2015年底可全部完成对现役机组的脱硝工程改造。届时SCR催化剂的需求总量将维持一个均衡的量，即在2022年之后，平均每年SCR催化剂的需求总量将稳定在25万m3左右，不会再出现2013～2015年度的集中井喷式需求。表2为测算的各年SCR催化剂需求量。

    SCR脱硝催化剂通常采用“2 + 1”的安装方式，即先安装2层催化剂，大约3年后，再加装第3层；3层一起使用大概3年后，开始更换第一层，过2年后，更换第二层，再过2年后，更换第三层，如此循环往复（见表3）。根据这一规律，推算出从2014年开始国内将连续稳定产生SCR废催化剂，其产生量将逐年增加。各年SCR废催化剂的产生量如表4所示。

    SCR废催化剂若得不到相应的减量化处理， 2014年至2019年，全国的SCR废催化剂将累计达到19万吨；至2025年，SCR废催化剂总量将累计达到82.86万吨；同时由于SCR废催化剂具备危害性，还将会给我国的土壤、水体带来严重的污染威胁。

 

表1 实际各年火电项目安装SCR工程的实施量 （单位：MW）

 

表2 各年SCR催化剂需求量

表3 SCR催化剂安装方式

表4 各年SCR废催化剂的产生量

表5 不同产量规模的投资决策指标