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随着城市化加速推进，福建省2024年城市生活垃圾清运量达1399.7万吨。垃圾焚烧处理成为城市生活垃圾无害化处理的主流方式，垃圾焚烧发电锅炉是垃圾焚烧处理过程的关键设备，因此如何保障生活垃圾焚烧发电锅炉的绿色低碳安全运行成为亟需解决的问题。由于在垃圾焚烧发电过程存在垃圾焚烧过程效率低、排放烟气污染大、蒸汽供应系统不合理以及焚烧炉安全检测要求高等问题，难以保证生活垃圾焚烧发电锅炉的正常高效运行。项目组经过多年产学研联合攻关，创新了垃圾焚烧过程优化技术，研发了高效脱硫脱硝催化剂，创新了复叠蒸汽供应系统，开发了生活垃圾焚烧锅炉风险评定技术，实现了生活垃圾绿色低碳安全的综合利用，具体创新如下： （1）开发了“烟气再循环燃烧+低氯排放协同控制”技术。针对垃圾焚烧燃烧效率低、含氯量高的难题，系统研究了垃圾焚烧入口成分、一二次风增强湍流度、高温烟气停留时间、过量空气系数、床层温度与锅炉燃烧热效率、烟气HCl含量、炉渣成分等参数之间的变化规律；采用烟气再循环燃烧方法，根据入口垃圾成分变化，利用CFD模拟+响应曲面寻优技术，获取生活垃圾稳定焚烧的最优运行工况，从而控制炉渣成分和烟气HCl含量。 （2）研发了高效低成本的脱硫脱硝催化剂。以低成本钛渣及铈基氧化物为载体，结合多元复合氧化物催化体系，利用钛渣高比表面提升活性组分分散性，铈（Ce³⁺/Ce⁴⁺）变价特性诱导氧空位生成，强化低温（160-300℃）活性。通过梯度孔道与多元组分协同，活性窗口拓宽至150-400℃，适配烟气温度波动。在200ppm SO₂和10% H₂O工况下Nox转化率＞90%，氮氧化物排放达到福建省地方标准。 （3）设计了优化跨临界CO₂复叠蒸汽系统。集成热电过冷器与喷射器的复合系统，构建了垃圾焚烧蒸汽供应复叠系统。通过优化过热冷和排气压力，以及关键部件（特别是压缩机和喷射器）效率，减小换热器夹点温差，显著提升系统性能。火用损降低53.36%，年节能率提高29.94%。 （4）开发了垃圾焚烧发电锅炉风险评定技术。开展了发电锅炉失效影响因素及 评价因素的重要程度分析，构建了在线评价的垃圾焚烧锅炉风险评价体系，同时将支持向量机算法引入到发电锅炉的风险评价中，设计了基于模糊系统的最小二乘支持向量机模型，开发了相关风险评价系统。通过该风险评定技术应用，有效降低设备运行的风险，减少了人员伤亡和设备事故，可节约设备检验和维护费用15%~40%。 该成果突破了生活垃圾焚烧锅炉绿色低碳安全运行的技术瓶颈，多项创新技术达到国内领先水平。获国家授权专利（软著）15件，编制标准2项，发表论文6篇。整体技术在瀚蓝（南平）固废处理有限公司等多家企业应用以来，新增产值近2.5亿元，新增利润2000多万元；三年消纳生活垃圾74.1万吨，经济、环境与社会效益显著。项目成果为生活垃圾焚烧锅炉绿色低碳安全运行提供了新方向。

该成果在多项国家/省部级项目支持下，依托国家工程实验室、省部级工程技术研究中心等国家级和省部级科研平台，针对不可再生的废弃脱硝催化剂开展资源化综合利用，突破了从废弃脱硝催化剂中回收有价金属元素的技术瓶颈，开发了具有自主知识产权且适应不同中毒特征的不可再生废弃脱硝催化剂回收技术，形成了年产5000吨的废弃脱硝催化剂回收生产线，实现了不可再生废弃脱硝催化剂全量化循环回用，同时解决了不可再生废弃脱硝催化剂对环境污染、废弃脱硝催化剂资源化综合利用的高能耗、高成本问题，促进脱硝环保产业的可持续发展，具有显著的社会效益和经济效益。

该项目属于低碳绿色炼铁技术领域。 烧结矿是中国高炉炼铁的主要原料，其生产工艺对产质量及炼铁生产影响巨大。在铁矿石“基石计划”背景下，高效优质的烧结矿生产工艺创新对增强中国铁矿石资源保障能力有重要意义。绿色低碳发展方向下，高能耗和高污染的烧结工序需深入推进减污降碳。烧结超低排放后，粉尘和SO₂等排放大幅降低，但含5000mg/m³以上高浓度CO的烧结烟气和环冷机中低温废气多直接排放，造成污染和余热余能浪费。 针对上述问题，该项目以“高效、低碳、极低排放”烧结为目标，开发出返矿分流、延长消化时间等强化制粒技术，提升优质烧结矿生产效率的同时降低了固体燃料消耗，开发了环冷机中低温废气零排放和烧结烟气CO极低水平排放技术，实现了烧结减污降碳协同。 主要创新点如下： (1)深入研究了返矿的润湿特性，明晰了强混-润湿-消化对烧结原料混匀制粒的影响机制，开发了返矿分流、延长消化时间等强化制粒技术，烧结混合料平均粒度提高10.93%，烧结利用系数提高4.89%。 (2)开发了环冷机中低温段废气全量循环利用技术，首次实现了烧结机烟气内外循环比例30%条件下的环冷机废气零排放和余热回收，冷却新风用量减少50%，余热回收蒸汽提升39.10%，固体燃耗降低0.63kg/t。 (3)采用大烟道烟气烧结再利用及CO催化氧化等技术，开发了烧结烟气CO综合治理技术，实现了烧结烟气CO减排38.66%，脱硝用高炉煤气消耗降低66.63%，首次实现了烧结外排烟气CO浓度低于2800mg/m³。 (4)开发了智能配料自校验系统，解决了烧结配料易偏差问题，实现了烧结矿TFe±0.5稳定率100%；开发出机头免停料一键换台车新技术，实现5min快速换台车；开发出混合机、布料仓、烧结机篦条等设备自动清洁技术，提高了烧结生产作业率。 项目技术应用于首钢股份360m²烧结机，在1.4t/(mm²·h)高利用系数下，烧结矿转鼓强度84.94%，RDI+3.15，80.89%，TFe±0.5稳定率100%，固体燃耗低至43.16kg/t，工序能耗低至38.06kgce/t，外排烟气CO浓度低至2502mg/m³，环冷废气零排放。近3年累计经济效益达1.73亿元，取得了显著的经济、社会和环境效益，应用前景广阔。项目已获授权专利24件(其中发明专利7件)，发表学术论文11篇。 中国钢铁工业协会成果评价会认定：该项目达到国际领先水平。

该项目属于钢铁行业大气污染防治工程技术领域。 钢铁行业是大气污染物的主要排放源之一，为了推动钢铁行业绿色高质量发展和空气质量持续改善，近年来钢铁行业大力推进超低排放改造。在各种超低排放技术中，活性焦工艺占比达到30%以上，是应用范围最广的烟气净化技术。然而，当前活性焦工艺普遍存在运行不稳定、成本高等难题。为此，沙钢联合江苏科技大学、西安建筑科技大学，开展了活性焦烟气净化工艺控制模型研发工作，显著提升了活性焦工艺的达标排放率和稳定运行率，有效降低了烟气净化成本。 主要创新成果如下：(1)基于原燃料与烧结过程污染物生成规律的系统研究，建立了SO₂和Nox浓度预测模型，为活性焦系统优化调整提供了先决条件。研究了烧结过程SO₂和Nox生成规律，结合大数据分析，实现了实际生产条件下的SO₂和Nox浓度预测，通过现场连续取样检测比对，浓度预测误差＜3%，为控制模型的研发和稳定应用建立了基础。(2)基于硫平衡计算，开发了活性焦循环速度闭环控制模型，改善了系统透气性，降低了活性焦消耗。研究了硫元素在活性焦工艺中的迁移规律，并基于硫平衡首次提出了活性焦循环速度控制模型，实现了烟气硫负荷和活性焦硫含量的协同精准控制，吨矿活性焦消耗由2.0kg以上降低至1.3kg/t。(3)开发了烧结烟气在线喷氨控制模型，实时优化控制喷氨参数，提高了Nox排放控制精度，降低氨水消耗。首次提出了活性焦喷氨脱硝存在的“滞后性”反应特征，实现了Nox生成和活性焦氨吸附在时间维度上的高度耦合，开发了在线自动喷氨控制系统，氨水消耗由1.5kg以上降低至0.85kg/t。(4)建立了活性焦运行状态评价体系，有效减少了潜在隐患，提高了系统稳定运行率和超低排放率，其中稳定运行率达到99.7%以上，超低排放率实现100%。 项目研发及应用期间共申报专利25件，获得授权专利16件，其中发明专利8件、实用新型8件，发表论文7篇。项目成果成功应用于沙钢9套活性焦脱硫脱硝装置，运行成本、超低排放率以及稳定运行率等指标均达到了国内同类型装置的领先水平。此外，系统氨逃逸长期低于2mg/m³，远低于8mg/m³的环保要求。项目近三年累计创效超8.8亿元，相关成果可为活性焦工艺的运行优化及改进提供参考和借鉴。

钢铁冶金行业轧钢加热炉，燃料一般为高、转、焦或混合煤气。轧钢加热炉在日常生产过程中氮氧化物排放指标过高，烟气NOx浓度约50～200mg/Nm³，即使采取空煤气双蓄热弥散燃烧工艺，烟气NOx浓度也在50～100mg/Nm³之间，污染物给环境造成影响。按照生态环境局要求，2024年6月1日氮氧化物执行标准不高于50mg/m³。受环保指标标准变化约束，现在的工艺仅靠精心操作很难满足现在的排放要求，不能实现达标排放，需对加热炉氮氧化物排放指标进行管控。 加热炉烟气中脱硝传统治理工艺以SCR(选择性催化还原法)和固定床工艺为主，均为末端治理工艺，即轧钢加热炉产生NOx后通过喷氨或脱硝剂进行反应分解，包括箱体，箱体内设有催化剂反应装置和流体矫正装置，催化剂反应装置设置于流体矫正装置下部，催化剂反应装置包括多个催化剂料层和催化剂内部防堵装置，流体矫正装置上部连接有氨水喷射装置。虽然系统简单、二次污染小，但是氨水消耗量较大且需要定期添加，长此以往会产生巨大的经济成本。 该项目是一种利用烟气再循环降低加热炉NOx排放的方法，引进了烟气再循环理念，其目的是在尽可能不降低煤气燃烧效率的前提下，降低煤气燃烧温度，减少烟气在高温区的停留时间，合理控制空气过剩系数。烟气再循环技术就是从加热炉排烟烟囱抽取一定量烟气，通过再循环风机将抽取的烟气送入助燃风管道，和空气混合后将助燃风氧含量控制在一定区间再送入加热炉燃烧室内参与燃烧。通过降低助燃风的氧浓度，达到降低煤气实际燃烧温度，减少烟气在高温区的停留时间目的，再配合加热炉“智能燃烧”操作系统使加热炉炉温自动调节，同时合理控制空燃比，达到控制空气过剩系数的目的，最终可以有效使加热炉氮氧化物排放指标降到50mg/m³以下。 该项目获得了2024中国精益数智化创新改善大赛二等奖、第七届中央企业QC小组成果发表赛二等奖、河北省质量小组管理活动特等奖及集团公司QC小组成果发表赛一等奖等奖项。

该项目属于钢铁冶金领域，涉及铁矿粉烧结、烧结工艺控制、烧结烟气治理等多方面学科。 该项目自2019年至今，历时6年，采用源头管控、过程消纳以及末端治理相结合的全流程烧结烟气治理技术，烧结烟气污染物远低于超低排放标准。 项目关键技术和创造性主要表现在以下方面：1.开发了源头污染物精准管控技术，以高炉返焦量为平衡点，对固体燃料小于1mm粒级进行预筛除，燃料粒度2.5～3mm粒级控制在40%以上，促进燃料在料层下部自然偏析降低燃料N与O₂的反应能力，增强下部还原性气氛，燃料改性增加铁酸钙催化作用，降低NOx排放；2.开发了基于烟气循环耦合富氧点火和蒸汽喷吹降低烧结烟气CO技术，控制循环烟气量30%-40%，富氧点火助燃风氧含量22%-25%，喷吹蒸汽量2.5-4.5kg蒸汽/t矿，实现烧结机烟气CO含量在原有基础上降低≥1000mg/m³；3.开发了基于烧结烟气末端治理的CO催化氧化技术，将烧结烟气中90%以上的CO转变为CO₂，实现烧结烟气CO末端高效治理；4.构建了以烟气均分为前提、高效均化喷氨为核心、工艺协同控制为保障的烧结烟气逆流式活性炭脱硫脱硝技术体系，系统脱硫率达到99.99%，脱硝率达到90%以上；建立烧结烟气颗粒物深度减排控制体系，降低系统颗粒物排放浓度。 该技术已经在德龙钢铁有限公司230m²烧结机上成功应用，2021年至今，各项排放指标远低于超低排放标准，产生的直接经济效益达到8865.56万元，污染物排放浓度达到SO₂≤5mg/Nm³、Nox≤30mg/Nm³、颗粒物≤5mg/Nm³、CO≤5000mg/Nm³，烧结烟气脱硝率稳定在90%以上，烧结烟气脱硫率达到99.99%，克服了传统脱硫脱硝系统脱硫脱硝效率低的行业性技术难题，该技术可应用于所有同类型烧结烟气治理，为烧结烟气高效减排提供保障，促进烧结烟气减排技术进步。

该成果聚焦纳米材料催化剂在工业催化、环境治理和新能源等领域的应用潜力，围绕热、光、电催化方向展开深入研究与技术开发。​在技术研发上，通过精准调控材料电子结构及表面基团，成功开发出禁带宽度窄、量子效率高、溶液中分散性好的高效纳米催化剂。这些催化剂在聚合物管道材料制备、低温脱硫脱硝及污水处理等场景中表现优异，有效解决了相关领域的技术难题。​在理论研究层面，以TiO₂、CeO₂、BOV等具有较高应用前景的半导体纳米材料为主体，通过量子化学计算，深入探究金属原子、金属氧化物及有机小分子对材料电子结构、微观形貌和相界面的调控机制，得出了一套用于纳米材料微观结构设计的理论方法与手段，揭示了修饰原子、团簇、有机小分子等对材料表面电子结构的影响规律，丰富了材料设计的理论基础。 成果在应用推广方面成效显著，已与西安润达化工科技有限公司达成“烟气治理技术开发校企联合研究”协议并签署相关技术合同，与西安可利尔环保科技有限公司共建减排技术与材料陕西省高校工程研究中心，与天津安纳赛能源科技有限公司签署“耐高温输送原油柔性内衬管材的研制及安装工艺研究”技术合同，与此同时，成果在陕西巨业环保科技有限公司、西安捷越新材料科技有限公司、陕西永乐嘉材料科技有限公司、四川筠连西南水泥有限公司、四川省女娲建材有限公司等进行应用推广，规模已经达到8613万元，形成了产学研协同发展的良好格局。

该项目针对水泥行业烟气氮氧化物超净深度治理的迫切需求，依托陕西省2019年重点研发计划项目，开发了以“高温电除尘器+SCR脱硝一体化”为工艺路线的水泥窑烟气选择性催化还原(SCR)脱硝技术，并推广应用。其关键核心技术包括SCR脱硝前高温电除尘、SCR脱硝催化剂清灰、SCR脱硝氨水蒸发与混合、流场均布等技术，以及适合水泥粉尘高钙、高尘特性的中低温催化剂。SCR脱硝系统置于预热器C1出口与余热锅炉之间，主要包括还原剂喷射蒸发混合、高温除尘、催化反应及吹灰等系统。在SCR反应器前端增设高温电除尘器，一方面可大幅降低烟气中的粉尘浓度，延长催化剂寿命；另一方面使烟气保持较高温度，利于NO_x高效脱除。项目还针对性开发了具有优异中低温活性和良好抗硫性能的复合催化剂，并首创性提出采用11+13孔组合布置蜂窝式催化剂。项目技术成果于2021年6月通过鉴定，技术水平为国际领先。 项目技术成果已在多个水泥熟料生产线脱硝项目中得到长期应用验证，出口NO_x满足50mg/m³的超低排放要求，氨逃逸小于4mg/m³。累计创造经济效益近9亿元，脱氮量达3.9万吨以上，且提高氨水利用效率、降低氨水使用量(每年可节省氨水量5.6万吨以上)。该项目推动水泥行业烟气Nox深度治理技术的进步，具有重要的引领和示范作用。

钢铁工业是典型的高能耗、高碳排行业，烧结的污染负荷也居钢铁工业之首，是钢铁工业碳减排和污染控制的关键工序。烧结工序使用的燃料等是烧结碳排放的主要因素，烧结过程的热量合理利用可以极大程度的减少燃料、煤气等消耗，降低污染气体和碳的排放。利用机尾热成像技术稳定烧结矿FeO含量，提高料层厚度，抑制边缘效应，对燃料进行预筛分以提高燃料利用率，提高余热回收利用率，减少热量浪费，优化烟气处理工艺，降低了固体燃料消耗，减少工序能耗，实现碳减排。 1.利用热成像技术提高烧结矿FeO稳定率；机尾料层断面画面捕捉，智能感知分析，准确预判FeO含量，解决人工判断误差大的问题，控制适宜的燃料配比，减少不必要的浪费，节约成本，固体燃耗从50.6kg/t降低至48.82kg/t，烧结矿FeO降低，还原性改善，降低高炉燃料比。 2.开发应用烧结终点智能控制系统，预测烧结终点位置，提前调整工艺参数，提高终点温度至500℃左右，控制烧结终点位置，保证足够的高温保持时间，改善烧结矿质量，返矿配比由22%降低至20.5%以内。 3.高产高质低耗烧结：针对高料层烧结料层阻力大、抽风负压高、电耗高等问题，优化燃料粒级分布，优化料层结构，优化原料液相生成性能，形成了低负压高料层均热烧结体系，合理控制料层温度场，在涟钢各烧结机上均已应用，产量、质量均有提升，燃耗和电耗下降明显。 4.提高固体燃料利用率：针对燃料粒级过破碎带来的料层热量不均、细粒级随废气排出造成浪费等问题，采用预筛分工艺，减少燃料中细粒级比例，尤其在原料粒级偏粗、超高料层烧结条件下，优化燃料粒级组成，燃耗下降明显，质量稳定性也有提高。 5.针对360m³烧结机余热电站对应的环冷机余热回收系统进行提升改造，通过系统性综合能效诊断，应用“阶梯式余热回收”技术，在余热回收热风烟罩内安装隧道式多通道余热回收装置，并综合优化环冷机余热回收系统，有效提升余热烟气的回收效率，余热锅炉蒸汽产生量提升11.3t/h，大幅度的提升发电量，有助于减少气体排放及环境污染，有效降低烧结工序能耗。 6.针对涟钢360m³烧结机脱硫效率低的问题，优化升级烟气处理工艺，改“CBF半干法脱硫工艺”为“石灰湿法脱硫+低温SCR脱硝工艺”，上线后大大减少涟钢炼铁厂二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等排放，机头烟气出口SO₂浓度降低5mg/m³，颗粒物浓度降低4.9mg/m³，有效减少区域内的空气污染。

新型逆流式活性炭脱硫脱硝技术在热回收炼焦系统中的开发及应用项目，为河南安钢周口钢铁有限责任公司168万吨热回收炼焦项目配套脱硫脱硝烟气治理项目。 该项目基于国内热回收炼焦在国内相关政策，2014年中国政府取消对建设热回收焦炉的限制，该焦炉的主要特点：负压操作，没有无组织排放，实现源头减排，同时使用大量无烟煤、贫廋煤参与炼焦和产品只有电和焦炭等特点。 热回收焦炉作为一个新型环保产业，配套烟气成分复杂、颗粒物含量高、二氧化硫含量高、氮氧化物含量低、湿度大和烟气量大等特点，加快该行业污染物超低排放治理工作，同时加大先进控制技术的研发和应用都变得十分重要。 河南安钢周口钢铁有限责任公司联合南京泽众环保科技有限公司、武汉科技大学等团结了一批该领域最核心的技术团队，在原有安阳钢铁股份有限公司焦化厂逆流活性炭脱硫脱硝技术上，充分利用该团队的卓越的科研创新、工程和技术创新实施能力，通过对活性炭制备、烟气多污染物分布规律及活性炭对多污染物吸附机理、解析机理、废弃物处理等方面研究，针对原活性炭技术易板结、烟气冷却效果差易引起高温事故、装置应急能力差、再生塔高温段结垢易侵蚀及再生后气体处理装置腐蚀和废弃物处理难度大等问题，通过该项目开展以下攻关：(1)开发了热回收焦炉烟气中粘性粉尘处理技术：采用焦油过滤器对烟气中的粘性成分进行初脱除，避免粘性成分对吸附塔内活性炭的活性产生伤害，为高硫烟气脱硫提供保障；(2)开发了新型逆流式活性炭脱硫脱硝烟气净化技术：采用新型进气格栅结构，解决了活性炭下料慢、积灰板结问题；采用吸附塔分仓设计，实现了分仓紧急切出功能和生产过程中在线轮流定修；设置再生塔塔前、塔后双振动筛，解决了再生塔高温溜管板结磨损、再生气含尘磨损侵蚀设备等问题，实现了整套脱硫脱硝装置的高效稳定运行；(3)开发了废弃资源循环再利用技术，实现高效废弃物循环资源化再利用。该三项新技术被中国金属协会组织“科技成果评价会”被评委委员会专家评为“国际先进”水平。 开发具有自主知识产权的适合热回收炼焦行业的新型逆流式活性炭脱硫脱硝技术实现污染物总量控制，对于实现中国热回收炼焦行业烟气多污染物集成净化、超低排放和废弃物高效循环再利用等具有重要意义，同时协助热回收炼焦技术推广节约宝贵低硫低灰的焦肥煤资源有着重要的意义。