“多快好省”的解决环保问题的途径(原创)
2009-09-18 01:31阅读：
自主开发环保领域核心技术
为了有效控制燃煤电厂大气污染物排放，改善我国空气质量和控制酸雨污染，国家发布了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》。根据新标准，预计2010年我国新增火电机组容量脱硫比例可以达到80%，脱硫工程平均静态投资指标按300元/kW计算，未来5年，我国新电厂烟气脱硫工程投资累计可高达600亿元。随着我国'十一五'规划的实施，火电机组烟气脱硝也被提上了议事日程，未来5年，脱硝市场预计也将达300亿。政策驱动催生了庞大的烟气脱硫脱硝市场。
我国自20世纪70年代就开始进行烟气脱硫技术的研究和工业试验，并于80~90年代引进建设了一批烟气脱硫示范工程，但大型火电机组烟气脱硫脱硝技术始终未能实现自主开发与应用。大量重复引进国外技术，导致烟气脱硫脱硝产业存在严重依赖国外、技术费用高昂，建设周期长等诸多弊端，同时还存在授权地与授权时间限制，容易陷入知识产权陷阱，不利于国内电力环保事业的长期健康发展。
一、内容与创新点
为摆脱烟气脱硫脱硝市场对国外技术与设备的依赖，响应国家环保产业政策，我们积极把握国内迅速增长的火电厂SO2、NOX治理需求，创新地将传统串行进行的工艺研发、工程设计、项目管理并行进行，同时平台化开发脱硫脱硝核心工艺、工程设计及项目管理关键技术，工艺技术和其工程应用环境开发一并完成。创立了以数值模拟为基础，以要点实验和工程测量为支撑与校正的大型工艺平台开发模式，在国外技术保密、相关资料匮乏的不利条件下，率先在国内独立开发了包含所有速率控制步骤的烟气脱硫脱硝过程化学模型、物料及热量平衡计算模型、脱硫剂活性及其强化途径的实验方法。解决了脱硫脱硝与主机系统的相互制约关系，对烟气脱硫脱硝各子系统进行了集成、优化和仿真研究，大幅提升了关键技术的鲁棒性和中国国情适应能力。成功研制出了吸收塔浆液循环泵、FRP喷淋管、浆液喷嘴、侧进式搅拌器、喷氨隔栅等脱硫脱硝核心设备。并最终在国内率先推出集精准优化（Optimization）、个性化（Individuation）和集成化（Integration）等特色于一体的大型火电机组OI2-WFGD湿法烟气脱硫及OI2-SCR烟气脱硝系统技术，走出了一条国内烟气脱硫脱硝技术自主化，装备国产化的创新之路：
1、在国内首先研制成功了大型火电厂烟气脱硫脱硝成套
关键技术并应用建成了烟气脱硫及脱硝工程，相关性能指标达到或超过国际先进水平。
2、创立了以全方位、多尺度、系统级的数值模拟为基础，要点实验和工程实测为校正的大型工艺平台化的OI2开发模式，突破了'设计-台试-小试-中试-工程应用'的传统及因次分析、相似理论等的限制，成功解决了脱硫脱硝多相反应器大比例放大的难题，避免了旷日持久和费用高昂的逐级开发过程，并实现了研究成果设计指标至工程实施一次100%达标。
3、独立推导并建立了包含所有速率控制步骤的烟气脱硫脱硝的过程化学模型、物料及热量平衡计算模型，计算值与实测值偏差小于5%。
4、首先提出了FGD吸收塔吸收区汽液耦合平衡设计理论，对各截面及截面的各区域吸收剂的分布进行差异化设计，使汽液相对速度达到最优，汽液接触面积达到最大，从而使传质效能最大化。
5、首先提出了FGD吸收塔浆液池气氛控制系统，通过合理布置石灰石浆液进口、循环泵入口、石膏浆液排出口等的位置和设置隔离、导流装置，使吸收塔浆液池内形成了两个不同大小pH值的区域，同时满足二氧化硫吸收、亚硫酸钙氧化、石膏结晶和石灰石溶解的需要，脱硫效率扰动响应速度提高数十倍。
6、首先提出流场适应型设计理论，以'主动利用不均'代替传统的'单一尺度的平均化'方法。应用该理论设计的喷氨隔栅，第一层催化剂上表面的速度标准偏差小于8%，NH3/NOx摩尔比标准偏差小于4%，达到国际先进水平。
7、首先将系统仿真与依托工程实采数据挖掘结合，对烟气脱硫脱硝各子系统及脱硫脱硝与主机系统的相互制约关系及进行了集成与优化研究，大幅提升了系统的技术经济指标、鲁棒性和中国国情适应能力。
8、首先在国内将仿生学的理论应用于吸收塔喷淋管的设计，效仿担负分配、输送、支撑等类同功能的植物叶脉在进化中形成的结构，提出了叶脉状浆液喷淋管系的设计理论，实现了管系设计的综合优化。
二、应用业绩
截止目前，项目技术已应用于全国12个烟气脱硫工程和1个烟气脱硝工程中，已签订的合同金额达28亿元，脱硫工程机组容量已达到8280MW，脱硝工程机组容量为1200MW，其中已投产脱硫机组容量达到3540MW，投产脱硝机组容量600MW，已建成投产的脱硫脱硝项目量居全国同行首位，主要工程包括：
1)
太仓港环保发电有限公司一期2×135MW发电供热机组烟气脱硫工程
2)
太仓港环保发电有限公司二期2×300MW发电供热机组烟气脱硫工程
3)
太仓港环保发电有限公司三期2×300MW发电机组烟气脱硫工程
4)
国华太仓发电有限公司2×600MW发电机组烟气脱硫脱硝工程
5)
江苏射阳港发电有限公司二期2×135MW机组烟气脱硫工程
6)
盐城发电有限公司发电供热工程2×135MW机组烟气脱硫工程
7)
华润电力登封有限公司一期2×300MW机组烟气脱硫工程
8)
江苏南通天生港发电有限公司2×137.5MW机组脱硫工程
9)
云南华电昆明发电有限公司2×100MW技改脱硫工程
10)
大唐徐塘发电有限责任公司2×300MW机组烟气脱硫工程
在关键成套设备生产方面，合作研发应用浆液循环泵20台，真空皮带机16台，吸收塔喷淋管7套，自行开发的烟气挡板门10台，侧进式搅拌器15台，应用于公司承接的一系列烟气脱硫工程中。同时合作开发的循环浆液泵等产品已实现在国内外其它公司烟气脱硫工程项目的大规模应用。自行开发的喷氨格栅应用于国华太仓2×600MW烟气脱硝工程。以上开发的设备总收入达7197.78万元人民币，产生了巨大的经济效益。
三、主要技术性能指标
截至目前，累计研发投入3400万元人民币，产值已达20亿元以上，投入/产出比为0.017左右。表1为本项目技术性能水平与国内外同类产品的比较结果，可以看出，本项目技术已经完全达到国际先进水平，并在部分指标上居于领先地位。工程在单位造价和工期上都明显优于国外技术。
表1
OI2-WFGD技术性能与国外同类技术的比较
技术来源
|
脱硫
效率（%）
|
Ca/S
|
装置
可用率（%）
|
石膏
含水率（%）
|
石膏
纯度
（%）
|
单位造价（元/kW）
|
脱除费用（SO2/千克）
|
建设
周期(月)
|
本项目脱硫技术
|
97
|
<1.03
|
98
|
<10
|
>90
|
180~300
|
1.8~2.33
|
9~12
|
国
外
先
进
技
术
|
南热一期B&W技术（2×135MW）
|
>95
|
<1.03
|
>95
|
<10
|
>90
|
481
|
3.1
|
15
|
谏璧FBE技术（300MW）
|
>95
|
<1.03
|
>95
|
<10
|
>90
|
367
|
2.9
|
14
|
扬州川崎技术（2×300MW）
|
>95
|
<1.03
|
>95
|
<10
|
>90
|
300
|
3.2
|
16
|
四、市场竞争力比较
关键技术的市场竞争力与国内其它公司采用引进国外技术或国外技术项目授权的运作模式相比，在几个方面具有明显的优势。
（1）本技术在技术性能方面已经达到了国际先进水平，各主要技术指标与国外技术处于相同竞争起点，并部分优于国外技术。技术具备了针对国情的系统优化能力，具备了在工程实践的积累和吸收科学技术新发展的基础上不断提升的能力，掌握核心技术同时有利于实现关键设备国产化。
（2）应用本技术，使烟气脱硫脱硝工程成功摆脱了对国外技术支持的依赖，由于掌握核心工艺包，因此在设计过程中能够根据工程的要求，随工程进展不断对系统进行优化，从而保证工程始终处于相对最佳的状态。同时，由于无需外方技术支持，超越外方对设计的确认等繁琐手续和过程，能够有效缩短设计和建设周期，技术服务响应迅速，节约外方技术支持费用，从而降低系统造价，并因建设周期的缩短，解决因FGD建设周期长于机组工期拖延发电的问题，产生直接的经济效益。
（3）研发的国产设备开发周期短，性能与进口设备性能接近，价格较进口设备有大幅下降，这些国产化设备的开发和大规模应用，有效地降低了系统造价。
（4）随着本技术介入烟气脱硫脱硝市场，烟气脱硫、脱硝单位造价的变化趋势图如图1所示。烟气脱硫、脱硝工程单位造价呈明显下降趋势，应用本技术的烟气脱硫脱硝工程，充当了引领行业工程价格变化的风向标。随着本技术市场份额的不断扩大和市场认同感的迅速提升，使得国内脱硫脱硝工程造价不断下降。本项目技术可有效避免国外技术授权地和授权时限问题，无附加技术限制，有利于规避国外知识产权陷阱，开拓国际市场。
图1 本项目技术与国内外烟气脱硫/脱硝技术单位造价比较图
五、经济效益与社会效益
在经济效益方面，可以节约可观的外方技术使用、关键技术设备进口以及水耗能耗、排污等费用。以苏源环保为例，外方技术使用费节支16340万元（占项目投资10%），其中04年2698万元，05年13642万元；关键技术设备节支8520万元（取进口与国产设备差价），其中04年1525万元，05年6995万元。同时，国内关键设备的研发应用相当大程度上带动了国内相关产业的发展；在节能节水、减少排污费、出售副产品石膏上累计节支3642万元（仅包括太仓港环保发电有限公司FGD项目）。
在社会效益方面，自主开发的核心技术填补了我国烟气脱硫脱硝领域自主核心技术空白，打破了国外技术的垄断，大幅压低国外技术要价（投资额从500降至200元/千瓦）。不仅促进相关国内环保设备制造产业的发展和技术水平的提高，而且明显加快了我国火电厂SO2、NOx治理步伐。该技术的推广使用（全国1/3市场容量）每年新增脱除SO2
57万吨，NOx28万吨，石膏综合利用157万吨，减少区域性酸雨带来的直接经济损失198亿元。
六、结语
苏源环保将结合已承担的2005年度国家火炬计划项目以及2004年度江苏省重大科技成果转化项目，开发资源节约型的先进大型火电机组烟气脱硫技术OI2-WFGD/2，对国际先进的脱硫技术实现高水平超越为目标，在保证脱硫效率的前提下使系统总投资再降低15%～20%，运行维护费用降低10%，电耗降低20%～25%。目前已于2006年初完成OI2-WFGD/2技术的概念设计。
在烟气脱硝领域，将利用示范工程成功投运积累的工程数据进行反馈应用、验证、优化，适时进行技术升级。同时开展催化剂的研究工作，并积极争取国家级项目（如863项目）。
在烟气脱硫脱硝关键设备国产化方面，将进一步通过合作开发方式，同时依托南京市江宁经济技术开发区研发生产基地，组织自行生产部分核心部件，从而全面提升公司烟气脱硫、脱硝成套装置及核心设备的产业化生产能力。
在不断拓展脱硫脱硝业务的同时，苏源环保根据发展战略大力培植新的经济增长点。2005年7月，与雨花经济发展有限公司成功签订了合作建设污水处理厂框架协议。2005年底，与凌海市政府和锦州市发改委签订凌海地区风电合作开发协议书，采用'BOT'建设方式，共同投资与融资10亿元，'十一五'期间，在凌海沿海滩涂分两期建成总装机容量为10万千瓦的风力发电厂，大举挺进我国可再生能源领域。
苏源环保将在开发出大型火电机组烟气脱硫脱硝核心技术OI2-WFGD/SCR并成功应用的基础上，以点带面，延伸开发，提升行业整体水平。进一步运用OI2开发模式向上位拓展，即运用到相关过程工业系统的开发上，响应国策开发环境友好型环保技术，加快如水务、风电、新能源、新材料等领域的拓展；同时借鉴OI2开发模式在石化、电力等领域开发具有自主知识产权的化工过程工艺包，以OI2模式的自主创新为南京这一“化工名城”强势产业的再提升做出自己的贡献。
