2005年12月21日，国家科技部863计划能源技术领域办公室批准并组织专家组，在天津碱厂对华东理工大学教授、长江学者肖文德领衔承担的863课题“可资源化烟气脱硫技术3”进行了验收。

　　专家组认真听取了课题研究工作汇报，并进行了实地考察。经过充分讨论与评议，一致认为：该课题以天津永利热电有限公司一台260T/h热电锅炉(60MW机组)为依托，通过关键技术开发和工程示范，重点解决了新氨法烟气脱硫技术中脱硫塔的放大设计和制造技术、全系统的工艺流程优化及控制技术、亚硫铵氧化、尾气氨溢出控制等关键技术问题，完成了合同规定的研究内容，形成并获得了多项专利。经对该套示范装置运行测试，脱硫率达到了99.4%；脱硝率达到22.3％；硫铵产品质量达到国家优等品标准。在168小时的稳定运行考核期间，锅炉燃煤煤种变化频繁，烟气二氧化硫浓度在200－1200ppmv之间变化，脱硫率均在95％以上，达到了863合同规定的考核指标。

　　专家组还认为，200MW规模烟气脱硫工程可行性报告表明，对于大型锅炉或火力发电厂，新氨法的投资小于200元/kW，脱硫副产品硫铵化肥的销售收入可以大部分，甚至完全抵消脱硫成本，建议国家在“十一五”期间继续支持建设200MW机组规模的大型工业化示范工程，尽快为我国巨大的烟气脱硫市场提供一个真正可资源化的烟气脱硫的产业化技术。

　　为了这项关系到我国能源工业的清洁化生产和循环经济目标的实现，可以形成具有我国自主知识产权的成套的火电厂烟气二氧化硫脱出与资源化利用的工程化技术，肖教授领导的科研团队付出了很多心血和汗水。

　　中国特色的烟气脱硫路线

　　在谈到我国烟气脱硫的产业政策和技术路线时，肖教授一再强调从国情出发的重要性。

　　改革开放以来，我国经济社会发展取得了巨大成就，但在资源和环境方面也付出了巨大代价。经济增长方式粗放，资源消耗高，浪费大，污染重，单位GDP的能源、原材料和水资源消耗大大高于世界平均水平。因此，转变经济增长方式，发展循环经济，建设节约型社会已刻不容缓。

　　煤炭是我国的主要能源资源，在一次能源中所占比例超过70％，为世界上比例最高者。仅2005年，煤炭消费便超过21亿吨。在这些煤炭中，70%以上是以燃烧方式消耗的，包括火力发电厂，工业锅炉和民用。燃煤烟气中的有害物质都是酸性气体，我国酸雨的罪魁祸首就是燃煤烟气排放的酸性气体。消除酸雨和治理燃煤烟气污染的最有效的技术手段就是烟气脱硫。

　　烟气脱硫是一个十分典型的化工过程，采用不同的碱性脱硫剂，就构成不同的脱硫方法，比如：以石灰石为基础的钙法，脱硫产品为石膏渣和二氧化碳温室气体；以合成氨为基础的氨法，脱硫产品为硫铵化肥。因此，钙法一般归结为资源抛弃法，而氨法归结为资源回收法。

　　我国电力行业目前建设的烟气脱硫装置基本上100％采用了钙法，而且相关部门都制定了大力支持和发展钙法的烟气脱硫产业和技术政策。肖教授认为这是一个值得深思的现象。

　　可以理解的是，由于我国的酸雨和二氧化硫污染十分严重，到了不得不动大手术的时候了。国务院、发改委和环保总局连续颁布了二、三十个相应的文件，并制定了明确的二氧化硫减排目标。可见，我国的脱硫任务十分紧迫和繁重。我们过去的经验，当然也是教训，就是拿来主义。在烟气脱硫技术领域，发达国家清一色地采用钙法，当我们急于搞脱硫时，当然毫不犹豫拿来了钙法。

　　可是，我们必须清醒地意识到：时代在变，国情不同。

　　发达国家的基础设施，包括电力建设在上世纪80年代就趋于饱和，近20年来基本上没有什么社会需求，尤其是他们不断采用更清洁的石油和天然气代替煤炭，不存在发展烟气脱硫技术的现实推动力。可以认为，发达国家的烟气脱硫技术在80年代末基本上已趋于成熟。因此，我们目前引进的脱硫技术基本上是发达国家的上世纪70、80年代的水平。我们能指望是先进的技术吗？当然不可能。进入21世纪来，我国对烟气脱硫的高度重视，以及电力等能源基础设施建设的快速发展，使得我国迫切需要现实的烟气脱硫技术。国内没有可以满足现实需要的烟气脱硫技术，怎么办？当然只能向发达国家引进，这些国家的脱硫技术商们乐不可支地翻出发黄的旧图纸，直接拷贝给我国的技术代理商们。很耐人寻味的是，我们目前有不下50家烟气脱硫的技术代理商，有的国外技术商在我国有不下10个代理商，而国内某些一流的大学也有几家下属的脱硫代理公司。这些国外的技术商的烟气脱硫部门原本接近解散了，基本上没有进一步研发的部门、技术和人才条件了。

　　中国需要烟气脱硫技术的时候已进入21世纪，与发达国家需要它们的时候相距20余年。20余年，科学和技术进步的程度是可想而知的。尤其在新世纪，涌现了一些十分重要的新的指导原则，诸如，可持续发展，清洁生产和零排放生产，绿色化学，生态工业和循环经济等等。今天面临的环境与20年前是大不一样的。党中央和政府也提出了发展循环经济，建设节约型社会的大政方针。显然，在这个背景下，指望国外过时的技术解决中国现在的能源环境问题无论如何是不正确的。在新的世界环境下，中国的社会需求，而且是强大的现实需求，必然催生新的科学和技术进步。

　　在人口、资源和产业结构方面，我国也是独具特色的。

　　我国具有丰富的石灰石矿产资源，同时我国也具有庞大的建材工业，每年需要石膏接近1500万吨，的确具有发展钙法烟气脱硫技术的条件。但是，我国也具有丰富的石膏资源，此外，我国庞大的化肥工业每年副产的磷肥石膏多达2000万吨，基本上弃置未利用。因此，大量产出的烟气脱硫石膏将很难被利用。这样，钙法在我国势必会成为抛弃法，它不仅消耗大量的矿产资源，还产生新的二次污染，这与我国当前的经济社会发展的方针政策是很不相符的。

　　但是，我国却拥有发展氨法烟气脱硫技术的十分优越的，而且是世界上独一无二的国情。

　　首先，我国是人口、粮食和化肥大国，合成氨需求量每年超过3500万吨，为我国烟气脱硫提供了强有力的原料保障。以2000万吨二氧化硫的烟气脱硫目标计算(由于我国二氧化硫的环境容量在1200万吨/年，估计近期的最大燃煤量在15亿吨左右，相应的二氧化硫排放量在3000万吨/年左右)，需要配套的氨原料为1100万吨/年，仅占我国合成氨总供应或需求量的三分之一。因此，担心我国的合成氨能力不能保证氨法烟气脱硫技术的推广应用是多余的。

　　其次，脱硫产品是具有巨大市场的硫铵化肥。因此，氨作为原料来自于化肥工业，又以一种最高效的化肥载体回到化肥工业，不消耗任何额外的自然资源，也不产生任何二次污染和新的生态环境问题。这是钙法无论如何无法与之相媲美的。氨法的这个优势目前并未被多数人认同。原因在于，我国目前的硫铵化肥市场很小，每年的市场销售量不到100万吨，折合氮仅20万吨。但是，我国的氮肥折合氮在2800余万吨，因此硫铵的市场不到1％。为什么？因为，没有一家企业是以硫铵化肥为主要目标的。现有的硫铵化肥全部是副产品，来自煤气厂、焦化厂和石化厂。

　　但是，在氨水、碳铵、氯化铵、硝铵、尿素、磷铵和硫铵等氮肥品种中，硫铵的氮利用效率是最高的，几乎比碳铵高1倍，比尿素也要高出20％。很显然，发展高效氮肥的一个方向无疑就是发展硫铵。(目前我国的氮肥利用效率很低，国家将发展高效氮肥作为我国化肥工业的主要产业和技术方向予以重点支持)

　　在硫铵中，氮肥增值可达单位氮20元，从而使烟气二氧化硫实现价值每吨600元。一个年排放二氧化硫5万吨的100万kW级别的燃煤火力发电厂，回收二氧化硫的价值每年达3000万元。

　　这样，为什么不可以依靠我国庞大的能源工业发展高效氮肥呢？因此，发展氨法烟气脱硫技术是一举多得(环保、经济和社会效益)和皆大欢喜(煤炭、电力和化肥工业)的好事。正是这样，华东理工大学肖文德教授领导的研究小组才得到了国家的大力支持，从国家发改委和教育部的“九五”重点科技攻关计划，到国家科技部和上海市的“十五”863高科技计划。

　　自主知识产权的创新研究

　　钙法烟气脱硫技术近两年来在我国风起云涌，脱硫工程商在不到两年时间由三五家，一下增加到50多家，已建、在建和将建的烟气脱硫装置合同总额已突破500亿元，装机容量估计超过2.0亿kW，90％以上是近两年和未来5年建设的新机组。可以估计出，如果这些脱硫装置都建成正常运行，每年产出的石膏估计将超过3000万吨(燃煤总量估计在5亿吨左右)，而其中被利用的石膏估计小于20％，也就是说，每年将排放出废渣约2500万吨。也许有人会说，相对于我国每年产生的近5亿吨燃煤灰渣，这点石膏渣算不得什么，为其支付的总成本也不会超过每年100亿元。

　　但是，我们如果将其改造为氨法脱硫技术，每年生产的硫铵化肥为2000万吨，相当于产值150亿元，可以预期，对于电力工业而言，烟气脱硫并不增加新的成本。采用氨法脱硫，可以期望实现电力脱硫的自负盈亏。

　　毫无疑问，如此十全十美的技术是没有现成的，发达国家自己不用，他们也不会为我们特意准备，只有靠我们自主创新。

　　华东理工大学是以化工为特色的教育部全国重点大学，在化工领域长期享有很高声誉。上世纪90年代初，该校化学工程国家重点实验室紧跟国际化工学科的前沿，开展了非定态和多功能催化反应器工程的基础研究，先后得到了国家自然科学基金委“八五”和“九五”重大基础研究项目的支持。当时，肖文德正师从我国著名的化工专家、中国工程院院士袁渭康教授，攻读化学工程硕士和博士学位。在袁渭康院士的指导下，肖文德以我国有色金属冶炼行业的低浓度和电力行业的极低浓度二氧化硫烟气净化和回收过程为应用背景，开展了新的低浓度二氧化硫烟气回收净化新技术的工程化研究，并同时得到了原国家计委和教育部的“九五”重点科技攻关计划的支持，建成了25MW规模的中试研究装置。

　　从一开始，这项研究的指导思想就是：将废气二氧化硫回收，变废为宝，化害为利。按现在的论点，就是可资源化，实现循环经济目标。

　　他们的“九五”攻关成果是，结合我国西南地区大量燃用高硫煤的特点和需要硫酸生产磷肥的市场需求，提出了联产硫酸和化肥(包括磷铵和硫铵)的工艺路线。以四川内江电厂和银山磷肥厂为依托，建设了10万Nm3/h规模的中试装置，申请并获得了中国发明专利权，1999年10月进行了专家鉴定和项目验收，被评价为国际领先水平。

　　为了区别于“十五”863计划的成果，他们将“九五”攻关成果称为第一代氨法脱硫技术。

　　在科技部2001年组织的“十五”863计划能源领域课题时，采用了全国招投标方式，对燃煤烟气脱硫和脱硝课题进行了全国范围的竞选。华东理工大学联合中电投重庆远达环保集团公司和四川内江电厂，以其“九五”攻关成果为基础，联合申请了烟气脱硫课题，全国排名第一，获得了科技部“十五”863计划的支持。

　　但是，拿到项目后，执行起来却并不是那么顺利的。我国的电力工业在2002年进行了较大的改革，原来的一个电力部分割为多个电力集团公司，与华东理工大学合作的两个伙伴分别归属于不同的电力集团，原来承诺的资金和工程项目保证难以实现。

　　为此，华东理工大学几经周折，终于找到了当时正在建设一台新的260T/h热电厂的天津永利热电有限公司(天津碱厂控股)。他们原计划采用钙法，因为其纯碱生产本身以石灰石为原料，脱硫原料供应十分方便。但是，天津碱厂的领导和技术人员远见卓识，认为钙法产生的脱硫石膏利用价值很低，只能抛弃作为废渣，同时还有废水和废气，解决了二氧化硫污染，却带来了更多的新的污染，综合的环保效益未必是正值，反而是负值。正好该项目的主管领导陆守孚董事长和邹泽民总工见到了《科技日报》1999年10月19日对华东理工大学研究成果的报导，并到四川内江电厂的中试装置现场进行了技术考察和交流，经过多次技术论证，决定采用华东理工大学的氨法烟气脱硫技术。

　　华东理工大学的科研人员在袁渭康院士的指导和肖文德教授的带领下，结合这台新建锅炉的燃煤性质、锅炉特点和烟气条件，以他们的“九五”成果为依据，原本设想了多个具体的实施方案。这个脱硫工程的特点是：中小锅炉，燃煤含硫量和烟气二氧化硫浓度低且波动大。适合于高硫煤和大机组规模的“九五”攻关成果对于这个项目并不是一条最优的工艺路线，很难确保最低的投资、最低的能耗和成本，不能保证经济上的最优化。因此，必须构思新的，适合该项目特点的工艺技术路线。

　　经过大量的理论和实验室研究，他们终于提出了一个创新的技术路线，如下图所示。为了区别于“九五”攻关成果，他们将其称为新氨法，或称为第二代氨法。与第一代氨法相比，新氨法只生产硫酸铵，不联产硫酸；主要的特点是工艺路线大为简化，意味着更低的投资。因此，它特别适合于中小型和低硫煤锅炉，比如我国量大面广的工业锅炉用户。他们已申请了多个中国发明专利并获得了知识产权。

　　在天津碱厂的工业示范装置上，他们获得了很多的实践经验，结合其深厚的化学工程理论知识和技术基础，在对核心关键技术不断改进和完善的基础上，目前又提出了更新的氨法烟气脱硫技术。他们称为第三代氨法和超级氨法，也申请了多个中国发明专利。希望在“十一五”期间继续在国家科技部的支持下，进行更高和更深的研究，建设更大规模的工业化示范工程，为我国大型的火力发电机组提供技术更为简单，经济性更为优越的先进的可资源化的烟气脱硫技术。

　　因此，华东理工大学的烟气脱硫技术在技术上是可以确保先进性的，由于关键技术的明显创新，也确保了完全的自主知识产权。

　　坚实可靠的产业化基础

　　肖文德教授领导的研究小组在可资源化烟气脱硫技术领域开展了10多年的研究，他们的研究并不是停留在实验室，而是始终与企业相结合，以工业化为目标。

　　“九五”期间，他们在四川内江发电总厂的一台130T/h发电机组(25MW)上建设了10万Nm3/h规模的中试装置，关键设备脱硫塔直径3.6米，高18米，并进行了较长时间的连续工业生产运行。在“十五”期间，他们在天津永利热电公司的一台新建260T/h锅炉(60MW发电机组)上建设了全烟气量33万Nm3/h规模的工业性的实验装置，关键设备脱硫塔直径7.8米，高37.5米，进行了1年半的工业生产运行。因此，他们进行的两个阶段的研究都是实实在在的工程化成果。

　　我们知道，烟气脱硫是一个酸碱中和反应和氧化还原反应相结合的复杂的化工过程，与传统的其他化工过程明显不同。主要表现在：

　　(1)规模巨大。一台30万kW机组，其气体处理量达到120万Nm3/h，脱硫塔直径达13米，气体管路直径7－8米，而60万kW机组，气体处理量可高达200万Nm3/h，脱硫塔和管路直径可分别达到17和10米。因此，设备的大型化放大技术是其最重要的技术关键。可以说，在传统的化工领域，是很难遇到如此巨型的过程和设备的。

　　(2)浓度极低，但净化效率要求极高。烟气二氧化硫浓度在0.02%%—0.3%%之间，但脱硫效率却要求95%%—99％。

　　(3)物性十分复杂。不仅涉及气体，还有液体和固体物料，尤其是气－液，液－固，气－固，甚至于气－液－固的多相混合物料。

　　(4)腐蚀性极高。烟气中不仅含二氧化硫，还含有三氧化硫、氯化氢、氟化氢和二氧化氮，是一个硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸混合作用的，腐蚀性极高的体系，在其他化工过程中是极少遇见的。

　　(5)更为重要的是，它是一个多个化工单元过程耦合的相当复杂的过程。它同时包括了传热、传质、反应、结晶和分离等多个过程的相互交叉，比如：热质同传、化学吸收和反应结晶。因此，其科学方面在传统的化工学术领域也是很少遇见的。

　　华东理工大学的化学工程学科早在上世纪60年代就是全国重点学科，在国际化工界一致都享有很高的声望。尤其其化学反应工程国家重点实验室长期活跃在国际化学反应工程的学术前沿，在80年代就开展了与本项研究工作密切相关的基础研究，为本项成果奠定了深厚的科学和技术基础。此外，化工学科本身是面向工程化应用的应用基础学科，研究人员很容易将理论和实验室研究成果应用到工业生产的实践中。这也是他们在可资源化烟气脱硫技术研究领域能不断取得突破的一个重要原因。

　　在“十五”863成果中，他们不仅拥有深入的基础理论和实验室研究，而且拥有具体而灵活的工程设计软件，尤其是他们的研究人员一直深入工厂，也拥有娴熟的运行和操作经验。为此，根据“九五”攻关和“十五”863两个阶段的研究成果，他们以天津碱厂现有的3台220T/h热电联产锅炉的烟气脱硫工程为背景，编制了详细的工程化可行性研究报告，在关键技术、核心设备、工艺路线和经济分析等方面都进行了深入研究，为产业化研究奠定了较为坚实可靠的基础。可以相信，一个拥有自主知识产权的可资源化烟气脱硫技术正在逐渐走向成熟，只要建成一个大规模的产业化样板工程，不久的将来，它将被我国能源工业普遍接受。

　　市场巨大的推广前景

　　我国的国情是人口多、经济总量大、资源平均占有量少。尤其近几年来，我国许多产业的消费量都位居世界第一，煤炭超过世界总量的三分之一，水泥超过二分之一，钢铁接近三分之一，电力接近五分之一。很显然，中国是世界上最大的能源市场，尤其煤炭消费和火力发电市场，因此，也是世界上最大的烟气脱硫市场。

　　据资料统计，近两年来，我国已经形成的烟气脱硫市场超过了500亿元，涉及了超过2.0亿kW的发电总规模，这些市场基本上全部是近两年和未来5年内新建的火电机组。可以预测，到2010年，我国的火电机组总容量将超过4.0亿kW。因此，近两年来，我国的烟气脱硫行业如雨后春笋般迅速膨胀，涌现了50多家脱硫技术代理商，当然市场竞争异常激烈。明显的进步是脱硫工程造价从进口价格的1000－2000元/kW，两年后跳楼式地缩减到100－200元/kW，使得我国的烟气脱硫市场迅速壮大，烟气脱硫技术也全面得到推广。当然，许多有识之士意识到，中国目前的烟气脱硫行业发展走向畸形，没有具有竞争力的核心技术，大家都在同一个技术水平低价竞争。

　　在投资方面，华东理工大学的新氨法脱硫技术与现有的钙法相比还是具有竞争优势的。对于同样的规模，新氨法脱硫技术的投资可降低20%%—30％。不过，氨法的最大竞争优势是其成本优势。它是一个真正意义上的可资源化的方法，能够将烟气中的二氧化硫回收，变为高附加值的硫铵化肥。对于大型和高硫煤机组，脱硫还可以带来利润。而且，硫铵化肥在我国具有巨大的市场。因此，一旦华东理工大学研究的新一代氨法完成产业化示范工程，它将被迅速而广泛地采用。

　　新氨法的市场应用能够快速形成的方向将表现在以下两个方面。首先是量大面广的工业锅炉。我国的工业锅炉折合发电容量估计在1.0亿kW左右，平均按5万kW(每台220T/h)计算，应该有2000台这样的锅炉，按每台平均1250万元估算，市场价值在250亿元。每年涉及4－5亿吨煤炭消耗，相当于1000万吨二氧化硫，可形成2000万吨硫铵化肥，每年产值在150亿元。其次是已建的钙法脱硫装置的改造。按目前的500亿现存市场，即2.0亿kW总容量估计，改造的投资很低，初步按60元/kW估算，相当于120亿元的市场。但是，其经济效益将更为明显。采用钙法，脱硫成本较高，但是，改为氨法后，脱硫成本显著降低，甚至还可产生新的利润。由于这些已建脱硫装置都是大型机组，规模效应明显。这些机组每年涉及的煤炭总消耗也应在5亿吨，相当于1000万吨二氧化硫，形成2000万吨硫铵化肥，每年产值也达150亿元。

　　正是由于可资源化烟气脱硫技术在我国具有如此卓越的价值，华东理工大学的研究才相继得到了国家发改委“九五”重点科技攻关和国家科技部“十五”863高科技计划的大力支持。在这方面，也正是由于许多领导和专家的支持，才使得这项对国家具有巨大价值和意义的研究得以顺利进行并圆满实现。国家科技部高新司的谭可荣副处长在“九五”期间任职于原国家计委科技司，对肖文德教授的研究给予了原创性的支持和指导，为这项研究打下了坚实的基础；许倞副司长和郑方能副处长的鼎力支持使本项研究能跻身于“十五”863高新科技计划的行列，从而为其深化研究提供了有力的保障。同时，本项研究也得到了国家教育部科技司和上海市科委的支持。肖文德教授真诚地希望通过本报向长期支持和关注这项研究的领导、专家和同行致以最诚挚的感谢。