时代的呼唤

　　煤在我国的一次能源中占 75%，年耗量达 12 亿吨。燃煤锅炉的烟气污染是大气污染的最主要根源，一直是环境治理的主要对象。然而，由于其气量大、成份复杂、浓度低，现有治理技术不是投资大，就是运行费用高，使得烟气治理困难重重。在我国，燃煤烟气污染的根本在于二氧化硫（SO₂）。据国家环保总局统计，1995 年，全国煤炭消耗量为 12.8 亿吨，SO₂排放量达 2370 万吨，超过欧美，居世界首位。2000 年煤炭消耗将增长到 15 亿吨，SO₂年排放量将达 2730 万吨。不过，在 1998 年，由于电力等大能耗行业的增长减缓，国家环境监测总站公布的 SO₂排放量为 2091 万吨。然而，全国酸雨带来的损失每年却高达 1100 亿元，相当于吨 SO₂的损失接近 5000 元（国外对 SO₂损失的评估为 3000 美元）。

　　1997 年 1 月 12 日，国务院批准了国家环保总局制定的《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》，决定分阶段实施我国酸雨及 SO₂的控制目标。第一阶段，到 2000 年，排放 SO₂的工业污染源达标排放，并实行总量控制，使有关直辖市、省会城市、经济特区城市、沿海开放城市及重点旅游城市环境空气的 SO₂浓度达到国家环境质量标准，酸雨控制区酸雨恶化的趋势得到缓减。第二阶段，到 2010 年，SO₂总量＜2000 年的水平；城市环境空气 SO₂浓度达到国家环境质量标准，酸雨控制区降水 pH 值＜4.5 的面积小于 2000 年的水平。“两控区”总面积为 109 万平方米，占国土面积的 11.4%。

　　1995 年底，我国火电装机容量为 1.6 亿 kW，SO₂排放量占全国总排放量的 35%；2000 年火电机组容量预计达到 2.2 亿 kW，SO₂排放量将达到总量的 50%；2010 年火电机组容量将达到 3.7 亿 kW，若不采取控制措施，SO₂排放量将达到总量的 2/3。这将严重影响《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》的实施。因此，国务院要求重点治理燃煤火电厂，尽快削减 SO₂排放总量；在“两控区”内新建、改造燃煤含硫量大于 1% 的火电厂，必须建设脱硫装置；现有燃煤含硫量大于 1% 的电厂，要在 2000 年前采取减排 SO₂的措施，在 2010 年前分期分批开始使用脱硫装置。

　　由此可见，我国火电工业面临的烟气治理形势严峻，任务繁重，这既表现在经济上，又表现在技术上。我国的火电厂烟气脱硫工作刚刚起步，尽管政府主管部门对这个领域相当重视，既花钱引进，又自主攻关，但是，15 年来，我国还没有能力拥有自己的火电厂烟气脱硫成套工程技术。我国的第一套火电厂烟气脱硫装置是重庆珞璜电厂于 1988 年从日本全套引进的，1992 年投产运行后，又相继引进三套脱硫装置。但烟气治理工作进展依然缓慢，其主要原因是，脱硫装置投资大，运行维护费用高。电厂要么投不起，要么用不起。

　　如何改变这样的局面？目前，我国火电的全年产值、利税，与其造成的酸雨危害及损失几乎相当。可以估计，在今后 50 年内，我国一次能源仍将以煤为主，我们必须面对这个现实：火电厂烟气脱硫仍将是一个关系到我国社会和经济可持续发展的大问题。

　　欧美发达国家及日本的火电厂燃煤烟气脱硫问题已经基本解决。我国可否直接引进国外的脱硫技术，进行消化吸收，并在全国推广呢？十多年的经验和教训告诉我们：和其它领域完全不同，在烟气脱硫领域，这条道路行不通。

　　因此，我们应该探索一条新的烟气脱硫之道。它既能确保经济的持续发展，又能改善生态环境。要实现这个目标，就很有必要发挥化学及化学工程科学的作用。正如主旨示意图所表述的，热能学眼中是没有 SO₂的，当然现在是一个“剪不断理还乱”的包袱；而在环境学眼中，SO₂是污染源，是“魔头”，是“敌人”；但是，在化学眼中，SO₂是可再利用的资源，是“战友”，还可以成为“英雄”呢。

　　我国是一个人口大国，也是农业大国，更是化肥大国。据报载，2005 年，我国的合成氨年需求量将达 3300 万吨（1995 年消费量 3400 万吨），磷肥需求量 1000 万吨。硫酸是生产磷肥的主要原料，目前我国的年产量超过 2300 万吨，等同于 SO21500 万吨。近年来，由于我国的硫资源相对缺乏，为满足磷肥快速增长的需求，已在进口大量硫磺。据估计，今年我国进口硫磺总量将突破 250 万吨，相当于 SO2500 万吨，占用外汇 10 亿元以上。此外，今年的磷铵进口量计划为 500 万吨，相当于进口了硫酸 600 万吨，折合 SO 2400 万吨。所以，按照这个发展趋势，到 2005 年，我国进口的硫资源折合 SO2 将超过 1000 万吨。加上国内自产的 SO₂，到时，我国化肥行业需要的 SO2 将超过 2000 万吨/年。这个需求数据小于前面论及的 SO₂废气排放总量，无疑是“天作之合”。一方面 SO₂排放大于 2000 万吨/年，白白浪费掉不说，还造成了极大的、超过 1000 亿元的损失；另一方面需求 2000 万吨/年，还花费巨额外汇去引进。这两个一正一负的“2000 万吨/年”使华东理工大学的科技人员确立了攻关方向。他们要通过科技创新，架起一座 SO₂从“地狱”到“天堂”的彩虹。

艰难的历程

　　1995 年 10 月 27 日，国家计委正式批复了华东理工大学的“九五”重点科技攻关项目“二氧化硫废气回收净化新技术的工程化”。原定技术方案是他们结合有色金属冶炼厂烟气 SO₂非定态转化方面的技术成果，并综合了国外火电厂烟气脱硫技术的研究进展而提出的。他们将整个专题分为四个课题：SO₂回收工艺的研究、SO₂吸收装置的研究、计算机仿真研究和工厂中试的工程研究。前两个课题是关键。经过近两年的深入而系统的工作，他们对整个技术方案进行了反思。

　　一是 SO₂回收工艺。这是本项工作的基础。实际上，所谓回收法就是将烟气中浓度为 0.1－0.4% 的 SO2 气体浓缩到浓度大于 3%，便于经济地将其转化为商品硫酸（浓度 93% 或 98%）。不同的浓缩和转化方法代表不同的工艺。他们经过深入研究发现，现有的工艺存在着蒸气能耗高，设备要求高的缺点，如果沿袭传统，难以重大突破。因为，高设备要求意味着高投资，高能耗意味着高运行成本。如果过不了投资和成本的难关，攻关的根本目的便无法达到。因为，技术的先进性是由经济价值衡量的。

　　项目负责人肖文德教授和袁渭康院士带领全体课题组成员，组织全校该领域的教师，召开多次专题研讨会，经过了无数个不眠之夜，终于形成了目前的技术方案：直接采用合成氨作为 SO₂吸收剂，放弃了原定的磷酸改进的钠碱吸收剂。在这里，很值得一提的是，提出这个方案，与这些专家学者扎实的化工背景知识是分不开的，他们相当了解我国合成氨和硫酸等化肥工业的具体情况。

　　二是 SO₂吸收装置。它实际上是该攻关任务的核心，也是最大的难题。众所周知，烟气脱硫的原理很简单，在初中化学教科书上都可找到其化学反应方程式。但是，其难度也是众所周知的。我国到目前为止还没有掌握系统的工程技术，主要是没有掌握核心吸收装置的设计和制造技术。这的确是公认的一块“硬骨头”。

　　该装置的要求是结构简单、效率高、阻力低、处理能力大、使用寿命长。他们最初考虑了美国某化工公司 80 年代的一项新技术，装置结构很简单，但很快他们便发现此技术不适合回收法，倒是很适合抛弃法。后来又考虑了日本某化工公司 70 年代末的技术，它虽然效率高，但经过透彻研究又发现不适合电厂的烟气条件。

　　电厂的烟气条件与常规化工厂有很大差别。电厂烟气规模是化工厂的 10－100 倍，化工厂常用装置在电厂显得很笨拙。他们废寝忘食，请教了无数个有经验的专家，并广开思路，利用化工的思想和原理，结合电厂的特点，最后提出了一个相当理想的 SO₂吸收装置。

　　实践表明，本装置不仅效率高、处理能力大、阻力低，造价还很低，使用寿命可以保证 25 年。特别是，它的一个指标比国外现有同类 SO₂吸收装置具有显著的进步，其气/液比是国外技术的 30－60 倍，这意味着极高的效率和低电耗，更主要的是，它解决了另一个不大不小的技术难题。参观过重庆珞璜电厂的读者可能都被其庞大的吸收液循环泵惊呆了，实际上这也是我国未能掌握烟气脱硫工程技术的一个原因。现在，华东理工大学通过吸收装置的创新，将这个难题解决了。

　　以上两方面获得突破后，他们便提出了 NADS 技术。与国外同类技术相比，尤其与同样是回收法的美国 GE 集团环境系统公司的氨法、德国 Lurgi 集团 Bischoff 公司的氨法和日本荏原公司的氨法相比，NADS 的主要优点是：产品的灵活性大，可根据条件生产硫酸铵、磷酸铵和硝酸铵化肥，而现有的三种国外技术只能生产硫酸铵。在同样脱硫率下，其氨耗用量是这三种方法的 60－70%，当生产硫酸铵时，它的能耗将比这三种方法低，特别是要比荏原技术低得多。在其他方面，比如设备性能，目前还无法准确相比，但华东理工大学的研究者认为，NADS 采用专有的整体玻璃钢技术，特别适合于大型装置，因此，设备造价低，防腐性能高，寿命长。尽管他们不能与国外大财团相比，但是，根据资料检索，NADS 所处的水平，包括装置的规模与国外技术是相当的。

　有了如此的成果，效益究竟如何呢？对此，华东理工大学的研究者是颇感自豪的。因为，NADS 技术在试验研究阶段就为企业和社会带来了显著效益，得到企业的大力配合和支持，得到了社会的承认。

　　在“九五”期间，NADS 技术处于中试阶段，处理烟气量为 10 万标立方米/小时，实际上已经相当于常规机组的 2.5 万 kW 容量。根据两个合作企业——四川银山化工集团股份有限公司和内江发电厂提供的用户使用报告和效益报告，记者看到，NADS 技术在这个阶段已经产生了显著效益。

　　银山化工对华东理工大学的科研工作给予了高度肯定。银山化工是一个著名的上市公司，拥有 18 万吨磷铵和 35 万吨/年过磷酸钙化肥生产能力，需硫酸 35 万吨/年。原有硫铁矿硫酸装置 10 万吨/年和磷石膏硫酸装置 4 万吨/年，1998 年计划扩产改造，改造费用 700 余万元。后采用 NADS 的关键技术，用磷酸中和亚硫酸铵制取磷铵和高浓度二氧化硫，不仅节省了 700 万元投资，增加了硫酸产量，还回收了过去排入江河的液体亚硫酸铵，每年可带来额外效益 200 余万元。因此，此攻关项目的试验装置已被银山化工用于生产，带来了显著的经济效益、环境效益和社会效益。

　　内江电厂与银山化工相隔 25km，且 50km 范围内有 4 个合成氨厂。电厂回收烟气中的二氧化硫得到的亚硫铵产品被送到银山化工，转化为磷铵化肥和硫酸。在试验阶段，两个企业没有划分经济利益。银山化工得到了二氧化硫，相当于得到了硫酸，内江电厂减少了二氧化硫排污上交费用。由此，这个“九五”攻关项目使两个企业都得到了实惠。根据内江电厂、银山化工和华东理工大学的测算，若将 NADS 技术扩展到内江电厂的一台 20 万 kW 机组，每年可产生利润 400 万元以上，减少上交排污费 600 余万元，两项加起来，相当于增收节支 1000 万元以上。这看似“天方夜谭”，因为，历史上，即使是国外，火电厂烟气脱硫产生利润的实例还是闻所未闻的。

　　如此的效益，凝聚着众多有识之士的心血和汗水。据肖文德教授介绍，这个“九五”攻关专题的诞生颇有些奇特。最初，他们申请了第一专题，即冶炼厂烟气脱硫技术的工业化攻关。在一次向原国家计委的项目领导、现在科技部工作的谭可荣高工汇报工作时，谭高工谈到，我国二氧化硫的问题主要在于燃煤火电厂。这次谈话的启示是很大的。当时，肖教授可谓涉世尚浅，对烟气脱硫于国家的重要性体会不深。在谭高工的引导下，他回校即组织同事查阅资料，并请教了有经验的老师。在这个领域，加上他们这一代，华东理工大学实际上已有三代人的努力了；在工程院院士袁渭康教授的指导下，肖教授本人的硕士和博士论文就是关于这方面的理论研究，因此有着深厚的科研基础。

　　恰在此时，一篇由国家环境监测总站原总工缪天成教授写的论文给了他们很大启发。缪教授一辈子与二氧化硫打交道，曾于 60 年代主持过硫铁矿制酸，70 年代主持过冶炼烟气制酸，80 年代主持过电厂烟气脱硫攻关；按二氧化硫浓度划分，高、中、低浓度的二氧化硫烟气他都研究过，在烟气脱硫界很有声望。缪老目前已是 78 岁高龄，但思维敏捷，对中国电力和化肥的国情相当了解，而且深有感触。他一直主张我国火电厂烟气脱硫走回收法的道路，一举多得。肖教授同缪老第一次联系时，在北京某公用电话亭足足通了半小时电话。缪老很赞同肖教授的技术方案，并主持了该专题的可行性论证会，还担任了该项目的技术顾问。

　　原电力部安环处的徐凤刚高工对该项工作的肯定，也是使其得以很快立项的一个原因。电厂烟气脱硫工作是直接面向电力行业的，得不到行业主管部门的认可当然行不通。徐高工作为电力部烟气脱硫工作的主管，按他的话说，世界各国脱硫技术的优劣他都很清楚，有名的试验室和公司他都去参观过，他希望我国能有自己的烟气脱硫技术。国家教育部也很重视这个项目，科技司邰忠智同志亲自到现场指导。学校在人力、物力和实验室方面也大开“绿灯”，还组织了主管校长为主任的学术指导委员会。作为项目第一负责人，肖教授当时年仅 30 岁，承担这样一个公认的“硬骨头”项目，可谓“初生牛犊不怕虎”。但这个项目的压力是可想而知的，肖教授为之已是两鬓见霜了。当初，领导建议试验规模可以小些，可他认为，不上 10 万级立方米/小时规模，不足以令人信服。

　　正是各方支持，才有了 NADS 技术的曙光。

曙光在前

　　NADS 技术已是曙光初现，但还面临更大挑战。其中一个重大挑战是在国内大面积推广。烟气脱硫技术在我国引进较多，有一个厂就重复引进四套，其他厂仍在引进，还有多个厂家在计划引进，但他们对国内技术却熟视无睹。有识之士为之叹惜。肖教授对此有切身体会，也有切肤之痛。他们的冶炼厂烟气二氧化硫回收技术在国家计委支持下，列入“九五”重点科技攻关，在河南济源豫光金铅公司工业化成功。这个技术特别适合于我国的铅冶炼厂，在国际上也很有知名度。这个项目实施以前，我国铅行业的二氧化硫烟气全部排空，污染相当严重，而且这些企业多位于城市近郊。某企业年产 6 万吨铅，年排放二氧化硫相当于 6 万吨硫酸，价值 2000 多万元/年，白白浪费了。如果采用华东理工大学的技术，总投资不超过 3500 万元，年效益达 1000 万元。但是，该企业利用国外资金引进国外技术和设备，总投资达 1.4 亿元，可见利润为负值。不过这样做的甜头是，外国政府可提供优惠贷款。火电厂也同样在享受着这个优惠，而且更有甜头的是，贷款可“父债子还”。可见这种“特色”有很大负作用。一旦跳出盲目引进，若在烟气脱硫上下大力气推广 NADS 技术，那将是另一番天地。我国是人口大国、粮食大国、化肥大国。二氧化硫是生产硫酸的必要原料。我国的硫资源又相对缺乏，因此，回收电厂烟气的二氧化硫特别有意义。另一方面，我国合成氨年产量已突破 3000 万吨，一半由遍布于市、县的小型氮肥厂生产，氨的供应相当方便；尤其是，一半合成氨目前用于生产碳铵，肥效利用率低。这样，NADS 技术的二氧化硫吸收剂供应丰富且方便，甚至比石灰石还方便。假如我国 70% 的火电装机容量采用 NADS 技术，对氨的需求量只有我国氨产量的 10%。而且，NADS 技术将氨转化为更高效的氮肥，这本身就是我国化肥工业的发展方向。几年前，肖教授对国外烟气脱硫技术发展和我国国情进行深入分析后，提出了发展我国的火电厂化肥产业的思想，并在多种场合阐述过，还曾经结合上海石洞口电厂的脱硫问题向上海市政府建议过，得到了邹家华副委员长的批示。

　　有资料载，到 2010 年我国的火电容量达 3.7 亿 kW，可推算出的二氧化硫年排放量在 1500 万吨以上。回收的二氧化硫用于生产化肥，将带动的产业相当于 150 亿元以上的年产值。

　　据肖教授掌握的资料，目前可以采用华东理工大学 NADS 技术的电厂相当多，比如：四川内江发电厂，与银山化工集团股份有限公司相距 25km；广西柳州发电厂，与广西柳州化肥厂相距 100m；北京石景山电厂、高井电厂、第二热电厂，可用北京试验化工厂的合成氨（10 万吨/年）；上海石洞口发电厂、闵行电厂、吴泾热电厂，可用崇明化肥厂、南汇化工厂和吴泾化工厂的合成氨；秦皇岛电厂与秦皇岛中阿化肥公司一墙之隔；南京的电厂可用南化公司和金陵石化公司的合成氨；安徽铜陵市的电厂可用铜陵化肥厂的合成氨。

　　可以说，我国火电厂采用 NADS 技术基本上都是具备条件的。

　　以内江发电厂为例，采用 NADS 技术，一台 20 万 kW 机组的投资在 5500 万元以内，与银山化工公司联合，可每年回收二氧化硫近 3 万吨，生产硫酸 4.5 万余吨，年产值 1800 余万元，年利润超过 400 万元。该厂到 2003 年有 100 万 kW 机组，到时排放二氧化硫可达 15 万吨，可回收生产硫酸 22.5 万余吨，产值超 1.0 亿元。眼下，各行各业都在下岗分流，电厂也不例外，而且矛盾还颇为突出。火电厂化肥产业无疑可以成为电厂的一个新的经济增长点和产业，为电厂创造新的就业机会。

　　大而广之，发展火电厂化肥产业的好处是显而易见的。

　　第一，我国能源工业可从此解除了后顾之忧，轻装上阵。我国的能源工业可以继续发挥我国煤资源丰富的优势，不断完善，最终走上可持续发展的道路。这一点相当重要，在某种程度上关系到我国能源发展的政策。比如，近年来，我国发展天然气工业，甚至沿海地区也花费巨额外汇引进天然气，在很大程度上是受燃煤发电带来严重的环保问题影响。我国的煤炭工业受此影响也是很大的。解决环境问题实际上也要讲国情。

　　第二，我国的化肥工业也将得到很大促进。它无需花费巨额外汇引进硫磺，减轻对国内化肥工业的冲击。我国的中小型氮肥厂也将得到促进，继续发挥我国氮肥工业“小而全”的特色。

　　第三，火电厂化肥产业可以独立生存，自负盈亏，既不给能源工业增加负担，也不会成为政府的包袱。肖教授认为，国家可以考虑成立一个电力工业环保公司，将全国的火电厂烟气脱硫任务承担起来，电厂只管发电，烟气治理由这个环保公司负责。这样，他可以筹集到足够的资金，做到全国一盘棋，根据全国火电厂烟气治理工作的轻重缓急，分阶段、分地域加以实施。

　　据悉，在华东理工大学的“九五”攻关专题“火电厂废气二氧化硫净化新技术”鉴定验收会开过之后，已有三家大型电厂对 NADS 技术表示了浓厚兴趣；国家科技部和教育部已争取将其列为“重中之重”项目，在“十五”期间给予重点投入，将 NADS 技术放大到工业化装置。肖教授坚信，在各方人士大力支持下，在 21 世纪，NADS 技术一定能在全国推广，为我国环境保护、为农业生产、为经济社会的可持续发展作出新贡献。