燃煤電廠用高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)研發(fā)

企業(yè)研究開發(fā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)書項(xiàng)目名稱：燃煤電廠高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目起止時(shí)間：2019年01月至2020年12月填報(bào)日期2019年1月5日

一、立項(xiàng)依據(jù)1．國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢；中國是典型的“貧油、少氣、富煤”國家，該能源結(jié)構(gòu)決定了中國以煤為主的能源消費(fèi)主體在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)都不會發(fā)生根本改變。煤炭燃燒過程會產(chǎn)生氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、細(xì)顆粒物（PM2.5）等大氣污染物，其中硫氧化物的絕大部分是二氧化硫（SO2），三氧化硫（SO3）的量為二氧化硫的0.5~1.5%，而三氧化硫是顆粒物和酸雨重要的前驅(qū)體之一。煤炭燃燒排放的煙氣中均存在三氧化硫，排入大氣中的三氧化硫與堿性組分反應(yīng)生成硫酸鹽顆粒物，三氧化硫也會與空氣中的水汽結(jié)合，以酸雨形式存在。近年來我國持續(xù)加大污染治理力度，燃煤電站已基本完成超低排放技術(shù)改造，二氧化硫、氮氧化物和顆粒物執(zhí)行50mg/m3、35mg/m3和10mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2，下同）的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境總體質(zhì)量逐年改善，藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)成效顯著。但是酸雨問題仍需引起我們足夠的重視。降水中的主要陰離子為硫酸根，占離子總當(dāng)量的21.1%，酸雨類型總體仍為硫酸型。另外，超低排放標(biāo)準(zhǔn)沒有對三氧化硫排放濃度設(shè)定排放限值，煙氣中的三氧化硫會提高酸露點(diǎn)，增加尾部煙道和設(shè)備腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。排放煙氣中三氧化硫濃度過高會導(dǎo)致藍(lán)色煙羽，增加不透明度。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫（WFGD）由于脫硫效率高、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、吸收劑來源便捷等特點(diǎn)，是當(dāng)前最主流的煙氣脫硫工藝。目前基于WFGD的高效脫硫技術(shù)包括高效脫硫塔、單塔雙區(qū)、單塔雙循環(huán)、托盤技術(shù)、雙塔雙循環(huán)等，主要通過優(yōu)化吸收塔設(shè)計(jì)、提高吸收塔液氣比、強(qiáng)化氣液傳質(zhì)反應(yīng)等手段，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)99%的脫硫效率，且在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，但是對于三氧化硫的脫除性能并沒有進(jìn)行測量。關(guān)于WFGD對SO3脫除效率及影響因素方面，國內(nèi)外陸續(xù)開展了大量的研究工作。美國EPRI曾對10臺燃煤機(jī)組WFGD系統(tǒng)協(xié)同脫除SO3能力進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明不同配置的WFGD系統(tǒng)脫除SO3效率實(shí)測結(jié)果在10～80%范圍內(nèi)，SO3脫除效率隨著液氣比及入口煙塵濃度的增加而增加，而隨著入口煙溫的升高而減小。浙江大學(xué)高翔教授團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室條件下研究WFGD系統(tǒng)SO3脫除效率在20～55%范圍內(nèi)，小于0.1μm和大于0.5μm的硫酸氣溶膠容易被脫硫塔所脫除，而在0.1~0.5μm之間的硫酸氣溶膠難以有效脫除。東南大學(xué)楊林軍教授團(tuán)隊(duì)通過中試研究了不同吸收塔型式對SO3脫除效率的影響，結(jié)果表明雙塔雙循環(huán)>單塔雙循環(huán)>單塔，且SO3脫除效率隨著入口SO3濃度、煙塵濃度的增大而升高，隨著煙溫的升高而降低。石灰石-石膏濕法技術(shù)由于成熟度高、運(yùn)行穩(wěn)定，是目前我國應(yīng)用最廣的煙氣脫硫技術(shù)，提升該技術(shù)脫硫效率同時(shí)協(xié)同控制SO3是實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣硫氧化物高效脫除的重要途徑。2．項(xiàng)目研發(fā)的目的、意義；當(dāng)前我國大氣環(huán)境污染形勢十分嚴(yán)峻，節(jié)能減排依然是能源行業(yè)相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)的主題。SO3容易吸附煙氣內(nèi)的水汽，與之結(jié)合形成硫酸霧氣溶膠，提高了煙氣酸露點(diǎn)，造成低溫腐蝕等問題，當(dāng)濃度過高的硫酸霧氣溶膠排出煙囪時(shí)，會產(chǎn)生藍(lán)色或黃色煙羽現(xiàn)象，硫酸霧氣溶膠與空氣中微粒結(jié)合，加重霧霾和酸雨污染。而在全國燃煤電廠即將全面實(shí)現(xiàn)常規(guī)煙氣污染物超低排放的形勢下，SO3排放由于其所導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境危害，已引起廣泛重視，對其排放特性與控制策略進(jìn)行深入研究是下一步制定相關(guān)政策以及實(shí)施排放控制工作的基礎(chǔ)。燃煤電廠高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)可以大大減少硫氧化物的排放量，改善我們的空氣質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源、環(huán)境相協(xié)調(diào)。江蘇峰業(yè)科技環(huán)保集團(tuán)股份有限公司始終堅(jiān)持電力脫硫、脫硝、除塵和超低超凈排放等大氣污染治理業(yè)務(wù)的龍頭帶動作用不動搖，致力于做實(shí)、做新、做大、做強(qiáng)綠色環(huán)保節(jié)能減排和新能源事業(yè)。公司堅(jiān)持不懈的推動燃煤電廠煙氣治理技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。一直以來，已有的脫硫裝置只注重對于二氧化硫的脫除，對于三氧化硫的排放卻難以形成有效的控制。公司以快人一步的戰(zhàn)略眼光，積極開展燃煤電廠用高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)研發(fā)，直擊行業(yè)痛點(diǎn)，有利于公司建立健全技術(shù)體系，以技術(shù)優(yōu)勢迅速搶占硫氧化物協(xié)同治理的細(xì)分市場。3．本項(xiàng)目達(dá)到的技術(shù)水平及市場前景科學(xué)水平：通過本項(xiàng)目的研發(fā)，燃煤電廠高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，能夠兼顧二氧化硫以及三氧化硫的高效系統(tǒng)處理。該技術(shù)能夠充分利用濕法脫硫系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備，建立吸收塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)量化及脫硫效率預(yù)測模型，并基于該模型開發(fā)低成本的噴射堿性吸收劑及相應(yīng)脫除工藝，深入研究吸收劑及相應(yīng)脫除工藝對SO3的脫除機(jī)理、影響脫除效率的關(guān)鍵因素及提高脫除效率的有效途徑。同時(shí)，塔內(nèi)設(shè)置提效環(huán)、均布器、導(dǎo)流柵、導(dǎo)流環(huán)以及必要時(shí)增設(shè)蒸汽相變、撞擊流等塔內(nèi)構(gòu)件，優(yōu)化流場，強(qiáng)化氧化和吸收過程，促進(jìn)反應(yīng)和傳質(zhì)效果，提高協(xié)同脫除效率，實(shí)現(xiàn)高效深度脫硫效果，最終形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)，為后續(xù)高硫煤機(jī)組實(shí)現(xiàn)SO2超低排放與SO3協(xié)同控制提供了一項(xiàng)解決方案。市場前景：我國一次能源以煤為主，煤的大規(guī)模利用導(dǎo)致大量煙氣污染物排入大氣，對大氣環(huán)境以及人們的生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重的影響。火電行業(yè)煤炭消費(fèi)量占我國煤炭消費(fèi)總量的40%以上，是主要的硫氧化物、氮氧化物等煙氣污染物的排放源。近年來，我國針對燃煤電廠出臺了新的排放標(biāo)準(zhǔn)，要求SO2等污染物實(shí)現(xiàn)超低排放。SO3比SO2的毒性高十多倍，且具有強(qiáng)腐蝕性。此外，SO3的排放導(dǎo)致了可見煙羽的形成，降低了空氣能見度，對其排放特性與控制策略進(jìn)行深入研究是下一步制定相關(guān)政策以及實(shí)施排放控制工作的基礎(chǔ)。因此SO3對人體健康和空氣能見度的影響已經(jīng)引發(fā)了各界的高度重視，硫氧化物尤其是SO3的脫除必然是煙氣治理未來發(fā)展的趨勢。石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)由于成熟度高、運(yùn)行穩(wěn)定，是目前我國應(yīng)用最廣的煙氣脫硫技術(shù)，提升該技術(shù)脫硫效率同時(shí)協(xié)同控制SO3是實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣硫氧化物高效脫除的重要途徑。借助于石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)所擁有的龐大用戶基礎(chǔ)，基于該技術(shù)進(jìn)行協(xié)同脫除二氧化硫與三氧化硫，應(yīng)用前景廣闊。本項(xiàng)目是實(shí)用性強(qiáng)、技術(shù)新穎、適用范圍廣的大氣污染治理工程技術(shù)，在保證SO2實(shí)現(xiàn)超低排放的同時(shí)，還能有效地減少SO3對環(huán)境和電廠安全運(yùn)行造成的影響，達(dá)到改善大氣環(huán)境、防止污染的目的，具有誘人的市場前景和發(fā)展?jié)摿?。這不僅能大幅提升我公司的核心技術(shù)競爭力和企業(yè)效益，而且將有力地帶動整個(gè)燃煤電廠環(huán)保產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。二、研發(fā)內(nèi)容和目標(biāo)1．項(xiàng)目主要內(nèi)容、目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)；（1）主要研究內(nèi)容我公司依據(jù)市場需求，結(jié)合多年的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在已有石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)而深入研究SO3的脫除機(jī)理、影響脫除效率的關(guān)鍵因素及提高脫除效率的有效途徑。選擇適宜的脫除技術(shù)路線，探索各脫除技術(shù)對機(jī)組運(yùn)行及相關(guān)設(shè)備的影響規(guī)律，并對技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合評價(jià)，最終形成燃煤電廠高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)。（2）項(xiàng)目目標(biāo)本項(xiàng)目的最終目標(biāo)是研發(fā)一種適合燃煤電廠高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)，技術(shù)水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，并成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用?；趬A性吸收劑的選型、關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、控制技術(shù)、工程實(shí)踐等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的突破，開發(fā)可適應(yīng)不同工況條件的堿性吸收劑煙氣SO3高效脫除技術(shù)。對脫硫塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一套滿足協(xié)同脫除SO2和SO3的脫硫塔。形成一套燃煤電廠用高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)并實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用，申報(bào)專利2~5項(xiàng)。該項(xiàng)目的成功實(shí)施將為國內(nèi)燃煤機(jī)組提供了一條煙氣SO3脫除的技術(shù)路線和工程實(shí)行方法，為應(yīng)對未來嚴(yán)格的煙氣SO3排放標(biāo)準(zhǔn)，解決因SO3帶來的安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保問題具有重要意義。（3）關(guān)鍵技術(shù)①研究濕法脫硫塔SO3的脫除特性，重點(diǎn)考察液氣比、入口SO3濃度、空塔氣速、入口煙氣溫度、漿液溫度以及篩板對SO3脫除效率的影響，同時(shí)分析不同操作條件下SO3氣溶膠顆粒數(shù)量濃度與粒徑分布的變化規(guī)律；②根據(jù)濕法脫硫系統(tǒng)脫除SO3的影響特性，對吸收塔內(nèi)件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用數(shù)值模擬方法研究各優(yōu)化方案對塔內(nèi)流場分布及流動阻力特性的影響，確定最佳方案，促進(jìn)反應(yīng)和傳質(zhì)效果，提高協(xié)同脫除效率，實(shí)現(xiàn)高效深度脫硫效果；③基于石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝對SO3酸霧脫除特性的影響研究，提出一種將堿基吸收劑噴射與濕法煙氣脫硫工藝有機(jī)結(jié)合的一體化協(xié)同脫除SO3技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠SO2超低排放與SO3協(xié)同控制。2．技術(shù)創(chuàng)新之處（1）燃煤電廠濕法脫硫工藝對煙氣SO3協(xié)同控制研究：研究了液氣比、塔內(nèi)煙氣停留時(shí)間、入口SO3濃度、入口煙溫、入口煙塵濃度等因素對濕法脫硫裝備協(xié)同脫除SO3性能的影響；（2）濕法脫硫塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化：基于現(xiàn)有濕法脫硫技術(shù)SO3控制關(guān)鍵影響因素研究，對脫硫塔進(jìn)行建模分析，研究塔內(nèi)構(gòu)件對SO3脫除效率的影響，通過增加脫硫塔內(nèi)部構(gòu)件增強(qiáng)氣液傳質(zhì)效果，優(yōu)化內(nèi)部流場，提高協(xié)同脫除SO3效果；（3）低成本的噴射堿性吸收劑及脫除工藝開發(fā)：基于熱力學(xué)計(jì)算和動力學(xué)規(guī)律，確定不同煙氣條件下堿性吸收劑的最佳性能參數(shù)，開發(fā)堿性吸收劑煙氣SO3脫除系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝包，實(shí)現(xiàn)煙氣SO3高效經(jīng)濟(jì)脫除。（4）采用專有的脫除三氧化硫技術(shù)，排除的煙氣先進(jìn)入前處理室，前處理室中的風(fēng)機(jī)對煙氣進(jìn)行吹散，活性炭板則對灰塵進(jìn)行吸附，同時(shí)向煙氣噴入的堿液吸收SO3和部分SO2，通過向煙氣噴射堿液，堿液蒸發(fā)之后形成的比表面積較大的凝結(jié)核，提高了吸收劑的利用率。3、主要技術(shù)指標(biāo)通過高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二氧化硫和三氧化硫的綜合脫除，控制污染物排放指標(biāo)達(dá)到超低標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)裝置出口SO2排放濃度＜35mg/Nm3，SO3濃度小于2.5ppm。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在30%~110%BMCR工況范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。三、現(xiàn)有研發(fā)條件和工作基礎(chǔ)[承擔(dān)單位開展本項(xiàng)目的優(yōu)勢（人才、設(shè)施等條件）1、承擔(dān)單位開展本項(xiàng)目的優(yōu)勢（人才、設(shè)施條件）江蘇峰業(yè)科技環(huán)保集團(tuán)股份有限公司在環(huán)保、環(huán)境、節(jié)能和新能源事業(yè)的征程上奮斗了近二十載，目前擁有專業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)人員逾1000人。公司大氣污染治理和超低超凈排放工程專業(yè)承包國內(nèi)排名第一、大氣污染治理和超低超凈排放工程一條龍全方案EPC總承包國內(nèi)排名前三、火力發(fā)電廠特許經(jīng)營規(guī)模國內(nèi)排名前三，擁有全球領(lǐng)先的脫硫、脫硝、除塵和超低超凈排放核心技術(shù)。公司高度重視科學(xué)技術(shù)的研發(fā)，以科技創(chuàng)新為企業(yè)發(fā)展的核心動力，形成了以院士、教授、高工為核心，博士、碩士、本科生為主干力量的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。目前公司擁有江蘇省雙創(chuàng)人才三人，江蘇省產(chǎn)業(yè)教授兩人，江蘇省“六大人才高峰”高層次人才兩人。公司先后承擔(dān)三項(xiàng)國家級、十八項(xiàng)省級、二十項(xiàng)市級科技項(xiàng)目，累計(jì)獲得科技創(chuàng)新資金近7000萬元。公司擁有完善的研發(fā)平臺及實(shí)驗(yàn)檢測設(shè)備，具有通過CNAS認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室。配備有紅外色譜儀、煙氣脫硫脫硝除塵處理中試平臺、煙氣在線檢測分析儀等檢測設(shè)備。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人吳立新，高級工程師，機(jī)械制造工藝及設(shè)備專業(yè)畢業(yè)。參與多個(gè)重大科技項(xiàng)目的研發(fā)，尤其是大氣污染治理技術(shù)的開發(fā)，包括濕法脫硫塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，具有豐富的理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。工作期間，共申報(bào)并授權(quán)12篇專利。我公司擁有大量的脫硫工藝設(shè)計(jì)人員，在脫硫塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。2、已有的工作基礎(chǔ)江蘇峰業(yè)科技環(huán)保集團(tuán)股份有限公司在濕法脫硫技術(shù)領(lǐng)域擁有完善的核心技術(shù)體系，擁有自己研發(fā)的全球較先進(jìn)的單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)、雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)、托盤提效技術(shù)以及湍流格柵提效技術(shù)等煙氣脫硫工藝核心技術(shù)，已取得全國多個(gè)濕法脫硫技術(shù)示范工程業(yè)績并成功投運(yùn)，各項(xiàng)指標(biāo)均超低排放標(biāo)準(zhǔn)，對我國二氧化硫深度減排具有重要的引領(lǐng)示范作用。本項(xiàng)目前期對濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了詳細(xì)調(diào)研，對主要技術(shù)路線及其適應(yīng)性研究也做了初步研究，編制了詳細(xì)的技術(shù)路線及研發(fā)方案。在多個(gè)濕法脫硫工程中，已經(jīng)對于SO3的脫除效率進(jìn)行了研究，有效分析了濕法脫硫塔運(yùn)行參數(shù)的變化對于SO3脫除性能的影響。四、計(jì)劃進(jìn)度（包括總的研究期限、年度計(jì)劃進(jìn)度以及已經(jīng)取得的階段成果）2019.1-2019.3通過市場調(diào)研、文獻(xiàn)資料查閱及對外技術(shù)交流，編寫可行性研究報(bào)告、立項(xiàng)、制訂完成開發(fā)任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃。2019.4-2019.5根據(jù)文獻(xiàn)閱讀，對SO3生成機(jī)理進(jìn)行深入研究，將源頭治理和爐后脫除相結(jié)合，減少SO3的生成，減輕爐后脫除壓力。2019.6-2019.10研究濕法脫硫塔SO3的脫除特性，重點(diǎn)考察液氣比、入口SO3濃度、空塔氣速、入口煙氣溫度、漿液溫度等關(guān)鍵參數(shù)對SO3脫除效率的影響。2019.11-2020.2對濕法脫硫塔進(jìn)行建模分析，研究塔內(nèi)構(gòu)件對SO3脫除效果的影響。通過增強(qiáng)氣液傳質(zhì)效果，優(yōu)化脫硫塔內(nèi)部流場，提高SO3脫除效率。2020.3-2020.6基于熱力學(xué)計(jì)算和動力學(xué)規(guī)律，確定不同煙氣條件下堿性吸收劑的最佳性能參數(shù)，提出堿性吸收劑優(yōu)化選擇方法，開發(fā)堿性吸收劑煙氣SO3脫除系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝包，實(shí)現(xiàn)煙氣SO3高效經(jīng)濟(jì)脫除2020.7-2020.12依托工程項(xiàng)目，對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對高效濕法煙氣硫氧化物脫除技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，確定最終方案，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。五、經(jīng)費(fèi)預(yù)算項(xiàng)目預(yù)計(jì)總經(jīng)費(fèi)585萬元。項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支出預(yù)算表單位：萬元科目預(yù)算額2019年2020年1、直接從事研發(fā)活動的本企業(yè)在職人員人工費(fèi)1001702、研發(fā)活動直接投入的費(fèi)用1201753、折舊費(fèi)用與長期待攤費(fèi)用554、設(shè)計(jì)費(fèi)005、裝備調(diào)試費(fèi)006、專門用于研發(fā)活