企业研究开发项目设计书
项目名称：燃煤电厂高效湿法烟气硫氧化物脱除技术研发
项目起止时间：2019年01月至2020年12月
填报日期2019年1月5日
一、立项依据
1．国内外现状、水平和发展趋势；
中国是典型的“贫油、少气、富煤”国家，该能源结构决定了中国以煤为主的能源消费主体在未来相当长的时间内都不会发生根本改变。煤炭燃烧过程会产生氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、细颗粒物（PM2.5）等大气污染物，其中硫氧化物的绝大部分是二氧化硫（SO2），三氧化硫（SO3）的量为二氧化硫的0.5~1.5%，而三氧化硫是颗粒物和酸雨重要的前驱体之一。煤炭燃烧排放的烟气中均存在三氧化硫，排入大气中的三氧化硫与碱性组分反应生成硫酸盐颗粒物，三氧化硫也会与空气中的水汽结合，以酸雨形式存在。
近年来我国持续加大污染治理力度，燃煤电站已基本完成超低排放技术改造，二氧化硫、氮氧化物和颗粒物执行50 mg/m3、35 mg/m3和10mg/m3（标态，干基，6%O2，下同）的超低排放标准。环境总体质量逐年改善，蓝天保卫战成效显著。但是酸雨问题仍需引起我们足够的重视。降水中的主要阴离子为硫酸根，占离子总当量的21.1%，酸雨类型总体仍为硫酸型。另外，超低排放标准没有对三氧化硫排放浓度设定排放限值，烟气中的三氧化硫会提高酸露点，增加尾部烟道和设备腐蚀风险。排放烟气中三氧化硫浓度过高会导致蓝色烟羽，增加不透明度。
石灰石-石膏湿法烟气脱硫（WFGD）由于脱硫效率高、系统运行稳定、吸收剂来源便捷等特点，是当前最主流的烟气脱硫工艺。目前基于WFGD的高效脱硫技术包括高效脱硫塔、单塔双区、单塔双循环、托盘技术、双塔双循环等，主要通过优化吸收塔设计、提高吸收塔液气比、强化气液传质反应等手段，可实现高达99%的脱硫效率，且在国内外得到广泛应用，但是对于三氧化硫的脱除性能并没有进行测量。关于WFGD对SO3脱除效率及影响因素方面，国内外陆续开展了大量的研究工作。美国EPRI曾对10台燃煤机组WFGD系统协同脱除SO3能力进行了系统研究，结果表明不同配置的WFGD系统脱除SO3效率实测结果在10～80%范围内，SO3脱除效率随着液气比及入口烟尘浓度的增加而增加，而随着入口烟温的升高而减小。浙江大学高翔教授团队在实验室条件下研究WFGD系统SO3脱除效率在20～55%范围内，小于0.1μm和大于0.5μm的硫酸气溶胶容易被脱硫塔所脱除，而在0.1~0.5μm之间的硫酸气溶胶难以有效脱除。东南大学杨林军教授团队通过中试研究了不同吸收塔型式对SO3脱除效率的影响，结果表明双塔双循环>单塔双循环>单塔，且SO3脱除效率随着入口SO3浓度、烟尘浓度的增大而升高，随着烟温的升高而降低。
石灰石-石膏湿法技术由于成熟度高、运行稳定，是目前我国应用最广的烟气脱硫技术，提升该技术脱硫效率同时协同控制SO3是实现燃煤烟气硫氧化物高效脱除的重要途径。
2．项目研发的目的、意义；
当前我国大气环境污染形势十分严峻，节能减排依然是能源行业相当长一段时间内的主题。SO3容易吸附烟气内的水汽，与之结合形成硫酸雾气溶胶，提高了烟气酸露点，造成低温腐蚀等问题，当浓度过高的硫酸雾气溶胶排出烟囱时，会产生蓝色或黄色烟羽现象，硫酸雾气溶胶与空气中微粒结合，加重雾霾和酸雨污染。
而在全国燃煤电厂即将全面实现常规烟气污染物超低排放的形势下，SO3排放由于其所导致的生态环境危害，已引起广泛重视，对其排放特性与控制策略进行深入研究是下一步制定相关政策以及实施排放控制工作的基础。燃煤电厂高效湿法烟气硫氧化物脱除技术可以大大减少硫氧化物的排放量，改善我们的空气质量，促进经济发展和资源、环境相协调。
江苏峰业科技环保集团股份有限公司始终坚持电力脱硫、脱硝、除尘和超低超净排放等大气污染治理业务的龙头带动作用不动摇，致力于做实、做新、做大、做强绿色环保节能减排和新能源事业。公司坚持不懈的推动燃煤电厂烟气治理技术的开发与应用。一直以来，已有的脱硫装置只注重对于二氧化硫的脱除，对于三氧化硫的排放却难以形成有效的控制。公司以快人一步的战略眼光，积极开展燃煤电厂用高效湿法烟气硫氧化物脱除技术研发，直击行业痛点，有利于公司建立健全技术体系，以技术优势迅速抢占硫氧化物协同治理的细分市场。
3．本项目达到的技术水平及市场前景
科学水平：
通过本项目的研发，燃煤电厂高效湿法烟气硫氧化物脱除技术达到国内领先水平，能够兼顾二氧化硫以及三氧化硫的高效系统处理。
该技术能够充分利用湿法脱硫系统现有设备，建立吸收塔内部结构量化及脱硫效率预测模型，并基于该模型开发低成本的喷射碱性吸收剂及相应脱除工艺，深入研究吸收剂及相应脱除工艺对SO3的脱除机理、影响脱除效率的关键因素及提高脱除效率的有效途径。同时，塔内设置提效环、均布器、导流栅、导流环以及必要时增设蒸汽相变、撞击流等塔内构件，优化流场，强化氧化和吸收过程，促进反应和传质效果，提高协同脱除效率，实现高效深度脱硫效果，最终形成了具有自主知识产权的高效湿法烟气硫氧化物脱除技术，为后续高硫煤机组实现SO2超低排放与SO3协同控制提供了一项解决方案。
市场前景：
我国一次能源以煤为主，煤的大规模利用导致大量烟气污染物排入大气，对大气环境以及人们的生产生活造成了严重的影响。火电行业煤炭消费量占我国煤炭消费总量的40%以上，是主要的硫氧化物、氮氧化物等烟气污染物的排放源。近年来，我国针对燃煤电厂出台了新的排放标准，要求SO2等污染物实现超低排放。SO3比SO2的毒性高十多倍，且具有强腐蚀性。O3的脱除必然是烟气治理未来发展的趋势。
石灰石—石膏湿法脱硫技术由于成熟度高、运行稳定，是目前我国应用最广的烟气脱硫技术，提升该技术脱硫效率同时协同控制SO3是实现燃煤烟气硫氧化物高效脱除的重要途径。借助于石灰石-石膏湿法脱硫技术所拥有的庞大用户基础，基于该技术进行协同脱除二氧化硫与三氧化硫，应用前景广阔。
本项目是实用性强、技术新颖、适用范围广的大气污染治理工程技术，在保证SO2实现超低排放的同时，还能有效地减少SO3对环境和电厂安全运行造成的影响，达到改善大气环境、防止污染的目的，具有诱人的市场前景和发展潜力。这不仅能大幅提升我公司的核心技术竞争力和企业效益，而且将有力地带动整个燃煤电厂环保产业的自主创新和发展，为实现节能减排的目标做出贡献。
二、研发内容和目标
1．项目主要内容、目标及关键技术；
（1）主要研究内容
我公司依据市场需求，结合多年的研究和实践经验，在已有石灰石—石膏湿法脱硫技术的基础上，进而深入研究SO3的脱除机理、影响脱除效率的关键因素及提高脱除效率的有效途径。选择适宜的脱除技术路线，探索各脱除技术对机组运行及相关设备的影响规律，并对技术经济性进行综合评价，最终形成燃煤电厂高效湿法烟气硫氧化物脱除技术。
（2）项目目标
本项目的最终目标是研发一种适合燃煤电厂高效湿法烟气硫氧化物脱除技术，技术水平达到国内领先水平，并成功实现工业化应用。
(基于碱性吸收剂的选型、关键设备设计、工艺设计、控制技术、工程实践等关键环节的突破，开发可适应不同工况条件的碱性吸收剂烟气SO3高效脱除技术。
(对脱硫塔结构进行设计，设计一套满足协同脱除SO2和SO3的脱硫塔。
(形成一套燃煤电厂用高效湿法烟气硫氧化物脱除技术并实现工程化应用，申报专利2~5项。
该项目的成功实施将为国内燃煤机组提供了一条烟气SO3脱除的技术路线和工程实行方法，为应对未来严格的烟气SO3排放标准，解决因SO3带来的安全、经济和环保问题具有重要意义。
（3）关键技术
①研究湿法脱硫塔SO3的脱除特性，重点考察液气比、入口SO3浓度、空塔气速、入口烟气温度、浆液温度以及筛板对SO3脱除效率的影响，同时分析不同操作条件下SO3气溶胶颗粒数量浓度与粒径分布的变化规律；
②根据湿法脱硫系统脱除SO3的影响特性，对吸收塔内件进行优化改进，
采用数值模拟方法研究各优化方案对塔内流场分布及流动阻力特性的影响，确定最佳方案，促进反应和传质效果，提高协同脱除效率，实现高效深度脱硫效果；
③基于石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺对SO3酸雾脱除特性的影响研究，
提出一种将碱基吸收剂喷射与湿法烟气脱硫工艺有机结合的一体化协同脱除SO3技术，实现燃煤电厂SO2超低排放与SO3协同控制。
2．技术创新之处
（1）燃煤电厂湿法脱硫工艺对烟气SO3协同控制研究：研究了液气比、塔内烟气停留时间、入口SO3浓度、入口烟温、入口烟尘浓度等因素对湿法脱硫装备协同脱除SO3性能的影响；
（2）湿法脱硫塔结构的改进与优化：基于现有湿法脱硫技术SO3控制关键影响因素研究，对脱硫塔进行建模分析，研究塔内构件对SO3脱除效率的影响，通过增加脱硫塔内部构件增强气液传质效果，优化内部流场，提高协同脱除SO3效果；
（3）低成本的喷射碱性吸收剂及脱除工艺开发：基于热力学计算和动力学规律，确定不同烟气条件下碱性吸收剂的最佳性能参数，开发碱性吸收剂烟气SO3脱除系统设计工艺包，实现烟气SO3高效经济脱除。
（4）采用专有的脱除三氧化硫技术，排除的烟气先进入前处理室，前处理室中的风机对烟气进行吹散，活性炭板则对灰尘进行吸附，同时向烟气喷入的碱液吸收SO3和部分SO2，通过向烟气喷射碱液，碱液蒸发之后形成的比表面积较大的凝结核，提高了吸收剂的利用率。
3、主要技术指标
通过高效湿法烟气硫氧化物脱除技术，实现二氧化硫和三氧化硫的综合脱除，控制污染物排放指标达到超低标准，实现装置出口SO2排放浓度＜35mg/Nm3，SO3浓度小于2.5ppm。系统运行稳定，在30%~110%BMCR工况范围内稳定运行。
三、现有研发条件和工作基础[承担单位开展本项目的优势（人才、设施等条件）
1、承担单位开展本项目的优势（人才、设施条件）
江苏峰业科技环保集团股份有限公司在环保、环境、节能和新能源事业的征程上奋斗了近二十载，目前拥有专业的产品研发、设计人员逾1000人。公司大气污染治理和超低超净排放工程专业承包国内排名第一、大气污染治理和超低超净排放工程一条龙全方案EPC总承包国内排名前三、火力发电厂特许经营规模国内排名前三，拥有全球领先的脱硫、脱硝、除尘和超低超净排放核心技术。
公司高度重视科学技术的研发，以科技创新为企业发展的核心动力，形成了以院士、教授、高工为核心，博士、硕士、本科生为主干力量的研发团队。目前公司拥有江苏省双创人才三人，江苏省产业教授两人，江苏省“六大人才高峰”高层次人才两人。公司先后承担三项国家级、十八项省级、二十项市级科技项目，累计获得科技创新资金近7000万元。公司拥有完善的研发平台及实验检测设备，具有通过CNAS认证的实验室。配备有红外色谱仪、烟气脱硫脱硝除尘处理中试平台、烟气在线检测分析仪等检测设备。
项目负责人吴立新，高级工程师，机械制造工艺及设备专业毕业。参与多个重大科技项目的研发，尤其是大气污染治理技术的开发，包括湿法脱硫塔的结构设计等，具有丰富的理论与实际经验。工作期间，共申报并授权12篇专利。我公司拥有大量的脱硫工艺设计人员，在脱硫塔结构设计及工艺设计方面拥有丰富的经验。
2、已有的工作基础
江苏峰业科技环保集团股份有限公司在湿法脱硫技术领域拥有完善的核心技术体系，拥有自己研发的全球较先进的单塔双循环脱硫技术、双塔双循环脱硫技术、托盘提效技术以及湍流格栅提效技术等烟气脱硫工艺核心技术，已取得全国多个湿法脱硫技术示范工程业绩并成功投运，各项指标均超低排放标准，对我国二氧化硫深度减排具有重要的引领示范作用。
本项目前期对湿法烟气硫氧化物脱除技术的现状及发展趋势做了详细调研，对主要技术路线及其适应性研究也做了初步研究，编制了详细的技术路线及研发方案。在多个湿法脱硫工程中，已经对于SO3的脱除效率进行了研究，有效分析了湿法脱硫塔运行参数的变化对于SO3脱除性能的影响。
四、计划进度（包括总的研究期限、年度计划进度以及已经取得的阶段成果）
2019.1-2019.3
通过市场调研、文献资料查阅及对外技术交流，编写可行性研究报告、立项、制订完成开发任务的实施计划。
2019.4-2019.5
根据文献阅读，对SO3生成机理进行深入研究，将源头治理和炉后脱除相结合，减少SO3的生成，减轻炉后脱除压力。
2019.6-2019.10
研究湿法脱硫塔SO3的脱除特性，重点考察液气比、入口SO3浓度、空塔气速、入口烟气温度、浆液温度等关键参数对SO3脱除效率的影响。2019.11-2020.2
对湿法脱硫塔进行建模分析，研究塔内构件对SO3脱除效果的影响。通过增强气液传质效果，优化脱硫塔内部流场，提高SO3脱除效率。
2020.3-2020.6
基于热力学计算和动力学规律，确定不同烟气条件下碱性吸收剂的最佳性能参数，提出碱性吸收剂优化选择方法，开发碱性吸收剂烟气SO3脱除系统设计工艺包，实现烟气SO3高效经济脱除
2020.7-2020.12
依托工程项目，对运行数据进行分析，对高效湿法烟气硫氧化物脱除技术进行优化改进，确定最终方案，进行产业化推广应用。
五、经费预算
项目预计总经费585万元。
项目经费支出预算表
单位：万元
科目 预算额 2019年 2020年 1、直接从事研发活动的本企业在职人员人工费 100 170 2、研发活动直接投入的费用 120 175 3、折旧费用与长期待摊费用 5 5 4、设计费 0 0 5、装备调试费 0 0 6、专门用于研发活动的无形资产摊销费 0 0 7、勘探、开发技术的现场试验费 0 0 8、研发成果论证、鉴定、评审、验收费 0 0 与研发活动直接相关的其他费用 5 5 合计 230 355 总计 585
六、研究开发项目组人员名单
姓名 性别 学历 专业 职务(职称) 本项目中承担工作 吴立新 男 本科 机械制造工艺及设备 高级工程师 项目负责人 周友艳 女 大专 机电一体化 工程师 研究人员 樊 荣 男 大学 机械工程及自动化 助理工程师 研发人员 薛苏闽 男 大学 机电一体化 工程师 研发人员 杨文广 男 本科 化学工程 工程师 研发人员 张 冯 男 大专 机械工程及自动化 工程师 研发人员 华攀龙 男 大专 机械工程及自动化 工程师 研发人员 王万龙 男 大专 机电一体化 工程师 研发人员
七、立项审批意见
审批组：
审批日期：
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