引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化水平的顯著提高，大氣污染狀況日益嚴(yán)重，我國(guó)SO2的排放量已經(jīng)位居世界第二位，NOx排放量也在持續(xù)增長(zhǎng)。煙氣脫硫、脫硝已成為我國(guó)的一項(xiàng)重要任務(wù)，“十一五”規(guī)劃將“節(jié)能減排”列為重要的約束性指標(biāo)，要求確保在2010年將我國(guó)的SO2排放量降低10%，目前“十一五”時(shí)間已經(jīng)接近尾聲，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委的統(tǒng)計(jì)2008年底，我國(guó)已投運(yùn)火電廠煙氣脫硫裝機(jī)容量超過(guò)3.79億千瓦，約占煤電裝機(jī)總?cè)萘康?6%，脫硫建設(shè)進(jìn)入了高峰期。煙氣脫硝方面，已進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)示范階段，全國(guó)累計(jì)已有數(shù)十個(gè)脫硝項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中。

在煙氣脫硫脫硝工程快速推進(jìn)的過(guò)程中，我國(guó)脫硫脫硝的工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。煙氣脫硫脫硝技術(shù)開(kāi)發(fā)是一個(gè)多層次、涉及多學(xué)科的復(fù)雜過(guò)程工業(yè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，其技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程具有周期長(zhǎng)、技術(shù)難度大、投入大等特點(diǎn)，按照常規(guī)的技術(shù)開(kāi)發(fā)模式，需要經(jīng)過(guò)機(jī)理研究->小試->中試->工業(yè)示范->逐級(jí)放大->投入應(yīng)用整個(gè)開(kāi)發(fā)流程，綜合應(yīng)用相似理論和因次分析實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和核心設(shè)備的放大。其技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程具有周期長(zhǎng)、技術(shù)難度大、投入大等特點(diǎn)，難以滿足國(guó)內(nèi)對(duì)脫硫脫硝技術(shù)的迫切要求。目前我國(guó)不少環(huán)保企業(yè)在煙氣脫硫脫硝工程應(yīng)用的過(guò)程中已逐漸將數(shù)值模擬、計(jì)算流體力學(xué)等技術(shù)分散應(yīng)用于脫硫脫硝工程設(shè)計(jì)中，在一定程度上縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)難度。但尚未形成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，在煙氣脫硫脫硝設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)技術(shù)方面仍有進(jìn)一步優(yōu)化的潛力。

一、 目的與意義

煙氣脫硫、脫硝過(guò)程工藝是過(guò)程工業(yè)的重要組成部分，屬于能源和環(huán)境交叉領(lǐng)域，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的限制，大氣污染目前基本仍處于先污染后治理的狀態(tài)，政策驅(qū)動(dòng)型比較強(qiáng)。而環(huán)保需求又不以人、社會(huì)乃至國(guó)家的意志為轉(zhuǎn)移，沒(méi)有前期規(guī)劃的條件。當(dāng)環(huán)保需求突然爆發(fā)時(shí)，傳統(tǒng)的以因次分析、相似準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，"設(shè)計(jì)-小試-中試-工程應(yīng)用"逐級(jí)放大的開(kāi)發(fā)模式存在開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)成本高，開(kāi)發(fā)精度難以保證等一系列問(wèn)題，很難滿足實(shí)際要求，因而不得不大量重復(fù)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)——甚至相當(dāng)部分還是落后技術(shù)，導(dǎo)致了國(guó)民財(cái)富的浪費(fèi)，并阻礙了國(guó)內(nèi)煙氣脫硫、脫硝環(huán)保技術(shù)和裝備的發(fā)展，因此煙氣脫硫、脫硝過(guò)程工藝的短周期、高精度、高成熟度開(kāi)發(fā)成為快速響應(yīng)突發(fā)環(huán)保需求的關(guān)鍵。

二、 發(fā)展與趨勢(shì)

煙氣脫硫、脫硝中采用的核心處理過(guò)程幾乎都要采用化學(xué)反應(yīng)的手段，包括吸收、吸附、催化反應(yīng)等。與通常的過(guò)程工藝一樣，采用化學(xué)方法處理對(duì)象時(shí)，都可以概括的分為三個(gè)部分：1.原料的預(yù)處理，包括對(duì)處理對(duì)象的處理，如對(duì)火電廠煙氣進(jìn)行除塵、降溫等。對(duì)添加的反應(yīng)物的處理，如煙氣脫硫中石灰石制粉，煙氣脫硝中制氨系統(tǒng)等；2.化學(xué)反應(yīng)，如石灰石與SO2反應(yīng)，氨與NOx反應(yīng)，氨與SO2反應(yīng)等；3.反應(yīng)產(chǎn)物的后處理，如硫酸銨的結(jié)晶、造粒，煙氣的升溫，工藝廢水的處理等。

與通常的化學(xué)工業(yè)過(guò)程不同的是，化學(xué)工業(yè)過(guò)程的目的是得到最終的化工的產(chǎn)品，從而得到經(jīng)濟(jì)效益?？梢詫?duì)原料的處理進(jìn)行精細(xì)化的處理來(lái)適應(yīng)化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)優(yōu)化，然后對(duì)反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理，如分離、提純等，已達(dá)到對(duì)產(chǎn)品的要求。化學(xué)反應(yīng)器在多數(shù)化工過(guò)程中雖然是整個(gè)加工過(guò)程中的核心，但其對(duì)能量的需求和尺寸卻并不大。而大氣污染處理首先要適應(yīng)產(chǎn)生污染物的主體裝置的生產(chǎn)要求，處理污染物的裝置只是一個(gè)附屬裝置，要對(duì)主體裝置充分的響應(yīng)不能影響主體的運(yùn)行。其次一般來(lái)說(shuō)處理的氣量大，難以進(jìn)行復(fù)雜的前處理，因此成分復(fù)雜，且污染物含量低，脫除要求卻比較高。再次，由于生產(chǎn)目的不同，污染物處理裝置只是為了將污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體、液體排放或固定到固相產(chǎn)物中，一般不進(jìn)行復(fù)雜的后處理過(guò)程，對(duì)反應(yīng)器的提出了產(chǎn)物易于處理的要求。因此在大氣污染物處理中對(duì)核心化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的要求更高、條件更苛刻。

目前在離散制造業(yè)領(lǐng)域, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者已在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)的模型、策略、目標(biāo)、方法、工具及其環(huán)境等方面做了大量研究, 取得了大量成果，各種新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)模式如敏捷制造、快速原形、虛擬制造等亦應(yīng)運(yùn)而生。然而在煙氣脫硫、脫硝領(lǐng)域, 工藝系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的研究尚處于幾乎空白的階段，已有的研究大多是就產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中涉及的具體技術(shù)及方法。由于過(guò)程工藝開(kāi)發(fā)具有風(fēng)險(xiǎn)高、投資大、回收時(shí)期長(zhǎng)的特點(diǎn)，專(zhuān)業(yè)化的、系統(tǒng)的、有較嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)性的開(kāi)發(fā)過(guò)程就顯得更為重要。

煙氣脫硫脫硝的工業(yè)系統(tǒng)大多數(shù)為連續(xù)式物料反應(yīng)和加工過(guò)程，它處理的主要是物質(zhì)-能量流，涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理狀態(tài)變化，連續(xù)性和多變量是其顯著特點(diǎn)。其次，新的工藝過(guò)程層出不窮，系統(tǒng)日趨大型化、復(fù)雜化，現(xiàn)代的研究和開(kāi)發(fā)工作投資大、周期短、風(fēng)險(xiǎn)大、競(jìng)爭(zhēng)激烈；過(guò)程裝備與生產(chǎn)工藝即加工流程性材料緊密結(jié)合，有其獨(dú)特的過(guò)程單元設(shè)備和工程技術(shù)，與一般機(jī)械設(shè)備完全不同，有其獨(dú)特之處。因此，現(xiàn)有的一些工程技術(shù)方法和經(jīng)典計(jì)算技術(shù)在某些場(chǎng)合顯得力不從心，有必要從宏觀整體上對(duì)過(guò)程系統(tǒng)作出描述和把握。

現(xiàn)有的煙氣脫硫脫硝工藝開(kāi)發(fā)大都沿用傳統(tǒng)的思維模式，主要有因次分析、經(jīng)驗(yàn)放大、數(shù)學(xué)模型等方法，基于這些方法進(jìn)行"設(shè)計(jì)-臺(tái)試-小試-中試-工程應(yīng)用"的逐級(jí)放大過(guò)程，曠日持久且費(fèi)用高昂。

1、相似論和因次分析法。該法歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可取得良好的效果。但對(duì)于過(guò)程復(fù)雜的工藝，效果不夠理想。

2、經(jīng)驗(yàn)放大方法。通過(guò)多層次、逐級(jí)放大的試驗(yàn)，探索、總結(jié)放大規(guī)律。這種經(jīng)驗(yàn)方法耗資大、費(fèi)時(shí)長(zhǎng)、效果差，缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。

3、數(shù)學(xué)模型方法。通過(guò)對(duì)過(guò)程進(jìn)行研究，以得到表示過(guò)程各有關(guān)參數(shù)與變量之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。但是過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域的過(guò)程很多都比較復(fù)雜，難以進(jìn)行如實(shí)的數(shù)學(xué)描述。

三、 條件與基礎(chǔ)

東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院長(zhǎng)期致力于煤燃燒污染物的生成機(jī)理研究與防治技術(shù)開(kāi)發(fā)，對(duì)煤燃燒產(chǎn)物中硫氧化物、氮氧化物、重金屬、多環(huán)芳烴等有害污染成分的生成機(jī)理、遷移特性、控制或脫除規(guī)律，開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的防治技術(shù)并逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。擁有熱重分析儀、大型計(jì)算流體力學(xué)軟件、有限元分析軟件以及自主開(kāi)發(fā)的一批軟件（脫硫系統(tǒng)仿真支撐環(huán)境、物料平衡計(jì)算軟件、工藝設(shè)備選型軟件），及液態(tài)化吸收式煙氣脫硫試驗(yàn)裝置、增壓循環(huán)流化床等試驗(yàn)裝置，具備相關(guān)實(shí)驗(yàn)室研究和模擬中試的設(shè)施條件。

孫克勤及其團(tuán)隊(duì)主要從事固定源硫、氮氧化物治理技術(shù)和成套裝備的研究、開(kāi)發(fā)和工程化工作，先后承擔(dān)了2004年江蘇省科學(xué)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化首批專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目"大型火電機(jī)組煙氣脫硫OI2-WFGD成套裝置開(kāi)發(fā)及應(yīng)用"、2005年國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目"OI2-WFGD煙氣脫硫成套裝置"、2006年國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目"OI2-SCR煙氣脫硝成套裝置"、江蘇省環(huán)保廳項(xiàng)目“燃煤煙氣脫硝技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)”、國(guó)家863重點(diǎn)項(xiàng)目“大型燃煤電站鍋爐SCR煙氣脫硝技術(shù)與示范”、江蘇省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目創(chuàng)新學(xué)者攀登項(xiàng)目“高性能SCR煙氣脫硝催化過(guò)程的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題研究”等脫硫脫硝重大課題，先后成功開(kāi)發(fā)出了國(guó)內(nèi)第一項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硫技術(shù)OI2-WFGD、國(guó)內(nèi)第一項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硝技術(shù)OI2-SCR，及具有國(guó)際先進(jìn)水平的資源節(jié)約型濕法煙氣脫硫技術(shù)OI2-WFGD-Ⅱ，具備環(huán)保過(guò)程工藝開(kāi)發(fā)的豐富經(jīng)驗(yàn)，在工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中在大氣污染控制技術(shù)工藝過(guò)程核心化學(xué)過(guò)程的開(kāi)發(fā)、大型裝置流場(chǎng)預(yù)測(cè)和分析方法研究、大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和分析方法、大氣污染系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)方法、大氣污染控制技術(shù)工藝過(guò)程仿真及模型研究等領(lǐng)域進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)性工作，在煙氣脫硫、脫硝過(guò)程工藝設(shè)計(jì)技術(shù)方法方面具有良好的研究基礎(chǔ)，同時(shí)在工程領(lǐng)域?qū)嵤┝藬?shù)十項(xiàng)煙氣治理工程對(duì)于示范工程的組織、實(shí)施、管理具有豐富的成功經(jīng)驗(yàn)。

四、 開(kāi)發(fā)與研究

針對(duì)現(xiàn)有煙氣脫硫、脫硝工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的問(wèn)題，依托現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合大氣環(huán)保工藝的共性特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)以全方位、多尺度、系統(tǒng)級(jí)的數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)測(cè)為校正的平臺(tái)化煙氣脫硫、脫硝過(guò)程工藝開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)。

1、開(kāi)發(fā)煙氣脫硫、脫硝工藝核心反應(yīng)裝置多重理化場(chǎng)耦合的數(shù)值模擬平臺(tái)及大尺度、多參數(shù)精確測(cè)量技術(shù)。系統(tǒng)研究反應(yīng)區(qū)氣液相、氣氣相及化學(xué)反應(yīng)之間的耦合特性，揭示多場(chǎng)耦合規(guī)律，直接以傳質(zhì)為目標(biāo)綜合尋優(yōu)，開(kāi)發(fā)借助多場(chǎng)之間的相互作用進(jìn)而強(qiáng)化反應(yīng)的多場(chǎng)耦合設(shè)計(jì)方法。

2、煙氣脫硫、脫硝工藝仿真支撐平臺(tái)開(kāi)發(fā)及建模仿真模擬分析中的耦合/解耦問(wèn)題研究。

以系統(tǒng)過(guò)程模擬+類(lèi)比試驗(yàn)校正解決系統(tǒng)物料、熱量平衡及復(fù)雜工況下關(guān)鍵工藝參數(shù)的精確設(shè)計(jì)。

3、開(kāi)發(fā)煙氣脫硫、脫硝過(guò)程工藝開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)可靠性、價(jià)值工程設(shè)計(jì)優(yōu)化工具包，建立煙氣脫硫、脫硝過(guò)程工藝可靠性、成熟度繼承/預(yù)控指標(biāo)體系。

4、開(kāi)發(fā)煙氣脫硫、脫硝過(guò)程工藝共性開(kāi)發(fā)及工程設(shè)計(jì)平臺(tái)。

5、依托煙氣脫硫、脫硝過(guò)程工藝共性開(kāi)發(fā)及工程設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行多種大氣污染物脫除工藝開(kāi)發(fā)及集成示范工程。

五、 機(jī)制與模式

采用以下述機(jī)制與模式展開(kāi)相關(guān)研究(如圖1所示)，依據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)，分成四大主線并行展開(kāi)，即設(shè)計(jì)主線(概念設(shè)計(jì)——基本設(shè)計(jì)——詳細(xì)設(shè)計(jì)——實(shí)施設(shè)計(jì)——運(yùn)行設(shè)計(jì))，研發(fā)主線(解決方案——專(zhuān)題研究——現(xiàn)代設(shè)計(jì)分析工具開(kāi)發(fā)——仿真試驗(yàn)——機(jī)制設(shè)計(jì))，試驗(yàn)主線(核心技術(shù)驗(yàn)證——類(lèi)比驗(yàn)證——實(shí)施建造——運(yùn)行)，成果主線(專(zhuān)利群——專(zhuān)有技術(shù)——標(biāo)準(zhǔn)——運(yùn)行數(shù)據(jù)——數(shù)據(jù)挖掘)。在項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)施過(guò)程中，以設(shè)計(jì)主線和研發(fā)主線確保項(xiàng)目各研究?jī)?nèi)容的順利展開(kāi)，依托成果主線鼓勵(lì)項(xiàng)目各相關(guān)單位擴(kuò)充項(xiàng)目專(zhuān)利池，以多種形式包括專(zhuān)利、標(biāo)準(zhǔn)、專(zhuān)有技術(shù)等多種形式對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行鑒別和劃分，并以成果主線為基本依據(jù)，按照開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)、依托平臺(tái)開(kāi)發(fā)的核心專(zhuān)有工藝技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備等不同的成果層次來(lái)區(qū)分項(xiàng)目成果的歸屬。

(1)概念設(shè)計(jì)階段：首先根據(jù)所要開(kāi)發(fā)的(工藝、裝置、設(shè)備、部件、材料)特點(diǎn)，采用QFD和價(jià)值工程工具包進(jìn)行功能分析，并確定其中要解決的矛盾(技術(shù)矛盾、物理矛盾)，采用TRIZ理論并結(jié)合開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)，利用發(fā)明原理工具庫(kù)、系統(tǒng)進(jìn)化理論及效應(yīng)工具庫(kù)等獲取所要開(kāi)發(fā)的(工藝、裝置、設(shè)備、部件、材料)的解決方案，并開(kāi)始進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，形成方案，在概念設(shè)計(jì)階段綜合采用專(zhuān)利檢索和分析工具，繪制專(zhuān)利地圖，制訂(企業(yè)、行業(yè))的知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，并將其中有價(jià)值的方案申報(bào)專(zhuān)利，形成專(zhuān)利池(群)；

(2)基本設(shè)計(jì)階段：在概念設(shè)計(jì)階段形成的方案基礎(chǔ)上進(jìn)行基本設(shè)計(jì)，并對(duì)在概念設(shè)計(jì)階段部分尚未確定的部分進(jìn)行專(zhuān)題研究，完善基本設(shè)計(jì)方案，形成系統(tǒng)，并對(duì)其中的關(guān)鍵部分(如核心化學(xué)過(guò)程、主要參數(shù)選取等)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究，探究基本設(shè)計(jì)方案的可行性和合理性，并將形成的整套系統(tǒng)技術(shù)申請(qǐng)專(zhuān)有技術(shù)(核心關(guān)鍵技術(shù))進(jìn)行保護(hù)；

(3)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：在基本設(shè)計(jì)階段形成的系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并對(duì)在基本設(shè)計(jì)階段部分中提出的設(shè)計(jì)方案采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具(可靠性工具、價(jià)值工程工具、多學(xué)科優(yōu)化工具及多物理場(chǎng)模擬工具等)確定詳細(xì)的設(shè)計(jì)參數(shù)，完善基本設(shè)計(jì)方案，并在前期進(jìn)行的類(lèi)似工程或雖不類(lèi)似但要驗(yàn)證部分的功能在該系統(tǒng)和本系統(tǒng)中以同等方式實(shí)現(xiàn)同等或類(lèi)似功能的工程(或工程的部分)上進(jìn)行類(lèi)比驗(yàn)證，形成相關(guān)的(設(shè)計(jì)、測(cè)試、檢驗(yàn)等)標(biāo)準(zhǔn)；

(4)實(shí)施設(shè)計(jì)階段：在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段形成的系統(tǒng)和參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)施設(shè)計(jì)階段，對(duì)于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段尚不能完全確定的部分采用仿真試驗(yàn)等手段加以完善，進(jìn)入實(shí)施建造階段，形成相關(guān)的準(zhǔn)則；

(5)運(yùn)行設(shè)計(jì)階段：在實(shí)施設(shè)計(jì)中引入機(jī)制設(shè)計(jì)理念，對(duì)新技術(shù)運(yùn)行可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行充分的預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)控制，并建立廣域數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和挖據(jù)，找出新的設(shè)計(jì)矛盾(或需要改進(jìn)的地方)，提出新的(或改進(jìn)的)解決方案，再次進(jìn)入上述流程，最終得到的設(shè)計(jì)方案是經(jīng)上述流程不斷優(yōu)化和完善的結(jié)果。

六、 成果與業(yè)績(jī)

1、煙氣脫硫、脫硝共性技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)

在長(zhǎng)期從事煙氣脫硫、脫硝技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，針對(duì)傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式的不足，我們采用全方位多尺度系統(tǒng)級(jí)數(shù)值模擬和仿真為核心，以實(shí)驗(yàn)研究為校正的開(kāi)發(fā)模式對(duì)煙氣脫硫脫硝反應(yīng)器及其關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了分析，對(duì)系統(tǒng)工藝進(jìn)行開(kāi)發(fā)，突破了“設(shè)計(jì)—小試—中試—工程應(yīng)用”的傳統(tǒng)及因次分析、相似理論等的限制，成功解決了脫硫脫硝多相反應(yīng)器的設(shè)計(jì)放大問(wèn)題，避免曠日持久和費(fèi)用高昂的逐級(jí)開(kāi)發(fā)過(guò)程。

煙氣脫硫、脫硝共性技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)首先基于對(duì)資料、參考工程及先前投產(chǎn)工程的經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，確定基本的設(shè)計(jì)方案；然后，根據(jù)確定的基本設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)中不確定的因素進(jìn)行大量的跨尺度的數(shù)值計(jì)算和模擬，其間不確定的參數(shù)(如熱力學(xué)性質(zhì)、傳遞性質(zhì)等)進(jìn)行少量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)獲取，以此確定基本的運(yùn)行參數(shù)，并返回至跨尺度的數(shù)值計(jì)算和模擬過(guò)程，形成內(nèi)封閉循環(huán)，驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算結(jié)果，提高其計(jì)算精度；并投入工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用，工程投運(yùn)后對(duì)大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試和分析，并以此來(lái)修正設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)，形成外封閉循環(huán)，完成技術(shù)的自我升級(jí)和更新，提高其成熟度。

在煙氣脫硫、脫硝共性技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)基礎(chǔ)上，將上述技術(shù)路線中涉及的各個(gè)層次的內(nèi)容進(jìn)行抽象和提高，將其中共性技術(shù)歸納成研發(fā)、設(shè)計(jì)、工程管理三大通用的技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。從分子尺度、單元尺度、設(shè)備尺度至系統(tǒng)尺度的多尺度數(shù)值計(jì)算和模擬，其支撐學(xué)科分別是計(jì)算量子化學(xué)、計(jì)算反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、計(jì)算傳質(zhì)學(xué)/流體力學(xué)和過(guò)程系統(tǒng)工程等。這種平臺(tái)化開(kāi)發(fā)模式具有很強(qiáng)的移植性。

2、煙氣脫硫、脫硝共性技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)實(shí)例

依托煙氣脫硫、脫硝共性技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，成功開(kāi)發(fā)了OI2-WFGD煙氣脫硫技術(shù)、OI2-SCR煙氣脫硝技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)開(kāi)發(fā)的快速拓展，將技術(shù)迅速拓展至冶金燒結(jié)煙氣脫硫、水泥煙氣脫硝等相關(guān)工程領(lǐng)域。

以煙氣脫硫技術(shù)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)為例，針對(duì)電力、冶金、化工等行業(yè)煙氣脫硫的技術(shù)要求采用上述的實(shí)驗(yàn)研究→設(shè)計(jì)→數(shù)值模擬→要點(diǎn)試驗(yàn)和工程實(shí)測(cè)為校正的基本研究方法。在冷態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開(kāi)展過(guò)程工藝、吸收劑活性強(qiáng)化途徑等原理性研究，獲取指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵工藝參數(shù)，通過(guò)全方位、多尺度、系統(tǒng)級(jí)的數(shù)值模擬突破吸收塔大比例放大的難題，同時(shí)通過(guò)熱態(tài)試驗(yàn)平臺(tái)和在煙氣脫硫裝置建設(shè)過(guò)程中預(yù)留分步驗(yàn)證的條件，適時(shí)開(kāi)展系統(tǒng)要點(diǎn)試驗(yàn)和工程實(shí)測(cè)校正，逐步驗(yàn)證并完善數(shù)值計(jì)算模型，優(yōu)化反應(yīng)器及塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)塔型的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。在此過(guò)程中，以全方位多尺度的數(shù)值模擬為核心，簡(jiǎn)化試驗(yàn)過(guò)程，冷、熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)均為局部要點(diǎn)試驗(yàn)裝置，作為全方位模擬的輔助與補(bǔ)充，無(wú)需中試裝置。在高精度數(shù)值仿真模擬的支撐下，可有效降低開(kāi)發(fā)成本，大大縮短開(kāi)發(fā)周期，開(kāi)發(fā)周期由10年縮短為2～3年，而在短周期開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，技術(shù)成熟度仍能夠得到有效的保證。

3、采用煙氣脫硫、脫硝共性技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的有益效果

采用煙氣脫硫、脫硝共性技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的OI2-WFGD煙氣脫硫技術(shù)和OI2-SCR煙氣脫硝技術(shù)投產(chǎn)成套裝置一次投運(yùn)成功率100%，脫硫效率>95%，Ca/S<1.03，石膏純度>90%，脫硝效率90%，殘氨逃逸率<5ppm，SO2氧化率<1%，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，大幅降低了投資和運(yùn)行費(fèi)用，縮短建設(shè)周期。

OI2煙氣脫硫、脫硝共性技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的成功應(yīng)用和相關(guān)技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，突破了國(guó)外公司的技術(shù)壁壘，大幅度壓低了國(guó)外技術(shù)的要價(jià)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的可升級(jí)性，提高對(duì)國(guó)情的適應(yīng)能力,并促進(jìn)了國(guó)內(nèi)相關(guān)環(huán)保技術(shù)研究水平的提高和設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

七、 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)我國(guó)在煙氣脫硫、脫硝技術(shù)領(lǐng)域現(xiàn)狀的分析，針對(duì)我國(guó)煙氣脫硫、脫硝技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中遭遇的難以突破的瓶頸，提出了在突發(fā)的社會(huì)需求、國(guó)外技術(shù)搶占市場(chǎng)的條件下，開(kāi)發(fā)出一種在較少資金投入、較短時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出技術(shù)成熟度高、滿足市場(chǎng)要求的煙氣脫硫、脫硝技術(shù)的共性開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)。并實(shí)現(xiàn)了在短周期內(nèi)大型復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)模式的創(chuàng)新和新技術(shù)開(kāi)發(fā)的有益嘗試，開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的OI2-WFGD/SCR系列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。希望通過(guò)在煙氣脫硫、脫硝共性開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域的探索能夠?yàn)槲覈?guó)煙氣脫硫、脫硝工程技術(shù)的發(fā)展提供參考，同時(shí)希望我國(guó)積極支持環(huán)保開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)的共性化和平臺(tái)化創(chuàng)新，為我國(guó)環(huán)保工程技術(shù)的發(fā)展提供可靠技術(shù)保證。