为了人类的又一个千年
－－记我国多功能烟气脱硫技术的自主开发历程
清华大学热能工程系教授 姚 强
2000年8月28日是一个平凡的日子，北国沈阳的天空清澈得让人觉得展现在面前的一切事物都是那么地令人愉快。一批在国内外电力与环保领域享有盛誉的专家学者却按捺不住内心的感慨。对他们来讲，这一刻意味着一个多年的期盼，就象日夜操劳的慈母等待着婴儿的第一声啼哭；这一刻意味着一个美妙的梦圆，就象汗滴黄土的老农看到了满眼的蒂落瓜熟。
“新型液柱烟气脱硫除尘集成技术是我国自主开发的新工艺，属国内首创，该技术的综合水平达到了国际上同类脱硫技术的先进水平，具有较好的应用前景！”东北电力公司黄其励院士面带微笑，以铿锵有力的语调宣读着来自国家电力公司、国家环保局、国家计委、国家经贸委、北京冶金研究院、沈阳市环保局、东南大学等单位多名位知名专家学者组成的鉴定委员会的鉴定意见，话音未落，鉴定会现场顿时响起激烈的掌声。鉴定委员会的专家们与战斗在第一线的清华大学沈阳脱硫项目组的诸位成员相互握手、彼此致意，那种真诚感动着在场的每一个人，这不仅仅是一种成功的喜悦，而是一种发自肺腑的自豪，一种久埋在心头的激情与豪迈。
人们不由自主地把目光投向了依然十分镇静的清华大学热能工程系徐旭常院士。是啊，此时此刻，感怀最多的应该是尊敬的徐先生，许多年来，先生依然矫健的步伐和满头的银发撒满了艰辛的创业道路，先生犀利的目光和警人的话语激励着在这条路上奋力前行的人们。泰戈尔吟道：“花朵的事业是美丽的，果实的事业是甜蜜的，但让我做绿叶的事业吧，绿叶的事业是崇高的”。就让我们把这句话献给徐旭常院士，一位默默无闻的铺路人。
恶化的环境 肩负的重担
人类在地球上绵延繁殖了数千年，我们共同拥有一个地球，是蔚蓝的地球养育着世世代代，她繁茂的绿叶、均匀的呼吸调节着大自然的美妙平衡，潺潺的水流流淌过山川，流淌过平原，滋润着人们，大地和万物在地球母亲的怀抱是如此地富有生机，如此地和蔼安详．．．．．．
但是，人类回报地球的，却是无穷尽的伤害。工厂的大烟囱浓烟滚滚，直接排放到大气中的毒质使得保护人类的臭氧层屡屡出现黑洞；清澈的河流因为排放的废水，丢弃的废物而变的日益浑浊，发出阵阵恶臭；全球气候变暖，冰雪覆盖面积减少，海平面上升；每年，人为消失的物种高达7万种．．．．．．昔日美丽的地球如今已经伤痕累累，满目苍痍，裹缚着绷带的地球在痛苦地呻吟。环境问题已经日益成为关系国运民生的重大问题，环境保护也如箭在弦，刻不容缓。时代呼唤着环保产业的壮大、成熟。
SO2和酸雨污染是我国大气环境污染的主要问题，是可能制约我国经济协调稳定发展的重要环境因素。我国大气中的SO2的来源主要是煤炭燃烧，其排放的SO2占SO2总排放量的90%以上。1991年SO2的排放量为1622万吨，SO2陆地平均负荷为2t/(a·km2)，而全球SO2的陆地平均负荷为1t/(a·km2)。由于一直未加严格控制，1994年SO2排放量已达1825万吨，1996年SO2排放量为2346万吨，由此引起我国酸雨区不断扩大，已由80年代初的西南局部地区扩展到西南、华中、华南和华东的大部分地区，目前平均降水ＰＨ值低于5.6的地区已占全国面积的40%左右。由于大气SO2污染所具有的强烈危害，引起了世界各国的日益重视。其一是对人体健康造成危害。SO2污染大气对人体健康的影响具有广泛、长期、慢性作用等特点，可导致多种疾病； 其二殃及自然界的植物群落。在高浓度SO2的影响下，对植物产生急性危害，使植物叶片表面产生坏死斑或直接使叶片枯萎脱落；在低浓度SO2的影响下，植物生理机能受到影响，造成产量下降、品质变坏等。此外，SO2还会对植物产生间接的影响，使植物生长减弱，降低对病虫害的抵抗能力。其三是对整个生态系统造成难以估算的影响。酸雨对生态系统的影响和破坏主要表现为使土壤酸化和贫瘠化，农作物及森林生长速度减慢；湖水酸化，鱼类生长受到抑制；对建筑物和材料有强烈的腐蚀作用，加速风化过程等。近年来，四川、云南及广西每年酸雨危害造成的经济损失高达160亿元。其四是加重了建筑物和材料的腐蚀。位于重酸雨区重庆的嘉陵大桥，与南京长江大桥相比，锈蚀程度是5∶1，每年钢结构维护费用高达20万元。此外混疑土建筑物的外层砂浆经过3～4年酸雨的侵蚀，石子就开始外露。至于SO2污染对古建筑物等历史文化遗产的损害，则是无法用经济数字来估算的。
随着城市建设发展速度的加快，为了人类的又一个千年，城市空气污染防治已迫在眉睫。1999年，国家环保总局完成了全国二氧化硫控制的总体规划，提出：到2000年，我国“两控区”将有123个城市空气二氧化硫年均值达到国家标准；到2005年将有137个城市空气二氧化硫年均值达到国家标准；到2010年所有“两控区”城市空气二氧化硫年平均值都应达到国家标准。
目标是宏大的，但现实是残酷的。现在我国煤炭一年的产量和消费量高达12亿吨，二氧化硫的年排放量为2000多万吨，是世界上二氧化硫排放量最大国。预计到2010年，我国的煤炭消费量将达到18亿吨，如果不采取控制措施，二氧化硫的排放量将会达到3300万吨。按照脱硫专家的估算，每削减1万吨的二氧化硫的费用大约在1亿元左右，那么到2010年，我们要保持现在的二氧化硫排放量，也要投资近千亿元。如果要进一步降低排放，投资将更大。人们意识到，控制城市二氧化硫排放量，既需要市政建设的合理规划，更需要适合我国国情，有针对性和较强应用前景的核心技术。
国外成熟的烟气脱硫技术借助雄厚的资金正在悄然登陆，抢占着市场份额。然而由于国外技术的昂贵和中国国力有限，造成我国烟气脱硫技术的进程在很长的一段时期还处于科研攻关阶段。面对现状，以徐旭常院士为核心的课题组没有退缩，他们坚定地认为借鉴国外的技术，发展具有自主知识产权的脱硫技术势在必行，我国脱硫技术的尽早产业化是必由之路。
技术必须过硬，造价必须低廉，这是对技术开发组成员的苛刻要求，也成为他们所追求的目标，因为只有这样才能在艰难的产业化道路上得以生存和发展。国产脱硫技术的最大难题是脱硫设备的结垢堵塞和设备的腐蚀问题，中国的脱硫专家在这两个问题上做了大量的试验和研究工作。尤其是清华大学热能工程系清洁燃烧技术国家重点实验室和清洁燃烧国家工程研究中心，经过10多年的努力，已经在脱硫技术上获得突破性进展，并获得了多项国家专利，其中液柱喷射烟气脱硫技术和干式烟气脱硫技术已走向实用。这两项技术很好地解决了堵塞和腐蚀的两大难题，达到国际的同等技术水平，而造价只有发达国家同类技术造价的2/3甚至是1/2。
目前，清华同方股份有限公司已经成为煤清洁燃烧技术国家重点实验室和煤清洁燃烧国家工程研究中心在脱硫技术研究、开发和实施的唯一合作伙伴，并成功地组建了清华同方能源环境公司，以独立法人的形式具体运作具有自主知识产权的烟气脱硫技术。
他们取得了成功，他们看到了光明，他们依然要不断前行。创业的道路是艰辛的，而坚定不移、披荆斩棘、奋力开拓、勇往直前的人是最为豁达和幸福的，就让我们一起回味这其中的坎坷、体验这其中的酸苦、品尝这其中的幸福吧．．．．．．
前瞻的选择 艰苦的奋斗
徐旭常院士一直是清华大学脱硫技术研究组的坚强核心。多年来他一直孜孜不倦地从事着热能工程、锅炉、煤的燃烧及其污染控制的研究及工程技术开发工作，历任中国工程热物理学会燃烧分会副主任，国际燃烧学会中国分会副主任，中国动力工程学会燃烧分会副主任，清洁煤燃烧国家重点实验室学术委员会副主任。徐旭常院士创立了煤粉火焰稳定的三高区原理，研究了中国煤的燃烧特性，他所发明的新型煤粉燃烧技术既有良好的火焰稳定性又有低氮氧化物燃烧特性，曾获得国家三等和二等发明奖，世界产权组织和专利局的发明创造金奖。1988年获国家有突出贡献的中青年专家称号。1988年10月获得何梁何利科学与技术进步奖。他还获得国家和省、部、委等的奖励16 项。他所发明的国际上独创的新技术得到了广泛的推广应用，每年的经济效益超过一亿五千万元，并大大降低了氮氧化物污染物向大气的排放。
就是这么一位取得了如此丰硕成就，为国家作出巨大贡献的科学家，没有裹足不前、固步自封，却将眼光前瞻性地描向了另一个当时不为国人所知，对自己也是一个巨大挑战的崭新领域?D?D烟气脱硫。
1985年前后，烟气脱硫技术并不被国内各界认可和承认，因为当时刚刚出现经济复苏迹象的中国正在为如何发展经济所困扰，“烟气脱硫”乃至 “环保”都是一个新生事物，国家关注的是发展经济问题，环保事业没有也不可能引起足够的重视。没有经费支持，没有前人成果可以借鉴，摆在眼前的困难是可想而知的。
但是，徐旭常院士相信自己的敏锐判断，他通过与国外科学家的广泛接触，不断地吸纳国外同行的先进技术与经验，坚信我国必须发展自己的烟气脱硫技术，必须尽早尽快地开展相关的研究工作，否则我们必然会吞下自己只顾发展燃煤锅炉技术而酿下的污染环境的苦果。
于是，徐先生成立了第一个脱硫技术研究小组。这是一个默默无闻的开始，是坚定信念和无畏意志的果敢表现。煤清洁燃烧国家重点实验室主任陈昌和教授就是课题组的最初成员。在徐先生的支持和影响下，他选择了烟气脱硫作为自己事业的一个重要组成部分。
最初的研究工作所遇到的困难是现在所想象不到的。经费严重不足，课题组就从节俭下来的微薄开支中谨慎地购买必须的实验仪器和设备，能够自己亲手制作的器件，他们决不购进，就是这样节约着手中的每一分钱。在重重的困难面前，他们所表现出的是坚忍不拔的毅力与斗志。
从1985年开始，课题组克服重重困难，先后发展和完善了炉内喷钙脱硫－尾部增湿活化技术；1989年前后，又对干式循环流化床烟气脱硫技术进行了科研攻关；之后，开始湿法烟气脱硫的基础研究工作；1996年，湿法烟气脱硫技术的系统集成工作在紧锣密鼓中展开．．．．．．直到今天，我国拥有自主知识产权的烟气脱硫技术终于走向产业化，这个历史的进程凝聚着他们的未雨绸缪，他们付出的不仅是汗水和经历，而将是一生无悔的奉献。
多少个日日夜夜，多少个春秋冬夏，课题组成员在简陋的实验室里埋头苦干，期间，每个人都成为一个技术娴熟的钳工、车工，流下的汗水和匆忙的脚步对他们来说都是不值得一提的事情。当看到自己设计的实验台在轰隆声中欢快地歌唱，当检测到第一个实验结果，当为了核实一个实验数据而争论得面红而赤的时候，他们知道自己肩负的使命是为了我国科技的进步与腾飞，他们清楚自己所正在从事的事业是前所未有的，只有相信自己，只有依靠严谨的态度和拧成一股绳的坚强集体。
“独上高楼，望尽天涯路”，这是著名国学大师王国维先生提出的治学三境界的第一境界。在这个课题组中，他们无意识地进入了这样的境界。
坚强的队伍 勇敢的开拓
90年代前后，我国煤炭资源正在被过度的开采和利用，同时大量的燃煤电厂和工业窑炉数量日益庞大。我国需要电力，需要经济的发展，根本无暇顾及烟囱排放的滚滚浓烟和日益严重的酸雨污染问题。经费的支持没有保障，但是课题组成员的信心没有丢掉，事业没有出现任何的懈怠。
徐旭常院士一方面不断地深入到课题组中间，孜孜不倦地进行着学术讨论和思想交流，同时，加强着与国内外科学家的交流与合作，向他们及时通报实验室与课题组的最新研究成果以及遇到的新问题，他们也为清华大学在这方面的精辟见解和远见卓识所折服。
重视人才，培育人才，是立国之本，也是民族产业发展壮大的立足点。以徐先生为核心的课题组始终把人才的挑选与培养作为工作的一个重心，从年轻人当中发掘着新生的力量，在教授先进理论知识的同时，更加注重对勤勉、敬业等思想素质方面的培养。陈昌和教授、项光明博士就是其中的典型代表。十几年来，课题组的队伍不断地壮大，从本科生、研究生、到博士后，从单一学科到多学科的立体交叉，这里不断汇集着最前沿的研究成果，而且也不断汇集着国内脱硫行业最精锐的人才和力量。
同时，课题组非常强调成员之间以及与外协单位之间的团结协作，靠这种拧成一股绳的精神与魄力，课题组才得以不断地发展壮大，取得了一个又一个重大科技创新成果。
梅花香自苦寒来，实验室的基础研究工作取得了丰硕的研究成果，国内的烟气脱硫基础研究工作也日益蓬勃发展起来。课题组也拥有了“干式循环流化床烟气脱硫”和“液柱喷射烟气脱硫”两项专利技术。他们深刻体会到，在中国对二氧化硫的治理才刚刚起步，借鉴国外的技术是我们的必经之路，但发展中国自己的技术才是解决我国烟气污染的根本保证。
多年来这个课题组一直提倡将前沿性的基础研究成果与国民经济的发展紧密相连。早在1993年，以徐旭常院士、陈昌和教授为主的课题组就开始对国外燃煤污染防治领域的最新进展进行了详细周密的研究工作，结合中国的国情，着手制定今后的发展方向与重点攻关目标，并且筹措和利用极为有限的经费，为课题组以及研究生拟订前瞻性的研究计划，取得了一系列前沿性的研究成果。1999年，以徐旭常院士倡议、陈昌和教授为首席科学家的全国重点基础研究发展规划项目?D?D“燃煤污染防治的基础研究”正式获得政府资助。这是我国科技界对清华大学在煤燃烧污染防治领域所进行的前瞻性研究工作以及团结协作精神的充分肯定。
1998到1999年间，经过多方努力，日本JST集团出资资助清华大学拥有独立自主知识产权的湿法烟气脱硫技术进行技术和设备全部自主的工业性示范，这对于烟气脱硫技术十分成熟的日本人来说是绝无仅有的，证明他们对我们技术成熟度的充分信任与肯定，也在一定程度上积极推动了利用我校自己烟气脱硫专利技术进行工业化推广的历史进程。
正如徐旭常院士所希望的那样，清华同方股份有限公司已经成为煤清洁燃烧技术国家重点实验室和煤清洁燃烧国家工程研究中心在脱硫技术研究、开发和实施的唯一合作伙伴，并以独立法人的形式具体运作具有自主知识产权的烟气脱硫技术。
这时我们同样面临着严峻的形势，国外公司凭借着成熟的技术和雄厚的资金逐步占领着国内的烟气脱硫市场。我们该怎么办？解决生存和进一步发展的关键在哪里？这些问题无时无刻不在困扰着正在产业化道路上摸索的同仁们。他们在思索，在研讨，在不断地追求，也在不断地完善着自己的技术本身。难能可贵的是，在新问题新困难出现的时候，他们没有畏惧和退缩，没有被国外的技术资金所压倒，坚定地把“发展具有中国特色的、适合我国国情的、具有自己独立知识产权的烟气脱硫技术，并不断地加以完善与提高，最终全面实现产业化，把我们自己的产品推向国际市场”作为这个坚定团结、生机勃勃的新生团队的目标和动力。
力量的凝聚 成功的前奏
“好风凭借力，送我上青云”这句古词正是此刻这个团队的真实写照。沈阳工业示范基地上，项光明博士带领着项目组夜以继日地工作着，挥汗卸下电石泥原料，又一锹一锹地送入原料池，哪里出现问题，就马上研讨对策，哪里遇到困难，就立即与“智囊团”－清华大学热能工程系的诸位专家共同解决，每一根管道，每一个鳞片，都经过他们的细心安装与雕琢，大到脱硫反应塔，小到一个铆钉，任何地方不容许出现一个差错，因为这不仅仅是一个工程成功与否的标志，而是一个产业化的进程是否能够顺利地向前推进，是一个关系到国内民族脱硫产业是否崛起的大事情，他们清楚这一点，他们在为之奋斗，并且为之牺牲着自己的利益。项光明博士在工地上不间断地坚持过数多月时间，没有休假，没有与爱人的团聚，如此的奋斗精神与意志必将征服一切的艰难险阻。
料浆喷嘴的选型与工艺是整个脱硫反应系统的核心所在。喷嘴选型与制作的成功与否，一方面关系到脱硫塔内流场的合理组织，影响整个脱硫反应的可靠性和脱硫效率；另一方面关系到系统的磨损、结垢、堵塞问题，乃至涉及到整个反应系统是否能够安全、可靠、连续运行。目前国内外还没有能够同时解决上述两个关键问题的先例。为了这些小小的喷嘴，项目组在实验室进行了上百次的模拟实验，从材料的选择，到尺寸、角度的确定，每一个细小的部位都是血汗的凝聚！当看到工地现场浆液极好的雾化效果时，他们会心地哈哈大笑。这笑声，是那么地憨厚，那么地惬意．．．．．．
脱硫反应的控制系统是整个工程的大脑和神经中枢，只有所有的运行参数被优化在理想的范围之内，才能提高系统的自动化水平，保证整个系统的脱硫效率，减少人员浪费，降低运行费用。项目组白手起家，精心选定每一个元器件，每个人都使出浑身解数，身兼数职?D?D一会儿是电工，一会儿又成为维修工。就是他们，在实验室，在工地现场，历经千余次的摸爬滚打，摸索出了管道流速、泵的选型、脱硫剂物理化学性质、氧化浓度、氧化时间、浓缩比、雾化、流变等等诸多繁杂的参数和数据，以踏实勤勉的精神和昂然奋发的斗志创造着奇迹，某种程度上讲，也在改变和推动着民族脱硫产业的历史进程。
以上仅仅是不计其数的攻克技术难题的两个典型事例。值得一提的是，整个脱硫工程的关键时期是在北国沈阳的严冬度过的。为了节省弥足可贵的经费开支，项目组没有聘用安装队伍，难度之大，可想而知。他们用冰冷僵硬的双手，挥锹掘开钢铁般的泥土，从跪在地上铺设管线，到在没有暖气的控制室里安装调试仪表，凛冽的寒风飕飕地吹进了后背，却没有吹散积聚在他们胸中的热量与豪情。从老师到学生，他们相信自己，依靠自己，战胜自己，最终确保了整个工程的优质。当项光明博士叙述这些事情时，他的眼中分明闪烁着晶莹的泪花。
正是这样的团队，正是这样的精神，使他们看到了成功的这一天，使他们迈出了成功的第一步。让我们听一听作为用户的沈阳化肥厂的评价吧：“该示范装置的脱硫效率和除尘效率较高。脱硫效率一般在90%―99%之间，除尘效率在90%―96%之间。该示范装置性能优越稳定，能够连续可靠安全地运行，并保证了整个系统的高脱硫效率和高除尘效率。该示范装置的适应性好，对于不同的烟气量、烟气温度以及不同的二氧化硫浓度，整个系统运行的安全性、可靠性、稳定性以及连续性都保持不变，同时保证高效脱硫和除尘。该示范装置工艺过程的自动控制水平高，分布式控制系统的设计比较先进，整个系统的运行状态可以通过计算机实行监控，主要的操作均可在控制室内实现。该示范装置的初投资和运行费用较低。由于采用了生产废料电石泥作为脱硫剂，所以运行成本较低，仅为0.65元/千克（二氧化硫）”。让我们再听一听鉴定专家的意见吧：“该技术的综合水平达到了国际上同类脱硫技术的先进水平”。
崭新的千年 辉煌的起点
日本报纸专门辟出专栏报道了中国拥有自主知识产权的烟气脱硫技术产业化成功这一最新消息，我国国内一些有影响的媒体也纷纷发布了这一划时代的重要产业化成果，因为这是标志我国具有独立知识产权的烟气脱硫技术正式产业化的一个重要里程碑！
喜讯再次传来，通过课题组成员的不懈努力与研究开发，他们在脱硫产物?D?D石膏的应用方面也取得了新突破。沈阳烟气脱硫副产物?D?D脱硫石膏在沈阳康坪县以及内蒙古一带的盐碱地改造过程中起到了良好的效果，利用这种石膏改造过的不毛之地变成了绿油油的农田。沈阳市建材所也对该脱硫石膏进行了正式鉴定，认为完全可以替代天然石膏作为混凝土添加剂加以综合利用。此外，脱硫石膏对广东省红土壤的改造工作也被列入以清华大学为主要完成单位的全国重点基础研究发展规划项目子课题，我国农学专家已经充分肯定了脱硫石膏在生物化学方面对盐碱地改造所起到的特殊功效。
这一成果具有重大的生态环境意义。烟气脱硫不仅能改善空气质量，而且脱硫副产品还可用来改良土壤，一举多得，形成良性循环。做任何事情，都要把它做好，都要走在最前列，这再次证明清华脱硫人的追求与境界。
不久，课题组还要传来捷报。第二个湿法脱硫产业化项目正在广西南宁冶炼厂实施；清华大学同样拥有自主知识产权的“干式循环流化床烟气脱硫”专利技术将在清华大学电厂实现产业化，这项从90年代初开始开发的技术以及多年来的不懈努力将再次接受检验。今天，工地上已经一片忙碌，工程技术人员穿梭的身影和机器的轰隆声构成了一幅美丽的新画卷，成功的硕果在枝头等待着他们去撷取。
可以想象，在不久的未来，在中国的大地上，哪儿有二氧化硫的排放，哪儿就会有清华大学烟气脱硫技术的实施，一个个电厂的烟囱在消失，一个个城市的天又变成了一片尉蓝。
人类又进入了一个新的千年，一个新的时代。他们的脚步不会停歇，他们的事业终将辉煌！他们为了什么？为了用户的满意和同仁的认可！为了还地球一片蓝天！为了为国争光的志向和报负！为了民族脱硫产业昂然屹立在世界的最前列！
尽管他们在国内走在了前列，但他们任重而道远。徐旭常院士告诫大家，在产业化的道路上，一定要重视前沿性的基础研究工作，因为我们必须时刻具有忧患意识，及时储备和发展相关的技术成果，才能永远立于不败之地。 “路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，以姚强教授、项光明博士为主的新生代力量开发的两项崭新的烟气脱硫专利技术－“带有酸碱度调节装置的液柱喷射烟气脱硫方法及系统”、“两级液柱喷射烟气脱硫方法及系统”也已经诞生。他们在放眼世界，他们并没有满足于一次的成功，他们要创造新的奇迹，他们要证明自己和自己团队的凝聚力和战斗力！
徐旭常院士、陈昌和教授、李定凯教授……,还有一大批年轻的科学工作者组成了这一个强大集体，他们中的许多同志已经“白了少年头”，但华发生却初衷不改。目前他们正以远瞻的战略思想，充分汲取着多学科、多技术的研究成果，不断地挑战着自我，超越着自我！这里，散发着一种生机，散发着一种光芒；这里，凝聚着一种精神，凝聚着一团火。路在他们脚下，他们在走着自己的路。
