尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化東南大學(xué)

2018年國家技術(shù)發(fā)明獎提名項目公示內(nèi)容一、項目名稱：尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化二、提位意見：大氣污染物治理一直是環(huán)境保護領(lǐng)域的重點，其中氮氧化物的安全高效脫除是一個難點。該項目通過系統(tǒng)研究，掌握了尿素?zé)峤庵瓢焙诵膮?shù)，開發(fā)了獨立的工藝計算軟件包，發(fā)明了尿素?zé)峤庵瓢毖b置，形成了尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。該項目打破了國外技術(shù)壟斷，作為自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，有效降低了國內(nèi)應(yīng)用煙氣脫硝工程的成本，促進了國內(nèi)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。項目獲得了多項原創(chuàng)性成果，技術(shù)經(jīng)濟指標先進；獲授權(quán)發(fā)明專利10項，實用新型專利8項。項目成果作為一種先進的在線制氨技術(shù)，可以在多個領(lǐng)域進行液氨脫硝替代，應(yīng)用前景廣闊。成果已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并應(yīng)用于煙氣脫硝、除塵等工程。項目獲得了媒體、同行和用戶的高度評價，取得了較大的經(jīng)濟和社會效益。該項目于2015年獲市科學(xué)技術(shù)獎二等獎，對照國家技術(shù)發(fā)明獎授獎條件，提名該項目申報2018年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。提位：市科委。三、項目簡介：大氣污染物治理一直是環(huán)境保護領(lǐng)域的重點，其中氮氧化物的安全高效脫除是一個難點。傳統(tǒng)方法采用液氨為原料，產(chǎn)生氨氣作為減排氮氧化物的還原劑。但是液氨屬于危險化學(xué)品，超過10t即為重大危險源，其在運輸、儲存和使用時都有可能發(fā)生危險，國內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過多起液氨事故，造成重大人身傷亡。采用尿素為制氨原料可以達到與液氨相同的脫硝性能，無毒且使用安全。尿素脫硝技術(shù)可作為一項普遍適用的氮氧化物治理技術(shù)應(yīng)用于大氣環(huán)保領(lǐng)域。但長期以來，尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)被國外所壟斷。因無有效競爭，致使國內(nèi)采購尿素?zé)峤庵瓢毖b置的費用一直居高不下，還要交納高昂的技術(shù)使用費，其價格很大程度上決定著煙氣脫硝工程造價，制約著國內(nèi)煙氣脫硝工程的實施。在此背景下，中國大唐集團公司統(tǒng)籌規(guī)劃，大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX具體牽頭，聯(lián)合東南大學(xué)、大唐XX熱電XX公司組成產(chǎn)學(xué)研合作團隊，對尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)進行了自主攻關(guān)。項目從“基礎(chǔ)理論”、“小型試驗”、“中試試驗”、“計算機CFD模擬”、“示X工程”和“商業(yè)化應(yīng)用”六個方面進行研究，掌握了尿素?zé)峤庵瓢焙诵膮?shù)，開發(fā)了獨立的工藝計算軟件包，發(fā)明了尿素?zé)峤庵瓢毖b置，形成了尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。項目獲授權(quán)發(fā)明專利10項，實用新型專利8項。主要技術(shù)發(fā)明點如下：（1）提出了一種尿素?zé)峤夥磻?yīng)中引導(dǎo)氣流形成二維流場的方法，發(fā)明了一種尿素?zé)峤夥磻?yīng)器裝置。通過特殊的流場結(jié)構(gòu)，可以防止尿素溶液粘避結(jié)晶，霧化分解效率高。（2）揭示了尿素溶液熱解傳熱傳質(zhì)過程，定性定量得出了能量條件，開發(fā)了物料及能量平衡計算軟件，通過了多套工程的驗證，完全可以指導(dǎo)實際工程應(yīng)用。（3）發(fā)明了逆流式尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法；發(fā)明了蝸殼進氣旋流式尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法；發(fā)明了切圓進氣式尿素?zé)峤庵瓢毖b置。實現(xiàn)了多種尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)方案的聯(lián)合應(yīng)用，提高了適用性。（4）揭示了尿素溶液液滴在熱解爐內(nèi)部的時程關(guān)系和運動規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了熱解爐內(nèi)循環(huán)回流區(qū)的存在，提出了避開內(nèi)循環(huán)回流區(qū)的方法，解決了尿素溶液回流的問題。得出了尿素?zé)峤廪D(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)：尿素溶液從噴入熱解爐開始，在1s內(nèi)有90%以上轉(zhuǎn)化為氨氣，在2s內(nèi)有96%以上轉(zhuǎn)化為氨氣，在4s內(nèi)可以達到接近100%的轉(zhuǎn)化率。項目打破了國外技術(shù)壟斷，成果已經(jīng)獲得了9套應(yīng)用，有效降低了國內(nèi)采購成本，取得了較大的經(jīng)濟和社會效益。成果先后獲得科技日報和IEEE SPECTRUM科技縱覽的報道。四、客觀評價：1.成果鑒定：2014年9月2日，中國電機工程學(xué)會在組織召開了項目成果鑒定會：“項目研究取得諸多創(chuàng)新成果，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的尿素?zé)峤庵瓢背商准夹g(shù)，通過了工程驗證，技術(shù)達到國際先進水平”。（中電機鑒【2014】第111號，附件2.8-1、附件2.8-2、附件2.8-3）2.檢測報告：根據(jù)“大唐XX熱電XX公司5號機組煙氣脫硝裝置性能試驗報告”，報告顯示：在入口Nox濃度達到設(shè)計值時，出口Nox濃度小于設(shè)計值，并且尿素耗量小于設(shè)計值，符合設(shè)計要求。（附件2.9-1、附件2.9-2）3.同行評價IEEE SPECTRUM科技縱覽雜志于2016年5月刊登了項目成果，并給予了評價：積極實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，提升自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)的市場占有率，提高重大科技成果的轉(zhuǎn)化能力。（附件2.10-1、附件2.10-2、附件2.10-3）4.媒體報道2015年11月12日，科技日報對項目成果進行了報道，指出“通過不斷的科技開發(fā)和應(yīng)用，項目研制的尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)化為成熟可靠的商業(yè)化技術(shù)，為我國的脫硝環(huán)保行業(yè)注入自主創(chuàng)新技術(shù)，為祖國的節(jié)能減排作出貢獻，形成良好的社會效益?！保ǜ郊?.11）5.獲獎情況：項目部分成果獲得2015年度市科學(xué)技術(shù)獎二等獎；2014年度（首屆）中國電力創(chuàng)新獎二等獎。（附件2.12、附件2.13）6.典型用戶評價項目示X工程應(yīng)用單位“大唐XX熱電XX公司”對項目成果應(yīng)用作出完整評價如下：大唐XX熱電XX公司（2x320MW）5號亞臨界機組，脫硝裝置使用選擇性催化還原法（SCR），采用尿素?zé)峤夥ㄖ苽涿撓踹€原劑。在設(shè)計煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量條件下，性能試驗期間，在入口Nox含量在500mg/Nm3時，脫硝總效率大于86%（性能試驗考核時）。催化劑層數(shù)按“2+1”層方案進行設(shè)計，脫硝工程由大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX承建，尿素?zé)峤庵瓢毖b置由大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX自主研發(fā)、設(shè)計、供貨、安裝和調(diào)試。5號機組脫硝工程于2014年6月7日順利通過168試運行，在試運行期間，尿素?zé)峤庵瓢毖b置能滿足機組脫硝對氨氣的需求，系統(tǒng)響應(yīng)速率完全滿足機組變工況的要求，并且尿素分解率和尿素耗量都達到了設(shè)計要求。尿素?zé)峤庵瓢毖b置自投運以后，一直運行穩(wěn)定，熱解爐內(nèi)未出現(xiàn)結(jié)晶的情況，各項運行指標都達到了設(shè)計要求。經(jīng)過長時間連續(xù)運行表明，大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX自主研發(fā)的尿素?zé)峤庵瓢毖b置性能優(yōu)良，不容易出現(xiàn)結(jié)晶的情況，完全能滿足火電廠脫硝工程對氨氣的需求。（附件2.14）五、推廣應(yīng)用情況：大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX牽頭研發(fā)的尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)，通過了理論研究、實驗室研究和工程示X驗證，已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，共有9套裝置投運，現(xiàn)場運行穩(wěn)定，負荷跟蹤性好，完全可以滿足脫硝需求。作為一種廣泛適用的在線制氨技術(shù)，該技術(shù)亦可由電力行業(yè)推廣至其他行業(yè)，在保障清潔電力生產(chǎn)、石化、冶金、建材環(huán)保綜合治理等多個方面發(fā)揮重要作用。12 / 12主要應(yīng)用單位情況（不超過15個）序號應(yīng)用單位名稱應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用起止時間應(yīng)用單位聯(lián)系人及經(jīng)濟/社會效益1大唐XX熱電XX公司尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)2013.9.1至今高峰/13937978982良好2大唐XX第二熱電XX公司尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)2014.5.5至今刁志忠/13756502025良好3XX雙源熱電XX公司尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)2014.6.2至今李偉超/13525490669良好4大唐XX發(fā)電XX公司尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)2014.11.1至今X黎南/13856167718良好56六、主要知識產(chǎn)權(quán)證明目錄：（不超過10項，前3項為核心知識產(chǎn)權(quán)）序號知識產(chǎn)權(quán)類別知識產(chǎn)權(quán)具體名稱國家授權(quán)號授權(quán)日期證書編號權(quán)利人發(fā)明人專利有效狀態(tài)1發(fā)明專利一種尿素?zé)峤夥磻?yīng)中引導(dǎo)氣流的方法中國ZL201310046726.42014.12.241553785中國大唐集團環(huán)境技術(shù)XX，中國大唐集團科技工程XX彭代軍有效2發(fā)明專利一種尿素?zé)峤夥磻?yīng)器中國ZL201310047260.X2015.3.41598594中國大唐集團環(huán)境技術(shù)XX，中國大唐集團科技工程XX彭代軍有效3發(fā)明專利一種應(yīng)用于SCR脫硝的尿素?zé)峤夥磻?yīng)器中國ZL201210359319.42015.9.91780560中國大唐集團環(huán)境技術(shù)XX彭代軍有效4發(fā)明專利一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法中國ZL201510338332.52016.11.22286258大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX彭代軍有效5發(fā)明專利一種蝸殼進氣旋流式尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法中國ZL201310139362.42015.9.301804086中國大唐集團環(huán)境技術(shù)XX，中國大唐集團科技工程XX宋紅兵有效6發(fā)明專利一種SCR尿素脫硝設(shè)備的熱解室清理結(jié)晶裝置中國ZL201310399767.12015.2.111586185中國大唐集團環(huán)境技術(shù)XX陸生寬有效7發(fā)明專利一種煙氣SCR尿素脫硝設(shè)備的清灰渣裝置中國ZL201310398125.X2015.5.131659067中國大唐集團環(huán)境技術(shù)XX陸生寬有效8發(fā)明專利一種逆流式尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法中國ZL201310139418.62016.3.302006989大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX，中國大唐集團科技工程XX宋紅兵有效9發(fā)明專利一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置中國ZL201310047259.72016.2.101951231大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX，中國大唐集團科技工程XX周燁有效10發(fā)明專利一種煙氣脫硝的尿素?zé)峤鉅t中國ZL201410177816.12016.9.212245975大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX陸生寬有效七、主要完成人情況（不超過6人）：排序XX主要貢獻工作單位完成單位職稱職務(wù)1彭代軍第1完成人。項目負責(zé)人。制定了項目研究的技術(shù)路線和整體計劃，主持了項目的總體實施和全部研究工作。是第1、2、3、4項發(fā)明專利的第一發(fā)明人，是第5、6、7、8、9、10項發(fā)明專利的發(fā)明人；對發(fā)明點1-4都作出了貢獻。作為第一作者發(fā)表論文碳酸氫銨和尿素制氨技術(shù)經(jīng)濟分析、鍋爐煙氣脫硝尿素?zé)峤馀c水解制氨技術(shù)對比、尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX研究員無2仲兆平作為實驗室研究委托負責(zé)人，牽頭實施實驗室研究。完成了尿素?zé)峤饫碚?、小型試驗、計算機CFD模擬、中試試驗等研究內(nèi)容，是第5、8項發(fā)明專利的發(fā)明人，對發(fā)明點1-4作出了貢獻。作為通訊作者發(fā)表論文尿素溶液熱解制取氨氣特性研究。東南大學(xué)東南大學(xué)教授系主任3宋紅兵制定了項目前期調(diào)研、立項的技術(shù)路線，參與了項目的核心參數(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的研究，是第5、8項發(fā)明專利的第一發(fā)明人，第1、2、3、4項發(fā)明專利的發(fā)明人，對發(fā)明點1、3作出了貢獻。大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX高級工程師分公司副總經(jīng)理4陸生寬參與示X工程階段的研究，在工藝研究、系統(tǒng)擬定、設(shè)備選型、總體設(shè)計以及現(xiàn)場問題處理等方面作出了貢獻，作為主要人員參與了示X工程設(shè)計，是第6、7、10項發(fā)明專利的第一發(fā)明人。對發(fā)明點4作出了貢獻。大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份XX高級工程師無5高峰作為示X工程建設(shè)現(xiàn)場負責(zé)人，參與了示X工程階段的研究，協(xié)助示X工程測試，進行數(shù)據(jù)采集和分析等工作，同時負責(zé)工程總體進度、設(shè)備安裝、現(xiàn)場調(diào)試等技術(shù)管理工作。對發(fā)明點4作出了貢獻。大唐XX熱電XX公司大唐XX熱電XX公司工程師設(shè)備部副主任6X波參與了計算機CFD模擬研究和中試試驗研究，發(fā)現(xiàn)熱解爐內(nèi)循環(huán)回流區(qū)的存在，并對其形成原理作出闡述。對發(fā)明點2、4作出了貢獻。東南大學(xué)東南大學(xué)講師無八、完成人合作關(guān)系說明：本項目的六位完成人之間存在非常密切的合作關(guān)系。項目為產(chǎn)學(xué)研合作項目，完成單位包括科技產(chǎn)業(yè)單位、高校和生產(chǎn)單位，為了共同完成項目任務(wù)，完成人之間通力協(xié)作，在不同階段以多種方式進行了多項合作，取得了較好效果。彭代軍研究員為項目負責(zé)人，制定了項目研究的技術(shù)路線和整體計劃，主持了項目的總體實施和全部研究工作。彭代軍、宋紅兵、陸生寬三人來自項目第一完成單位，在項目立項、執(zhí)行、評審、鑒定、驗收等多個環(huán)節(jié)都有合作，共同授權(quán)了多項發(fā)明專利。仲兆平和X波來自東南大學(xué)，仲兆平教授是實驗室階段委托研究負責(zé)人，牽頭實施實驗室研究，X波作為實驗室研究期間的博士生，參與項目研究，師從仲兆平教授。高飛來自大唐XX熱電XX公司，參與了示X工程階段的研究，為項目成果轉(zhuǎn)化落地應(yīng)用作出了貢獻。項目完成人以發(fā)明專利的共同發(fā)明人、共同論文作者、共同參加驗收鑒定、共同獲得獎勵等形式進行了合作。完成人合作關(guān)系情況匯總表序號合作方式合作者（項目排名）合作時間合作成果證明材料備注1共同知識產(chǎn)權(quán)彭代軍、宋紅兵2012年、2013年、2014年一種尿素?zé)峤夥磻?yīng)中引導(dǎo)氣流的方法；一種尿素?zé)峤夥磻?yīng)器；一種應(yīng)用于SCR脫硝的尿素?zé)峤夥磻?yīng)器發(fā)明專利2共同知識產(chǎn)權(quán)宋紅兵、彭代軍、仲兆平2012年、2013年、2014年一種蝸殼進氣旋流式尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法；一種逆流式尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法發(fā)明專利3共同知識產(chǎn)權(quán)陸生寬、彭代軍2013年、2014年、2015年一種SCR尿素脫硝設(shè)備的熱解室清理結(jié)晶裝置；一種煙氣SCR尿素脫硝設(shè)備的清灰渣裝置；一種煙氣脫硝的尿素?zé)峤鉅t發(fā)明專利4共同論文仲兆平、X波、彭代軍、宋紅兵2013年尿素溶液熱解制取氨氣特性研究論文5共同獲獎彭代軍、仲兆平、宋紅兵、陸生寬2015年、2016年市科學(xué)技術(shù)獎二等獎獲獎證書6共同立項彭代軍、仲兆平、宋紅兵、陸生寬2014年大型燃煤電廠SCR脫硝尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用鑒定證書