尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化-東南大學(xué)

2018年國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)提名項(xiàng)目公示內(nèi)容一、項(xiàng)目名稱：尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化二、提名單位意見：大氣污染物治理一直是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重點(diǎn)，其中氮氧化物的安全高效脫除是一個(gè)難點(diǎn)。該項(xiàng)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(dú)立的工藝計(jì)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(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。該項(xiàng)目打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，作為自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，有效降低了國(guó)內(nèi)應(yīng)用煙氣脫硝工程的成本，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。項(xiàng)目獲得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)；獲授權(quán)發(fā)明專利10項(xiàng)，實(shí)用新型專利8項(xiàng)。項(xiàng)目成果作為一種先進(jìn)的在線制氨技術(shù)，可以在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行液氨脫硝替代，應(yīng)用前景廣闊。成果已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并應(yīng)用于煙氣脫硝、除塵等工程。項(xiàng)目獲得了媒體、同行和用戶的高度評(píng)價(jià)，取得了較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。該項(xiàng)目于2015年獲北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，對(duì)照國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)授獎(jiǎng)條件，提名該項(xiàng)目申報(bào)2018年國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。提名單位：北京市科委。三、項(xiàng)目簡(jiǎn)介：大氣污染物治理一直是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重點(diǎn)，其中氮氧化物的安全高效脫除是一個(gè)難點(diǎn)。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(xiǎn)化學(xué)品，超過10t即為重大危險(xiǎn)源，其在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用時(shí)都有可能發(fā)生危險(xiǎn)，國(guó)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(dá)到與液氨相同的脫硝性能，無(wú)毒且使用安全。尿素脫硝技術(shù)可作為一項(xiàng)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(zhǎng)期以來，尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)被國(guó)外所壟斷。因無(wú)有效競(jìng)爭(zhēng)，致使國(guó)內(nèi)采購(gòu)尿素?zé)峤庵瓢毖b置的費(fèi)用一直居高不下，還要交納高昂的技術(shù)使用費(fèi)，其價(jià)格很大程度上決定著煙氣脫硝工程造價(jià)，制約著國(guó)內(nèi)煙氣脫硝工程的實(shí)施。在此背景下，中國(guó)大唐集團(tuán)公司統(tǒng)籌規(guī)劃，大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司具體牽頭，聯(lián)合東南大學(xué)、大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司組成產(chǎn)學(xué)研合作團(tuán)隊(duì)，對(duì)尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了自主攻關(guān)。項(xiàng)目從“基礎(chǔ)理論”、“小型試驗(yàn)”、“中試試驗(yàn)”、“計(jì)算機(jī)CFD模擬”、“示范工程”和“商業(yè)化應(yīng)用”六個(gè)方面進(jìn)行研究，掌握了尿素?zé)峤庵瓢焙诵膮?shù)，開發(fā)了獨(dú)立的工藝計(jì)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(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專利10項(xiàng)，實(shí)用新型專利8項(xiàng)。主要技術(shù)發(fā)明點(diǎn)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(chǎng)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(chǎng)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(jì)算軟件，通過了多套工程的驗(yàn)證，完全可以指導(dǎo)實(shí)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(jìn)氣旋流式尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法；發(fā)明了切圓進(jìn)氣式尿素?zé)峤庵瓢毖b置。實(shí)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(shí)程關(guān)系和運(yùn)動(dòng)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(dá)到接近100%的轉(zhuǎn)化率。項(xiàng)目打破了國(guó)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(guó)內(nèi)采購(gòu)成本，取得了較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。成果先后獲得科技日?qǐng)?bào)和IEEE SPECTRUM科技縱覽的報(bào)道。四、客觀評(píng)價(jià)： 1.成果鑒定：2014年9月2日，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)在北京組織召開了項(xiàng)目成果鑒定會(huì)：“項(xiàng)目研究取得諸多創(chuàng)新成果，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的尿素?zé)峤庵瓢背商准夹g(shù)，通過了工程驗(yàn)證，技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平”。（中電機(jī)鑒【2014】第111號(hào)，附件2.8-1、附件2.8-2、附件2.8-3）2.檢測(cè)報(bào)告：根據(jù)“大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司5號(hào)機(jī)組煙氣脫硝裝置性能試驗(yàn)報(bào)告”，報(bào)告顯示：在入口Nox濃度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，出口Nox濃度小于設(shè)計(jì)值，并且尿素耗量小于設(shè)計(jì)值，符合設(shè)計(jì)要求。（附件2.9-1、附件2.9-2）3.同行評(píng)價(jià)IEEE SPECTRUM科技縱覽雜志于2016年5月刊登了項(xiàng)目成果，并給予了評(píng)價(jià)：積極實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，提升自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的市場(chǎng)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(bào)道2015年11月12日，科技日?qǐng)?bào)對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行了報(bào)道，指出“通過不斷的科技開發(fā)和應(yīng)用，項(xiàng)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(guó)的脫硝環(huán)保行業(yè)注入自主創(chuàng)新技術(shù)，為祖國(guó)的節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)，形成良好的社會(huì)效益。”（附件2.11）5.獲獎(jiǎng)情況：項(xiàng)目部分成果獲得2015年度北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；2014年度（首屆）中國(guó)電力創(chuàng)新獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。（附件2.12、附件2.13）6.典型用戶評(píng)價(jià)項(xiàng)目示范工程應(yīng)用單位“大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司”對(duì)項(xiàng)目成果應(yīng)用作出完整評(píng)價(jià)如下：大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司（2x320MW）5號(hào)亞臨界機(jī)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(jì)煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量條件下，性能試驗(yàn)期間，在入口Nox含量在500mg/Nm3時(shí)，脫硝總效率大于86%（性能試驗(yàn)考核時(shí)）。催化劑層數(shù)按“2+1”層方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，脫硝工程由大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司承建，尿素?zé)峤庵瓢毖b置由大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、供貨、安裝和調(diào)試。5號(hào)機(jī)組脫硝工程于2014年6月7日順利通過168試運(yùn)行，在試運(yùn)行期間，尿素?zé)峤庵瓢毖b置能滿足機(jī)組脫硝對(duì)氨氣的需求，系統(tǒng)響應(yīng)速率完全滿足機(jī)組變工況的要求，并且尿素分解率和尿素耗量都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。尿素?zé)峤庵瓢毖b置自投運(yùn)以后，一直運(yùn)行穩(wěn)定，熱解爐內(nèi)未出現(xiàn)結(jié)晶的情況，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行表明，大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司自主研發(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(duì)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(tuán)股份有限公司牽頭研發(fā)的尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)，通過了理論研究、實(shí)驗(yàn)室研究和工程示范驗(yàn)證，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，共有9套裝置投運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，負(fù)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(gè)方面發(fā)揮重要作用。主要應(yīng)用單位情況（不超過15個(gè)）序號(hào)應(yīng)用單位名稱應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用起止時(shí)間應(yīng)用單位聯(lián)系人及電話經(jīng)濟(jì)/社會(huì)效益1大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)2013.9.1至今高峰/13937978982良好2大唐長(zhǎng)春第二熱電有限責(zé)任公司尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)2014.5.5至今刁志忠/13756502025良好3洛陽(yáng)雙源熱電有限責(zé)任公司尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)2014.6.2至今李偉超/13525490669良好4大唐淮北發(fā)電有限責(zé)任公司尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)2014.11.1至今劉黎南/13856167718良好56六、主要知識(shí)產(chǎn)權(quán)證明目錄：（不超過10項(xiàng)，前3項(xiàng)為核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)）序號(hào)知識(shí)產(chǎn)權(quán)類別知識(shí)產(chǎn)權(quán)具體名稱國(guó)家授權(quán)號(hào)授權(quán)日期證書編號(hào)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(guó)ZL201310046726.42014.12.241553785中國(guó)大唐集團(tuán)環(huán)境技術(shù)有限公司，中國(guó)大唐集團(tuán)科技工程有限公司彭代軍有效2發(fā)明專利一種尿素?zé)峤夥磻?yīng)器中國(guó)ZL201310047260.X2015.3.41598594中國(guó)大唐集團(tuán)環(huán)境技術(shù)有限公司，中國(guó)大唐集團(tuán)科技工程有限公司彭代軍有效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(guó)ZL201210359319.42015.9.91780560中國(guó)大唐集團(tuán)環(huán)境技術(shù)有限公司彭代軍有效4發(fā)明專利一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法中國(guó)ZL201510338332.52016.11.22286258大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司彭代軍有效5發(fā)明專利一種蝸殼進(jìn)氣旋流式尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法中國(guó)ZL201310139362.42015.9.301804086中國(guó)大唐集團(tuán)環(huán)境技術(shù)有限公司，中國(guó)大唐集團(tuán)科技工程有限公司宋紅兵有效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(guó)ZL201310399767.12015.2.111586185中國(guó)大唐集團(tuán)環(huán)境技術(shù)有限公司陸生寬有效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(guó)ZL201310398125.X2015.5.131659067中國(guó)大唐集團(tuán)環(huán)境技術(shù)有限公司陸生寬有效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(guó)ZL201310139418.62016.3.302006989大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，中國(guó)大唐集團(tuán)科技工程有限公司宋紅兵有效9發(fā)明專利一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置中國(guó)ZL201310047259.72016.2.101951231大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，中國(guó)大唐集團(tuán)科技工程有限公司周燁有效10發(fā)明專利一種煙氣脫硝的尿素?zé)峤鉅t中國(guó)ZL201410177816.12016.9.212245975大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司陸生寬有效七、主要完成人情況（不超過6人）：排序姓名主要貢獻(xiàn)工作單位完成單位職稱職務(wù)1彭代軍第1完成人。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。制定了項(xiàng)目研究的技術(shù)路線和整體計(jì)劃，主持了項(xiàng)目的總體實(shí)施和全部研究工作。是第1、2、3、4項(xiàng)發(fā)明專利的第一發(fā)明人，是第5、6、7、8、9、10項(xiàng)發(fā)明專利的發(fā)明人；對(duì)發(fā)明點(diǎn)1-4都作出了貢獻(xiàn)。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(jì)分析、鍋爐煙氣脫硝尿素?zé)峤馀c水解制氨技術(shù)對(duì)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(tuán)股份有限公司大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司研究員無(wú)2仲兆平作為實(shí)驗(yàn)室研究委托負(fù)責(zé)人，牽頭實(shí)施實(shí)驗(yàn)室研究。完成了尿素?zé)峤饫碚?、小型試?yàn)、計(jì)算機(jī)CFD模擬、中試試驗(yàn)等研究?jī)?nèi)容，是第5、8項(xiàng)發(fā)明專利的發(fā)明人，對(duì)發(fā)明點(diǎn)1-4作出了貢獻(xiàn)。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(xiàng)目前期調(diào)研、立項(xiàng)的技術(shù)路線，參與了項(xiàng)目的核心參數(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的研究，是第5、8項(xiàng)發(fā)明專利的第一發(fā)明人，第1、2、3、4項(xiàng)發(fā)明專利的發(fā)明人，對(duì)發(fā)明點(diǎn)1、3作出了貢獻(xiàn)。大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司高級(jí)工程師分公司副總經(jīng)理4陸生寬參與示范工程階段的研究，在工藝研究、系統(tǒng)擬定、設(shè)備選型、總體設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)問題處理等方面作出了貢獻(xiàn)，作為主要人員參與了示范工程設(shè)計(jì)，是第6、7、10項(xiàng)發(fā)明專利的第一發(fā)明人。對(duì)發(fā)明點(diǎn)4作出了貢獻(xiàn)。大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司高級(jí)工程師無(wú)5高峰作為示范工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人，參與了示范工程階段的研究，協(xié)助示范工程測(cè)試，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析等工作，同時(shí)負(fù)責(zé)工程總體進(jìn)度、設(shè)備安裝、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等技術(shù)管理工作。對(duì)發(fā)明點(diǎn)4作出了貢獻(xiàn)。大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司工程師設(shè)備部副主任6張波參與了計(jì)算機(jī)CFD模擬研究和中試試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)熱解爐內(nèi)循環(huán)回流區(qū)的存在，并對(duì)其形成原理作出闡述。對(duì)發(fā)明點(diǎn)2、4作出了貢獻(xiàn)。東南大學(xué)東南大學(xué)講師無(wú)八、完成人合作關(guān)系說明：本項(xiàng)目的六位完成人之間存在非常密切的合作關(guān)系。項(xiàng)目為產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)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(xiàng)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(jìn)行了多項(xiàng)合作，取得了較好效果。彭代軍研究員為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，制定了項(xiàng)目研究的技術(shù)路線和整體計(jì)劃，主持了項(xiàng)目的總體實(shí)施和全部研究工作。彭代軍、宋紅兵、陸生寬三人來自項(xiàng)目第一完成單位，在項(xiàng)目立項(xiàng)、執(zhí)行、評(píng)審、鑒定、驗(yàn)收等多個(gè)環(huán)節(jié)都有合作，共同授權(quán)了多項(xiàng)發(fā)明專利。仲兆平和張波來自東南大學(xué)，仲兆平教授是實(shí)驗(yàn)室階段委托研究負(fù)責(zé)人，牽頭實(shí)施實(shí)驗(yàn)室研究，張波作為實(shí)驗(yàn)室研究期間的博士生，參與項(xiàng)目研究，師從仲兆平教授。高飛來自大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司，參與了示范工程階段的研究，為項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化落地應(yīng)用作出了貢獻(xiàn)。項(xiàng)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(yàn)收鑒定、共同獲得獎(jiǎng)勵(lì)等形式進(jìn)行了合作。完成人合作關(guān)系情況匯總表序號(hào)合作方式合作者（項(xiàng)目排名）合作時(shí)間合作成果證明材料備注1共同知識(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)宋紅兵、彭代軍、仲兆平2012年、2013年、2014年一種蝸殼進(jìn)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(shí)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、張波、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(jiǎng)彭代軍、仲兆平、宋紅兵、陸生寬2015年、2016年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)證書6共同立項(xiàng)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12