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(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(jìn)了國內(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價(jià)，取得了較大的經(jīng)濟(jì)和社 會效益。該項(xiàng)目于2015年獲北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，對照國家技術(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、儲存和 使用時(shí)都有可能發(fā)生危險(xiǎn)，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(dá)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(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(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)，制約著國內(nèi)煙氣脫硝工程的實(shí)施。 在此背景下，中國大唐集團(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)、大唐洛陽熱電有限責(zé)任公司組成產(chǎn)學(xué)研合作團(tuán)隊(duì)，對尿素?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)”、“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(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 熱解制氨裝置及方法；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 熱解制氨技術(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(jì)和社會效益。成果先后獲得科技日報(bào)和IEEESPECTRUM科技縱覽的報(bào)道。四、客觀評價(jià)：1成果鑒定：2014年9月2日，中國電機(jī)工程學(xué)會在北京組織召開了項(xiàng)目成 果鑒定會：項(xiàng)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?氨成套技術(shù)，通過了工程驗(yàn)證，技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平”。中電機(jī)鑒2014】第 111 號，附件 2.8-1、附件 2.8-2、附件 2.8-3）2. 檢測報(bào)告：根據(jù)大唐洛陽熱電有限責(zé)任公司5號機(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. 同行評價(jià)IEEE SPECTRUM斜技縱覽雜志于2016年5月刊登了項(xiàng)目成果，并給予了 評價(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(bào)道2015年11月12日，科技日報(bào)對項(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(xiàn)，形成良好的社會效益?！备郊?.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.典型用戶評價(jià)項(xiàng)目示范工程應(yīng)用單位 大唐洛陽熱電有限責(zé)任公司”對項(xiàng)目成果應(yīng)用作出完 整評價(jià)如下：大唐洛陽熱電有限責(zé)任公司 （2X320MW）5號亞臨界機(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/Nm 3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 熱解制氨裝置由大唐環(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)/社會效益1大唐洛陽熱電有限責(zé)任公司尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)201391 至今高峰/13937978982良好2大唐長春第二熱電有限責(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、主要知識產(chǎn)權(quán)證明目錄：（不超過10項(xiàng)，前3項(xiàng)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(tuán)環(huán)境 技術(shù)有限 公司，中國大唐集 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ZL201310047260.X2015.3.41598594中國大唐 集團(tuán)環(huán)境 技術(shù)有限 公司，中國大唐集 團(tuán)科技工 程有限公司彭代軍有效一種應(yīng)用于SCR脫硝的尿素ZL201210359中國大唐集團(tuán)環(huán)境3發(fā)明專利熱解反應(yīng)器中國319.42015.9.91780560技術(shù)有限彭代軍有效公司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(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ZL201310139362.42015.9.301804086中國大唐 集團(tuán)環(huán)境 技術(shù)有限 公司，中國大唐集 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ZL201310399767.12015.2.111586185中國大唐 集團(tuán)環(huán)境 技術(shù)有限 公司陸生寬有效一種煙氣SCR尿素脫硝設(shè)備ZL201310398中國大唐集團(tuán)環(huán)境7發(fā)明專利的清灰渣裝置中國125.X2015.5.131659067技術(shù)有限陸生寬有效公司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(tuán) 股份有限 公司，中 國大唐集 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ZL201310047259.720162101951231大唐環(huán)境 產(chǎn)業(yè)集團(tuán) 股份有限 公司，中 國大唐集 團(tuán)科技工 程有限公司周燁有效大唐環(huán)境ZL201410177產(chǎn)業(yè)集團(tuán)10發(fā)明專利一種煙氣脫硝的尿素?zé)峤鉅t中國816.12016.9.212245975股份有限陸生寬有效公司七、主要完成人情況（不超過6人）：排序姓名主要貝獻(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 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?與水解制氨技術(shù)對比、尿素?zé)峤庵?氨關(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?、?型試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)CFD模擬、中試試驗(yàn) 等研究內(nèi)容，是第5、8項(xiàng)發(fā)明專利的 發(fā)明人，對發(fā)明點(diǎn)1-4作出了貢獻(xiàn)。作東南大學(xué)東南大學(xué)教授系主任為通訊作者發(fā)表論文取氨氣特性研究尿素溶液熱解制制定了項(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)分公司大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限高級工3宋紅兵的研究，是第5 >3項(xiàng)發(fā)明專利的第一副總經(jīng)公司公司程師發(fā)明人，第1、2、3、4項(xiàng)發(fā)明專利的理發(fā)明人，對發(fā)明點(diǎn)1、3作出了貢獻(xiàn)。4陸生寬參與示范工程階段的研究，在工乙研究、系統(tǒng)擬定、設(shè)備選型、總體設(shè)計(jì)以 及現(xiàn)場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)股份有限公司高級工程師無5高峰作為示范工程建設(shè)現(xiàn)場負(fù)責(zé)人，參與了 示范工程階段的研究，協(xié)助示范工程測 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)場調(diào) 試等技術(shù)管理工作。對發(fā)明點(diǎn)4作出了i-". -Ph貢獻(xiàn)。大唐洛陽熱電有限責(zé)任公司大唐洛陽熱電有限責(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，并對其形成原理作出闡述。對發(fā)明 點(diǎn)2、4作出了貝獻(xiàn)。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(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一種尿素?zé)峤夥磻?yīng)共同2012 年、2013中引導(dǎo)氣流的方發(fā)明專1知識彭代軍、宋紅兵年、2014年法；利產(chǎn)權(quán)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)器一種蝸殼進(jìn)氣旋流共同宋紅兵、彭代軍、2012 年、2013式尿素?zé)峤庵瓢毖b發(fā)明專2知識仲兆平年、2014年置及方法；利產(chǎn)權(quán)一種逆流式尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法一種SCR尿素脫硝設(shè)備的熱解室清理結(jié)晶裝置；共同2013 年、2014一種煙氣SCR尿素發(fā)明專3知識陸生寬、彭代軍年、2015年脫硝設(shè)備的清灰渣利產(chǎn)權(quán)裝置；一種煙氣脫硝的尿素?zé)峤鉅t共同仲兆平、張波、彭尿素溶液熱解制取4論文代軍、宋紅兵2013 年氨氣特性研究論文共同彭代軍、仲兆平、2015 年、2016獲獎(jiǎng)證北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)5獲獎(jiǎng)宋紅兵、陸生寬年二等獎(jiǎng)書大型燃煤電廠SCR共同彭代軍、仲兆平、鑒定證6立項(xiàng)宋紅兵、陸生寬2014 年脫硝尿素?zé)峤庵瓢睍P(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用