大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司聯(lián)合東南大學(xué)、大唐洛陽熱電有限責(zé)任公司組成項目團隊，成功研發(fā)出尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用于火電廠的SCR煙氣脫硝還原劑制備系統(tǒng)，并取得了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
近年來，風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電技術(shù)得到了飛速發(fā)展，在解決中國電力短缺、核心技術(shù)不足等問題以及促進節(jié)能減排方面發(fā)揮了巨大作用，但不可否認的是，火力發(fā)電在中國仍占有重要地位。據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，截至2014年底，全國發(fā)電裝機總量和發(fā)電量分別達到13.7億千瓦和5.6萬億千瓦時，其中清潔能源裝機容量為4.47億千瓦，占總裝機容量的32.6%，發(fā)電量為1.38萬億千瓦時，占用發(fā)電量的24.6%，雖然新能源裝機容量的比重已經(jīng)不容小覷，但這些數(shù)字還是意味著目前的電力行業(yè)仍然以火力發(fā)電為主，因此也仍然是排放大戶。
火力發(fā)電的一類重要排放物就是氮氧化物，也即霧霾的元兇之一。為了控制火力發(fā)電廠的氮氧化物排放量，選擇性催化還原（SCR）是目前最為成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。SCR是指在催化劑的作用下，利用還原劑來“有選擇性”地與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)，生成無毒、無污染的氮氣和水。該技術(shù)脫除效率高、二次污染小，自1957年恩格爾哈德公司申請專利后，迄今為止已在世界范圍內(nèi)取得了顯著的效果。以中國為例，中國電力企業(yè)聯(lián)合會的數(shù)據(jù)顯示，在火電機組的排放數(shù)據(jù)中，2014年全年煙塵排放量98萬噸，二氧化硫排放量620萬噸，氮氧化物排放量620萬噸，在2006年至2014年間累計排放二氧化碳60億噸。
目前SCR技術(shù)脫硝還原劑的選擇一般從其物理性質(zhì)、經(jīng)濟性和安全性方面綜合考慮，包括液氨、氨水和尿素3種，其中較為普遍的還原劑為液氨；但液氨屬于危險化學(xué)品，在運輸、儲存和使用時都有可能發(fā)生危險，世界上曾發(fā)生過多起液氨事故。而尿素作為制氨原料，具有與液氨相同的脫硝性能，無毒且具有使用安全性，便于存儲。因此，目前SCR脫硝采用尿素作為還原劑已經(jīng)成為一種主流，尤其是在一些重點區(qū)域和居民區(qū)附近的城市火電廠中。
為了研發(fā)安全性和脫硝性能更高的SCR技術(shù)，大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司牽頭承擔了“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”項目，聯(lián)合東南大學(xué)、大唐洛陽熱電有限責(zé)任公司組成項目團隊，通過產(chǎn)學(xué)研合作研發(fā)，成功掌握了尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用于火電廠的SCR煙氣脫硝還原劑制備系統(tǒng)，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。項目團隊從尿素?zé)峤狻盎A(chǔ)理論”“小型實驗”“中試實驗”“CFD模擬”和“示范工程”5個方面進行研究，獲得了尿素溶液熱解基本原理、反應(yīng)路徑、反應(yīng)產(chǎn)物、熱解爐溫度、速度等關(guān)鍵參數(shù)。通過項目團隊開發(fā)的整套尿素?zé)峤庵瓢敝性囇b置進行驗證，結(jié)果表明SCR煙氣脫硝還原劑制備系統(tǒng)具有較高的熱解裝置效率：尿素溶液從噴入熱解爐開始，在1秒內(nèi)有90%以上轉(zhuǎn)化為氨氣，在2秒內(nèi)有96%以上轉(zhuǎn)化為氨氣，4秒內(nèi)的轉(zhuǎn)化效率可以達到接近100%。
尿素?zé)峤庵瓢笔且粋€復(fù)雜的多種物理和化學(xué)過程，為此，項目團隊采用理論研究和實驗研究相結(jié)合的方式，對尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)理論進行研究和創(chuàng)新，對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進行重點開發(fā)，對相關(guān)技術(shù)缺陷進行了有針對性的研究，解決了一系列問題，最終形成了一整套成熟可靠且適用于工程推廣應(yīng)用的商業(yè)化技術(shù)。項目團隊采用“小試—中試—示范工程—商業(yè)化應(yīng)用”的穩(wěn)步推進技術(shù)路線，將研究細化為6個階段，每一個階段都形成了成果，項目總體科技成果豐富。
首先是理論研究——研究尿素?zé)峤饣A(chǔ)理論，通過分析尿素?zé)峤獾臈l件、中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化、最終產(chǎn)物的組成、理論熱量計算等，為尿素?zé)峤庹w工藝系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)；項目團隊基于理論研究和流場分析，發(fā)現(xiàn)由于氣流入爐后總體是旋流向下運動，故而不可避免地會在中心區(qū)域產(chǎn)生低壓區(qū)，進而使得下部的氣流于爐中心重新向上旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)回流區(qū)。
第二是計算流體動力學(xué)（CFD）模擬研究——通過CFD模擬技術(shù)，研究各種不同粒徑尿素溶液液滴的熱解特點，對熱解爐內(nèi)尿素噴槍的霧化參數(shù)進行研究。
第三是小型實驗研究——采用單因素實驗逐一對各個影響因素加以研究，掌握尿素?zé)峤馓匦浴?/p>
第四是中試實驗研究——以300兆瓦機組的實際工程為參考模型，按照1:20的比例同比例縮小，搭建了制氨能力為8.75千克/小時的中試裝置，進行實驗室中試研究，驗證整體熱解技術(shù)方案，并基于實驗對技術(shù)方案進行優(yōu)化補充，保證總體熱解系統(tǒng)能夠成熟、穩(wěn)定運行。
第五是示范工程研究——以實驗室中試為基礎(chǔ)，在試點電廠進行示范工程的建設(shè)，驗證實驗室研究成果，積累工程經(jīng)驗，解決工程問題，形成滿足工程應(yīng)用的尿素?zé)峤庵瓢背商准夹g(shù)。
近年來，大氣污染問題日趨突出，在京津冀、滬寧杭、珠江三角洲等地區(qū)頻繁出現(xiàn)的霧霾天氣已嚴重地威脅了社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。為了驗證項目團隊研制的尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)的有效性，2013年9月，首臺裝置示范工程——大唐洛陽熱電有限責(zé)任公司5號機組（1×300兆瓦）脫硝改造工程開工，2014年6月7日，該工程順利通過168小時試運行，正式投入運行。該示范工程成功實現(xiàn)了SCR煙氣脫硝還原劑制備系統(tǒng)的自動運行，該系統(tǒng)可以快速跟蹤不同負荷下的氨氣需求量信號，自動調(diào)整制氨量，負荷跟蹤響應(yīng)時間達到10秒以內(nèi)，是目前響應(yīng)時間較快的在線氨氣制備技術(shù)。尿素?zé)峤夥ㄖ瓢标P(guān)鍵技術(shù)與液氨和氨水等還原劑相比，具有絕對的安全性優(yōu)勢，在中國的火力發(fā)電廠得到了越來越多的應(yīng)用。《火力發(fā)電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》和《火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》中都明確規(guī)定，位于大中城市及其近郊區(qū)的電廠（人口稠密區(qū)的脫硝設(shè)施）均宜選用尿素作為還原劑。
第六是商業(yè)化應(yīng)用——依托示范工程成果，進一步推廣應(yīng)用，進行技術(shù)標準化、產(chǎn)品系列化研究，完善技術(shù)，形成成熟、可靠的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的品牌技術(shù)。
項目團隊在研究過程中進行了大量的技術(shù)專利申請，僅尿素?zé)峤膺@一項技術(shù)就申請了18項專利，其中已授權(quán)16項；且所申請專利集中度高，已形成了專利群保護，構(gòu)建了較強的技術(shù)壁壘。總體來說，研究團隊研發(fā)的尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)具有應(yīng)用附加值高的特點，在技術(shù)專利、理論研究、流場設(shè)計、熱模中試技術(shù)數(shù)據(jù)、工程試驗測試等方面均處于領(lǐng)先地位。迄今為止，項目團隊已完成9臺尿素?zé)峤庵瓢毖b置，應(yīng)用于5項工程，這表明項目團隊研制的尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)已經(jīng)成為成熟、可靠的商業(yè)化技術(shù)。隨著市場推廣的展開，所研發(fā)的技術(shù)和系統(tǒng)將進一步向公司外部和國內(nèi)外市場推進，將帶來更多的經(jīng)濟效益。
目前，尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)具有安全（沒有壓力容器）、快速（4秒反應(yīng)時間）、系統(tǒng)負荷跟蹤性好(10秒內(nèi))等優(yōu)點，但需要將反應(yīng)溫度設(shè)置在幾百攝氏度，這就需要消耗一定的能量；下一步，項目團隊將通過添加合適的催化劑，對尿素?zé)峤獾拇呋匦赃M行進一步探索，讓其在具有目前尿素?zé)峤饧夹g(shù)安全、快速的特點的同時，適當降低反應(yīng)溫度、減少能耗。
從更廣闊的維度來看，尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)作為一項獨立的技術(shù)，實際上適用于所有需要安全、快速地在線制取氨氣的場合。根據(jù)我國《危險化學(xué)品重大危險源辨識（GB18218-2009）》規(guī)定，液氨儲存超過10噸，即被判定為危險化學(xué)品重大危險源，鑒于液氨運輸?shù)奈ｋU性，使用尿素?zé)峤庵瓢标P(guān)鍵技術(shù)在線制取氨氣除了可用于傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠外，還可在其他場合替代液氨，因此可以將其推廣到更多行業(yè)和領(lǐng)域進行應(yīng)用，例如石化行業(yè)、冶金行業(yè)、垃圾焚燒發(fā)電廠、水泥爐窯行業(yè)以及城市供暖供熱鍋爐領(lǐng)域。
結(jié)合所研發(fā)技術(shù)的推廣現(xiàn)狀和未來的潛在應(yīng)用，項目團隊研制的尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)和SCR煙氣脫硝還原劑制備系統(tǒng)不僅打破了國外脫硝系統(tǒng)尿素?zé)峤庵瓢鳖I(lǐng)域的壟斷，還將對該領(lǐng)域的市場格局產(chǎn)生顯著影響。在市場推廣上，將依托中國大唐集團公司的平臺，在大唐集團公司內(nèi)部大力推進自有核心技術(shù)在脫硝尿素?zé)峤忭椖可系膽?yīng)用，建設(shè)一批具有代表性、能體現(xiàn)自有核心技術(shù)顯著優(yōu)勢的行業(yè)標桿項目；同時，根據(jù)已有的行業(yè)標桿項目，向系統(tǒng)內(nèi)外積極推薦項目團隊所研發(fā)的核心技術(shù)，爭取實現(xiàn)核心技術(shù)在全行業(yè)內(nèi)的普及推廣，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。該核心技術(shù)的推廣，將極大地減少氮氧化物的排放量，進而對生存環(huán)境和自然環(huán)境帶來積極影響。
（編輯：小智）
