大唐环境产业集团股份有限公司联合东南大学、大唐洛阳热电有限责任公司组成项目团队，成功研发出尿素热解制氨关键技术，实现了具有自主知识产权的应用于火电厂的SCR烟气脱硝还原剂制备系统，并取得了产业化应用。
近年来，风能、太阳能等新能源发电技术得到了飞速发展，在解决中国电力短缺、核心技术不足等问题以及促进节能减排方面发挥了巨大作用，但不可否认的是，火力发电在中国仍占有重要地位。据中国电力企业联合会统计，截至2014年底，全国发电装机总量和发电量分别达到13.7亿千瓦和5.6万亿千瓦时，其中清洁能源装机容量为4.47亿千瓦，占总装机容量的32.6%，发电量为1.38万亿千瓦时，占用发电量的24.6%，虽然新能源装机容量的比重已经不容小觑，但这些数字还是意味着目前的电力行业仍然以火力发电为主，因此也仍然是排放大户。
火力发电的一类重要排放物就是氮氧化物，也即雾霾的元凶之一。为了控制火力发电厂的氮氧化物排放量，选择性催化还原（SCR）是目前最为成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术。SCR是指在催化剂的作用下，利用还原剂来“有选择性”地与烟气中的氮氧化物反应，生成无毒、无污染的氮气和水。该技术脱除效率高、二次污染小，自1957年恩格尔哈德公司申请专利后，迄今为止已在世界范围内取得了显著的效果。以中国为例，中国电力企业联合会的数据显示，在火电机组的排放数据中，2014年全年烟尘排放量98万吨，二氧化硫排放量620万吨，氮氧化物排放量620万吨，在2006年至2014年间累计排放二氧化碳60亿吨。
目前SCR技术脱硝还原剂的选择一般从其物理性质、经济性和安全性方面综合考虑，包括液氨、氨水和尿素3种，其中较为普遍的还原剂为液氨；但液氨属于危险化学品，在运输、储存和使用时都有可能发生危险，世界上曾发生过多起液氨事故。而尿素作为制氨原料，具有与液氨相同的脱硝性能，无毒且具有使用安全性，便于存储。因此，目前SCR脱硝采用尿素作为还原剂已经成为一种主流，尤其是在一些重点区域和居民区附近的城市火电厂中。
为了研发安全性和脱硝性能更高的SCR技术，大唐环境产业集团股份有限公司牵头承担了“大型燃煤电厂SCR脱硝尿素热解制氨关键技术研究与应用”项目，联合东南大学、大唐洛阳热电有限责任公司组成项目团队，通过产学研合作研发，成功掌握了尿素热解制氨关键技术，实现了具有自主知识产权的应用于火电厂的SCR烟气脱硝还原剂制备系统，并实现了产业化应用。项目团队从尿素热解“基础理论”“小型实验”“中试实验”“CFD模拟”和“示范工程”5个方面进行研究，获得了尿素溶液热解基本原理、反应路径、反应产物、热解炉温度、速度等关键参数。通过项目团队开发的整套尿素热解制氨中试装置进行验证，结果表明SCR烟气脱硝还原剂制备系统具有较高的热解装置效率：尿素溶液从喷入热解炉开始，在1秒内有90%以上转化为氨气，在2秒内有96%以上转化为氨气，4秒内的转化效率可以达到接近100%。
尿素热解制氨是一个复杂的多种物理和化学过程，为此，项目团队采用理论研究和实验研究相结合的方式，对尿素热解制氨技术理论进行研究和创新，对关键技术参数进行重点开发，对相关技术缺陷进行了有针对性的研究，解决了一系列问题，最终形成了一整套成熟可靠且适用于工程推广应用的商业化技术。项目团队采用“小试—中试—示范工程—商业化应用”的稳步推进技术路线，将研究细化为6个阶段，每一个阶段都形成了成果，项目总体科技成果丰富。
首先是理论研究——研究尿素热解基础理论，通过分析尿素热解的条件、中间产物的转化、最终产物的组成、理论热量计算等，为尿素热解整体工艺系统奠定基础；项目团队基于理论研究和流场分析，发现由于气流入炉后总体是旋流向下运动，故而不可避免地会在中心区域产生低压区，进而使得下部的气流于炉中心重新向上旋转运动，产生内循环回流区。
第二是计算流体动力学（CFD）模拟研究——通过CFD模拟技术，研究各种不同粒径尿素溶液液滴的热解特点，对热解炉内尿素喷枪的雾化参数进行研究。
第三是小型实验研究——采用单因素实验逐一对各个影响因素加以研究，掌握尿素热解特性。
第四是中试实验研究——以300兆瓦机组的实际工程为参考模型，按照1:20的比例同比例缩小，搭建了制氨能力为8.75千克/小时的中试装置，进行实验室中试研究，验证整体热解技术方案，并基于实验对技术方案进行优化补充，保证总体热解系统能够成熟、稳定运行。
第五是示范工程研究——以实验室中试为基础，在试点电厂进行示范工程的建设，验证实验室研究成果，积累工程经验，解决工程问题，形成满足工程应用的尿素热解制氨成套技术。
近年来，大气污染问题日趋突出，在京津冀、沪宁杭、珠江三角洲等地区频繁出现的雾霾天气已严重地威胁了社会经济和生态环境的可持续发展。为了验证项目团队研制的尿素热解制氨关键技术的有效性，2013年9月，首台装置示范工程——大唐洛阳热电有限责任公司5号机组（1×300兆瓦）脱硝改造工程开工，2014年6月7日，该工程顺利通过168小时试运行，正式投入运行。该示范工程成功实现了SCR烟气脱硝还原剂制备系统的自动运行，该系统可以快速跟踪不同负荷下的氨气需求量信号，自动调整制氨量，负荷跟踪响应时间达到10秒以内，是目前响应时间较快的在线氨气制备技术。尿素热解法制氨关键技术与液氨和氨水等还原剂相比，具有绝对的安全性优势，在中国的火力发电厂得到了越来越多的应用。《火力发电厂氮氧化物防治技术政策》和《火力发电厂设计规范》中都明确规定，位于大中城市及其近郊区的电厂（人口稠密区的脱硝设施）均宜选用尿素作为还原剂。
第六是商业化应用——依托示范工程成果，进一步推广应用，进行技术标准化、产品系列化研究，完善技术，形成成熟、可靠的具有自主知识产权的品牌技术。
项目团队在研究过程中进行了大量的技术专利申请，仅尿素热解这一项技术就申请了18项专利，其中已授权16项；且所申请专利集中度高，已形成了专利群保护，构建了较强的技术壁垒。总体来说，研究团队研发的尿素热解制氨关键技术具有应用附加值高的特点，在技术专利、理论研究、流场设计、热模中试技术数据、工程试验测试等方面均处于领先地位。迄今为止，项目团队已完成9台尿素热解制氨装置，应用于5项工程，这表明项目团队研制的尿素热解制氨技术已经成为成熟、可靠的商业化技术。随着市场推广的展开，所研发的技术和系统将进一步向公司外部和国内外市场推进，将带来更多的经济效益。
目前，尿素热解制氨技术具有安全（没有压力容器）、快速（4秒反应时间）、系统负荷跟踪性好(10秒内)等优点，但需要将反应温度设置在几百摄氏度，这就需要消耗一定的能量；下一步，项目团队将通过添加合适的催化剂，对尿素热解的催化特性进行进一步探索，让其在具有目前尿素热解技术安全、快速的特点的同时，适当降低反应温度、减少能耗。
从更广阔的维度来看，尿素热解制氨关键技术作为一项独立的技术，实际上适用于所有需要安全、快速地在线制取氨气的场合。根据我国《危险化学品重大危险源辨识（GB18218-2009）》规定，液氨储存超过10吨，即被判定为危险化学品重大危险源，鉴于液氨运输的危险性，使用尿素热解制氨关键技术在线制取氨气除了可用于传统的火力发电厂外，还可在其他场合替代液氨，因此可以将其推广到更多行业和领域进行应用，例如石化行业、冶金行业、垃圾焚烧发电厂、水泥炉窑行业以及城市供暖供热锅炉领域。
结合所研发技术的推广现状和未来的潜在应用，项目团队研制的尿素热解制氨技术和SCR烟气脱硝还原剂制备系统不仅打破了国外脱硝系统尿素热解制氨领域的垄断，还将对该领域的市场格局产生显著影响。在市场推广上，将依托中国大唐集团公司的平台，在大唐集团公司内部大力推进自有核心技术在脱硝尿素热解项目上的应用，建设一批具有代表性、能体现自有核心技术显著优势的行业标杆项目；同时，根据已有的行业标杆项目，向系统内外积极推荐项目团队所研发的核心技术，争取实现核心技术在全行业内的普及推广，积极实现关键技术产业化、提升自主知识产权技术的市场占有率、提高重大科技成果的转化能力。该核心技术的推广，将极大地减少氮氧化物的排放量，进而对生存环境和自然环境带来积极影响。
（编辑：小智）
