豬圈糞便發(fā)酵沼氣發(fā)電機尾氣脫硝治理

關(guān)鍵詞：豬圈糞便發(fā)酵,沼氣發(fā)電機,發(fā)電機尾氣脫硝治理

一、豬圈糞便資源循環(huán)使用

豬圈糞便是豬圈排泄物的總稱， 是糧食、農(nóng)作物、秸稈和牧草等形態(tài)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化形式，主要包括畜禽排出的糞便、尿及其與雜草和沖洗廢污水的混合物。將糞便放在厭氧發(fā)酵池中, 培養(yǎng)細(xì)菌, 再靠這些細(xì)菌把糞便中的碳水化合物轉(zhuǎn)化為以甲烷和一氧化碳為主要成分的沼氣最后把沼氣導(dǎo)入發(fā)電設(shè)備中燃燒發(fā)電。這個過程通常需要 20~30 天, 經(jīng)過處理的糞便殘渣基本沒有臭味, 能作為有機肥料使用, 這種生物能發(fā)電的方法不但能減少用電成本, 而且能徹底利用可能引發(fā)溫室效應(yīng)的甲烷氣體, 另外, 它還能根除未經(jīng)處理的糞便中滋生的大量病菌和令人討厭的臭味。

二、豬圈養(yǎng)殖業(yè)糞污的資源化利用技術(shù)

利用糞污資源，提升處理價值，研發(fā)糞污資源化利用技術(shù)，主要將畜禽糞便轉(zhuǎn)化為沼氣以及化肥。1、糞污處理轉(zhuǎn)化生產(chǎn)沼氣通過沼氣制造技術(shù)，將畜禽糞污置于一定的溫濕度、酸堿度與碳氮條件作用下，豬圈糞便厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生甲烷等可燃?xì)怏w。產(chǎn)生的沼氣主要應(yīng)用于當(dāng)?shù)氐?strong>養(yǎng)殖場農(nóng)業(yè)用電，剩余的沼液、沼渣可用于農(nóng)田施肥，基本實現(xiàn)了對于畜禽糞便的全面綜合有效利用。在標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖場，則要優(yōu)先切斷污染源，在避免二次污染的前提條件下進(jìn)行糞便處理與沼氣制作，它的資源化利用技術(shù)流程如下：污水?dāng)嚢柘♂尅匀怀恋怼謇泶箢w粒雜質(zhì)—厭氧發(fā)酵處理—氣水分離—脫硫塔處理—貯氣增壓—發(fā)電機房沼氣利用。2、糞污處理轉(zhuǎn)化生產(chǎn)有機肥目前通過糞污處理轉(zhuǎn)化生產(chǎn)有機肥是一大資源化有效利用技術(shù)，主要處理大型規(guī)模化養(yǎng)豬場、養(yǎng)牛場的豬糞牛糞。因為這些糞便水分較多，所以要采用固液分離干清糞的技術(shù)工藝來進(jìn)行處理，即基于“固液分離+二級厭氧+好氧處理的”綜合化污水處理設(shè)計。首先，廢水產(chǎn)生以后要通過細(xì)格柵井來除掉廢水中存在的漂浮物，避免漂浮物堵塞水泵以及曝氣裝置。隨后采用離心排污泵對糞污進(jìn)行固液分離，去除糞便殘渣。固液分離后要將廢水排入到調(diào)節(jié)池中，通過調(diào)節(jié)池配合AE厭氧罐對糞便進(jìn)行厭氧發(fā)酵，并將沉積的污泥部分利用斜板沉淀池來實施最后轉(zhuǎn)化。將轉(zhuǎn)化后的糞便廢水送往第二調(diào)節(jié)池，利用UASB反應(yīng)器來實施糞污三相分離，制作沼氣。將原料充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行快速發(fā)酵，利用厭氧反應(yīng)器（保證有機負(fù)荷在3kg?COD/m3?d），再配合好氧池進(jìn)行沼氣轉(zhuǎn)化和脫水處理，最后將糞便與沉淀池脫水污泥轉(zhuǎn)化為有機肥。

三、SCR脫硝技術(shù)治理沼氣發(fā)電機組尾氣氮氧化物超標(biāo)

選擇性催化還原法（SCR脫硝技術(shù)）對柴油機或燃?xì)鈾C尾氣中的氮氧化物NOx進(jìn)行治理，利用NH3或尿素（通常采用質(zhì)量比為32.5%的尿素水溶液）作為還原性物質(zhì)，在O2濃度高出 NOx濃度兩個數(shù)量級以上的條件下，在一定的溫度和催化劑作用下，利用NH3將NOx還原為N2和H2O，由于NH3高選擇性地優(yōu)先還原NOx，而不先與O2反應(yīng)，故稱之為“選擇性催化還原”。對于多余的NH3在SCR載體末端涂覆一定比例的氨逃逸催化劑（ASC），確保NH3與O2反應(yīng)生成N2和H2O，避免NH3泄漏造成二次污染。

綠聯(lián)凈化Leelool氮氧化物治理系統(tǒng)（SCR脫硝系統(tǒng)）工作流程圖

綠聯(lián)凈化Leelool技術(shù)團隊通過與眾多全球知名發(fā)動機匹配實踐，高精度傳感器、設(shè)計的電氣系統(tǒng)與全球電氣元件匹配，實施精準(zhǔn)協(xié)作，確保SCR和ASC系統(tǒng)中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)。NOx治理效率95%以上。采用車用尿素泵噴射確保尿素溶液消耗量控制在較低水平。控制系統(tǒng)內(nèi)置云端通信系統(tǒng)，實時提供治理后污染物排放指標(biāo)；也可接入電站的DCS系統(tǒng)。綠聯(lián)凈化數(shù)據(jù)庫收集有全球主流大馬力發(fā)動機原始排放數(shù)據(jù)，同時，為顏巴赫J(rèn)enbacher、曼海姆MWM、卡特CAT、mtu、康明斯Cummins、鉑金斯Perkins、三菱MITSUBISHI、沃爾沃VOLVO、科克GOOGOL等知名發(fā)動機累計提供過數(shù)十臺1MW以上不同燃料、不同應(yīng)用場景發(fā)動機尾氣中的PM、CO和NOx等污染物治理成功經(jīng)驗。

選擇性催化還原法（SCR）對燃?xì)?柴油機尾氣中NOx進(jìn)行控制，利用NH3或尿素（通常采用質(zhì)量比為32.5%的尿素水溶液）作為還原性物質(zhì)，在O2濃度高出 NOx濃度兩個數(shù)量級以上的條件下，在一定的溫度和催化劑作用下，利用NH3將NOx還原為N2和H2O，由于NH3高選擇性地優(yōu)先還原NOx，而不先與O2反應(yīng)，故稱之為“選擇性催化還原”。對于多余的NH3在SCR載體末端涂覆一定比例的氨逃逸催化劑（ASC），確保NH3與O2反應(yīng)生成N2和H2O，避免NH3泄漏造成二次污染。

化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

4NH3+3O2→2N2+6H2O    

綠聯(lián)凈化Leelool氮氧化物治理系統(tǒng)（脫硝系統(tǒng)）工作原理圖

綠聯(lián)凈化Leelool技術(shù)團隊通過與眾多全球知名發(fā)動機匹配實踐，高精度傳感器、獨家設(shè)計的電氣系統(tǒng)與全球頂級電氣元件匹配，實施精準(zhǔn)協(xié)作，確保SCR和ASC系統(tǒng)中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)。NOx治理效率95%以上。采用車用尿素泵噴射確保尿素溶液消耗量控制在較低水平。控制系統(tǒng)內(nèi)置云端通信系統(tǒng)，實時提供治理后污染物排放指標(biāo)；也可接入電站的DCS系統(tǒng)。

1、催化劑選型：根據(jù)發(fā)動機排溫和項目要求靈活進(jìn)行催化劑選型，發(fā)動機尾氣排溫與催化劑選型有極大關(guān)系。 不同排溫與催化劑選型情況不同。柴油機或者燃?xì)鈨?nèi)燃機滿載工作時渦輪后排氣溫度一般在350℃至500℃（個別國產(chǎn)燃?xì)鈨?nèi)燃機排溫會600℃上下）范圍內(nèi)。260-420℃滿足中溫催化反應(yīng)所需的溫度條件，若渦后排溫高于450℃，有三種選擇：

（1）不需要余熱利用的情形，直接采用散熱器將溫度降至400℃左右進(jìn)入SCR系統(tǒng)；

（2）如果需要對尾氣進(jìn)行余熱利用，就要考慮分子篩高溫催化劑，抗硫性較弱，SCR催化劑造價也會大幅上升；

（3）仍然使用中溫催化劑，采用前后兩級鍋爐的方式，一級鍋爐換熱后排氣溫度在400℃左右進(jìn)入SCR反應(yīng)器，之后再進(jìn)入二級鍋爐進(jìn)行余熱利用。

2、精準(zhǔn)控制：通過與眾多全球知名發(fā)動機匹配實踐，高精度傳感器、獨家設(shè)計的電氣系統(tǒng)與全球頂級電氣元件匹配，實施精準(zhǔn)協(xié)作，確保SCR和ASC系統(tǒng)中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)。NOx治理效率96%以上。采用車用尿素泵噴射確保尿素溶液消耗量控制在較低水平。控制系統(tǒng)內(nèi)置云端通信系統(tǒng)，實時提供治理后污染物排放指標(biāo)；也可接入電站的DCS系統(tǒng)；

3、定制開發(fā)：Leelool數(shù)據(jù)庫收集有全球主流大馬力發(fā)動機原始排放數(shù)據(jù)，同時，為Jenbacher、MWM、CAT、mtu、Cummins、Perkins、MITSUBISHI、VOLVO、GOOGOL等知名發(fā)動機累計提供過數(shù)十臺1MW以上不同燃料、不同應(yīng)用場景發(fā)動機尾氣中的PM、CO和NOx等污染物治理成功經(jīng)驗。

以有機廢水產(chǎn)生的沼氣燃料為例。以下是綠聯(lián)凈化Leelool團隊設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、服務(wù)的的一個7臺套1.17MW進(jìn)口知名品牌發(fā)動機研制生產(chǎn)的沼氣發(fā)電機組項目運行超過10000余小時的經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)而來。

目前以沼氣等為主要燃料的內(nèi)燃發(fā)電站基本由企業(yè)出資承建，運行時需要一定的經(jīng)濟收益確保項目投入產(chǎn)出符合預(yù)期。而在實際的SCR系統(tǒng)選型招標(biāo)采購時，由于這個產(chǎn)業(yè)剛剛興起，全球范圍內(nèi)優(yōu)質(zhì)的供應(yīng)商極少，注重品質(zhì)的采購單位往往以進(jìn)口燃?xì)獍l(fā)動機性能優(yōu)良為評價標(biāo)準(zhǔn)而順延選擇進(jìn)口的SCR系統(tǒng)供應(yīng)商。具體甄選時，需注意以下三個方面：

（1）國內(nèi)領(lǐng)先的SCR系統(tǒng)供應(yīng)商與國外相當(dāng)。根據(jù)近兩年的浸泡式深入研究后，需要特別提醒的是，在燃?xì)鈨?nèi)燃機脫硝領(lǐng)域國內(nèi)與國外除開高溫催化劑領(lǐng)域有差距之外，系統(tǒng)開發(fā)上幾乎處于同等水平，主要技術(shù)來自于汽車SCR技術(shù)與火電廠脫硝技術(shù)的融合并基于燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)動機特性進(jìn)行創(chuàng)新，已經(jīng)取得了突破性成績并做了很好的商業(yè)應(yīng)用。目前國內(nèi)領(lǐng)先的大功率內(nèi)燃機SCR系統(tǒng)供應(yīng)商如同互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)一樣國內(nèi)外難分伯仲；

（2）國內(nèi)外廠商在全程服務(wù)上有差異。SCR系統(tǒng)不同于燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機組，并非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。每一個項目需要根據(jù)目標(biāo)發(fā)動機排溫、燃?xì)獬煞帧⒐ぷ鳝h(huán)境、治理目標(biāo)、以及實際工作場景等等進(jìn)行個性化定制方案，在這個總市場需求并不大的領(lǐng)域要求國外供應(yīng)商提供及時快捷的售前服務(wù)目前還沒有出現(xiàn)。極少數(shù)國外代理商只停留在賣產(chǎn)品的層面，不是不想提供服務(wù)，而是沒有合適的人力資源和足夠收益支撐。

（3）定制開發(fā)和運行成本上的差異。SCR系統(tǒng)的經(jīng)濟性由目標(biāo)燃?xì)鈿怏w成分和尾氣溫度、催化劑性能和價格、反應(yīng)器封裝結(jié)構(gòu)和材料工藝、混合管設(shè)計制造合理性、控制噴射系統(tǒng)精確度、反應(yīng)流場是否合理科學(xué)、前期項目方案定制開發(fā)和后期長遠(yuǎn)應(yīng)急服務(wù)等等核心要素組成，國內(nèi)外同時具備這些要素于一身的供應(yīng)商少之又少。行業(yè)發(fā)展之初，劣幣驅(qū)除良幣。內(nèi)燃機SCR系統(tǒng)屬于新生事物，設(shè)計方、招標(biāo)方、投資方、監(jiān)理方、使用方等相關(guān)板塊都缺乏專業(yè)選型考核標(biāo)準(zhǔn)，一部分投資方存在應(yīng)付驗收的驗收后期擱置不用的僥幸心理，從而在實際采購過程中并不容易甄選到綜合能力均衡的供應(yīng)商。一個重要表現(xiàn)是，供應(yīng)商抓住采購方既要達(dá)標(biāo)又要低價的心理，低價中標(biāo)并盲目承諾系統(tǒng)處理指標(biāo)排放達(dá)標(biāo)，而在項目實施過程中排放不達(dá)標(biāo)無法驗收，造成整個項目不能獲得合法運行批文而損失巨大的心理脅迫采購單位加價的情形屢次出現(xiàn)。還有一種情況是，即使暫時排放達(dá)標(biāo)，但是由于催化劑的使用壽命短和整套系統(tǒng)設(shè)計欠合理，控制系統(tǒng)不夠精準(zhǔn)，催化劑更換費用和尿素消耗量巨大，造成經(jīng)濟性大大下降，同時氨排放也超標(biāo)，造成了新的污染。

根據(jù)綠聯(lián)凈化全程提供解決方案的這個累計運行超過1萬小時項目測算，尿素消耗不超過0.006元/kWh，經(jīng)濟性達(dá)到客戶設(shè)計預(yù)期。不足的地方在于由于本項目NOx治理系統(tǒng)中尿素噴射量不大，采用車用尿素噴射泵，使用壽命在1-1.2萬小時左右，加上尿素溶液品質(zhì)待加強，尿素泵選型有待進(jìn)一步驗證。