柴油發電機尾氣氮氧化物超標治理設備

關鍵詞：柴油發電機尾氣治理，發電機氮氧化物治理，氮氧化物治理設備

柴油發電機組是以柴油機為原動機，拖動同步發電機發電的一種電源設備。柴油機尾氣是柴油發動機燃燒柴油后噴出的尾氣，尾氣中含有上百種不同的化合物，這種氣體排放物不僅氣味怪異，而且令人頭昏、惡心，影響人的身體健康。世界衛生組織專家認定柴油發動機尾氣與石棉、砒霜等物質一樣，具有高度致癌性。

柴油機主要排放物為PM(顆粒狀物質)和NOx。控制柴油機尾氣排放主要是控制顆粒物質PM和NO生成，降低PM和NOx的直接排放。柴油機與同等功率的汽油機相比，微粒和NOx是排放中兩種最主要的污染物。柴油機NOx排放的危害。柴油機排出的NOx中，NO約占90%，NO2只是其中很少的一部分。NO無色無味、毒性不大，但高濃度時能導致神經中樞的癱瘓和痙攣，而且NO排入大氣后會逐漸被氧化為NO2。NO2是一種有刺激性氣味、毒性很強(毒性大約是NO的5倍)的紅棕色氣體，可對人的呼吸道及肺造成損害，嚴重時能引起肺氣腫。當濃度高達100×10-6體積濃度以上時，會隨時導致生命危險。NOx和HC在太陽光作用下會生成光化學煙霧，NOx還會增加周圍臭氧的濃度，而臭氧則會破壞植物的生長。此外，NOx還對各種纖維、橡膠、塑料、電子材料等具有不良影響。

柴油機尾氣污染物催化凈化原理、方法和技術的研究是當今世界環境催化領域的熱門和難點課題之一。隨著環保法規的日趨嚴格，柴油機尾氣污染物對環境的污染和對人體健康的危害越來越受到人們的重視。目前柴油機尾氣排放后處理關鍵技術主要有以下7種：（1）氧化催化轉化器（OCC），主要用于氧化除去可溶有機成分（SOF）和烴類；（2）微粒捕集器（DPF）及其再生技術，用于過濾去除碳煙等顆粒狀物質；（3）氮氧化物凈化技術，主要有選擇催化還原（SCR）和氮氧化物貯存還原（NSR）兩種方法；（4）PM，HC，CO和NOx同時凈化的四效催化技術，這些后處理技術分別針對某一種或幾種污染物的催化處理技術，是解決柴油機尾氣排放污染問題的重要手段之一。

綠聯凈化Leelool對于柴油發電機組尾氣NOx治理：

對于柴油機尾氣中NOx治理，Leelool設計團隊依據多年實踐經驗，發現部分柴油發動機開機之初排煙管會有噴油現象，柴油會覆蓋在DOC或者SCR上會減弱催化劑的作用。為此，特別研發了油氣分離器，盡可能的將燃油與廢氣分離開，確保催化劑有效工作性能。Leelool系統總體功能包括同時去除NOx、NH3、CO、顆粒物（PM）。

前述類別的項目若是采用柴油作為燃料，發電機組為備用應急用途，設計時需要考慮兩個前提條件：

（1）燃料必須使用國四以上柴油，否則燃料含硫量過高會使尾氣處理設施的催化劑壽命大大縮短；

（2）驗收時機組必須帶75%左右的負載，否則較低的尾氣排溫不能使尿素分解，同時尾氣處理設施中的催化劑不能有效起活，無法正常處理尾氣中的NOx。

選擇性催化還原法（SCR）對柴油機尾氣中NOx進行控制，利用NH3或尿素（通常采用質量比為32.5%的尿素水溶液）作為還原性物質，在O2濃度高出 NOx濃度兩個數量級以上的條件下，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高選擇性地優先還原NOx，而不先與O2反應，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反應生成N2和H2O，避免NH3泄漏造成二次污染。

化學反應方程式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

4NH3+3O2→2N2+6H2O    

綠聯凈化Leelool氮氧化物治理系統（脫硝系統）工作原理圖

綠聯凈化Leelool技術團隊通過與眾多全球知名發動機匹配實踐，高精度傳感器、獨家設計的電氣系統與全球頂級電氣元件匹配，實施精準協作，確保SCR和ASC系統中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴苛的排放標準。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。控制系統內置云端通信系統，實時提供治理后污染物排放指標；也可接入電站的DCS系統。

1、催化劑選型：根據發動機排溫和項目要求靈活進行催化劑選型，發動機尾氣排溫與催化劑選型有極大關系。 不同排溫與催化劑選型情況不同。柴油機或者燃氣內燃機滿載工作時渦輪后排氣溫度一般在350℃至500℃（個別國產燃氣內燃機排溫會600℃上下）范圍內。260-420℃滿足中溫催化反應所需的溫度條件，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℃左右進入SCR系統；

（2）如果需要對尾氣進行余熱利用，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℃左右進入SCR反應器，之后再進入二級鍋爐進行余熱利用。

2、精準控制：通過與眾多全球知名發動機匹配實踐，高精度傳感器、獨家設計的電氣系統與全球頂級電氣元件匹配，實施精準協作，確保SCR和ASC系統中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴苛的排放標準。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。控制系統內置云端通信系統，實時提供治理后污染物排放指標；也可接入電站的DCS系統；

3、定制開發：Leelool數據庫收集有全球主流大馬力發動機原始排放數據，同時，為Jenbacher、MWM、CAT、mtu、Cummins、Perkins、MITSUBISHI、VOLVO、GOOGOL等知名發動機累計提供過數十臺1MW以上不同燃料、不同應用場景發動機尾氣中的PM、CO和NOx等污染物治理成功經驗。

以有機廢水產生的沼氣燃料為例。以下是綠聯凈化Leelool團隊設計、制造、安裝、調試、服務的的一個7臺套1.17MW進口知名品牌發動機研制生產的沼氣發電機組項目運行超過10000余小時的經驗教訓總結而來。

目前以沼氣等為主要燃料的內燃發電站基本由企業出資承建，運行時需要一定的經濟收益確保項目投入產出符合預期。而在實際的SCR系統選型招標采購時，由于這個產業剛剛興起，全球范圍內優質的供應商極少，注重品質的采購單位往往以進口燃氣發動機性能優良為評價標準而順延選擇進口的SCR系統供應商。具體甄選時，需注意以下三個方面：

（1）國內領先的SCR系統供應商與國外相當。根據近兩年的浸泡式深入研究后，需要特別提醒的是，在燃氣內燃機脫硝領域國內與國外除開高溫催化劑領域有差距之外，系統開發上幾乎處于同等水平，主要技術來自于汽車SCR技術與火電廠脫硝技術的融合并基于燃氣內燃發動機特性進行創新，已經取得了突破性成績并做了很好的商業應用。目前國內領先的大功率內燃機SCR系統供應商如同互聯網產業一樣國內外難分伯仲；

（2）國內外廠商在全程服務上有差異。SCR系統不同于燃氣內燃發電機組，并非標準產品。每一個項目需要根據目標發動機排溫、燃氣成分、工作環境、治理目標、以及實際工作場景等等進行個性化定制方案，在這個總市場需求并不大的領域要求國外供應商提供及時快捷的售前服務目前還沒有出現。極少數國外代理商只停留在賣產品的層面，不是不想提供服務，而是沒有合適的人力資源和足夠收益支撐。

（3）定制開發和運行成本上的差異。SCR系統的經濟性由目標燃氣氣體成分和尾氣溫度、催化劑性能和價格、反應器封裝結構和材料工藝、混合管設計制造合理性、控制噴射系統精確度、反應流場是否合理科學、前期項目方案定制開發和后期長遠應急服務等等核心要素組成，國內外同時具備這些要素于一身的供應商少之又少。行業發展之初，劣幣驅除良幣。內燃機SCR系統屬于新生事物，設計方、招標方、投資方、監理方、使用方等相關板塊都缺乏專業選型考核標準，一部分投資方存在應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商。一個重要表現是，供應商抓住采購方既要達標又要低價的心理，低價中標并盲目承諾系統處理指標排放達標，而在項目實施過程中排放不達標無法驗收，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。還有一種情況是，即使暫時排放達標，但是由于催化劑的使用壽命短和整套系統設計欠合理，控制系統不夠精準，催化劑更換費用和尿素消耗量巨大，造成經濟性大大下降，同時氨排放也超標，造成了新的污染。

根據綠聯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，經濟性達到客戶設計預期。不足的地方在于由于本項目NOx治理系統中尿素噴射量不大，采用車用尿素噴射泵，使用壽命在1-1.2萬小時左右，加上尿素溶液品質待加強，尿素泵選型有待進一步驗證。