瓦斯氣發(fā)電機組氮氧化物治理

關(guān)鍵詞：瓦斯發(fā)電排放污染治理，瓦斯燃燒氮氧化物治理，瓦斯發(fā)電機組尾氣綜合治理

煤層氣在煤礦稱為煤礦瓦斯。根據(jù)近期資源評價結(jié)果，我國陸上煤層氣資源量36.8萬億立方米，與陸上常規(guī)天然氣資源量（38萬億立方米）相當，僅次于俄羅斯和加拿大。煤層氣的主要成分是甲烷，甲烷在空氣中的濃度達到5%－16%時，遇明火就會爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。 煤層氣不加以利用，直接排放到大氣中，其溫室效應約為二氧化碳的21倍。煤礦瓦斯發(fā)電，既可以有效地解決煤礦瓦斯事故、改善煤礦安全生產(chǎn)條件，又有利于增加潔凈能源供應、減少溫室氣體排放，達到保護生命、保護資源、保護環(huán)境的多重目標。中國工程院周院士認為：“低濃度瓦斯發(fā)電機組，適合我國煤礦點多量小的特點，堪稱破解我國煤礦瓦斯難題的金鑰匙”。

瓦斯氣內(nèi)燃發(fā)動機尾氣NOx治理 

對于燃氣內(nèi)燃發(fā)動機尾氣中NOx治理，不同燃料治理路徑不同，費用和使用壽命也不相同。采用天然氣燃料比較容易，若是煤層氣、石油伴生氣等石化氣要考慮燃料脫硫；對于垃圾填埋氣、有機污水處理廠產(chǎn)生的沼氣等燃料，除了加裝脫硫裝置外，還要考慮燃料混合氣體在高溫條件下產(chǎn)生的硅氧烷附著在SCR催化劑表面，從而使催化劑失效導致整個SCR系統(tǒng)失效。

目前全球范圍內(nèi)尚沒有很徹底的技術(shù)有效解決硅氧烷造成的困擾，Leelool團隊目前的路線是在反應器結(jié)構(gòu)設計上做優(yōu)化，以備硅氧烷堵塞催化劑后發(fā)動機正常工作，同時盡快更換催化劑。隨著研究的逐步深入，我們會及時提供最新的科技成果。

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(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，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(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、獨家設計的電氣系統(tǒng)與全球頂級電氣元件匹配，實施精準協(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(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；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。柴油機或者燃氣內(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)燃氣內(nèi)燃機排溫會600℃上下）范圍內(nèi)。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(tǒng)；

（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(fā)動機匹配實踐，高精度傳感器、獨家設計的電氣系統(tǒng)與全球頂級電氣元件匹配，實施精準協(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(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；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團隊設計、制造、安裝、調(diào)試、服務的的一個7臺套1.17MW進口知名品牌發(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)出符合預期。而在實際的SCR系統(tǒng)選型招標采購時，由于這個產(chǎn)業(yè)剛剛興起，全球范圍內(nèi)優(yōu)質(zhì)的供應商極少，注重品質(zhì)的采購單位往往以進口燃氣發(fā)動機性能優(yōu)良為評價標準而順延選擇進口的SCR系統(tǒng)供應商。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)供應商與國外相當。根據(jù)近兩年的浸泡式深入研究后，需要特別提醒的是，在燃氣內(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)的融合并基于燃氣內(nèi)燃發(fā)動機特性進行創(chuàng)新，已經(jīng)取得了突破性成績并做了很好的商業(yè)應用。目前國內(nèi)領(lǐng)先的大功率內(nèi)燃機SCR系統(tǒng)供應商如同互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)一樣國內(nèi)外難分伯仲；

（2）國內(nèi)外廠商在全程服務上有差異。SCR系統(tǒng)不同于燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組，并非標準產(chǎn)品。每一個項目需要根據(jù)目標發(fā)動機排溫、燃氣成分、工作環(huán)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(lǐng)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(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，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(jié)構(gòu)和材料工藝、混合管設計制造合理性、控制噴射系統(tǒng)精確度、反應流場是否合理科學、前期項目方案定制開發(fā)和后期長遠應急服務等等核心要素組成，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，設計方、招標方、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(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)。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(tǒng)設計欠合理，控制系統(tǒng)不夠精準，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，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)濟性達到客戶設計預期。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，尿素泵選型有待進一步驗證。