新聞主題	柴油發電機尾氣凈化設備的結構原理

 

摘要：隨著我國經濟的持續快速發展，非道路移動機械也加快了城市的發展，柴油發電機的排氣污染問題也日益突出。柴油發電機排氣污染物主要有：碳氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NO_X）、黑煙顆粒物（PM）,柴油發電機排放的PM顆粒物是污染環境的最大來源，占到90%以上。眾所周知PM2.5對大氣污染的嚴重性，容易導致人體呼吸系統疾病。同時“十三五”將PM黑煙顆粒物的排放納入到大氣污染的總量控制中。環保檢測主要控制的指標是柴油發電機的煙度值，影響煙度值的主要指標是排氣中的PM，因此PM成為了治理的關鍵目標。

      目前，非道路移動機械由于使用年限長、原排非常差、不易報廢、不方便監控等原因，許多不達標柴油發電機一直在使用，有些柴油發電機連國II排放限值都未達到。為控制大氣PM2.5的指標，現急需治理排放不達標的柴油發電機，加裝康明斯BST系列DPF陶瓷載體顆粒捕集器能有效降低排氣污染物PM，凈化效率達95%以上，柴油發電機組排氣光吸收系數值可達≤0.5m^-1或林格曼黑度值可滿足≤1級。加裝康明斯BST系列SCR氮氧化物催化還原裝置，NO_X催化還原效率達80%-95%以上，滿足環保最新要求排放。

 

一、設計技術規范和標準

 

（1）《中華人民共和國大氣污染防治法》

（2）GB 16297-1996  《大氣污染物綜合排放標準》

（3）DB 44/27-2001  《大氣污染排放限值》

（4）GB 20891-2014  《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法(第三、第四階段)》

（5）GB 36886-2018  《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法》

（6）GB/T 17619-1998《機動車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測量方法》

（7）GB 2423        《電工電子產品環境試驗》

（8）GB 4208-2008   《外殼防護等級

（9）HJ 451-2008    《環境保護產品技術要求柴油機排氣后處理裝置》

（10）JB/T 1180.4-2014《柴油機選擇性催化還原（SCR）系統》

（11）HJ 2027-2013   《催化燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規范》

（12）GB/T 8190.4    《往復式內燃機排放測量第4部分不同用途發動機的穩態試驗循環》

（13）GB/T 16157     《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》

（14）GB 5226        《機械安全 機械電氣設備第1部分：通用技術條件》

（15）GB J 232        《電器裝置安裝工程及驗收規程》

（16）GB J 54-83      《低壓配電裝置及線路設計規范》

（17）GB J 93-1986    《工業自動化儀表工程施工及驗收規范》

（18）GB 50254-1996  《電氣裝置安裝工程低壓電氣施工和驗收規范》

（19）GB 50217-1994  《電力工程電纜設計規范》

 

二、DPF顆粒捕集器

 

      在顆粒捕集器上的“二合一 (Two in One)”技術就是把SCR催化劑涂敷在DPF載體內，集SCR和DPF的功能于一體，這樣能有效降低成本，并減少系統的安裝空間。然而，跟傳統的基于 CDPF 再生技術和基于 FBC 再生技術的 DPF 結構相比，基于“二合一”技術的 DPF 需要更大孔隙率和平均孔直徑。由于基于 FBC 再生技術，放熱速度快，對DPF的熱沖擊比較大。對于這一情況，一般通過減少目數，增加壁厚，以及減少孔隙率和平均孔直徑等設計手段來增加 DPF 的熱容量，從而減少其在“發動機進入怠速運行 (Drop in Idle)”情況下的最高溫度和溫度梯度。CDPF 技術能有效降低 DPF 再生時的溫度，有助于提高燃油經濟性;但是一般催化劑涂敷量不是很大， 5~10g/L。因此應用于CDPF 技術的 DPF 需要適中的孔隙率和平均孔直徑。

      基于“二合一”技術往往要求高達 90~220g/L，甚至更高的催化劑涂敷量。這勢必導致 DPF的壓差增大，惡化燃油經濟性，因而設計高孔隙率和大平均孔直徑 DPF 滿足高涂敷量、低背壓要求。外觀結構如圖2所示

 

圖1  柴油機DPF顆粒捕集器外形圖

圖2  選擇性催化還原器SCR系統外形圖（二合一）

 

 

三、SCR系統設計依據

 

      根據項目原始設計參數與目標排放標準進行定制設計。該系統包括：SCR反應器、混合單元、尿素存儲單元、尿素補充單元、供氣單元、計量噴射單元、PLC控制單元及檢修旁通（可選）等。

      型號：BST-400DG-SCR/WSK中溫催化劑，適用發動機排氣溫度250-420度。

 中國柴油發電機組排放標準

1、SCR工作原理

      SCR是Selective（選擇性）  Catalytic（催化）  Reduction（還原）的英文縮寫。其工作原理是將還原劑噴入排氣管，使 排氣中的氮氧化合物在催化器的作用下與還原劑反應被還原成氮氣和水，SCR系統目前采用的還原劑是尿素。其工作原理如圖3所示。

      尿素水溶液在高溫下分解成NH₃和CO₂：

NH2CONH2+ H₂O → 2NH₃ +CO₂

      NH₃和排氣中的NO和NO₂反應產生氮氣和水：

NO+NO₂+2NH₃ → 2N₂+3H₂O

4NO+O₂+4NH₃ → 4N₂+6H₂O

2NO₂+O₂+4NH₃ → 3N₂+6H₂O

      為防止SCR系統在整個使用過程中出現氨氣泄漏，SCR催化器可設有氨氧化層，在氨氧化層中NH₃與O₂反應生成氮氣和水，反應式如下：

4NH₃+3O₂ → 2N₂+6H₂O 

2. 設計工藝流程說明與系統結構圖

       SCR 脫硝技術主要由SCR 反應室、催化劑、混合管、SCR控制系統、噴射柜（尿素泵、尿素箱、尿素溶液傳感器、尿素噴射管、尿素回液管）、尿素噴嘴、NO_X傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量計、尿素存儲罐（1噸）等部分組成。尿素以計算好濃度(32.5%）的溶液的形態儲存于尿素罐中，在尿素噴射箱中在壓縮機、尿素泵的作用下送到噴槍，然后在與煙氣和空氣充分混合進入SCR反應室。當煙氣經過SCR反應室的催化層時，發生選擇性催化還原反應。

（1）采用的SCR氮氧化物催化還原裝置工藝為中溫段布置，催化劑在使用較高溫度下，可以在 320-400度范圍內正常穩定運行，尿素在該溫度區域也能徹底分解，達到最佳使用效果，脫硝效率80%-95%。

（2）中溫段布置催化劑適用發動機排氣溫度250-420度，最佳催化溫度320-400度，需要溫度超過420度會打開旁通，從旁路排出。以便保護催化劑不被燒壞；SCR系統結構圖（如圖3所示）。

 

圖3  柴油發電機選擇性催化還原器SCR工作原理

圖4  柴油發電機選擇性催化還原器SCR系統結構圖

 

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