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行業(yè)新聞/柴油發(fā)電機(jī)組
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柴油機(jī)DPF和SCR尾氣凈化器的工作原理
發(fā)布時間:2023-08-06 01:28:44  ▏閱讀:

 

新聞主題

柴油發(fā)電機(jī)尾氣凈化設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理

 

摘要:隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,非道路移動機(jī)械也加快了城市的發(fā)展,柴油發(fā)電機(jī)的排氣污染問題也日益突出。柴油發(fā)電機(jī)排氣污染物主要有:碳?xì)浠衔铮℉C)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)、黑煙顆粒物(PM),柴油發(fā)電機(jī)排放的PM顆粒物是污染環(huán)境的最大來源,占到90%以上。眾所周知PM2.5對大氣污染的嚴(yán)重性,容易導(dǎo)致人體呼吸系統(tǒng)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(huán)保檢測主要控制的指標(biāo)是柴油發(fā)電機(jī)的煙度值,影響煙度值的主要指標(biāo)是排氣中的PM,因此PM成為了治理的關(guān)鍵目標(biāo)。

      目前,非道路移動機(jī)械由于使用年限長、原排非常差、不易報廢、不方便監(jiān)控等原因,許多不達(dá)標(biāo)柴油發(fā)電機(jī)一直在使用,有些柴油發(fā)電機(jī)連國II排放限值都未達(dá)到。為控制大氣PM2.5的指標(biāo),現(xiàn)急需治理排放不達(dá)標(biāo)的柴油發(fā)電機(jī),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(dá)95%以上,柴油發(fā)電機(jī)組排氣光吸收系數(shù)值可達(dá)≤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,NOX催化還原效率達(dá)80%-95%以上,滿足環(huán)保最新要求排放。

 

一、設(shè)計技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

 

(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(biāo)準(zhǔn)》

(3)DB 44/27-2001  《大氣污染排放限值》

(4)GB 20891-2014  《非道路移動機(jī)械用柴油機(jī)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(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法》

(6)GB/T 17619-1998《機(jī)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(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)》

(8)GB 4208-2008   《外殼防護(hù)等級

(9)HJ 451-2008    《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求柴油機(jī)排氣后處理裝置》

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

(11)HJ 2027-2013   《催化燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》

(12)GB/T 8190.4    《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)排放測量第4部分不同用途發(fā)動機(jī)的穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)循環(huán)》

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

(14)GB 5226        《機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備第1部分:通用技術(shù)條件》

(15)GB J 232        《電器裝置安裝工程及驗(yàn)收規(guī)程》

(16)GB J 54-83      《低壓配電裝置及線路設(shè)計規(guī)范》

(17)GB J 93-1986    《工業(yè)自動化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》

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

(19)GB 50217-1994  《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》

 

二、DPF顆粒捕集器

 

      柴油發(fā)電機(jī)上安裝的DPF柴油顆粒捕集器,是一種安裝在柴油發(fā)動機(jī)排放系統(tǒng)中的陶瓷過濾器,可以在微粒排放物質(zhì)進(jìn)入大氣之前將其過濾出來并捕捉。顆粒捕集器能夠減少發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的煙灰達(dá)90%以上,捕捉到的微粒排放物質(zhì)隨后在發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中燃燒殆盡。

1、DPF工作原理

      DPF柴油顆粒捕集器工作基本原理是在柴油微粒過濾器噴涂上金屬鉑、銠、鈀等重金屬物質(zhì),柴油發(fā)動機(jī)排出的含有炭粒的黑煙,通過專門的排氣管道進(jìn)入發(fā)動機(jī)尾氣微粒捕集器,經(jīng)過其內(nèi)部密集設(shè)置的袋式過濾器,將碳煙微粒吸附在金屬纖維氈制成的過濾器上。從而減少這些微粒直接通過排氣系統(tǒng),排放到大氣中,提高了發(fā)電機(jī)組尾氣排放的質(zhì)量。外觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2、DPF+SCR工作原理

      在顆粒捕集器上的“二合一 (Two in One)”技術(shù)就是把SCR催化劑涂敷在DPF載體內(nèi),集SCR和DPF的功能于一體,這樣能有效降低成本,并減少系統(tǒng)的安裝空間。然而,跟傳統(tǒng)的基于 CDPF 再生技術(shù)和基于 FBC 再生技術(shù)的 DPF 結(jié)構(gòu)相比,基于“二合一”技術(shù)的 DPF 需要更大孔隙率和平均孔直徑。由于基于 FBC 再生技術(shù),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(shù),增加壁厚,以及減少孔隙率和平均孔直徑等設(shè)計手段來增加 DPF 的熱容量,從而減少其在“發(fā)動機(jī)進(jìn)入怠速運(yùn)行 (Drop in Idle)”情況下的最高溫度和溫度梯度。CDPF 技術(shù)能有效降低 DPF 再生時的溫度,有助于提高燃油經(jīng)濟(jì)性;但是一般催化劑涂敷量不是很大, 5~10g/L。因此應(yīng)用于CDPF 技術(shù)的 DPF 需要適中的孔隙率和平均孔直徑。

      基于“二合一”技術(shù)往往要求高達(dá) 90~220g/L,甚至更高的催化劑涂敷量。這勢必導(dǎo)致 DPF的壓差增大,惡化燃油經(jīng)濟(jì)性,因而設(shè)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(jié)構(gòu)如圖2所示

 

柴油機(jī)DPF顆粒捕集器外形圖.png

 

圖1  柴油機(jī)DPF顆粒捕集器外形圖

柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器SCR系統(tǒng)外形圖.png

圖2  選擇性催化還原器SCR系統(tǒng)外形圖(二合一)

 

 

三、SCR系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)

 

      根據(jù)項(xiàng)目原始設(shè)計參數(shù)與目標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定制設(shè)計。該系統(tǒng)包括:SCR反應(yīng)器、混合單元、尿素存儲單元、尿素補(bǔ)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(fā)動機(jī)排氣溫度250-420度。

 中國柴油發(fā)電機(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)

《大氣污染物排放限值》(DB44/27-2001》第二時段二級標(biāo)準(zhǔn)中濃度限值
污染物
最高允許排放濃度(mg/m3
NOX氮氧化物
≤120mg/Nm3

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(yīng)被還原成氮?dú)夂退?,SCR系統(tǒng)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(yīng)產(chǎn)生氮?dú)夂退?/span>

NO+NO2+2NH3 → 2N2+3H2O

4NO+O2+4NH3 → 4N2+6H2O

2NO2+O2+4NH3 → 3N2+6H2O

      為防止SCR系統(tǒng)在整個使用過程中出現(xiàn)氨氣泄漏,SCR催化器可設(shè)有氨氧化層,在氨氧化層中NH3與O2反應(yīng)生成氮?dú)夂退?,反?yīng)式如下:

4NH3+3O2 → 2N2+6H2O 

2. 設(shè)計工藝流程說明與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

       SCR 脫硝技術(shù)主要由SCR 反應(yīng)室、催化劑、混合管、SCR控制系統(tǒng)、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、NOX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(tài)儲存于尿素罐中,在尿素噴射箱中在壓縮機(jī)、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(jìn)入SCR反應(yīng)室。當(dāng)煙氣經(jīng)過SCR反應(yīng)室的催化層時,發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)。

(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(nèi)正常穩(wěn)定運(yùn)行,尿素在該溫度區(qū)域也能徹底分解,達(dá)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(fā)動機(jī)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(hù)催化劑不被燒壞;SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(如圖3所示)。

 

柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器SCR工作原理.png

圖3  柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器SCR工作原理

柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.png

圖4  柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

 

 

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