技术标准｜集装箱柴发排放常见问题及解决方案1《数据中心集装箱式柴油发电机组技术白皮书》

2022-09-08 00:00:00

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导读

摘要：互联网上信息的传递和储存都要依赖数据中心的支持，随着互联网技术的不断发展，越来越多的数据中心也在如火如荼的建设中，数据中心的规模和稳定性逐渐成为企业竞争的核心资产。柴油发电机组作为数据中心的备用电源，对于保障数据中心的电力安全和稳定供电起着关键作用。随着数据中心需求的快速增长，集装箱式柴油发电机组应运而生。由绿联净化参编的《数据中心集装箱式柴油发电机组技术白皮书》侧重于数据中心的典型应用，配套集装箱式柴油发电机组的相关设计、制造、安装和维护等环节的关键问题，为数据中心设计、施工和运维人员提供规范和有益的技术指导。

绿联净化有幸参与了《数据中心集装箱式柴油发电机组技术白皮书》中环保排烟设计及集装箱柴发排放相关常见问题等部分内容的讨论与编制，今天为大家分享书中有关集装箱柴发排放常见问题的章节内容（有需要阅读学习《集装箱柴发白皮书》的社会各界同仁请致电文后热线咨询留言，绿联净化会及时为您免费邮寄书籍）

集装箱柴发排放相关常见问题

1. 柴发尾气排放分析

如图1，燃料柴油（主要由C、H、S元素组成）经过在柴油机气缸内燃烧，生成的尾气包含有：主要成分（CO₂、H₂O、N₂、O₂）和微量成分（SO₂、C、CO、HC、NOx）两大类，其中的微量成分污染物都不同程度的对大气层及人类健康造成影响，微量成分是排放法规关注的主要治理目标，对于柴油发动机而言，最主要治理的是PM和NOx。

微量成分中SO₂的排放浓度取决于所燃烧柴油的含硫（S）量，目前国V以上的柴油，经燃烧后排放的SO₂可达标排放，无需进行治理；微量成分中的C（既颗粒物的主要成分，颗粒物少量成分为无机盐）的产生主要是由于柴油燃烧不充分所致，尤其是在柴发启动初期和负载突加突减造成大量的黑烟排出；微量成分中的CO和HC（非甲烷总烃）主要是由于燃料燃烧不充分产生的产物，它们在柴发尾气中浓度值较低，一般无需治理；微量成分中的NOx主要是由于燃料在气缸内燃烧产生的高温促使N₂与O₂发生氧化反应，从而生产氮氧化物NOx，属于过度燃烧的产物，其中90%左右时NO，10%左右NO₂，少量其他；尾气中异味主要成分是C颗粒、HC和NOx造成。基于此，治理柴油机尾气污染物需要根据不同污染物产生的机理，采取不同技术路线和装置。

2. 集装箱柴发尾气治理需求

因数据中心备用柴油发电机组作为应急情况下使用的电源，且数据中心的柴发摆放较为聚集，需要每周例行启动，每月带载测试，以保证其应急使用时快速投入使用。在测试时，柴发数量多且集中启动，大量的黑烟排出造成环境污染。

柴发在启动初期和空载时，发动机温度较低，燃料燃烧不充分，黑烟浓度大，根据气温差异和不同品牌柴油机，颗粒物排放浓度可达500-2000mg/Nm³，此时氮氧化物在400-800 mg/Nm³，此阶段治理重点为颗粒物；

柴发在带高负载阶段，发动机温度区域正常，燃料燃烧充分，黑烟浓度小，不同柴油机颗粒物排放在10-200mg/Nm³，此时氮氧化物根据负载不同，排放浓度在800-4000mg/Nm³不等，此阶段治理重点为氮氧化物。

3. 排放法规要求

数据中心备用柴油发电机组属于固定源柴油机应用类别，目前还没有全国性的针对于固定源柴油机排放污染物排放标准。

以下几类法规对数据中心柴发尾气污染物排放治理造成一些影响：

1）北京地方标准《固定式内燃机大气污染物排放标准》DB11-1056-2013，国内唯①一个针对于固定式内燃机排放标准

请注意本标准适用范围见图2：

图2 摘自北京地方标准《固定式内燃机大气污染物排放标准》DB11

根据适用范围，这个标准并不适用于数据中心应急备用柴发这个领域。

2）国标《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996

这个标准是大气污染物综合排放国标，比较早，其中没有涉及固定源柴油发电机组尾气污染物的具体排放标准，在一些项目设计中，有个别项目参照这个标准，排放污染物限值一般参照《大气污染物综合排放标准》附表2新污染源大气污染物排放限值。

新污染源大气污染物排放限值 (仅列出与柴油发电机组相关项)

应该设立排气筒，其高度除须遵守表列排放速率标准外，还应高出周围200米范围的建筑5米以上，不能达到该要求的排气筒，应按其高度对应的表列排放速率标准值严格50%以上执行。

标准要求新污染源的排气筒一般不应低于15米。若新污染源的排气筒必须低于15米时，其排放速率标准值按标准规定的外推计算结果再严格50%执行。

标准还要求工业生产尾气确需燃烧排放的，其烟气黑度不得超过林格曼1级。

3）各地地方《大气污染物综合排放标准》

各地地方标准对柴发尾气中二氧化硫、氮氧化物、颗粒物浓度、林格曼黑度等要求不尽相同。

以上海《大气污染物综合排放标准》DB31/933-2015地方为例：

此标准是上海市大气污染物综合排放地标，其中没有涉及固定源柴油发电机组的尾气污染物具体排放标准，在一些设计中，部分项目参照这个标准，排放污染物限值一般参照表1大气污染物项目排放限值，参考如下限值：二氧化硫＜100mg/Nm³，氮氧化物＜150mg/Nm³，颗粒物＜30mg/Nm³，林格曼黑度＜1级。详见图3

图3 上海《大气污染物综合排放标准》DB31/933-2015

由于绝大多数项目并不涉及具体的颗粒物和氮氧化物排放指标，故而多数项目参照GB16297-1996标准中林格曼黑度＜1级的要求。

4）《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》GB20891-2014，见图4和图5

本标准适用范围为：

图4 GB20891 适用范围

本标准具体要求：

图5 GB20891 标准限值

从适用范围看，本标准仍不适用于固定柴发尾气污染物排放。一些项目在设计时要求发动机排放满足非道路国三排放认证。

5）《非道路柴油移动机械排气烟度限值及测/量办法》GB36886-2018

本标准适用范围为：

图6 GB36886 适用范围

本标准具体要求：

图7 GB36886 烟度限值

从适用范围看，本标准仍不适用于应急柴发尾气污染物排放。个别项目存在按照III类区域，不透光系数＜0.50，多数是按照林格曼黑度＜1来要求。见图6和图7。

6）行业团体标准《应急和备用柴油发电机组通用技术条件-发布稿》T-CICEIA-CAMS 25-2020 见图8和图9

本标准适用范围为：

图8 行业团体标准适用范围

本标准要求如下：

图9 行业团体标准要求限值

这个适用于应急备用柴发尾气污染物排放的行业团体标准，由中国内燃机工业协会和中国机械工业标准化技术协会于2021年02月08日发布，2021年02月28日实施。建议后续数据中心用柴发项目排放设计，参考这个标准。

据了解，截止目前，国家环保部国五排放标准起草小组还没有单独就固定源柴油发电机组尾气污染物排放标准进行研究编写。

PS：3-3）各地地方《大气污染物综合排放标准》，此标准发布于白皮书编写之前，之后2021年8月1日实施的江苏省《大气污染物综合排放标准》DB32/4041-2021在4.1.1指出，现有污染源自2022年7月1日起执行表1规定。

其中表1第3点对氮氧化物明确指出了对固定式内燃机、发动机制造测试工艺的氮氧化物浓度排放要求，但对最高允许排放速率未作要求。特此说明

感谢各位同仁的阅读，下期会为大家更新集装箱柴发排放解决方案，敬请期待！

《数据中心集装箱式柴油发电机组技术白皮》

主编单位：

中数智慧信息技术研究院

康明斯（中国）投资有限公司

参编单位：

北京燕华建筑设计有限公司

卡特彼勒（中国）投资有限公司

泰豪电源技术有限公司

常州科勒动力设备有限公司

深圳市天勤创展机电设备有限公司

易普集集成设备（上海）有限公司

重庆磐谷动力技术有限公司

绿联净化技术（东莞）有限公司

浦盛石油集团有限公司

苏州梵荣特种集装箱有限公司

主要负责人：

课题技术负责人：钟景华

主要起草人：赵德秀

主要参编人：杨峻、李杰、杨瑛洁、黄冬梅、黄志杰、尚启英、韩宇、张华东、张强、徐龙、徐晓峰、焦叶祥（磐谷动力）、查道松（绿联净化）、李学军、吴鹏

主要审查人：丁杰、汪宏

专注于发动机及工业有机尾气治理

0769-22899111

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