猪圈粪便发酵沼气发电机尾气脱硝治理

关键词：猪圈粪便发酵,沼气发电机,发电机尾气脱硝治理

一、猪圈粪便资源循环使用

猪圈粪便是猪圈排泄物的总称， 是粮食、农作物、秸秆和牧草等形态生物质的转化形式，主要包括畜禽排出的粪便、尿及其与杂草和冲洗废污水的混合物。将粪便放在厌氧发酵池中, 培养细菌, 再靠这些细菌把粪便中的碳水化合物转化为以甲烷和一氧化碳为主要成分的沼气最后把沼气导入发电设备中燃烧发电。这个过程通常需要 20~30 天, 经过处理的粪便残渣基本没有臭味, 能作为有机肥料使用, 这种生物能发电的方法不但能减少用电成本, 而且能彻底利用可能引发温室效应的甲烷气体, 另外, 它还能根除未经处理的粪便中滋生的大量病菌和令人讨厌的臭味。

二、猪圈养殖业粪污的资源化利用技术

利用粪污资源，提升处理价值，研发粪污资源化利用技术，主要将畜禽粪便转化为沼气以及化肥。1、粪污处理转化生产沼气通过沼气制造技术，将畜禽粪污置于一定的温湿度、酸碱度与碳氮条件作用下，猪圈粪便厌氧发酵，产生甲烷等可燃气体。产生的沼气主要应用于当地的养殖场农业用电，剩余的沼液、沼渣可用于农田施肥，基本实现了对于畜禽粪便的全面综合有效利用。在标准化养殖场，则要优先切断污染源，在避免二次污染的前提条件下进行粪便处理与沼气制作，它的资源化利用技术流程如下：污水搅拌稀释—自然沉淀—清理大颗粒杂质—厌氧发酵处理—气水分离—脱硫塔处理—贮气增压—发电机房沼气利用。2、粪污处理转化生产有机肥目前通过粪污处理转化生产有机肥是一大资源化有效利用技术，主要处理大型规模化养猪场、养牛场的猪粪牛粪。因为这些粪便水分较多，所以要采用固液分离干清粪的技术工艺来进行处理，即基于“固液分离+二级厌氧+好氧处理的”综合化污水处理设计。首先，废水产生以后要通过细格栅井来除掉废水中存在的漂浮物，避免漂浮物堵塞水泵以及曝气装置。随后采用离心排污泵对粪污进行固液分离，去除粪便残渣。固液分离后要将废水排入到调节池中，通过调节池配合AE厌氧罐对粪便进行厌氧发酵，并将沉积的污泥部分利用斜板沉淀池来实施最后转化。将转化后的粪便废水送往第二调节池，利用UASB反应器来实施粪污三相分离，制作沼气。将原料充分搅拌后进行快速发酵，利用厌氧反应器（保证有机负荷在3kg•COD/m3•d），再配合好氧池进行沼气转化和脱水处理，最后将粪便与沉淀池脱水污泥转化为有机肥。

三、SCR脱硝技术治理沼气发电机组尾气氮氧化物超标

选择性催化还原法（SCR脱硝技术）对柴油机或燃气机尾气中的氮氧化物NOx进行治理，利用NH3或尿素（通常采用质量比为32.5%的尿素水溶液）作为还原性物质，在O2浓度高出 NOx浓度两个数量级以上的条件下，在一定的温度和催化剂作用下，利用NH3将NOx还原为N2和H2O，由于NH3高选择性地优先还原NOx，而不先与O2反应，故称之为“选择性催化还原”。对于多余的NH3在SCR载体末端涂覆一定比例的氨逃逸催化剂（ASC），确保NH3与O2反应生成N2和H2O，避免NH3泄漏造成二次污染。

绿联净化Leelool氮氧化物治理系统（SCR脱硝系统）工作流程图

绿联净化Leelool技术团队通过与众多全球知名发动机匹配实践，高精度传感器、设计的电气系统与全球电气元件匹配，实施精准协作，确保SCR和ASC系统中NOx和NH3处理效率满足全球最严苛的排放标准。NOx治理效率95%以上。采用车用尿素泵喷射确保尿素溶液消耗量控制在较低水平。控制系统内置云端通信系统，实时提供治理后污染物排放指标；也可接入电站的DCS系统。绿联净化数据库收集有全球主流大马力发动机原始排放数据，同时，为颜巴赫Jenbacher、曼海姆MWM、卡特CAT、mtu、康明斯Cummins、铂金斯Perkins、三菱MITSUBISHI、沃尔沃VOLVO、科克GOOGOL等知名发动机累计提供过数十台1MW以上不同燃料、不同应用场景发动机尾气中的PM、CO和NOx等污染物治理成功经验。

选择性催化还原法（SCR）对燃气/柴油机尾气中NOx进行控制，利用NH3或尿素（通常采用质量比为32.5%的尿素水溶液）作为还原性物质，在O2浓度高出 NOx浓度两个数量级以上的条件下，在一定的温度和催化剂作用下，利用NH3将NOx还原为N2和H2O，由于NH3高选择性地优先还原NOx，而不先与O2反应，故称之为“选择性催化还原”。对于多余的NH3在SCR载体末端涂覆一定比例的氨逃逸催化剂（ASC），确保NH3与O2反应生成N2和H2O，避免NH3泄漏造成二次污染。

化学反应方程式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

4NH3+3O2→2N2+6H2O    

绿联净化Leelool氮氧化物治理系统（脱硝系统）工作原理图

绿联净化Leelool技术团队通过与众多全球知名发动机匹配实践，高精度传感器、独家设计的电气系统与全球顶级电气元件匹配，实施精准协作，确保SCR和ASC系统中NOx和NH3处理效率满足全球最严苛的排放标准。NOx治理效率95%以上。采用车用尿素泵喷射确保尿素溶液消耗量控制在较低水平。控制系统内置云端通信系统，实时提供治理后污染物排放指标；也可接入电站的DCS系统。

1、催化剂选型：根据发动机排温和项目要求灵活进行催化剂选型，发动机尾气排温与催化剂选型有极大关系。 不同排温与催化剂选型情况不同。柴油机或者燃气内燃机满载工作时涡轮后排气温度一般在350℃至500℃（个别国产燃气内燃机排温会600℃上下）范围内。260-420℃满足中温催化反应所需的温度条件，若涡后排温高于450℃，有三种选择：

（1）不需要余热利用的情形，直接采用散热器将温度降至400℃左右进入SCR系统；

（2）如果需要对尾气进行余热利用，就要考虑分子筛高温催化剂，抗硫性较弱，SCR催化剂造价也会大幅上升；

（3）仍然使用中温催化剂，采用前后两级锅炉的方式，一级锅炉换热后排气温度在400℃左右进入SCR反应器，之后再进入二级锅炉进行余热利用。

2、精准控制：通过与众多全球知名发动机匹配实践，高精度传感器、独家设计的电气系统与全球顶级电气元件匹配，实施精准协作，确保SCR和ASC系统中NOx和NH3处理效率满足全球最严苛的排放标准。NOx治理效率96%以上。采用车用尿素泵喷射确保尿素溶液消耗量控制在较低水平。控制系统内置云端通信系统，实时提供治理后污染物排放指标；也可接入电站的DCS系统；

3、定制开发：Leelool数据库收集有全球主流大马力发动机原始排放数据，同时，为Jenbacher、MWM、CAT、mtu、Cummins、Perkins、MITSUBISHI、VOLVO、GOOGOL等知名发动机累计提供过数十台1MW以上不同燃料、不同应用场景发动机尾气中的PM、CO和NOx等污染物治理成功经验。

以有机废水产生的沼气燃料为例。以下是绿联净化Leelool团队设计、制造、安装、调试、服务的的一个7台套1.17MW进口知名品牌发动机研制生产的沼气发电机组项目运行超过10000余小时的经验教训总结而来。

目前以沼气等为主要燃料的内燃发电站基本由企业出资承建，运行时需要一定的经济收益确保项目投入产出符合预期。而在实际的SCR系统选型招标采购时，由于这个产业刚刚兴起，全球范围内优质的供应商极少，注重品质的采购单位往往以进口燃气发动机性能优良为评价标准而顺延选择进口的SCR系统供应商。具体甄选时，需注意以下三个方面：

（1）国内领先的SCR系统供应商与国外相当。根据近两年的浸泡式深入研究后，需要特别提醒的是，在燃气内燃机脱硝领域国内与国外除开高温催化剂领域有差距之外，系统开发上几乎处于同等水平，主要技术来自于汽车SCR技术与火电厂脱硝技术的融合并基于燃气内燃发动机特性进行创新，已经取得了突破性成绩并做了很好的商业应用。目前国内领先的大功率内燃机SCR系统供应商如同互联网产业一样国内外难分伯仲；

（2）国内外厂商在全程服务上有差异。SCR系统不同于燃气内燃发电机组，并非标准产品。每一个项目需要根据目标发动机排温、燃气成分、工作环境、治理目标、以及实际工作场景等等进行个性化定制方案，在这个总市场需求并不大的领域要求国外供应商提供及时快捷的售前服务目前还没有出现。极少数国外代理商只停留在卖产品的层面，不是不想提供服务，而是没有合适的人力资源和足够收益支撑。

（3）定制开发和运行成本上的差异。SCR系统的经济性由目标燃气气体成分和尾气温度、催化剂性能和价格、反应器封装结构和材料工艺、混合管设计制造合理性、控制喷射系统精确度、反应流场是否合理科学、前期项目方案定制开发和后期长远应急服务等等核心要素组成，国内外同时具备这些要素于一身的供应商少之又少。行业发展之初，劣币驱除良币。内燃机SCR系统属于新生事物，设计方、招标方、投资方、监理方、使用方等相关板块都缺乏专业选型考核标准，一部分投资方存在应付验收的验收后期搁置不用的侥幸心理，从而在实际采购过程中并不容易甄选到综合能力均衡的供应商。一个重要表现是，供应商抓住采购方既要达标又要低价的心理，低价中标并盲目承诺系统处理指标排放达标，而在项目实施过程中排放不达标无法验收，造成整个项目不能获得合法运行批文而损失巨大的心理胁迫采购单位加价的情形屡次出现。还有一种情况是，即使暂时排放达标，但是由于催化剂的使用寿命短和整套系统设计欠合理，控制系统不够精准，催化剂更换费用和尿素消耗量巨大，造成经济性大大下降，同时氨排放也超标，造成了新的污染。

根据绿联净化全程提供解决方案的这个累计运行超过1万小时项目测算，尿素消耗不超过0.006元/kWh，经济性达到客户设计预期。不足的地方在于由于本项目NOx治理系统中尿素喷射量不大，采用车用尿素喷射泵，使用寿命在1-1.2万小时左右，加上尿素溶液品质待加强，尿素泵选型有待进一步验证。