发电机尾气氮氧化物治理SCR脱硝技术

关键词：柴油发电机,氮氧化物超标,SCR脱硝

柴油发电机组是以柴油机为原动机，拖动同步发电机发电的一种电源设备。柴油机尾气是柴油发动机燃烧柴油后喷出的尾气，尾气中含有上百种不同的化合物，这种气体排放物不仅气味怪异，而且令人头昏、恶心，影响人的身体健康。世界卫生组织专家认定柴油发动机尾气与石棉、砒霜等物质一样，具有高度致癌性。

柴油机主要排放物为PM(颗粒状物质)和NOx。控制柴油机尾气排放主要是控制颗粒物质PM和NO生成，降低PM和NOx的直接排放。柴油机与同等功率的汽油机相比，微粒和NOx是排放中两种最主要的污染物。柴油机NOx排放的危害。柴油机排出的NOx中，NO约占90%，NO2只是其中很少的一部分。NO无色无味、毒性不大，但高浓度时能导致神经中枢的瘫痪和痉挛，而且NO排入大气后会逐渐被氧化为NO2。NO2是一种有刺激性气味、毒性很强(毒性大约是NO的5倍)的红棕色气体，可对人的呼吸道及肺造成损害，严重时能引起肺气肿。当浓度高达100×10-6体积浓度以上时，会随时导致生命危险。NOx和HC在太阳光作用下会生成光化学烟雾，NOx还会增加周围臭氧的浓度，而臭氧则会破坏植物的生长。此外，NOx还对各种纤维、橡胶、塑料、电子材料等具有不良影响。

柴油机尾气污染物催化净化原理、方法和技术的研究是当今世界环境催化领域的热门和难点课题之一。随着环保法规的日趋严格，柴油机尾气污染物对环境的污染和对人体健康的危害越来越受到人们的重视。目前柴油机尾气排放后处理关键技术主要有以下7种：（1）氧化催化转化器（OCC），主要用于氧化除去可溶有机成分（SOF）和烃类；（2）微粒捕集器（DPF）及其再生技术，用于过滤去除碳烟等颗粒状物质；（3）氮氧化物净化技术，主要有选择催化还原（SCR）和氮氧化物贮存还原（NSR）两种方法；（4）PM，HC，CO和NOx同时净化的四效催化技术，这些后处理技术分别针对某一种或几种污染物的催化处理技术，是解决柴油机尾气排放污染问题的重要手段之一。

绿联净化Leelool对于柴油发电机组尾气NOx治理：

对于柴油机尾气中NOx治理，Leelool设计团队依据多年实践经验，发现部分柴油发动机开机之初排烟管会有喷油现象，柴油会覆盖在DOC或者SCR上会减弱催化剂的作用。为此，特别研发了油气分离器，尽可能的将燃油与废气分离开，确保催化剂有效工作性能。Leelool系统总体功能包括同时去除NOx、NH3、CO、颗粒物（PM）。

前述类别的项目若是采用柴油作为燃料，发电机组为备用应急用途，设计时需要考虑两个前提条件：

（1）燃料必须使用国四以上柴油，否则燃料含硫量过高会使尾气处理设施的催化剂寿命大大缩短；

（2）验收时机组必须带75%左右的负载，否则较低的尾气排温不能使尿素分解，同时尾气处理设施中的催化剂不能有效起活，无法正常处理尾气中的NOx。

选择性催化还原法（SCR）对柴油机尾气中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。