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（NO_X）、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，NO_X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》

（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收規(guī)范》

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

 

      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

 

圖1  柴油機(jī)DPF顆粒捕集器外形圖

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)

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)被還原成氮氣和水，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)生氮氣和水：

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)生成氮氣和水，反應(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、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(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）。

 

圖3  柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器SCR工作原理

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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