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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》
(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
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
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)
《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
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污染物
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最高允許排放濃度(mg/m3)
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NOX氮氧化物
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≤120mg/Nm3
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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、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)。
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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