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柴油发电机废气处理方式技术规范 |
摘要：本文简略阐述了柴油机尾气中的污染物及其污染特点，同时从低温等离子治理技术、选择性催化还原技术(SCR技术)、以及排气处理技术几方面着手对柴油机尾气处理新技术进行了详细分析，旨在为相关研究人员提供参考，切实提高柴油尾气处理技术的应用效果。另外，康明斯电力技术有限公司在本文公示的标准中规定了柴油发电机尾气处理工程的设计、施工、验收的技术要求，可作为环境影响评价、可行性研究、设计施工、环境保护验收及建成后运行与管理的技术依据。
一、设计规范
1、规范性引用文件
（1）环境保护有关法律法规；
（2）大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）；
（3）广东省地方标准《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001）。
2、总体设计
（1）柴油发电机尾气处理工程的设计建设，除应遵守本技术规范外，还应符合国家现行的相关强制性标准的规定。
（2）应根据企业柴油发电机尾气中气体污染物种类、浓度及处理要求等条件确定柴油发电机尾气处理工程的处理规模和处理工艺，做到保护环境、经济合理、技术可靠。
（3）处理工程技术方案的选择应符合环境影响评价报告书批复文件的要求，柴油发电机尾气处理后应稳定达到有关国家和地方排放标准的规定。
二、低温等离子体尾气技术
采用液体吸收+低温等离子体催化组合技术，该设备集中了液体吸收技术和低温等离子体催化新技术的诸多优点，处理效果良好（95％以上），运行稳定，维护简单等。主要工艺流程如图1所示：
1、技术要求
柴油发电机尾气经过液体吸收单元、水雾过滤网、等离子体单元、催化单元等的处理后在油雾、炭黑等颗粒物和SO2、NOX、CO、CH等气态污染物均可以很好地去除，技术先进可靠。该技术核心是低温等离子体单元，技术关键是：
（1）大功率高压快速上升沿窄脉冲电源设计制造，本系统使用IGBT驱动的无感电源，具有上升沿速度快、拉弧保护、过载保护、等特点。单电源功率200W。
（2）高压电源与放电、捕集极板的匹配技术、绝缘技术、安全防护技术，保证电源工作在理想的负荷状态。
（3）催化剂极板的催化剂合成、担载和制作技术，采用纳米材料原位装配技术、辅助烧结、表面活化处理技术，使催化剂极板具有耐轰击、耐腐蚀、长寿命、可清洗等技术条件。
（4）净化过滤器的催化剂担载技术，使用适当的涂装技术，将臭氧净化催化剂担载于蜂窝孔状材料上，制成过滤器。
2、工作条件
模块化机构设计，便于清洁维护，可以通过多级组合达到针对不同污染气体的处理要求。条件要求是：
（1）入口空气中非甲烷有机烃的含量小于400mg/m3。
（2）入口气体不得含有水雾。
（3）入口气体不得含有胶体颗粒物、易燃纤维。
（4）入口气体的固相颗粒物含量应小于10mg/m3。
（5）220交流供电，功率容量1kW。
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图1 柴油发电机组低温等离子体催化尾气装置. |
与2 低温等离子体处理废气过程示意图 |
三、催化剂闭环控制处理技术
三效催化剂闭环控制系统是国三柴油机最常用的排气净化系统。在这个系统中，柴油发电机排出的三种主要污染物CO、HC、NOX能同时被高效率的净化。尾气净化器主要由载体、涂层、活性物、衬垫和壳体等组成。其核心部件是沉积由贵金属铂（Pt）、铑（Rh）和钯（Pd））三种化合物作为活性材料的蜂窝状陶瓷载体。柴油经过燃烧后排出的废气中含有大量的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOX），这些物质的存在，会使我们看到发电机尾气的烟色和嗅到发电机尾气刺激性的气味。
当这些物质经过沉积由贵金属铂、钯、铑化合物作为活性物的蜂窝状陶瓷载体时，在它们的作用下，以及在220℃以上高温与烟气中的氧继续反应，最后生成CO2和H2O排入大气中，同时（NOX）也生成了H2和H2O排入大气中，CO和HC转化率可以达到95%以上，NOX的转化率也在40%以上。铑促进NOX还原成N2，铂和钯用来转化CO和HC。Pt、Rh和Pd三种贵金属催化剂可同时净化一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物，故称为三效催化剂。
四、碱法吸收尾气处理技术
1、工艺流程
（1）碱法吸收处理就是通过碱液对SO2和NOX等的吸收而达到净化尾气的效果，其工艺流程示意如下：
发电机尾气→风管→碱法吸收→尾气排放达标
（2）目前采用较多的碱法吸收处理装置是旋流板式喷淋塔和旋风喷淋塔。工艺流程示意如下：
发电机尾气→烟管→旋流板式喷淋塔（循环水泵）→尾气排放达标
2、旋风喷淋塔
（1）工作原理：
旋风喷淋塔上部垂直布置有数个螺旋型喷嘴，含尘气体经旋风喷淋塔筒体上部入口切向进入喷淋塔内并螺旋向下再向上运动，此时旋风喷淋塔顶部的螺旋型喷嘴将清水呈实心锥状喷射到筒体内壁形成水膜，烟尘废中的烟尘粒子借助气流旋转运动所产生的离心力冲击于除尘塔筒体内壁的水雾和水膜上而被水滴、水膜黏附捕获，并随筒壁不断更新的水膜向下排出除尘塔，从而使含尘废气得以净化排放。净化器底部设有循环水箱，通过循环水泵不断将水循环送入塔内，根据水箱内水质情况定期更换清水或补水。循环水中投加碱液可提高除硫和除氮氧化物的效果。
（2）效果及可行性
这种旋风喷淋塔净化效率一般在85％以上，如果管理得好，效率还可提高。它的阻力不大，一般为300~450Pa，不会影响发电机的正常工作。污水可以采用定期排放或连续排放。较适宜高温、高比阻、含尘量不大的气体处理。
（3）旋风喷淋塔特点
○ 气相和液相接触充分，污染因子去除效率高。
○ 因采用上进气方式，避免液体沿烟管流入柴油发电机内。
○ 具有消声和除雾功能，单位压降小。
○ 方便机房外墙悬挂安装。
○ 吸收塔体与循环水箱分离安装。
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图2 旋风喷淋塔尾气装置. |
图3 柴油发电机组尾气处理安装工程 |
3、酸雾处理塔
也可以采用酸雾法治理柴油发电机尾气，其结构如图3所示。
在呈酸性或碱性的酸雾废气，内置有新型的阶梯环填料（或球型多面空心填料），气-液接触比表面积大；当废气经过分配板，将气体平均分布于多面空心球，每只呈点接触，摆列后呈“W”路线行走，避免有偏流现象，在配合龙卷式不阻塞的喷嘴，呈1200喷洒，使气液混合效率90-95％，通过逆流式吸收液（中和液H2SO4或NaOH自动添加处理设备）的雾化喷淋洗涤，从而达到洁净效果，再加入中和液，可祛除废气中有害气体。一般设有二级喷淋装置，并可根据气体浓度不同，组成更多层的喷淋装置，而达到高效率的净化效果。
（1）速度：
为了尽量减少尘粒和油污在管道内的粘结、积聚，风管内的烟气速度为12m/s以上;烟气在净化器内的速度在2~6m/s左右，停留时间1~3秒。
（2）排烟管及塔体：
火烟温度较高，采用非燃材料制作，宜用316L，塔体壁厚大于2 mm，入口处适当加厚。
（3）喷头：
选用能环形出水的喷头（如SiC喷头），其所形成的液体雾滴宜细，其相向布置距离为20-30cm，液气比大于1.。
（4）滤网：
采用金属丝制成，其网目为0.8mm×0.8mm，每运行两周应清洗一次，其阻力小于80Pa。
（5）脱水板：
采用折叠隔板组成，其间距离为20mm，压降小于40Pa。
（6）风量：
每千瓦排风量定为15m3/h。
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图6 柴油发电机尾气酸雾处理塔方案（1） |
图6 柴油发电机尾气酸雾处理塔方案（2） |
总结：
尾气处理装置属于一种柴油发电机组的机外净化措施。目前来看，对于柴油机的一氧化碳和碳氢化合物是没有要加后处理装置的必要，但是如果法规进一步加严，增加后处理装置处理一氧化碳和碳氢化合物就势在必行了。针对一氧化碳和碳氢化合物，我们可以采用DOC（氧化型柴油催化器），研究结果表明，一氧化碳和碳氢化合物在氧化型柴油催化器催化剂表面的氧化率都在90%以上;较高的碳氢化合物和一氧化碳浓度或较高的排温都会影响氧化型柴油催化器催化剂表面氮氧化物氧化反应速率。
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