康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	柴油发电机尾气净化设备的结构原理

 

摘要：随着我国经济的持续快速发展，非道路移动机械也加快了城市的发展，柴油发电机的排气污染问题也日益突出。柴油发电机排气污染物主要有：碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NO_X）、黑烟颗粒物（PM）,柴油发电机排放的PM颗粒物是污染环境的最大来源，占到90%以上。众所周知PM2.5对大气污染的严重性，容易导致人体呼吸系统疾病。同时“十三五”将PM黑烟颗粒物的排放纳入到大气污染的总量控制中。环保检测主要控制的指标是柴油发电机的烟度值，影响烟度值的主要指标是排气中的PM，因此PM成为了治理的关键目标。

      目前，非道路移动机械由于使用年限长、原排非常差、不易报废、不方便监控等原因，许多不达标柴油发电机一直在使用，有些柴油发电机连国II排放限值都未达到。为控制大气PM2.5的指标，现急需治理排放不达标的柴油发电机，加装康明斯BST系列DPF陶瓷载体颗粒捕集器能有效降低排气污染物PM，净化效率达95%以上，柴油发电机组排气光吸收系数值可达≤0.5m^-1或林格曼黑度值可满足≤1级。加装康明斯BST系列SCR氮氧化物催化还原装置，NO_X催化还原效率达80%-95%以上，满足环保最新要求排放。

 

一、设计技术规范和标准

 

（1）《中华人民共和国大气污染防治法》

（2）GB 16297-1996  《大气污染物综合排放标准》

（3）DB 44/27-2001  《大气污染排放限值》

（4）GB 20891-2014  《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(第三、第四阶段)》

（5）GB 36886-2018  《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法》

（6）GB/T 17619-1998《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》

（7）GB 2423        《电工电子产品环境试验》

（8）GB 4208-2008   《外壳防护等级

（9）HJ 451-2008    《环境保护产品技术要求柴油机排气后处理装置》

（10）JB/T 1180.4-2014《柴油机选择性催化还原（SCR）系统》

（11）HJ 2027-2013   《催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》

（12）GB/T 8190.4    《往复式内燃机排放测量第4部分不同用途发动机的稳态试验循环》

（13）GB/T 16157     《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》

（14）GB 5226        《机械安全 机械电气设备第1部分：通用技术条件》

（15）GB J 232        《电器装置安装工程及验收规程》

（16）GB J 54-83      《低压配电装置及线路设计规范》

（17）GB J 93-1986    《工业自动化仪表工程施工及验收规范》

（18）GB 50254-1996  《电气装置安装工程低压电气施工和验收规范》

（19）GB 50217-1994  《电力工程电缆设计规范》

 

二、DPF颗粒捕集器

 

      在颗粒捕集器上的“二合一 (Two in One)”技术就是把SCR催化剂涂敷在DPF载体内，集SCR和DPF的功能于一体，这样能有效降低成本，并减少系统的安装空间。然而，跟传统的基于 CDPF 再生技术和基于 FBC 再生技术的 DPF 结构相比，基于“二合一”技术的 DPF 需要更大孔隙率和平均孔直径。由于基于 FBC 再生技术，放热速度快，对DPF的热冲击比较大。对于这一情况，一般通过减少目数，增加壁厚，以及减少孔隙率和平均孔直径等设计手段来增加 DPF 的热容量，从而减少其在“发动机进入怠速运行 (Drop in Idle)”情况下的最高温度和温度梯度。CDPF 技术能有效降低 DPF 再生时的温度，有助于提高燃油经济性;但是一般催化剂涂敷量不是很大， 5~10g/L。因此应用于CDPF 技术的 DPF 需要适中的孔隙率和平均孔直径。

      基于“二合一”技术往往要求高达 90~220g/L，甚至更高的催化剂涂敷量。这势必导致 DPF的压差增大，恶化燃油经济性，因而设计高孔隙率和大平均孔直径 DPF 满足高涂敷量、低背压要求。外观结构如图2所示

 

图1  柴油机DPF颗粒捕集器外形图

图2  选择性催化还原器SCR系统外形图（二合一）

 

 

三、SCR系统设计依据

 

      根据项目原始设计参数与目标排放标准进行定制设计。该系统包括：SCR反应器、混合单元、尿素存储单元、尿素补充单元、供气单元、计量喷射单元、PLC控制单元及检修旁通（可选）等。

      型号：BST-400DG-SCR/WSK中温催化剂，适用发动机排气温度250-420度。

 中国柴油发电机组排放标准

1、SCR工作原理

      SCR是Selective（选择性）  Catalytic（催化）  Reduction（还原）的英文缩写。其工作原理是将还原剂喷入排气管，使 排气中的氮氧化合物在催化器的作用下与还原剂反应被还原成氮气和水，SCR系统目前采用的还原剂是尿素。其工作原理如图3所示。

      尿素水溶液在高温下分解成NH₃和CO₂：

NH2CONH2+ H₂O → 2NH₃ +CO₂

      NH₃和排气中的NO和NO₂反应产生氮气和水：

NO+NO₂+2NH₃ → 2N₂+3H₂O

4NO+O₂+4NH₃ → 4N₂+6H₂O

2NO₂+O₂+4NH₃ → 3N₂+6H₂O

      为防止SCR系统在整个使用过程中出现氨气泄漏，SCR催化器可设有氨氧化层，在氨氧化层中NH₃与O₂反应生成氮气和水，反应式如下：

4NH₃+3O₂ → 2N₂+6H₂O 

2. 设计工艺流程说明与系统结构图

       SCR 脱硝技术主要由SCR 反应室、催化剂、混合管、SCR控制系统、喷射柜（尿素泵、尿素箱、尿素溶液传感器、尿素喷射管、尿素回液管）、尿素喷嘴、NO_X传感器、温度传感器、压力传感器、流量计、尿素存储罐（1吨）等部分组成。尿素以计算好浓度(32.5%）的溶液的形态储存于尿素罐中，在尿素喷射箱中在压缩机、尿素泵的作用下送到喷枪，然后在与烟气和空气充分混合进入SCR反应室。当烟气经过SCR反应室的催化层时，发生选择性催化还原反应。

（1）采用的SCR氮氧化物催化还原装置工艺为中温段布置，催化剂在使用较高温度下，可以在 320-400度范围内正常稳定运行，尿素在该温度区域也能彻底分解，达到最佳使用效果，脱硝效率80%-95%。

（2）中温段布置催化剂适用发动机排气温度250-420度，最佳催化温度320-400度，需要温度超过420度会打开旁通，从旁路排出。以便保护催化剂不被烧坏；SCR系统结构图（如图3所示）。

 

图3  柴油发电机选择性催化还原器SCR工作原理

图4  柴油发电机选择性催化还原器SCR系统结构图

 

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