牧場沼氣發電機組SCR氮氧化物治理

關鍵詞：沼氣發電機組,氮氧化物治理,應急電源,脫銷

一、畜禽糞便資源循環使用

畜禽糞便是畜禽排泄物的總稱， 是糧食、農作物、秸稈和牧草等形態生物質的轉化形式，主要包括畜禽排出的糞便、尿及其與雜草和沖洗廢污水的混合物。將糞便放在厭氧發酵池中, 培養細菌, 再靠這些細菌把糞便中的碳水化合物轉化為以甲烷和一氧化碳為主要成分的沼氣最后把沼氣導入發電設備中燃燒發電。這個過程通常需要 20~30 天, 經過處理的糞便殘渣基本沒有臭味, 能作為有機肥料使用, 這種生物能發電的方法不但能減少用電成本, 而且能徹底利用可能引發溫室效應的甲烷氣體, 另外, 它還能根除未經處理的糞便中滋生的大量病菌和令人討厭的臭味。

二、畜禽養殖業糞污的資源化利用技術

利用糞污資源，提升處理價值，研發糞污資源化利用技術，主要將畜禽糞便轉化為沼氣以及化肥。1、糞污處理轉化生產沼氣通過沼氣制造技術，將畜禽糞污置于一定的溫濕度、酸堿度與碳氮條件作用下，畜禽糞便厭氧發酵，產生甲烷等可燃氣體。產生的沼氣主要應用于當地的養殖場農業用電，剩余的沼液、沼渣可用于農田施肥，基本實現了對于畜禽糞便的全面綜合有效利用。在標準化養殖場，則要優先切斷污染源，在避免二次污染的前提條件下進行糞便處理與沼氣制作，它的資源化利用技術流程如下：污水攪拌稀釋—自然沉淀—清理大顆粒雜質—厭氧發酵處理—氣水分離—脫硫塔處理—貯氣增壓—發電機房沼氣利用。2、糞污處理轉化生產有機肥目前通過糞污處理轉化生產有機肥是一大資源化有效利用技術，主要處理大型規?；B豬場、養牛場的豬糞牛糞。因為這些糞便水分較多，所以要采用固液分離干清糞的技術工藝來進行處理，即基于“固液分離+二級厭氧+好氧處理的”綜合化污水處理設計。首先，廢水產生以后要通過細格柵井來除掉廢水中存在的漂浮物，避免漂浮物堵塞水泵以及曝氣裝置。隨后采用離心排污泵對糞污進行固液分離，去除糞便殘渣。固液分離后要將廢水排入到調節池中，通過調節池配合AE厭氧罐對糞便進行厭氧發酵，并將沉積的污泥部分利用斜板沉淀池來實施最后轉化。將轉化后的糞便廢水送往第二調節池，利用UASB反應器來實施糞污三相分離，制作沼氣。將原料充分攪拌后進行快速發酵，利用厭氧反應器（保證有機負荷在3kg?COD/m3?d），再配合好氧池進行沼氣轉化和脫水處理，最后將糞便與沉淀池脫水污泥轉化為有機肥。

三、SCR脫硝技術治理沼氣發電機組尾氣氮氧化物超標

選擇性催化還原法（SCR脫硝技術）對柴油機或燃氣機尾氣中的氮氧化物NOx進行治理，利用NH3或尿素（通常采用質量比為32.5%的尿素水溶液）作為還原性物質，在O2濃度高出 NOx濃度兩個數量級以上的條件下，在一定的溫度和催化劑作用下，利用NH3將NOx還原為N2和H2O，由于NH3高選擇性地優先還原NOx，而不先與O2反應，故稱之為“選擇性催化還原”。對于多余的NH3在SCR載體末端涂覆一定比例的氨逃逸催化劑（ASC），確保NH3與O2反應生成N2和H2O，避免NH3泄漏造成二次污染。

綠聯凈化Leelool氮氧化物治理系統（SCR脫硝系統）工作流程圖

綠聯凈化Leelool技術團隊通過與眾多全球知名發動機匹配實踐，高精度傳感器、設計的電氣系統與全球電氣元件匹配，實施精準協作，確保SCR和ASC系統中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴苛的排放標準。NOx治理效率95%以上。采用車用尿素泵噴射確保尿素溶液消耗量控制在較低水平。控制系統內置云端通信系統，實時提供治理后污染物排放指標；也可接入電站的DCS系統。綠聯凈化數據庫收集有全球主流大馬力發動機原始排放數據，同時，為顏巴赫Jenbacher、曼海姆MWM、卡特CAT、mtu、康明斯Cummins、鉑金斯Perkins、三菱MITSUBISHI、沃爾沃VOLVO、科克GOOGOL等知名發動機累計提供過數十臺1MW以上不同燃料、不同應用場景發動機尾氣中的PM、CO和NOx等污染物治理成功經驗。

關鍵詞：沼氣發電機組,氮氧化物治理,應急電源,脫銷

柴油機尾氣污染物催化凈化原理、方法和技術的研究是當今世界環境催化領域的熱門和難點課題之一。隨著環保法規的日趨嚴格，柴油機尾氣污染物對環境的污染和對人體健康的危害越來越受到人們的重視。目前柴油機尾氣排放后處理關鍵技術主要有以下7種：（1）氧化催化轉化器（OCC），主要用于氧化除去可溶有機成分（SOF）和烴類；（2）微粒捕集器（DPF）及其再生技術，用于過濾去除碳煙等顆粒狀物質；（3）氮氧化物凈化技術，主要有選擇催化還原（SCR）和氮氧化物貯存還原（NSR）兩種方法；（4）PM，HC，CO和NOx同時凈化的四效催化技術，這些后處理技術分別針對某一種或幾種污染物的催化處理技術，是解決柴油機尾氣排放污染問題的重要手段之一。

綠聯凈化Leelool對于柴油發電機組尾氣NOx治理

對于柴油機尾氣中NOx治理，Leelool設計團隊依據多年實踐經驗，發現部分柴油發動機開機之初排煙管會有噴油現象，柴油會覆蓋在DOC或者SCR上會減弱催化劑的作用。為此，特別研發了油氣分離器，盡可能的將燃油與廢氣分離開，確保催化劑有效工作性能。Leelool系統總體功能包括同時去除NOx、NH3、CO、顆粒物（PM）。

發電機組尾氣氮氧化物治理設備的工作原理

降低柴油/燃氣發電機尾氣氮氧化物的排放，已經成為全球化的問題。選擇性催化還原法（SCR）針對柴油/燃氣機尾氣中的氮氧化物NOx，利用NH3或尿素（通常采用質量比為32.5%的尿素水溶液）作為還原性物質，在O2濃度高出 NOx濃度兩個數量級以上的條件下，在一定的溫度和催化劑作用下，利用NH3將NOx還原為N2和H2O，由于NH3高選擇性地優先還原NOx，而不先與O2反應，故稱之為“選擇性催化還原”。對于多余的NH3，在SCR載體末端涂覆一定比例的氨逃逸催化劑（ASC），確保NH3與O2反應生成N2和H2O，避免NH3泄漏造成二次污染。

發電機組尾氣氮氧化物治理設備的組成

對于燃氣內燃發動機尾氣中NOx治理，不同燃料治理路徑不同，費用和使用壽命也不相同。采用天然氣燃料相對簡單，若是煤層氣、石油伴生氣等石化氣要考慮燃料脫硫；對于垃圾填埋氣、有機污水處理廠產生的沼氣等燃料，除了加裝脫硫裝置外，還要考慮燃料混合氣體在高溫條件下產生的硅氧烷附著在SCR催化劑表面，從而使催化劑失效導致整個SCR系統失效。常見的柴油/燃氣機尾氣SCR脫硝系統主要由混合管、控制系統、SCR反應器、儲氣罐、空壓機、噴射系統，尿素罐組成，根據發動機排溫情況，可選擇加裝散熱器或加熱器，已確保進入SCR脫硝系統的尾氣溫度在SCR催化劑的活性溫度區間，從而有效處理大馬力柴油/燃氣發動機尾氣中的氮氧化物NOx。

綠聯凈化Leelool技術團隊通過與眾多全球知名發動機匹配實踐，高精度傳感器、獨家設計的電氣系統與全球頂級電氣元件匹配，實施精準協作，確保SCR和ASC系統中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴苛的排放標準。NOx治理效率95%以上。采用車用尿素泵噴射確保尿素溶液消耗量控制在較低水平。控制系統內置云端通信系統，實時提供治理后污染物排放指標；也可接入電站的DCS系統。

1、催化劑選型：根據發動機排溫和項目要求靈活進行催化劑選型，發動機尾氣排溫與催化劑選型有極大關系。 不同排溫與催化劑選型情況不同。柴油機或者燃氣內燃機滿載工作時渦輪后排氣溫度一般在350℃至500℃（個別國產燃氣內燃機排溫會600℃上下）范圍內。260-420℃滿足中溫催化反應所需的溫度條件，若渦后排溫高于450℃，有三種選擇：

（1）不需要余熱利用的情形，直接采用散熱器將溫度降至400℃左右進入SCR系統；

（2）如果需要對尾氣進行余熱利用，就要考慮分子篩高溫催化劑，抗硫性較弱，SCR催化劑造價也會大幅上升；

（3）仍然使用中溫催化劑，采用前后兩級鍋爐的方式，一級鍋爐換熱后排氣溫度在400℃左右進入SCR反應器，之后再進入二級鍋爐進行余熱利用。

2、精準控制：通過與眾多全球知名發動機匹配實踐，高精度傳感器、獨家設計的電氣系統與全球頂級電氣元件匹配，實施精準協作，確保SCR和ASC系統中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴苛的排放標準。NOx治理效率96%以上。采用車用尿素泵噴射確保尿素溶液消耗量控制在較低水平。控制系統內置云端通信系統，實時提供治理后污染物排放指標；也可接入電站的DCS系統；

3、定制開發：Leelool數據庫收集有全球主流大馬力發動機原始排放數據，同時，為Jenbacher、MWM、CAT、mtu、Cummins、Perkins、MITSUBISHI、VOLVO、GOOGOL等知名發動機累計提供過數十臺1MW以上不同燃料、不同應用場景發動機尾氣中的PM、CO和NOx等污染物治理成功經驗。

以有機廢水產生的沼氣燃料為例。以下是綠聯凈化Leelool團隊設計、制造、安裝、調試、服務的的一個7臺套1.17MW進口知名品牌發動機研制生產的沼氣發電機組項目運行超過10000余小時的經驗教訓總結而來。

目前以沼氣等為主要燃料的內燃發電站基本由企業出資承建，運行時需要一定的經濟收益確保項目投入產出符合預期。而在實際的SCR系統選型招標采購時，由于這個產業剛剛興起，全球范圍內優質的供應商極少，注重品質的采購單位往往以進口燃氣發動機性能優良為評價標準而順延選擇進口的SCR系統供應商。具體甄選時，需注意以下三個方面：

（1）國內領先的SCR系統供應商與國外相當。根據近兩年的浸泡式深入研究后，需要特別提醒的是，在燃氣內燃機脫硝領域國內與國外除開高溫催化劑領域有差距之外，系統開發上幾乎處于同等水平，主要技術來自于汽車SCR技術與火電廠脫硝技術的融合并基于燃氣內燃發動機特性進行創新，已經取得了突破性成績并做了很好的商業應用。目前國內領先的大功率內燃機SCR系統供應商如同互聯網產業一樣國內外難分伯仲；

（2）國內外廠商在全程服務上有差異。SCR系統不同于燃氣內燃發電機組，并非標準產品。每一個項目需要根據目標發動機排溫、燃氣成分、工作環境、治理目標、以及實際工作場景等等進行個性化定制方案，在這個總市場需求并不大的領域要求國外供應商提供及時快捷的售前服務目前還沒有出現。極少數國外代理商只停留在賣產品的層面，不是不想提供服務，而是沒有合適的人力資源和足夠收益支撐。

（3）定制開發和運行成本上的差異。SCR系統的經濟性由目標燃氣氣體成分和尾氣溫度、催化劑性能和價格、反應器封裝結構和材料工藝、混合管設計制造合理性、控制噴射系統精確度、反應流場是否合理科學、前期項目方案定制開發和后期長遠應急服務等等核心要素組成，國內外同時具備這些要素于一身的供應商少之又少。行業發展之初，劣幣驅除良幣。內燃機SCR系統屬于新生事物，設計方、招標方、投資方、監理方、使用方等相關板塊都缺乏專業選型考核標準，一部分投資方存在應付驗收的驗收后期擱置不用的僥幸心理，從而在實際采購過程中并不容易甄選到綜合能力均衡的供應商。一個重要表現是，供應商抓住采購方既要達標又要低價的心理，低價中標并盲目承諾系統處理指標排放達標，而在項目實施過程中排放不達標無法驗收，造成整個項目不能獲得合法運行批文而損失巨大的心理脅迫采購單位加價的情形屢次出現。還有一種情況是，即使暫時排放達標，但是由于催化劑的使用壽命短和整套系統設計欠合理，控制系統不夠精準，催化劑更換費用和尿素消耗量巨大，造成經濟性大大下降，同時氨排放也超標，造成了新的污染。

根據綠聯凈化全程提供解決方案的這個累計運行超過1萬小時項目測算，尿素消耗不超過0.006元/kWh，經濟性達到客戶設計預期。不足的地方在于由于本項目NOx治理系統中尿素噴射量不大，采用車用尿素噴射泵，使用壽命在1-1.2萬小時左右，加上尿素溶液品質待加強，尿素泵選型有待進一步驗證。