沼氣發電機組氮氧化物超標解決方案

2020-08-27 00:00:00

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沼氣的成分

沼氣是多種氣體的混合物，其特性與天然氣相似。沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由50%-80%甲烷（CH4）、20%-40%二氧化碳（CO2）、0%-5%氮氣（N2）、小于1%的氫氣（H2）、小于0.4%的氧氣（O2）與0.1%-3%硫化氫（H2S）等氣體組成。當沼氣在高溫下燃燒時，促使空氣中的氮和氧反應，生成氮氧化物（包括一氧化氮和二氧化氮等），氮氧化物對人的呼吸器官有強烈的刺激作用，其濃度在0.25%以上就能導致死亡。因此沼氣發電機組尾氣中最主要的有害物質之一就是氮氧化物，降低尾氣中氮氧化物的含量就是解決沼氣發電機組排放問題的關鍵。

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SCR脫硝（選擇性催化還原法）反應方程式

目前治理沼氣發電機組尾氣氮氧化物的方法比較成熟的技術是SCR選擇性催化還原技術。選擇性催化還原法（SCR）對沼氣發電機組尾氣中的NOx進行控制，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”。

化學反應方程式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

4NH3+3O2→2N2+6H2O

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2019年綠聯凈化Leelool在上海動力展展示燃氣內燃機尾氣氮氧化物治理設備

綠聯凈化Leelool治理氮氧化物NOx系列產品

針對柴油機尾氣NOx治理的L-DETX系列和燃氣內燃機尾氣NOx治理的L-GETX系列

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11臺2000kW備用柴油發電機組尾氣黑煙及氮氧化物綜合治理【綠聯凈化Leelool項目】

1、柴油機尾氣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）。

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3臺1000kW沼氣發電機組尾氣氮氧化物治理（尾氣脫硝）【綠聯凈化Leelool項目】

2、燃氣內燃發動機尾氣NOx治理 :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。采用天然氣燃料比較容易，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。目前全球范圍內尚沒有很徹底的技術有效解決硅氧烷造成的困擾，Leelool團隊目前的路線是在反應器結構設計上做優化，以備硅氧烷堵塞催化劑后發動機正常工作，同時盡快更換催化劑。隨著研究的逐步深入，我們會及時提供*新的科技成果。

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綠聯凈化Leelool SCR脫硝系統及工作流程示意圖

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綠聯凈化Leelool發電機組尾氣脫硝后處理系統控制界面

本系統根據目標發動機治理需求，在混合管前端通過前NOx傳感器、溫度傳感器采集尾氣參數及功率大小等一并傳輸給PLC控制尿素噴射量。在SCR反應器出口端通過NOx傳感器、溫度傳感器、氨逃逸傳感器（可選）等采集處理后的NOx含量，出口溫度和NH3濃度（通過可選傳感器實現）。在系統液晶控制顯示屏上會實時顯示出對應的數據，不需要單獨采購煙氣分析儀分析處理后煙氣成分。本系統數據可自動同步到云端，通過手機可實時監測實際排放指標。

涂覆了SCR催化劑的脫硝反應器載體

中溫SCR催化劑兼顧了可靠性、處理效率和經濟性，中溫催化劑理想工作溫度在260-400℃，實際工況往往沼氣內燃發動機尾氣排溫都超過這個溫度。理想的方式是經過合理的降溫再進入SCR反應器，但這樣會造成熱損失致使后端余熱鍋爐或者溴化鋰空調裝置能源轉化效率降低，在實際工作場景中往往得不到投資方支持。采用高溫催化劑價格昂貴，同時因為對硫化物等氣體成分敏感而性能不穩定，使用壽命不能保障。到目前為止國內還沒有高溫分子篩催化劑使用壽命超過24000小時的應用案例，極少數國外廠商也不能保證高溫催化劑的使用壽命，如此種種不確定性無疑給商業電站造成不僅投資高昂，而且后期綜合運營成本也高昂并且不可控等。也有一種技術路線是采用前后兩級鍋爐，一級過熱器將廢氣溫度降至380℃再進入SCR反應器進行NOx治理，之后再進入二級鍋爐繼續進行余熱利用。

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SCR選擇性催化還原反應器（脫硝反應設備）

綠聯凈化Leelool團隊通過豐富的實踐得知，對于備用大功率高速柴油發動機的尾氣NOx治理在技術上已經成熟。但在實際運營中由于絕大多數備用柴油發電機組在日常維護時都是空載，排氣溫度不超過200℃，導致SCR系統的催化劑達不到必要的工作溫度而不能有效工作，花巨資設計安裝的后處理系統造成閑置浪費。對于主力運行的柴油機和燃氣內燃機尾氣NOx治理勢在必行。