燃氣內(nèi)燃機三聯(lián)供系統(tǒng)煙氣脫硝技術(shù)分析

陳志鋒

(華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京 100160)

燃氣內(nèi)燃機三聯(lián)供系統(tǒng)煙氣脫硝技術(shù)分析

陳志鋒

(華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京 100160)

以燃氣內(nèi)燃機為主體機型的小型冷熱電三聯(lián)供發(fā)電系統(tǒng)，以高效、節(jié)能等技術(shù)特點在國內(nèi)得到越來越多的推廣。燃氣內(nèi)燃機系統(tǒng)由于機組燃燒結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致機組排煙中氮氧化物無法得到有效控制。目前的三聯(lián)供系統(tǒng)，內(nèi)燃機煙氣溫度與脫硝系統(tǒng)常規(guī)催化劑適用溫度不匹配，通過對煙氣余熱部分進行系統(tǒng)處理，可實現(xiàn)常規(guī)催化劑與三聯(lián)供系統(tǒng)的有效結(jié)合，達到燃氣內(nèi)燃機三聯(lián)供系統(tǒng)有效、達標(biāo)脫硝的目的。

燃氣內(nèi)燃機；氮氧化物；催化劑；脫硝；三聯(lián)供

0 引言

燃氣內(nèi)燃機以天然氣為燃料，通過燃氣燃燒帶動發(fā)電機發(fā)電，產(chǎn)生高品位電能，穩(wěn)定運行后的排煙尾氣溫度一般在400 ℃以上(實際運行溫度在450 ℃以上)，且內(nèi)燃機缸套水出水溫度在90 ℃以上，為充分利用內(nèi)燃機排放的煙氣和缸套水溫度，一般在內(nèi)燃機后設(shè)置煙氣熱水溴化鋰機組，利用高溫?zé)煔夂透滋姿臒崃孔鳛殇寤嚈C組的熱源，實現(xiàn)夏季制冷和冬季采暖。

由于燃氣內(nèi)燃機燃燒采用活塞壓燃方式，機組本身不能實現(xiàn)低氮燃燒，導(dǎo)致排煙尾氣中NOx排放質(zhì)量濃度較高，一般在200 mg/m3以上，遠超大氣污染物排放要求[1]。在大氣污染日益嚴(yán)重的形勢下，降低大氣污染物排放質(zhì)量濃度已迫在眉睫，而NOx排放是大氣污染物排放中的一項重要指標(biāo)，所以，降低內(nèi)燃機NOx排放質(zhì)量濃度也將是以內(nèi)燃機為主的三聯(lián)供系統(tǒng)[2]的一項重要內(nèi)容。

1 系統(tǒng)工藝概述

選擇性催化還原法(SCR)[3]是目前國內(nèi)脫硝主流技術(shù)，其原理是在催化劑的作用下，以NH3為還原劑，在高溫(一般在280～450 ℃)下有選擇性地與煙氣中的NOx反應(yīng)生成無毒、無污染的氮氣和水。反應(yīng)過程中的催化劑目前常采用TiO2和V2O5等金屬化合物的混合物。

本文根據(jù)現(xiàn)場實際運行經(jīng)驗，綜合考慮各種脫硝方式，確定采用回收燃氣內(nèi)燃機余熱與SCR相結(jié)合的方式實現(xiàn)低氮排放。燃氣內(nèi)燃機排煙尾氣溫度一般較高[4]，超出SCR系統(tǒng)常規(guī)催化劑的適應(yīng)溫度范圍，常規(guī)方式需要采用高溫催化劑解決內(nèi)燃機排煙溫度高的影響。本文將三聯(lián)供系統(tǒng)燃氣內(nèi)燃機排放的高溫?zé)煔馀c經(jīng)過余熱溴化鋰機組的低溫?zé)煔饣旌希玫竭m合SCR系統(tǒng)催化劑的反應(yīng)溫度，使SCR系統(tǒng)與燃氣內(nèi)燃機三聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)合利用，從而降低內(nèi)燃機NOx排放質(zhì)量濃度。

2 系統(tǒng)組成

三聯(lián)供+SCR系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)包括燃氣內(nèi)燃機組1、煙氣熱水溴化鋰機組2、煙囪3、噴氨系統(tǒng)4和發(fā)電機5。燃氣內(nèi)燃機組1與發(fā)電機5連接，燃氣內(nèi)燃機組1的主排煙煙道6與煙氣熱水溴化鋰機組2連接，煙氣熱水溴化鋰機組2的排煙煙道7與煙囪3連接；主排煙煙道6上設(shè)有三通閥8，旁路煙道9的一端與三通閥8連接，另一端與排煙煙道7連接，煙囪3內(nèi)自下至上依次設(shè)有整流層10和催化劑層11；噴氨系統(tǒng)4與煙囪3連接，且噴射位置位于整流層10的下方。噴氨系統(tǒng)4包括順次連接的液氨罐13、氨泵14、流量控制器15、蒸發(fā)器16、噴氨管路17和噴嘴18，噴氨管路17上設(shè)有調(diào)節(jié)閥19，噴嘴18設(shè)于煙囪3內(nèi)，且位于整流層10的下方。旁路煙道9上設(shè)有消音器12。

圖1 三聯(lián)供+SCR系統(tǒng)

燃氣內(nèi)燃機組1驅(qū)動發(fā)電機5發(fā)電后排放的煙氣通過主排煙煙道6進入煙氣熱水溴化鋰機組2，并通過三通閥8調(diào)節(jié)高溫?zé)煔膺M入旁路煙道9，通過旁路煙道9與煙氣熱水溴化鋰機組2的排煙在排煙煙道7內(nèi)混合。混合后，排煙溫度在220 ℃左右，達到SCR系統(tǒng)催化劑工作溫度。混合后的煙氣流經(jīng)整流層10和催化劑層11，噴氨系統(tǒng)4噴入的氨氣在催化劑的作用下與煙氣中的NOx反應(yīng)，從而達到脫除煙氣中NOx的目的。

該系統(tǒng)適用于燃氣內(nèi)燃機發(fā)電后排煙溫度高于430 ℃的情況，處理后滿足煙氣NOx排放要求，且能有效防止氨氣逃逸，降低設(shè)備運行成本。

3 效益分析

此種脫硝方式可以解決燃氣內(nèi)燃機三聯(lián)供項目的氮氧化物排放問題，真正實現(xiàn)能源清潔利用。

3.1 排放指標(biāo)

北京燃氣大樓三聯(lián)供系統(tǒng)采用該脫硝系統(tǒng)后相關(guān)指標(biāo)如圖2所示。燃氣內(nèi)燃機正常煙氣排放中氮氧化物排放指標(biāo)一般在250～500 mg/m3。實際運行過程中，由于受到運行工況和設(shè)備保養(yǎng)狀態(tài)的影響，其污染物排放指標(biāo)會高于設(shè)備提供廠家技術(shù)手冊承諾的標(biāo)準(zhǔn)，通過對北京燃氣大樓三聯(lián)供系統(tǒng)的三次檢測，得到的NOx實際排放質(zhì)量濃度約為560 mg/m3，遠大于國家規(guī)定。通過采用此種脫硝方式，脫硝率可達到90%，脫硝后氮氧化物的排放指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

圖2 采用脫硝系統(tǒng)后相關(guān)指標(biāo)分析(mg/m3)

3.2 經(jīng)濟指標(biāo)

對于三聯(lián)供系統(tǒng)，采用此種脫硝方式與采用高溫催化劑脫硝的經(jīng)濟比較如圖3所示。采用高溫催

化劑脫硝和本文脫硝方式其初投資基本一致，差別在于催化劑的消耗：常規(guī)SCR系統(tǒng)運行成本在2 000～4 000元/t，催化劑消耗約占運行費用的30%，攤銷發(fā)電成本0.01～0.02元/(kW·h)[5]；若采用高溫催化劑，由于成本高，導(dǎo)致運行成本相應(yīng)增加。

圖3 運行數(shù)據(jù)比較

4 結(jié)論

以北京燃氣大樓三聯(lián)供系統(tǒng)為例，對燃氣內(nèi)燃機三聯(lián)供系統(tǒng)的脫硝方式進行合理分析和實際測試，從系統(tǒng)可操作性和經(jīng)濟運行方面考慮，本文采用的脫硝方式技術(shù)、經(jīng)濟合理，建設(shè)、運行簡單可行，可為燃氣三聯(lián)供項目脫硝提供很好的方式，是今后發(fā)展的一個方向。

[1]固定式內(nèi)燃機大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：DB 11/1056—2013[S].

[2]燃氣分布式供能站設(shè)計規(guī)范：DL/T 5508—2015[S].

[3]火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性非催化還原法：HJ-563—2010[S].

[4]郭永華.煙氣溫度對SCR脫硝催化劑的影響[J].能源研究與利用,2013(4): 38-40.

[5]杜振,錢徐悅,何勝,等.燃煤電廠煙氣SCR脫硝成本分析與優(yōu)化[J].中國電力, 2013,46(10):124-128.

(本文責(zé)編：白銀雷)

2016-12-01；

2017-01-04

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1674-1951(2017)01-0071-02

陳志鋒(1980—)，男，北京人，工程師，工學(xué)碩士，從事燃氣分布式能源項目設(shè)計研究方面的工作(E-mail:czf2004@126.com)。