前  言

內(nèi)燃機的使用歷史悠久，它具有熱能利用率高，功率范圍廣，結構緊湊，啟動快等特點，是目前使用率最高的熱機。通過上百年的技術革新，使得內(nèi)燃機作為動力機械的心臟應用于各個領域，其中與交流發(fā)電機匹配加上控制系統(tǒng)生產(chǎn)成各式發(fā)電機組，成為重要的電力供給和應急電源補充。在電力能源較為充足的地方，作為應急用電柴油發(fā)電機組是兼具可靠、經(jīng)濟、便捷特性的重要供電設施。但隨之而來的內(nèi)燃機尾氣治理，卻常被人們所忽視。全球變暖，大氣污染，霧霾的反復出現(xiàn)，也促使我們開始思考中國目前內(nèi)燃機為動力主力或者應急備用電源尾氣后處理的現(xiàn)狀和發(fā)展方向。

 

 

一

 

應用領域的分類

內(nèi)燃機應急備用電源，即應急發(fā)電機組，

從發(fā)電機組使用的燃料上主要分為：柴油，汽油，燃氣三種；

從發(fā)電機組使用的工況上分為：常用機組，應急備用；

從發(fā)電機組使用的場景上分為：各種建筑，醫(yī)院，學校，數(shù)據(jù)中心，機場，高鐵站，隧道，廠房，工礦油田，野外施工，熱電冷聯(lián)供，船舶，黑啟動，電源車等

市場上較為倡導的環(huán)保燃氣機組，從氣源上又分為：天然氣，沼氣，煤層氣等。

 

二

 

發(fā)電機組主要市場分布

當前發(fā)電機組使用在各行各業(yè)，相對來說較為分散。

陸用方面，主要是指那些適用于陸地環(huán)境的柴油發(fā)電機組設備，隨著國家電網(wǎng)的日益健全，曾經(jīng)的主力擔當不間斷使用發(fā)電機組已經(jīng)退居二線，逐漸成為對市電檢修或者故障時一種補充。各種樓宇建筑的備用發(fā)電機組保障電梯和消防，工業(yè)廠房的發(fā)電機組保障生產(chǎn)過程的不斷電，還有前述“一”中談到各種應用場景，特別需要提出的是近年云計算、大數(shù)據(jù)的急劇發(fā)展引發(fā)數(shù)據(jù)中心的建設浪潮，數(shù)據(jù)中心是能源消耗大戶，應急備用發(fā)電機組呈現(xiàn)臺數(shù)多，單機功率超過1600kW居多，10.5kV高壓輸出等特點。一線城市的機場改擴建對應急發(fā)電機組需求方面也呈現(xiàn)功率大臺數(shù)多高壓輸出等特點，也是一個功率范圍在約在4kW-2.4MW；

船用方面，推進動力用的發(fā)動機，船用電力包括常用船用柴油發(fā)電機組、應急船用柴油發(fā)電機組。

電源車，使用在工況和不具備市電的場景下，電源車采用非電啟動及空氣為冷卻介質(zhì)的發(fā)動機，不但免除了蓄電池及風扇水箱的維護以及加注冷卻液的煩惱，而且能在極高、低溫和沙塵等惡劣的環(huán)境下工作。

主力運行方面，島礁、石油鉆進平臺和野外采礦施工方面，這些場景都是柴油發(fā)電機組作為主要電源供給來主力運行。 

 

三

 

排放法規(guī)關注什么？

 

目前國V柴油含量10ppm以下，柴油機尾氣中的SOx可以不用考慮，尾氣治理主要從C顆粒物；CO；HC；NOx四類污染物入手，針對性采取三種不同手段進行治理，并確保發(fā)動機安全工作，不產(chǎn)生二次污染。

其中，去除CO；HC；NOx采用貴金屬催化劑在一定溫度下促使有害氣體進行適當?shù)幕瘜W反應，汽車行業(yè)稱為三元催化。

PM碳顆粒物采用DPF物理過濾的方式去除，被動再生去除積碳時涉及催化氧化反應。

 

 

四

 

應急電源尾氣治理現(xiàn)狀

1、水噴淋箱和老機房改造：水噴淋箱作為傳統(tǒng)柴油發(fā)電機組機房安裝的標配，主要去除發(fā)動機尾氣中部分顆粒物，存在生銹腐蝕、能耗大、效率低、形成嚴重二次污染、安全隱患大等問題。伴隨著國家大氣污染排放政策日益嚴格和人們環(huán)保意識的上升，各地紛紛開始將水噴淋改造為更加徹底且無二次污染的干式顆粒捕集器；

2、排放要求促使柴油機排放升級：過去三十年，國內(nèi)市場所累積下來的柴油發(fā)電機組保有量驚人，面對國家在2016年4月1日正式廢止《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量辦法（中國I，II階段）》，國內(nèi)新一輪的排放升級拉開帷幕，傳統(tǒng)的去黑煙已經(jīng)不能滿足中國第III和將要執(zhí)行的第IV 和V階段排放法規(guī)要求，需要分別對發(fā)動機尾氣中的PM ,CO ,HC ,NOx等進行單獨或者綜合治理。

3、脫硝：燃氣發(fā)電機組尾氣中的NOx處理。新興的分布式能源燃氣電站和煤層氣、生物質(zhì)沼氣等燃氣發(fā)電機組在工作過程中產(chǎn)生的氮氧化合物NOx通常≥500mg/m³，現(xiàn)行的國家排放標準要求是在≤120mg/m³，這使得每臺燃氣機組都必須加裝脫銷后處理裝置。

 

五

 

燃油對后處理的影響

國三標準柴油硫含量350ppm以下，國四標準柴油硫含量50ppm以下，國五標準柴油含硫量是10ppm，但有些地方柴油含硫量仍然高于2000ppm。我國已經(jīng)于2017年1月1日起強制執(zhí)行柴油國五標準。

強調(diào)柴油油品的主要原因是，含硫量高的燃油燃燒產(chǎn)生的SOx，發(fā)動機尾氣處理裝置表面涂覆的貴金屬催化劑對SOx極其敏感，如SOx超標，將導致催化劑中毒，嚴重影響催化劑的工作效果，同時大大縮短催化劑使用壽命。

在排放要求嚴格的地區(qū)，要求對發(fā)動機尾氣進行治理，建議柴油發(fā)電機組使用國四以上柴油。

 

 

六

 

后處理的技術特點

1、DPF再生：DPF（Diesel Particulate Filter ）柴油機尾氣顆粒物捕集器，DPF的再生是指積累碳顆粒可以清除，重復使用。DPF再生包括主動再生和被動再生兩種技術：傳統(tǒng)的主動再生技術包括噴射燃油助燃再生，電加熱再生，微波加熱再生，紅外加熱再生，反吹再生等幾種方式；被動再生技術包括合金金屬DPF可以用水洗方式；與DOC搭配，貴金屬涂層cDPF（貴金屬涂層利用排氣高溫和尾氣中的碳顆粒，CH，CO等反應生成無害的CO2和水）；

在DPF涂覆特殊配方的貴金屬催化劑，在合適的溫度情況下，DOC單元產(chǎn)生的NO2與DPF中的C產(chǎn)生化學反應

2、高硫對催化劑的影響：如上述五里提到的，尾氣硫含量過高，將對催化劑的工作產(chǎn)生極大的影響，需要保證柴油品質(zhì)或者提前脫硫；

3、低溫狀況下的再生：首先，柴油機排氣產(chǎn)生的黑煙，即PM碳顆粒物，再次燃點是600℃，備用發(fā)電機組是沒有辦法達到該溫度的，這時候可以采取兩種方法，一種是電加熱，將溫度升高到PM碳顆粒再次的起燃點，一種是DOC+cDPF，利用貴金屬催化劑，降低碳顆粒物CO，HC等物質(zhì)的反應溫度，達到350℃即可。其次，NOx處理也需要溫度，排氣溫度在200℃時催化劑起活，在250-400℃區(qū)間時效果最佳。溫度對尾氣治理能夠達到的效果至關重要。

 

 

七

 

市場上的主流解決方案

1、陶瓷DPF：通常采用壁流式堇青石蜂窩陶瓷載體，純粹的物理過濾，陶瓷DPF體積至少是發(fā)動機排氣量的2-2.5倍，否則啟動背壓過大將導致發(fā)動機功率虧損，同時對發(fā)動機造成損傷，且陶瓷DPF在被PM碳顆粒物堵塞后清理較為麻煩；

2、DOC+DPF：DOC作用是在排氣溫度超過250℃后，在催化劑作用下與廢氣中PM，HC和CO等有害氣體發(fā)生氧化反應，同時有些廠家會在DPF表面涂覆貴金屬催化劑，這些都需要發(fā)電機組具有較高的排氣溫度。

 

 

八

 

綠谷優(yōu)于市場同類產(chǎn)品的尾氣治理七大方案

綠谷凈化整合國內(nèi)發(fā)動機和發(fā)電機組及歐美國家發(fā)動機排放研究相關領域的優(yōu)質(zhì)技術和市場資源，核心技術催化劑團隊從事發(fā)動機后處理研究超過二十余年，針對當前國內(nèi)外主力和應急發(fā)電機組尾氣治理提出了七大方案。