燃氣內燃機三聯供系統煙氣脫硝技術分析

陳志鋒

(華電分布式能源工程技術有限公司，北京 100160)

燃氣內燃機三聯供系統煙氣脫硝技術分析

陳志鋒

(華電分布式能源工程技術有限公司，北京 100160)

以燃氣內燃機為主體機型的小型冷熱電三聯供發電系統，以高效、節能等技術特點在國內得到越來越多的推廣。燃氣內燃機系統由于機組燃燒結構的限制，導致機組排煙中氮氧化物無法得到有效控制。目前的三聯供系統，內燃機煙氣溫度與脫硝系統常規催化劑適用溫度不匹配，通過對煙氣余熱部分進行系統處理，可實現常規催化劑與三聯供系統的有效結合，達到燃氣內燃機三聯供系統有效、達標脫硝的目的。

燃氣內燃機；氮氧化物；催化劑；脫硝；三聯供

0 引言

燃氣內燃機以天然氣為燃料，通過燃氣燃燒帶動發電機發電，產生高品位電能，穩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)，且內燃機缸套水出水溫度在90 ℃以上，為充分利用內燃機排放的煙氣和缸套水溫度，一般在內燃機后設置煙氣熱水溴化鋰機組，利用高溫煙氣和缸套水的熱量作為溴化鋰機組的熱源，實現夏季制冷和冬季采暖。

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

1 系統工藝概述

選擇性催化還原法(SCR)[3]是目前國內脫硝主流技術，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反應生成無毒、無污染的氮氣和水。反應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。

本文根據現場實際運行經驗，綜合考慮各種脫硝方式，確定采用回收燃氣內燃機余熱與SCR相結合的方式實現低氮排放。燃氣內燃機排煙尾氣溫度一般較高[4]，超出SCR系統常規催化劑的適應溫度范圍，常規方式需要采用高溫催化劑解決內燃機排煙溫度高的影響。本文將三聯供系統燃氣內燃機排放的高溫煙氣與經過余熱溴化鋰機組的低溫煙氣混合，得到適合SCR系統催化劑的反應溫度，使SCR系統與燃氣內燃機三聯供系統結合利用，從而降低內燃機NOx排放質量濃度。

2 系統組成

三聯供+SCR系統如圖1所示，該系統包括燃氣內燃機組1、煙氣熱水溴化鋰機組2、煙囪3、噴氨系統4和發電機5。燃氣內燃機組1與發電機5連接，燃氣內燃機組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內自下至上依次設有整流層10和催化劑層11；噴氨系統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4包括順次連接的液氨罐13、氨泵14、流量控制器15、蒸發器16、噴氨管路17和噴嘴18，噴氨管路17上設有調節閥19，噴嘴18設于煙囪3內，且位于整流層10的下方。旁路煙道9上設有消音器12。

圖1 三聯供+SCR系統

燃氣內燃機組1驅動發電機5發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調節高溫煙氣進入旁路煙道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內混合。混合后，排煙溫度在220 ℃左右，達到SCR系統催化劑工作溫度。混合后的煙氣流經整流層10和催化劑層11，噴氨系統4噴入的氨氣在催化劑的作用下與煙氣中的NOx反應，從而達到脫除煙氣中NOx的目的。

該系統適用于燃氣內燃機發電后排煙溫度高于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，降低設備運行成本。

3 效益分析

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

3.1 排放指標

北京燃氣大樓三聯供系統采用該脫硝系統后相關指標如圖2所示。燃氣內燃機正常煙氣排放中氮氧化物排放指標一般在250～500 mg/m3。實際運行過程中，由于受到運行工況和設備保養狀態的影響，其污染物排放指標會高于設備提供廠家技術手冊承諾的標準，通過對北京燃氣大樓三聯供系統的三次檢測，得到的NOx實際排放質量濃度約為560 mg/m3，遠大于國家規定。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滿足規范要求。

圖2 采用脫硝系統后相關指標分析(mg/m3)

3.2 經濟指標

對于三聯供系統，采用此種脫硝方式與采用高溫催化劑脫硝的經濟比較如圖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SCR系統運行成本在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，導致運行成本相應增加。

圖3 運行數據比較

4 結論

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

[1]固定式內燃機大氣污染物排放標準：DB 11/1056—2013[S].

[2]燃氣分布式供能站設計規范：DL/T 5508—2015[S].

[3]火電廠煙氣脫硝工程技術規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脫硝成本分析與優化[J].中國電力, 2013,46(10):124-128.

(本文責編：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，工學碩士，從事燃氣分布式能源項目設計研究方面的工作(E-mail:czf2004@126.com)。