基于環保理念下的柴油發電機消煙降溫機組設計

摘要：柴油發電機的排放物為高溫煙霧，很容易被識別，這會威脅一些隱蔽工程的隱蔽性。為了減輕柴油機排放的高溫煙霧極易識別的特點，本文設計了柴油發電機的消煙降溫機組，在有限的空間和水資源條件下，本文所設計的機組可以有效消除柴油發電機排出的尾氣中高濃度的有害物質，并且有明顯的降溫效果。

關鍵字：柴油機排除廢氣的處理；柴油機的消煙降溫機組的設計

中圖分類號：X701.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0111-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.052

Abstract： Diesel generator emissions are high temperature smoke， it is easy to be identified， which threatens the concealment of some concealed works. In order to reduce the characteristics of high-temperature smoke emitted by diesel engine， this paper designs the smoke-reducing unit of diesel generator. Under the limited space and water resources， the designed unit can effectively eliminate the high exhaust gas discharged from diesel generator Concentration of harmful substances， and there is a significant cooling effect.

Keywords： Diesel engine exhaust gas treatment； Diesel engine smoke cooling unit design

1 柴油發電機組

1.1 柴油發電機組簡介

柴油發電機是一種體積較小的電能發生設備。柴油機作為發動機，帶動發電機轉動，電動機將動能轉化為電能，完成發電任務。其中，柴油機是以柴油等為燃料的內燃機，通過往復運動的活塞壓縮機身內部的新鮮空氣，對空氣做功，空氣溫度隨之增加，當空氣達到柴油的燃點時，自動噴入柴油燃燒，產生的熱能對發動機做功，將柴油的熱能轉換為動能，帶動發電機產生電能。

顧名思義，柴油機燃料是柴油。柴油燃燒除了會產生大量熱氣之外，還會產生燃燒廢氣，主要包括二氧化硫、氮氧化物等酸性氣體，沒有完全燃燒的柴油還會產生NOX、CO、PM等物質，并且釋放出黑度很高的廢氣。

1.2 柴油發電機發熱分析

柴油機屬于內燃氣，資料表明，其輸出的機械能僅為柴油發熱量的35%左右，也就是說其余的65%的熱量是無法利用的廢熱，主要由以下三部分組成：

（1）柴油機氣缸的冷卻熱；

（2）對流熱、輻射熱1：由柴油機表面與柴油機周圍空氣的溫差導致；

（3）對流熱、輻射熱2：高溫煙氣帶走的廢熱與周圍控制溫差導致的和發電機本身及排煙管道與周圍空氣的溫差導致的。

其中，柴油機氣缸的冷卻熱是人為的冷卻劑導致的，這部分熱量（用Q1表示）約占到柴油機額定功率的百分之八十。

可以通過下文的公式進行計算柴油機的發熱量：

1.3 常用的消煙降溫方式

市場上對于發電機尾氣消煙通常采取的做法是：采用水噴淋方法或者石灰水循環噴淋方法，但是這兩種方法不能完全吸收二氧化硫和碳煙，并會對減輕柴油發電機尾氣的黑度，也對尾氣的刺激性氣味無能為力；而且在發電機運行時，采用水噴淋治理工藝會耗水量巨大，其排放的水還會造成二次污染。

在一些具有隱蔽要求的工程中，經常使用柴油機組內部冷卻，一般采用閉式風冷和閉式水冷兩種方法。

閉式風冷的方法，換熱器內采用空氣和水作為換熱介質，位于柴油機機頭出，其中，設置專用的風扇加快換熱器中的冷卻介質與周圍空氣的熱交換，溫度滿足要求的冷卻介質才可以進行再次利用。空氣-水換熱器排除的空氣溫度較高（一般在50℃），機頭發熱量較大，通過排風管將高溫空氣直接排至室外。如圖1所示。

閉式水冷柴油發電機組中，水冷卻器安裝在柴油機機頭，冷卻介質水冷卻器實現換熱效果將機頭余熱排出。這種方法應當注意冷卻水的來源。如圖2所示。

2 消煙降溫機組的設計

由于客戶要求柴油發電機消煙降溫機組必須能夠去除柴油發電機排放的肉眼可見的煙塵，在工程建造地點的暴露區域內沒有成可見煙霧，且排煙出口處煙氣溫度小于60℃。

本文所設計的柴油發電機消煙降溫機組如圖3所示，它能夠按照要求去除柴油發電機排放的廢氣中有害物質的濃度和廢氣的溫度，具有明顯的消煙降溫效果。該裝置主要由兩個部份組成：一為“冷卻降溫器”，二為“復合式靜電消煙器”。

2.1 冷卻器設計

柴油發電機運行時會產生400℃～500℃的高溫尾氣，因此必須經過冷卻降溫器降溫，否則就會損壞靜電場。采用水冷卻管構成冷卻器的換熱器，選用殼式結構，該結構能將柴油發電機排放的高溫尾氣的溫度降低500℃左右，僅略高于環境溫度，溫度的降低導致延期體積也明顯縮小，體積縮小后的煙氣流速隨之減緩，為后續靜電消煙器做好準備[1]。

2.2 煙氣凈化設計

煙氣凈化系統采用復合式靜電消煙器，靜電消煙的基本原理是在設備中創造高壓電場，在電場中讓柴油發電機廢氣中的微粒帶電，在靜電場力的作用下，極板將主動吸收大量的帶電微粒。

采用多極圓孔針狀結構靜電場和平板式靜電場，以避免煙氣流經電場時的“死角”導致的消煙不徹底。根據多次實驗的數據統計，采用四級圓孔針狀靜電場及二級平板式靜電場能有效去除300kW柴油機組發電所產生的黑氣[2]。蜂窩狀圓孔針狀靜電場的結構如圖4所示，其中，圖（a） 是蜂窩結構的排列，（b）是圓孔針狀電場（電力線）分布情況。

靜電消煙器的工作過程可以劃分為下面五個步驟：（1）氣體電離；（2）粉塵荷電；（3）粉塵驅進；（4）粉塵沉積和（5）粉塵移除。

3 機組功能簡介

3.1 自保功能

柴油機尾氣的溫度很高，必須經過冷卻降溫器降溫，否則就會損壞靜電場。因此，柴油機組啟動前，首先應該啟動機組冷卻降溫器的水源。為了避免操作人員可能出現操作失誤，本消煙降溫機組設計了帶有自動保護的控制系統[3]。自保功能主要包括以下內容：

（1）當手動進水閥未打開，消煙器內的氣溫>70?C時，自動打開進水電磁閥并報警；（2）當消煙器內的氣溫>90?C時，即使手動進水閥已打開，進水電磁閥也將打開，以加大進水量，并報警；（3）具有漏電保護功能。

3.2 停止功能

內燃機組停機后，消煙降溫機組延時三分鐘（可設置）關閉。同時，一分鐘（可設置）后排污閥打開，排污閥打開二分鐘（可設置）后關閉，并且關閉水泵[4]。

3.3 信號與顯示

消煙降溫機組可以進行遠程監控也可以進行本地監控，本機組采用7英寸的彩色液晶觸摸屏，不僅可以監控各項運行數據和操作閥門開關，并可顯示電場、供水的工作情況、出口氣體溫度、出口濕度等運行狀態信息，且具有報警功能。報警和設置界面如圖5所示。

在圖5的報警界面中可顯示出各部分的工作狀況，由于柴油機尾氣與空氣接觸后的濕度很大，電場易引起高壓放電，短促的放電并不影響正常使用，當短路持續時間過長，超過系統設置值，將關閉該路的高壓輸出，幾十秒后再重新恢復，如果短路持續時間仍超過系統設置值，反復數次后，該路電源將被切斷，直至維修[5]。

3.4 本機安裝的現場條件：

①電源：AC220V/50Hz （使用三芯6平方線）；②計算機信號線接口；③ 1.5in的供水管，水壓2.3-3.2kg；④1.5in的排水管；⑤提供符合本機要求的蓄水池容積；⑥本機安裝的場地要留給電氣箱門及凈化柜門打開所需要的足夠空間。

4 供水方案

在柴油機組啟動前首先需要開啟冷卻降溫器的冷水源，與本裝置相連的水管為1.5in管，水壓為2.3 ～ 3.2kg。參考相關的供水情況，可選擇以下兩種種不同的供水方案：

（1）在水源充分的地區，采用直排式供水方案，即把水源直接接入本裝置，使用后直接排放。

（2）在水源缺少的地區，可采用循環用水方案，即在靠近本裝置的地方挖一個蓄水池（容積55m3、水深1.5m），將本裝置的進水與出水口分別與蓄水池相接，選擇適當的增壓泵將蓄水池內的水送入本裝置，使用后直接排入蓄水池。蓄水池的容積根據不同功率的柴油發電機排煙量進行選配：

因柴油尾氣成份復雜，整套設備均采用304不銹鋼材質，防銹耐腐蝕。

5 結論

在安裝本所所設計的消煙降溫機組的柴油發電機組的正常工作下，降溫效果顯著，達到設計要求；本文所設計的消煙降溫機組與傳統的噴淋消煙降溫室相比，具有明顯優勢，主要表現在以下幾個方面：

（1）操作簡單便捷；（2）單臺消煙降溫機組的占用空間小；（3）沒有噴淋用水泵等大耗電量設備，更加節能；（4）使用時間長，使用效果顯著；（5）在使用中能夠有效防止操作人員的誤操作。

綜上，本文所設計的消煙降溫機組具有很好的推廣價值。

參考文獻

[1]潘芝桂，邵毅明，吳岳偉.柴油機排放控制技術研究現狀與發展趨勢[J]，內燃機.2010.

[2]黃文偉，孟凡生.柴油發動機尾氣后處理技術的發展[J].內燃機.2010.

[3]郭鵬，耿世彬，韓旭等.兩種煙度計在柴油機排氣凈化裝置檢測中的應用研究[J]，內燃機.2008.

[4]蔡進民，賀正岷，戚毅男.柴油電站設計手冊[M].北京：中國電力出版社，1997.

[5]GB50038- 2005 人民防空地下室設計規范[S]，2005.

作者簡介：陳建偉（1987 -），男，上海總工助理，本科，研究方向為環保設備。