燃气内燃机三联供系统烟气脱硝技术分析

陈志锋

(华电分布式能源工程技术有限公司，北京 100160)

燃气内燃机三联供系统烟气脱硝技术分析

陈志锋

(华电分布式能源工程技术有限公司，北京 100160)

以燃气内燃机为主体机型的小型冷热电三联供发电系统，以高效、节能等技术特点在国内得到越来越多的推广。燃气内燃机系统由于机组燃烧结构的限制，导致机组排烟中氮氧化物无法得到有效控制。目前的三联供系统，内燃机烟气温度与脱硝系统常规催化剂适用温度不匹配，通过对烟气余热部分进行系统处理，可实现常规催化剂与三联供系统的有效结合，达到燃气内燃机三联供系统有效、达标脱硝的目的。

燃气内燃机；氮氧化物；催化剂；脱硝；三联供

0 引言

燃气内燃机以天然气为燃料，通过燃气燃烧带动发电机发电，产生高品位电能，稳定运行后的排烟尾气温度一般在400 ℃以上(实际运行温度在450 ℃以上)，且内燃机缸套水出水温度在90 ℃以上，为充分利用内燃机排放的烟气和缸套水温度，一般在内燃机后设置烟气热水溴化锂机组，利用高温烟气和缸套水的热量作为溴化锂机组的热源，实现夏季制冷和冬季采暖。

由于燃气内燃机燃烧采用活塞压燃方式，机组本身不能实现低氮燃烧，导致排烟尾气中NOx排放质量浓度较高，一般在200 mg/m3以上，远超大气污染物排放要求[1]。在大气污染日益严重的形势下，降低大气污染物排放质量浓度已迫在眉睫，而NOx排放是大气污染物排放中的一项重要指标，所以，降低内燃机NOx排放质量浓度也将是以内燃机为主的三联供系统[2]的一项重要内容。

1 系统工艺概述

选择性催化还原法(SCR)[3]是目前国内脱硝主流技术，其原理是在催化剂的作用下，以NH3为还原剂，在高温(一般在280～450 ℃)下有选择性地与烟气中的NOx反应生成无毒、无污染的氮气和水。反应过程中的催化剂目前常采用TiO2和V2O5等金属化合物的混合物。

本文根据现场实际运行经验，综合考虑各种脱硝方式，确定采用回收燃气内燃机余热与SCR相结合的方式实现低氮排放。燃气内燃机排烟尾气温度一般较高[4]，超出SCR系统常规催化剂的适应温度范围，常规方式需要采用高温催化剂解决内燃机排烟温度高的影响。本文将三联供系统燃气内燃机排放的高温烟气与经过余热溴化锂机组的低温烟气混合，得到适合SCR系统催化剂的反应温度，使SCR系统与燃气内燃机三联供系统结合利用，从而降低内燃机NOx排放质量浓度。

2 系统组成

三联供+SCR系统如图1所示，该系统包括燃气内燃机组1、烟气热水溴化锂机组2、烟囱3、喷氨系统4和发电机5。燃气内燃机组1与发电机5连接，燃气内燃机组1的主排烟烟道6与烟气热水溴化锂机组2连接，烟气热水溴化锂机组2的排烟烟道7与烟囱3连接；主排烟烟道6上设有三通阀8，旁路烟道9的一端与三通阀8连接，另一端与排烟烟道7连接，烟囱3内自下至上依次设有整流层10和催化剂层11；喷氨系统4与烟囱3连接，且喷射位置位于整流层10的下方。喷氨系统4包括顺次连接的液氨罐13、氨泵14、流量控制器15、蒸发器16、喷氨管路17和喷嘴18，喷氨管路17上设有调节阀19，喷嘴18设于烟囱3内，且位于整流层10的下方。旁路烟道9上设有消音器12。

图1 三联供+SCR系统

燃气内燃机组1驱动发电机5发电后排放的烟气通过主排烟烟道6进入烟气热水溴化锂机组2，并通过三通阀8调节高温烟气进入旁路烟道9，通过旁路烟道9与烟气热水溴化锂机组2的排烟在排烟烟道7内混合。混合后，排烟温度在220 ℃左右，达到SCR系统催化剂工作温度。混合后的烟气流经整流层10和催化剂层11，喷氨系统4喷入的氨气在催化剂的作用下与烟气中的NOx反应，从而达到脱除烟气中NOx的目的。

该系统适用于燃气内燃机发电后排烟温度高于430 ℃的情况，处理后满足烟气NOx排放要求，且能有效防止氨气逃逸，降低设备运行成本。

3 效益分析

此种脱硝方式可以解决燃气内燃机三联供项目的氮氧化物排放问题，真正实现能源清洁利用。

3.1 排放指标

北京燃气大楼三联供系统采用该脱硝系统后相关指标如图2所示。燃气内燃机正常烟气排放中氮氧化物排放指标一般在250～500 mg/m3。实际运行过程中，由于受到运行工况和设备保养状态的影响，其污染物排放指标会高于设备提供厂家技术手册承诺的标准，通过对北京燃气大楼三联供系统的三次检测，得到的NOx实际排放质量浓度约为560 mg/m3，远大于国家规定。通过采用此种脱硝方式，脱硝率可达到90%，脱硝后氮氧化物的排放指标满足规范要求。

图2 采用脱硝系统后相关指标分析(mg/m3)

3.2 经济指标

对于三联供系统，采用此种脱硝方式与采用高温催化剂脱硝的经济比较如图3所示。采用高温催

化剂脱硝和本文脱硝方式其初投资基本一致，差别在于催化剂的消耗：常规SCR系统运行成本在2 000～4 000元/t，催化剂消耗约占运行费用的30%，摊销发电成本0.01～0.02元/(kW·h)[5]；若采用高温催化剂，由于成本高，导致运行成本相应增加。

图3 运行数据比较

4 结论

以北京燃气大楼三联供系统为例，对燃气内燃机三联供系统的脱硝方式进行合理分析和实际测试，从系统可操作性和经济运行方面考虑，本文采用的脱硝方式技术、经济合理，建设、运行简单可行，可为燃气三联供项目脱硝提供很好的方式，是今后发展的一个方向。

[1]固定式内燃机大气污染物排放标准：DB 11/1056—2013[S].

[2]燃气分布式供能站设计规范：DL/T 5508—2015[S].

[3]火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法：HJ-563—2010[S].

[4]郭永华.烟气温度对SCR脱硝催化剂的影响[J].能源研究与利用,2013(4): 38-40.

[5]杜振,钱徐悦,何胜,等.燃煤电厂烟气SCR脱硝成本分析与优化[J].中国电力, 2013,46(10):124-128.

(本文责编：白银雷)

2016-12-01；

2017-01-04

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1674-1951(2017)01-0071-02

陈志锋(1980—)，男，北京人，工程师，工学硕士，从事燃气分布式能源项目设计研究方面的工作(E-mail:czf2004@126.com)。