非道路柴油发电机组尾气净化装置

非道路柴油发电机组尾气净化装置

苑广涛

中石化中原石油工程有限公司钻井二公司 河南 濮阳 457001

摘 要：为深入贯彻落实《河南省重型柴油车、非道路移动机械排气污染物深度治理指导意见》[豫环办 (2019)126号]和《濮阳市高污染重型柴油车、非道路移动机械集中整治行动方案》[濮环攻坚办（2019）166号]的要求，根据中原工程公司的会议要求加强控制柴油机颗粒物和氮氧化物的排放要求，急需研制一套钻井用柴油机尾气治理装置。

关键词：非道路 钻井 柴油机 尾气治理装置装置

1、引言

根据要求目前钻井现场所使用的柴油机主要有济柴190型1100KW柴油机和沃尔沃1641型400KW柴油机，目前常用的尾气治理为DPF方式。DPF的英文全称“Diesel Particulate Filter”，直译过来就是“柴油颗粒捕集器”，也叫柴油机颗粒捕捉再生器。是一个能降低排气中颗粒物（PM）排放污染物的装置。捕集器在工作过程中，微粒会积存在过滤器内，当达到一定值时，就会导致发动机动力性和经济性等性能下降，必须及时除去沉积的微粒，以保证DPF继续正常工作，这就是所说的DPF再生。

DPF一般采用壁流式过滤器，依靠交替封堵载体孔进出口，强迫气流通过多孔壁而实现颗粒的捕捉。前级DOC催化器氧化与柴油机缸内燃烧产生的NO生成NO2。进入DPF后，NO2分子键在较低温度（250℃左右）即可断裂，产生的氧气与被捕捉的C颗粒燃烧行成CO2。柴油机大部分的工况都能满足DPF中的再生温度（250℃~500℃）因此可以有效的去除PM。

2、目前DPF再生方式有以下4种：

2.1 再生方式一（主动再生）：

通过压差传感器监控排气背压，当背压上升到一定数值后；ECU控制专用喷嘴往排气管理喷射柴油，在排气管中形成燃烧火焰使DPF内部温度上升到600℃~620℃，将捕捉到的颗粒物燃烧成CO2排出去。

2．2 再生方式二（主动再生）：

ECU控制发动机喷油器在燃烧后期进行再生喷油，喷出的柴油通过发动机排气行程排到排气管，并在排气管内燃烧使排气温度升高、使DPF内部温度上升到600℃~620℃将捕捉到的颗粒物燃烧成CO2排出去。

2．3 再生方式三（主动再生）：

在颗粒捕捉器采用电加热方法形成高温，将捕捉到的颗粒燃烧成CO2排出去。

2．4 再生方式四（被动再生）：

采用在燃油里加添加剂，降低颗粒燃烧的温度、使捕捉到的颗粒在较低的温度下即可燃烧成CO2排出去。

DPF使用要求：

必须添加满足国V排放法规的低硫柴油（硫含量小于10ppm）以防后处理器中毒堵塞；同时为延长后处理器清灰里程；推荐使用CJ-4级及以上级别的机油。润滑油的灰分对DPF会造成较大影响，如果润滑油的灰分大会较容易造成DPF堵塞。

由于DPF处理装置对油品使用要求较高且容易堵塞，不便于现场操作和使用，如果采用静电吸附E-DPF方式优势与其它过滤式DPF产品对比具有较大优势：

静电吸附E-DPF与传统DPF的技术对表

3、根据钻井现场实际，结合设备具体情况，制定技术方案。

该技术方案不仅要满足河南省环保厅和濮阳市生态环境局的排放标准要求，还要依据《中华人民共和国石油天然气行业标准SY5974-2014》执行，遵循钻井井场、设备、作业安全技术规程，具体要求如下：

3.1 总体要求

3.1．1 设备设计、制造依据及原则。遵循“性能先进、工作可靠、操作简单、运行经济、满足HSE和国家法律法规相关要求”的原则。

3.1．2 污染物控制装置主要用于设备的尾气治理，加装后设备的尾气排放污染物达到河南省环保检测指标要求。

3.1．3 设备所有配套零部件均为新品，且不得使用国家明令淘汰的产品或低效高耗产品。

3.1．4 安装污染物控制装置后不影响原设备各项性能。

3.1．5 安全设备设施要求。设备所有零部件均采用防爆零部件，电器部分依据井场EXd2bt4防爆标准，全部配备防爆合和插头。设备满足油气田场所HSE施工规范，不增加设备的油耗、不增加设备排气背压、不降低设备动力、不出现高温现象，保证设备作业过程平稳运行。

3.1．6 拟安装污染物控制装置的设备，在治理前排放检测光吸收系数值不大于2.0m-1的限值，如不能满足要求的应对设备进行维修,设备达到限值后再进行加装。

3.2技术措施

由于河南省和濮阳市对于非道路移动机械排气污染物的控制，只对排放颗粒物做了要求，所以污染物控制装置主要有E-DPF（静电吸附颗粒物）+在线检测数据上传二部分组成。

3.3质量要求

加装排放污染治理装置后的非道路柴油移动机械，根据在用非道路移动机械检测标准GB36886—2018，采用自由加速法、自由加载法、林格曼法等进行检测及在线联同监控时，均应稳定达到一下排放限值要求：

4、设备安装及使用效果

2019年11月19日，设备送到现场按照井场作业规范进行施工安装，安装后尾气净化效果非常显著，无可见黑烟冒出。11月28-29日经濮阳市环保局指定的第三方检测机构进行检测， 190发电机组由原来的最大排放5.84m-1 降为 0.26m-1 ；沃尔沃发电机组由原来的最大排放3.32m-1 降为 0.11m-1 。检测结果设备经改造后符合排放不超过0.5m-1标准，达到了省市环保部门排放要求。设备使用至2020年1月15日，井场工作人员反映说有一台设备出现冒烟的情况，经拆解后发现设备内部集尘槽烧化严重，集电极出现变形等情况。经过分析，一部分原因是发动机持续使用时间久，未经降温气体直接进入尾气处理装置产生高温。另一部原因是发动机原始排放太脏，有烧机油的问题，致使炭黑和机油被捕集到集尘槽之后结成类似于碳块的块状物，内部产生积温高温。

要求井队对该发电机组进行维护和保养，改善其原始排放。对设备材质进行升级，在前置尾气预处理装置中增大设备散热空间，对内部集尘槽进行加强加粗，同时对其它部件进行了加强，以进一步提高设备的收集和净化能力，达到延长设备的保养周期和使用寿命的目的。改进后，现场重新安装该设备经过一段时间的测试和观察，设备无高温情况，无黑烟冒出，设备运转正常。目前该设备在队正常使用，并在在发动机和设备连接处增加波纹减震管，防止尾气处理装置进气口处焊缝长期振动容易开裂。

5、结束语

经过近两年来的不断试用和改进，经检测该设备的尾气处理装置符合省市环保局的排放要求，达到了尾气治理的目的。目前经过整改和优化后的三台设备运行正常，既符合油田安全生产要求，也满足濮阳市环保局对尾气排放的要求。

参考文献：

（1）、张勇、柴油机尾气处理装置(DPF)的试验研究、山东建筑大学学报、2009, 24(1)

（2）韩炜、柴油机尾气净化装置的微波加热催化再生技术、吉林大学学报（理学版）、2004, 42(2)

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