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柴油发电机排烟管道高度及高空排放标准 |
摘要：柴油发电机排烟管是通用部件，很多发电机组上都可以用到，作为排出废气烟尘的功用，一般的排烟管温度在工作时会达到450~650℃。一个好的排烟系统可以将发电机组运行时排出的废气、废烟直接排出户外，不会影响周围环境和居民工作、生活的环境。排气系统中应包含至少一个合适的排气消声器，通常厂家会配套一个工业型排气消声器供安装时使用。对降噪要求不严格的地区，可以安装一个工业型消声器；对降噪要求较为严格的地区，应再加装一个住宅型消声器。
一、排烟系统结构
1、隔热层
为避免机房内温度过高，恶化发电机组正常的工作环境和避免操作人员烫伤，以及减少发电机组排气系统和增压器的机械噪声，机房内的排气系统应全部做有效的绝热隔声包扎。
2、防雨帽
排气管最外端出口处应做防雨水处理，如将管口下切出一个角度适宜的倾斜角或加装防雨帽等。
3、弯头
排气系统应尽可能地减少弯头数量和缩短排气管的总长度，否则就会导致发电机组的排气背压增大，而使发电机组产生过多的功率损失，影响发电机组的正常运行和降低发电机组的正常使用寿命。在柴油发电机组技术资料中所提供的排气管径，一般是以排气管总长为6m、一个弯头和一个消声器为例的，在实际安装时，当排气系统超出了所规定的长度和弯头的数量时，则应适当加大排气管径，增大的尺寸取决于排气管总长和弯头的数量。一般地，排气管每增长6m，排气管截面积应加大4％～6％为宜。在计算排气管的总长时，应将弯头计算在内，具体换算方法是：一个90°弯头相当于其外缘直径的2.5～2.8倍的排气管有效长度。
4、波纹管
从发电机组增压器排气总管接出的第一段管道，必须先接一个波纹管隔振，以避免柴油发电机组的振动通过排气管向周围传递，波纹管具有多个横向波纹的圆柱形薄壁折皱的壳体，波纹管具有弹性，在压力、轴向力、横向力或弯矩作用下能产生位移。
5、消声器
装设一个工业型消声器，然后再加装一个住宅型消声器，这样可有效地防止噪声从排气管向外传播。
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图1 柴油发电机排烟波纹管结构示意图 |
图2 柴油发电机并排消声器设计图 |
6、吊装杆（减震吊架）
排气管第二段应被弹性支承，以避免排气管安装不合理或发电机组运行时，排气系统因热效应而产生的相对位移引起的附加侧应力和压应力加到发电机组上。排气管道的所有支承机构和悬吊装置均应有一定的弹性，如图3所示。吊装杆的一端活动连接两个可组合成圆环的半圆环，半圆环上设置有弹簧连接压块，两个半圆环组合成圆环后通过可拆卸连接固定。它可以吊装消声器，防止消声器太重导致压坏排烟管，同时可以缓冲消声器的震动，减少噪音。
7、膨胀节
排气管引至屋顶高空排放，中间连接膨胀节，吸收气管的伸缩变形。其作用如下：
（1）补偿作用：由于热胀冷缩等原因，在安装过程中，管道不可避免地会产生变形，造成管道连接处渗漏。如果采用金属波纹管补偿器的话就可以起到一定的伸缩补偿作用了。同时还可以降低噪音、减少震动等危害性，延长使用寿命。因此使用膨胀节对管道的保护是极为重要的。
（2）密封作用：由于膨胀节的弹性元件具有较好的耐温性能以及较大的比压和良好的密封性能；另外其材料还具有较好的抗腐蚀性能及较高的强度等特性，用来取代法兰接头来消除管道因温度差与机械振动引起的接口渗漏问题。
（3）吸收位移：膨胀节安装在管道上可以有效的防止因温差造成的轴向伸缩及任意角度的转动或摆动运动产生的轴向推力。对于有减震要求的管路系统尤其适用（如泵站排水阀），可大大降低管路系统的共振频率和噪声值（尤其是脉冲式阻尼减振装置）。
（4）降噪作用：因为膨胀节的弹性元件具有良好的吸声效果，所以它能有效地减小柴油机运转时产生的噪声污染量。
8、排烟管道
当机房内有一台以上发电机组时，每台发电机组的排气系统均应独立设计和安装，绝不允许让不同的发电机组共用一个排气管，以避免发电机组运行时，因不同发电机组的排气压力不同而引起的异常窜动，增大排气背压和防止废烟、废气通过共用管道回流，影响发电机组正常的功率输出，以至引起发电机组的损坏。所有排气管的壁厚应不小于2mm，同时建议选用热膨胀系数较小的钢质管。在可能的情况下，所有的排气管均应做绝热隔声包扎，特别是机房内和室外可能引起人员烫伤的管道必须包扎。排烟管道的布置如图4所示。
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图3 发电机房排烟管减震吊架安装 |
图4 柴油发电机房的排烟装置布局图 |
二、排烟高度的规定
1、小于560KW的要求
对于额定净功率不大于560千瓦的柴油发电机，污染物排放适用《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅰ、Ⅱ阶段)》（GB 20891—2007），对烟囱高度无明确要求。
2、大于560KW的要求
对于额定净功率大于560千瓦的柴油发电机，由于其烟气排放不适用《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅰ、Ⅱ阶段)》（GB 20891—2007），故仍应按照国家环保部《关于柴油发电机排气执行标准的复函》（环函〔2005〕350号）要求，参照《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996）对其排放的二氧化硫、氮氧化物、烟气等污染物进行控制。按标准（GB 16297-1996），其烟囱高度一般不应低于15米，若必须低于15米时，其排放速率标准值按标准（GB 16297-1996）7.3的外推计算结果再严格50%执行。
3、尾气处理装置的要求
以上标准除对排气筒高度有明确要求外，对污染物排放浓度和排放速率也有具体规定。考虑到加高固定式柴油发电机排气筒高度会导致燃料燃烧不充分、增大污染物排放等现象，以及大功率柴油机存在无法满足排放速率限值的情况，建议目前固定式柴油发电机污染物排放浓度按照气污染物限值中的最高允许排放浓度指标进行控制，对排气筒高度和排放速率暂不作要求。待国家固定式压燃式发动机及设施排放标准出台后，固定式柴油发电机污染物排放按此标准执行。对于已批复环评的项目，建议按照原环境保护部关于印发环评管理中部分行业建设项目重大变动清单的通知环办，分析固定式柴油发电机污染物排放方式变化是否属于重大变化，并按相应要求确定后续手续办理方式。
一般常见的柴油发电机废气处理装置分为干式和水淋式，分别如图5和图6所示。
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图5 带废气净化装置的柴油发电机组示意图（干式） |
图6 柴油发电机废气处理装置结构图（水淋式） |
三、废气排放标准
1、中国国家排放标准
这是目前管控柴油发电机组排放的核心国家标准，全称为GB 20891-2014《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》。该标准明确指出，其适用于包括"发电机组"在内的，在恒定转速下工作的柴油机。自2022年12月1日起，全国范围内新生产、进口和销售的560kW及以下非道路移动机械（含发电机组），必须符合标准的第四阶段（国四）要求。这意味着，目前市场上新购的柴油发电机组，都必须是符合"国四"排放标准的产品。
（1）相比第三阶段，国四标准在技术和限值上对污染物排放提出了更严格的要求，主要升级点包括：
（2）新增颗粒物粒子数量（PN）限值：这是国四标准为治理"冒黑烟"问题而增加的关键指标，要求PN排放必须小于等于5×10¹²个/千瓦时。为此，发电机组通常需要加装柴油颗粒捕集器（DPF）。
表1 柴油发电机组主要污染物排放限值（单位：g/kW.h）
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排放阶段
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CO(一氧化碳)
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HC(碳氢化合物)
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NOx(氮氧化物)
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PM(颗粒物质量)
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国三
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3.5
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0.4(HC+NOx合计6.4)
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见左
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0.2
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国四
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3.5
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0.19
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2.0
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0.025
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2、欧盟排放相关标准
欧盟针对柴油发电机组的排放标准，目前执行的是Stage V阶段。该标准对氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）有非常严格的限值要求，是目前全球最严的排放法规之一。管控柴油发电机组（归类为非道路移动机械）的核心法规是Regulation(EU)2016/1628。该法规将发电机组使用的发动机专门归类为“NRG类”（发电机组专用发动机），明确其在欧盟市场销售和投入使用的排放限值及型式认证要求。
表2 欧盟Stage V标准对不同功率段柴发的主要污染物排放限值
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发动机功率(P)
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CO(g/kWh)
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HC(g/kWh)
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NOx(g/kWh)
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PM(g/kWh)
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PN(#/kWh)
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19≤P<56
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5.00
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HC+NOx≤4.70
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0.30
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-
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56≤P<130
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5.00
|
HC+NOx≤4.70
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0.14
|
-
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130≤P<300
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3.50
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1.00
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2.10
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0.10
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-
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300≤P≤560
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3.50
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0.19
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1.80
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0.015
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1×10^12
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P≥560
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3.50
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0.19
|
2.00
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0.015
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1×10^12
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注意：根据欧盟法规(EU)2016/1628，所有功率≤560kW的发动机已于2021年1月1日起强制执行Stage V标准；功率>560kW的发动机则从2022年1月1日起强制执行。
总结：
柴油发电机组排烟管道高度与高空排放设计，不仅是满足环保法规的硬性要求，更直接关系到机组性能、运行安全与项目合规性。其设置目的是将发电机组运行时产生的高温、有毒废气（主要含一氧化碳、氮氧化物、颗粒物等）安全地引导至高空，远离人群和建筑。这既是出于公共健康考虑，也是《大气污染防治法》等法规的基本要求。总之，它需要在 "环保达标"、"机组性能" 和 "工程可行性" 之间找到精准的平衡点。
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