CN102869861B - 清洗用于除去颗粒物质的过滤器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

清洗用来清除颗粒物质的过滤器的清洗装置（100）包括：安装在内燃机（1）的排气通道（2）内并捕捉包含在废气中的颗粒物质（19）的过滤器（3）；能够沿与废气流动方向（F1）相反的方向（F2）将高压空气和高压蒸气注入过滤器（3）内的喷射器（4）；能够将高压空气注入到喷射器（4）内的高压空气馈送器（5）；以及能够将高压蒸气注入到喷射器（4）内的高压蒸气馈送器（6）。

Description

清洗用于除去颗粒物质的过滤器的方法和装置

技术领域

本发明涉及清洗过滤器的方法和装置，该过滤器安装在内燃机或燃烧设备的排气通道内，并捕捉废气中所包含的颗粒物质。

背景技术

从内燃机或燃烧设备中排出的废气中包含有诸如黑烟那样的颗粒物质。内燃机例如是柴油发动机、燃气发动机、汽油发动机、燃气涡轮机等。燃烧设备例如是锅炉。以前，为了从废气中去除掉颗粒物质，曾将物理捕捉颗粒物质的过滤器安装在内燃机或燃烧设备的排气通道中。

作为从过滤器中去除捕捉到的颗粒物质的技术，以下三种技术（A）、（B）和（C）得到实际的使用。技术（A）用电加热器或燃烧器等来燃烧掉过滤器所捕捉到的颗粒物质，由此从过滤器中去除颗粒物质。技术（B）通过支持催化剂部件对过滤器的氧化作用，或通过在过滤器上游安装氧化催化剂，从而连续地从颗粒过滤器中去除颗粒物质。技术（C）通过沿着与废气流动方向相反的方向将高压空气注入过滤器内来从过滤器中刷下所捕捉到的颗粒物质。

技术（A）需要大量能量以将过滤器温度提升到使颗粒物质燃烧的温度，因此需要很高的运行成本。然而，由于用于发电机的发动机和船用发动机中的燃料存在有许多硫含量，所以，对用于发电机的发动机或船用发动机不能应用氧化催化剂再生系统。

另一方面，在技术（C）中存在着如下的问题。由燃料或润滑油生成的可溶有机成分会包含在废气中的颗粒物质内。当废气温度很高时，至少某些可溶有机成分挥发。通过挥发变为气态的可溶有机成分会通过过滤器。因此，阻止许多可溶有机成分留在过滤器内。另一方面，由于可溶有机成分在废气温度低时不会挥发，比如在发动机起动或暖机的时候，所以，可溶有机成分变成高粘度的成分。变成高粘度成分的可溶有机成分与黑烟和烟灰一起残留在过滤器内。当高粘度成分残留在颗粒物质内时，就难于通过沿相反方向注入高压空气来从过滤器中刷下颗粒物质。其结果是，过滤器的压差提高，除去颗粒物质的装置的运行将变得困难。

在专利文献1-3中披露了多种技术，它们作为解决技术（C）中问题的技术，即，用于除去残留在过滤器内的高粘度成分的技术。

专利文献1的技术首先用加热的高温空气（热的再生气体）从过滤器中挥发掉含在烟气中的油雾（高粘度成分）。其次，该技术通过沿与废气流动方向相反方向将压缩空气（压缩气体）注入（回洗）过滤器，来刷去变得容易脱落的烟灰。

专利文献2的技术通过在过滤器内注入高压水（高压流体）来清洗过滤器。

专利文献3的技术是一种清洗过滤器的方法，该方法通过对过滤器注入温度高于80度且压力为0.5-2.0Mpa的水或水蒸汽来清洗过滤器。喷射水蒸汽，在其到达过滤器时水蒸汽变成液态。因此，专利文献3基本上也是像专利文献2那样用水清洗过滤器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3653055号公报

专利文献2：日本专利特开2001-50028号公报

专利文献3：日本专利第3941550号公报

发明内容

技术问题

为了从过滤器中除去颗粒物质，专利文献1的技术使用高温空气和压缩空气，而专利文献2和3的技术使用水或温水。

为了从过滤器中挥发掉油雾，要求加热过滤器表面上的增生物。因此，专利文献1的技术首先加热空气，以便在注入压缩空气之前从过滤器中挥发掉油雾。因此，专利文献1的技术需要很大能量。

为了从过滤器中除去颗粒物质，专利文献1的技术使用压缩空气，而专利文献2和3使用水或温水。然而，水、温水或压缩空气的去垢性比水蒸汽的去垢性弱。在用水、温水或压缩空气的情形中，对过滤器的去垢将是不充分的。

当使用水来清洗过滤器时，水分会残留在过滤器内。如果将废气添加到该水分中，则烟灰会粘附或硫含量会变为硫酸。

即，在用高温空气和压缩空气清洗，或用高压水清洗时，颗粒物质不会从过滤器中有效地除去。因此，本发明提供从过滤器中有效地除去颗粒物质的方法和装置。

解决问题的方案

本发明提供清除颗粒物质的过滤器清洗方法，该方法沿与废气流动方向相反的方向将高压空气和高压蒸气注入过滤器内，过滤器安装在内燃机或燃烧设备的排气通道内，捕捉包含在废气中的颗粒物质，其中，在将高压蒸气注入过滤器之后，才将高压空气注入过滤器。

本发明提供清除颗粒物质的过滤器清洗装置，该装置包括：安装在内燃机或燃烧设备的排气通道内并捕捉包含在废气中的颗粒物质的过滤器；能够沿与废气流动方向相反的方向将高压空气和高压蒸气注入过滤器内的喷射器；能够将高压空气馈送到喷射器内的高压空气馈送器；以及能够将高压蒸气馈送到喷射器内的高压蒸气馈送器。

根据本发明的清除颗粒物质的过滤器清洗装置可较佳地采纳结构（a）和（b）。

在结构（a）中，该装置还包括：将高压空气和高压蒸气之一交替地馈送到喷射器内的开关；以及控制该开关的控制器，以在将高压蒸气注入到过滤器之后，将高压空气注入到过滤器。

在结构（b）中，高压蒸气馈送器是水蒸汽发生器，其使用废气作为热源来产生高压蒸气。

发明结果

在热容量方面，气态的水蒸汽大于液态的水或与水蒸汽温度相同的高压空气，水蒸汽具有高的能量。因此，气态的水蒸汽容易从过滤器除去高粘度成分，并且气态的水蒸汽对除去黑烟、烟灰等也有效。因此，根据本发明的清洗方法可从过滤器中有效地除去颗粒物质。尽管通过注入高压蒸气会有少量水分留在过滤器内，但根据本发明的清洗方法可通过注入高压空气来防止水分留在过滤器内。

根据本发明的清洗装置可通过在过滤器中注入高压蒸气来从过滤器中去除颗粒物质之后，通过在过滤器中注入高压空气从过滤器中除去水分。在热容量方面，气态的水蒸汽大于液态的水或与水蒸汽温度相同的高压空气。因此，气态的水蒸汽容易从过滤器除去高粘度成分，气态的水蒸汽对于除去黑烟、烟灰等也有效。换句话说，根据本发明的清洗装置可从过滤器中有效地除去颗粒物质。尽管通过喷射高压蒸气而有少量水分留在过滤器内，但根据本发明的清洗装置通过喷射高压空气可防止水分留在过滤器内。

在结构（a）中，根据本发明的清洗装置可在过滤器中注入高压蒸气之后，自动地在过滤器中注入高压空气。因此，可容易地执行过滤器的清洗工作。

在结构（b）中，根据本发明的清洗装置不需要特定的热源来产生高压蒸气，因为该装置使用废气作为热源。因此，根据本发明的清洗装置在经济性方面是有利的。

附图说明

图1是显示用于清洗用来除去颗粒物质的过滤器的装置的结构的视图（第一实施例）。

图2是显示蜂窝状过滤器结构的侧视剖视图。

图3是显示仅用高压空气清洗之后和用高压蒸气清洗之后的过滤器压差的图表。

图4是显示用于清洗用来除去颗粒物质的过滤器的装置的结构的视图（第二实施例）。

图5是显示用于清洗用来除去颗粒物质的过滤器的装置的结构的视图（第三实施例）。

具体实施方式

（第一实施例）

图1是显示第一实施例中用于清洗用来除去颗粒物质的过滤器的装置100的结构的视图。图1示出内燃机1、内燃机1的排气通道2以及清洗装置100。从内燃机1排出的废气通过排气通道2，并排放到大气中。在图1中，废气的流动方向F1是朝右方向。

清洗装置100包括过滤器3、喷射器4、高压空气馈送器5、高压蒸气馈送器6、空气开关阀7、蒸气开关阀8、控制器9、上游气体压力传感器11以及下游气体压力传感器12。

过滤器3安装在排气通道2内，并捕捉废气中所含的颗粒物质。

图2是显示蜂窝状过滤器3的结构的侧视剖视图。过滤器3具有蜂窝状结构，它具有多个被隔壁3a分开的蜂窝。每个蜂窝例如呈方形棱柱。当将过滤器3布置在排气通道2内时，每个蜂窝的轴向平行于废气的流动方向F1，隔壁3a的表面也平行于流动方向F1。每个蜂窝的端部交替地由筛网3b密封。隔壁3a是薄膜过滤器，气体可通过隔壁3a。微孔形成在薄膜过滤器内，通过隔壁3a的废气中的颗粒物质被隔壁3a擒获。因此，通过过滤器3的废气无疑通过了其中一个隔壁3a，而废气中的颗粒物质被过滤掉。过滤器3的材料较佳地是诸如堇青石、碳化硅或氮化硅那样的陶瓷。

在图1中，喷射器4沿流动方向F1布置在过滤器3的下游。喷射器4可沿与流动方向F1相反的方向F2将高压空气和高压蒸气注入过滤器3内。

在图1中，高压空气馈送器5可将高压空气馈送到喷射器4。高压蒸气馈送器6可将高压蒸气馈送到喷射器4。

在图1中，空气开关阀7布置在将高压空气从高压空气馈送器5馈送到喷射器4的馈送通道上。蒸气开关阀8布置在将高压蒸气从高压蒸气馈送器6馈送到喷射器4的馈送通道上。空气开关阀7和蒸气开关阀8都是电磁开关阀。空气开关阀7和蒸气开关阀8构成了交替地将高压空气和高压蒸气之一馈送到喷射器4的开关。

在图1中，上游气体压力传感器11和下游气体压力传感器12构成探测过滤器3压差的压差传感器。上游气体压力传感器11沿流动方向F1布置在过滤器3的上游。下游气体压力传感器12沿流动方向F1布置在过滤器3的下游。过滤器3的压差是上游气体压力传感器11探测到的上游气体压力与下游气体压力传感器12探测到的下游气体压力之差。上游气体压力传感器11和下游气体压力传感器12中的每一个都可探测其所布置的地点的气体压力。因此，可根据上游气体压力传感器11探测到的上游气体压力与下游气体压力传感器12探测到的下游气体压力来探测出过滤器3的压差。

在图1中，控制器9控制作为开关的空气开关阀7和蒸气开关阀8的开启和关闭。控制器9控制空气开关阀7和蒸气开关阀8，从而交替地打开空气开关阀7和蒸气开关阀8之一。控制器10根据通过压差传感器获得的过滤器3的压差信息来控制开关。

在图1中，排气通道2具有沿流动方向F1位于滤器3上游的灰尘盒21。该灰尘盒21储存通过喷射器4的操作而从过滤器3中除去的颗粒物质19。

参照图1，解释清洗装置100的操作。当过滤器3的压差超过预定阈值时，控制器9就决定启动清洗装置100作清洗处理。当决定启动清洗处理时，控制器9就执行清洗处理，例如，在将废气排放到排放通道2的排气已经停止之时。在启动清洗处理之前，空气开关阀7和蒸气开关阀8关闭。因此，喷射器4不工作。

清洗处理包括将高压蒸气注入过滤器3的蒸气喷射过程，以及将高压空气注入过滤器3的空气喷射过程。在清洗处理中，空气喷射过程在蒸气喷射过程之后进行。

在蒸气喷射过程中，控制器9仅打开蒸气开关阀8。当蒸气开关阀8打开时，高压蒸气将沿着与废气流动方向F1相反的方向F2从喷射器4注入过滤器3中。建立起高压蒸气的压力、高压蒸气的温度以及从喷射器4到过滤器3的距离，以在蒸气到达过滤器3的全部表面（其中形成微孔的所有表面）时，使从喷射器4喷出的蒸气可保持气态。因此，呈气态的蒸气喷射在过滤器3的全部表面上。蒸气的去垢性强于高温空气的去垢性。因此，沿相反方向F2注入高压蒸气可比沿相反方向F2注入高压空气更有效地从过滤器3中除去颗粒物质19，比如含有高粘度成分的烟气。在蒸气喷射过程完成之后，控制器9关闭蒸气开关阀8。

从过滤器3中除去的颗粒物质19被储存在布置在过滤器3上游处的灰尘盒21内。

在空气喷射过程中，控制器9仅打开空气开关阀7。当空气开关阀7打开时，高压空气将沿着与废气流动方向F1相反的方向F2从喷射器4注入过滤器3。这里，通过执行蒸气喷射过程而使水分保留在过滤器3内。在空气喷射过程中，沿相反方向F2注入的高压空气可从过滤器3中除去保留在过滤器3内的水分。在空气喷射过程完成之后，控制器9关闭空气开关阀7。

在蒸气喷射过程和空气喷射过程结束时，清洗处理也就完成。

高压空气和高压蒸气的压力均高于大气压，这两个压力需要是可将空气和气态的蒸气馈送到过滤器3全部表面的压力。如果压力大于0.4Mpa，则高压蒸气就能有效地除去颗粒物质，且高压空气可有效地干燥过滤器3。如果压力约为0.8Mpa（饱和蒸气压力），则高压蒸气的制造具有通用的多功能性，处理高压空气和高压蒸气就很容易。

图3是显示仅用高压空气清洗之后和用高压蒸气清洗之后的过滤器压差的图表。在图3中，垂直轴示出过滤器压差的残留百分比，而水平轴示出过滤器3的状态。过滤器3的状态包括过滤器压差上升时的状态、仅用高压空气清洗之后的状态，以及用高压空气和高压蒸气清洗之后的状态。过滤器压差上升时的状态显示出清洗之前的状态。过滤器压差上升时的状态设定为标准压差残余百分比，且该状态时的残余百分比为100％。在仅用高压空气清洗之后的状态中，执行高压空气的喷射不是为了干燥过滤器3中的水分，而是为了从过滤器3中除去颗粒物质。在仅用高压空气清洗之后的状态中，压差残余百分比约为40％。因此，在图3中，可见用高压蒸气的清洗是有效的。

根据第一实施例的清洗装置100具有上述结构如下的操作和效果。

清洗装置100包括过滤器3、喷射器4、高压空气馈送器5和高压蒸气馈送器6。因此，在用高压蒸气注入过滤器3而从过滤器3中除去颗粒物质之后，通过将高压空气注入过滤器3，清洗装置100就可从过滤器3中除去水分。在热容量方面，气态的水蒸汽大于液态的水或与水蒸汽温度相同的高压空气。因此，气态的水蒸汽容易从过滤器3除去高粘度成分，并且气态的水蒸汽对于除去黑烟、烟灰等也有效。即，清洗装置100可从过滤器3中有效地除去颗粒物质。尽管通过喷射高压蒸气而有少量水分留在过滤器3内，但清洗装置100通过喷射高压空气可防止水分留在过滤器3内。

清洗装置100还包括开关（空气开关阀7和蒸气开关阀8）和控制器9。因此，清洗装置100可在将高压蒸气注入过滤器3中之后自动地将高压空气注入过滤器3内。因此，过滤器执行清洗工作很容易。

（第二实施例）

图4是显示第二实施例中用于清洗用来除去颗粒物质的过滤器的装置200的结构的视图。该第二实施例具有替代第一实施例中高压蒸气馈送器6的废气锅炉16。高压蒸气馈送器6和废气锅炉16都是可馈送高压蒸气的高压蒸气馈送器。除了废气锅炉16的结构之外，第二实施例具有与第一实施例相同的结构。

废气锅炉（蒸气发生器）16安装在排气通道2上。废气锅炉16沿废气流动方向F1位于过滤器3下游。水供应到废气锅炉16内。通过供应到废气锅炉16内的水和流过排气通道2的废气之间的热交换，废气锅炉16使水沸腾并产生高压蒸气。

第二实施例中的清洗装置200具有上述结构的如下效果。

由于清洗装置200使用废气作为热源，所以，清洗装置200无需为了产生高压蒸气的特定热源。因此，清洗装置200经济性特别有优势。

（第三实施例）

图5是显示在第三实施例中用于清洗用来除去颗粒物质的过滤器的装置300的结构的视图。该第三实施例具有替代第一实施例中排气通道2的排气通道102。排气通道102具有位于中间部分内的三个分叉通道102a、102b和102c。在三个分叉的通道102a、102b和102c的每个通道内布置一个过滤器3。该第三实施例具有三个喷射器4，以分别与每个过滤器3相对应。该第三实施例也具有高压空气馈送器5、高压蒸气馈送器6和开关（空气开关阀7和蒸气开关阀8），但它们未予示出。自然，布置了高压空气馈送器5、高压蒸气馈送器6和开关（空气开关阀7和蒸气开关阀8），使得高压空气和高压蒸气之一可交替地供应到各个喷射器4。

下面解释清洗装置300的操作。如果过滤器3中任何一个的压差超过预定阈值，则控制器9就启动对应过滤器3的清洗处理。由于排气通道102具有三个分叉的通道102a、102b和102c，所以即使在一个分叉的通道内进行清洗处理，也不会阻碍废气的排出。然而，如果各个清洗处理在两个过滤器3内同时进行直到一直进行的清洗处理下的所有清洗处理都完成的话，那么，控制器9可启动备用的新的清洗处理。

如果存在大量废气流的话，则最好像第三实施例那样并联布置多个过滤器3。

（改型）

以下改型结构可用于本发明实施例中的清洗装置。

清洗装置不仅适用于内燃机的排气通道，而且适用于燃烧设备的排气通道。内燃机例如包括柴油发动机、燃气发动机、汽油发动机和燃气涡轮机。燃烧设备例如包括锅炉。

可对清洗装置使用手动控制来代替控制器9的自动控制。如果采用手动控制的话，则控制器8就不包括在清洗装置的部件内。在清洗处理中，操作者打开和关闭构成了手动操作开关的空气开关阀7和蒸气开关阀8。

清洗方法需要包括蒸气喷射过程和在蒸气喷射过程之后进行的空气喷射过程，它们是最起码的构成。清洗方法可包括两次或多次蒸气喷射过程，以及两次或多次空气喷射过程。然而，最后的过程必定是空气喷射过程，以使水分不留在过滤器3内。

清洗方法不局限于采纳使用上述清洗装置的情形。操作者可取出布置在内燃机等的排气通道中的过滤器3，然后，可将蒸气注入到取出的过滤器3内，再然后，可将空气注入过滤器3。在此情形中，喷射器4、高压空气馈送器5和高压蒸气馈送器6例如布置在维护保养站内，并与排气通道2和过滤器3相分离地安装。

对过滤器3执行清洗处理的决定不仅取决于像本实施例中的过滤器压差，而且还取决于内燃机或燃烧器的机器运行时间。例如，当机器运行时间超过预定时间时，操作者或控制器4就决定清洗过滤器3。清洗过滤器3的时间可以不仅是废气排放停止之时，也可在废气正在排放之时。

附图标记说明

1    内燃机

2    排气通道

3    过滤器

4    喷射器

5    高压空气馈送器

6    高压蒸气馈送器

7    空气开关阀（开关的一部分）

8    蒸气开关阀（开关的一部分）

9    控制器

16   蒸气发生器

Claims (4)

1.一种用于清除颗粒物质的过滤器的清洗方法，该方法沿与废气流动方向相反的方向将高压空气和高压蒸气注入过滤器内，过滤器安装在内燃机或燃烧设备的排气通道内，捕捉包含在废气中的颗粒物质，

其中，在将高压蒸气注入过滤器之后，将高压空气注入过滤器；并且，将所述高压蒸汽的压力、温度以及从喷射所述高压蒸汽的喷射器到所述过滤器的距离设置成使蒸气在到达过滤器的全部表面时保持气态。

2.一种用于清除颗粒物质的过滤器的清洗装置，该装置包括：

过滤器，该过滤器安装在内燃机或燃烧设备的排气通道内，并捕捉包含在废气中的颗粒物质；

喷射器，该喷射器能够沿与废气流动方向相反的方向将高压空气和高压蒸气注入过滤器内；

高压空气馈送器，该高压空气馈送器能够将高压空气注入喷射器内；以及

高压蒸气馈送器，该高压蒸气馈送器能够将高压蒸气注入喷射器内；

其中，将所述高压蒸汽的压力、温度以及从所述喷射器到所述过滤器的距离设置成使所述高压蒸气在到达过滤器的全部表面时保持气态。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

开关，该开关将高压空气和高压蒸气之一交替地馈送到喷射器内；以及

控制器，该控制器控制开关，以在将高压蒸气注入过滤器之后，将高压空气注入过滤器。

4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述高压蒸气馈送器是水蒸汽发生器，该水蒸气发生器使用废气作为热源来产生高压蒸气。