CN105715342B - 发动机后处理系统的余热回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种发动机后处理系统的余热回收装置，其包括用以连接于发动机排气端下游的氧化催化器、位于所述氧化催化器下游的颗粒捕集器、位于所述颗粒捕集器下游的选择性催化还原器、以及用以控制所述余热回收装置的控制器，所述余热回收装置还包括位于所述颗粒捕集器与所述选择性催化还原器之间的第一热交换器以及位于所述选择性催化还原器下游的第二热交换器。本发明的有益效果是通过设置第一、第二热交换器，来进行余热回收，提高了能量的利用效率；另外，通过启动所述第一热交换器，能够降低进入下游的选择性催化还原器的排气温度，从而使选择钒基选择性催化还原器成为可行的技术。另外，本发明还涉及一种余热回收的方法。

Description

发动机后处理系统的余热回收装置及方法

技术领域

本发明涉及一种发动机后处理系统的余热回收装置及方法，属于发动机尾气后处理的技术领域。

背景技术

现有的尾气处理技术中包括氧化催化器（DOC）、颗粒捕集器（DPF）以及选择性催化还原器（SCR）组合的方案。在一定的使用程度之后，所述颗粒捕集器会发生堵塞，从而影响系统的背压，因此颗粒捕集器则需要解决其如何再生的问题。目前，颗粒捕集器再生的方案有两种：被动再生和主动再生，其中被动再生的效果不太理想，应用上会受到很多的限制；目前主流的方案是主动再生。主动再生的原理是通过燃烧的方式去除碳颗粒。

现有技术中已经揭示了利用朗肯循环（Rankine Cycle)来回收废热的系统。通常，朗肯循环主要包括增压装置（例如泵）、热交换装置（例如蒸发器）、能量转化装置（例如膨胀机）以及冷却装置（例如冷凝器）。使用时，所述泵将一种介质（例如水）升压之后与高温的发动机尾气在所述蒸发器上进行热交换，该介质被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入膨胀机中做功，做功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷却凝结成液态，再回到泵中，完成一个循环。经过此过程之后，相当于将发动机尾气的废热转化成可以利用的机械能，以实现能量的回收与利用。

发动机在正常工作时的排气温度通常较高，这其中有许多热能值得回收利用，特别是在颗粒捕集器主动再生时，会产生非常高的热量。但是，这种高温会对下游的选择性催化还原器产生影响。一般而言，现有的选择性催化还原器一般选择铜基、铁基或者钒基选择性催化还原器。铜基、铁基选择性催化还原器的温度适应较钒基选择性催化还原器要高。另外，钒基选择性催化还原器在500摄氏度以上温度条件下，将会分解失效。考虑到颗粒捕集器主动再生时会产生非常高的热量，在设计时，一般均选用耐高温的铜基或者铁基选择性催化还原器，以降低失效风险。但是，这种类型的选择性催化还原器比钒基的要贵很多，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种优化的发动机后处理系统的余热回收装置及方法，一方面能够回收发动机的废热，另一方面能够降低对下游的选择性催化还原器的影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种发动机后处理系统的余热回收装置，其包括用以连接于发动机排气端下游的氧化催化器、位于所述氧化催化器下游的颗粒捕集器、位于所述颗粒捕集器下游的选择性催化还原器、以及用以控制所述余热回收装置的控制器，所述余热回收装置还包括位于所述颗粒捕集器下游或者至少部分位于所述颗粒捕集器外围的第一热交换器、以及位于所述选择性催化还原器下游的第二热交换器。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述余热回收装置包括朗肯循环系统，所述朗肯循环系统包括顺序连接的集液箱、用以从所述集液箱中向外抽液的增压装置、热交换装置、能量转化装置以及冷却装置，其中所述热交换装置包括所述第一热交换器以及所述第二热交换器。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一热交换器与所述第二热交换器并联布置，其中所述第二热交换器在所述余热回收装置启动后一直处于工作状态，所述第一热交换器根据所述颗粒捕集器的出口处的温度选择性地打开或者闭合。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述朗肯循环系统包括连接在所述增压装置与所述热交换装置之间的控制阀，以控制是否将所述集液箱中的介质经过所述第一热交换器。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述控制阀是三通阀，其包括进口、第一出口以及第二出口，其中所述进口与所述增压装置相通，所述第一出口与所述第一热交换器相通，所述第二出口与所述第二热交换器相通。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述朗肯循环系统包括连接在所述第一热交换器下游的开关阀，以防止介质回流。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述余热回收装置包括安装在所述颗粒捕集器的出口处的第一温度传感器以及安装在所述选择性催化还原器的入口处的第二温度传感器，所述第一、第二温度传感器均与所述控制器相连。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述选择性催化还原器为钒基选择性催化还原器。

本发明还涉及如下技术方案：一种余热回收方法，其包括：

S1：判断所述颗粒捕集器的出口处的排气温度是否高于第一设定值，如果高于，则执行步骤S2；如果不高于，则执行步骤S3；

S2：使所述第一热交换器与所述第二热交换器均处于工作状态，其中所述第一热交换器对所述颗粒捕集器的热量进行回收；所述第二热交换器对所述选择性催化还原器下游的热量进行回收；

S3：使所述第一热交换器处于非工作状态，而使所述第二热交换器均处于工作状态，所述第二热交换器对所述选择性催化还原器下游的热量进行回收。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述余热回收方法还包括如下步骤：

S0：判断所述选择性催化还原器的入口处的排气温度是否高于第二设定值，如果高于，直接执行步骤S2；如果不高于，则执行步骤S1。

相较于现有技术，本发明通过设置第一热交换器以及第二热交换器，来进行余热回收；另外，通过启动所述第一热交换器，能够降低进入下游的选择性催化还原器的排气温度，从而降低对所述选择性催化还原器的影响。

附图说明

图1是本发明发动机后处理系统的余热回收装置的原理图。

图2是本发明发动机后处理系统的余热回收装置在第一、第二换热器均开启时的原理图。

图3是本发明发动机后处理系统的余热回收装置仅在第二换热器开启时的原理图。

具体实施方式

请参图1所示，本发明揭示了一种发动机后处理系统的余热回收装置100，其包括发动机1、与所述发动机的前端相连的发动机进气端11、与所述发动机的后端相连的发动机排气端12、连接在所述发动机排气端12下游的氧化催化器2、位于所述氧化催化器2下游的颗粒捕集器3、位于所述颗粒捕集器3下游的选择性催化还原器4、用以控制所述余热回收装置100的控制器5、以及用以回收废热的朗肯循环系统6。鉴于这种尾气处理技术的原理对所属技术领域的技术人员是熟知的，本发明在此不再赘述。

为了实现温度检测，本发明的余热回收装置100还包括安装在所述颗粒捕集器3的出口处的第一温度传感器71以及安装在所述选择性催化还原器4的入口处的第二温度传感器72。所述第一、第二温度传感器71、72均与所述控制器5相连，以将检测到的温度信号发动给所述控制器5。

请参图1所示，在本发明图示的实施方式中，所述朗肯循环系统6包括顺序连接的集液箱61、用以从所述集液箱61中向外抽液的增压装置62（例如泵）、热交换装置63（例如换热器）、能量转化装置64（例如膨胀机）以及冷却装置65（例如冷凝器），其中所述热交换装置63包括位于所述颗粒捕集器3与所述选择性催化还原器4之间的第一热交换器631以及位于所述选择性催化还原器4下游的第二热交换器632。所述第一热交换器631与所述第二热交换器632并联布置。在本发明图示的实施方式中，所述第一热交换器631位于所述颗粒捕集器3与所述选择性催化还原器4之间，用以收集所述颗粒捕集器3的热量。可以理解，在其他实施方式中，也可以将所述第一热交换器631全部或者部分包围于所述颗粒捕集器3的外围。

另外，所述朗肯循环系统包括连接在所述增压装置62与所述热交换装置63之间的控制阀66，以控制是否将所述集液箱61中的介质经过所述第一热交换器631。在本发明图示的实施方式中，所述控制阀66是三通阀，其包括进口661、第一出口662以及第二出口663，其中所述进口661与所述增压装置62相通，所述第一出口662与所述第一热交换器631相通，所述第二出口663与所述第二热交换器632相通。所述第二出口663一直处于导通状态，以使所述第二热交换器632一直处于工作状态。所述第一出口662需要根据所述第一温度传感器71及/或所述第二温度传感器72的温度值来判断是否需要打开或者关闭。也就是说，就废热回收而言，所述第一热交换器631根据所述颗粒捕集器3的出口处的温度选择性地打开或者闭合；就保护所述选择性催化还原器4而言，所述第一热交换器631根据所述选择性催化还原器4的入口处的温度选择性地打开或者闭合。

请参图1所示，所述朗肯循环系统6还包括连接在所述第一热交换器631下游的开关阀67，以防止介质回流。

在本发明图示的实施方式中，所述选择性催化还原器4为钒基选择性催化还原器（钒基SCR）。正是基于本发明的余热回收装置100，才能够使得选用钒基选择性催化还原器成为可行方案。

请参图2及图3所示，以下就本发明的余热回收方法进行描述。

本发明的方法包括如下步骤：

S0：判断所述选择性催化还原器4的入口处的排气温度是否高于第二设定值，如果高于，直接执行步骤S2；如果不高于，则执行步骤S1；

S1：判断所述颗粒捕集器3的出口处的排气温度是否高于第一设定值，如果高于，则执行步骤S2；如果不高于，则执行步骤S3；

S2：使所述第一热交换器631与所述第二热交换器632均处于工作状态，其中所述第一热交换器631对所述颗粒捕集器3下游、所述选择性催化还原器4上游的热量进行回收；所述第二热交换器632对所述选择性催化还原器4下游的热量进行回收；

S3：使所述第一热交换器631处于非工作状态，而使所述第二热交换器632均处于工作状态，所述第二热交换器632对所述选择性催化还原器4下游的热量进行回收。

具体地，在步骤S0中通过所述控制器5将所述第二温度传感器72采集的温度值与所述第二设定值进行比较，就能够判断所述选择性催化还原器4的入口处的排气温度是否高于所述第二设定值。如果高于所述第二设定值则意味着此时的排气温度可能会对下游的选择性催化还原器4产生不利影响。此时，通过启动所述第一热交换器631，一方面能够进行废热回收；另一方面，通过降低排气温度，从而减小对所述选择性催化还原器4的影响。

在步骤S1中通过所述控制器5将所述第一温度传感器71采集的温度值与所述第一设定值进行比较，就能够判断所述颗粒捕集器3的出口处的排气温度是否高于所述第一设定值。如果高于所述第一设定值则意味着此时可能处于所述颗粒捕集器3的主动再生阶段，有极大的废热值得回收；另一方面，也可能意味着此时的排气温度可能会对下游的选择性催化还原器4产生不利影响。

在步骤S2中，请结合图2所示，此时通过控制所述控制阀66，使得其第一出口662以及第二出口663均导通，所述第一热交换器631与所述第二热交换器632均处于工作状态。

在步骤S3中，请结合图3所示，此时通过控制所述控制阀66，使得其第一出口662关闭，仅第二出口663导通，仅所述第二热交换器632处于工作状态。需要说明的是，此时由于排气温度刚好能够激发所述选择性催化还原器4的活性，此时有废热，也是不能回收的。因为，一旦回收，排气温度就会降低，会使所述选择性催化还原器4的处理效率下降。

相较于现有技术，本发明通过设置第一热交换器631以及第二热交换器632，来进行余热回收，提高了能量的使用效率；另外，通过启动所述第一热交换器，能够降低进入下游的选择性催化还原器4的排气温度，从而降低对所述选择性催化还原器4的影响，使得选用钒基选择性催化还原器成为一种切实可行的技术方案。

另外，以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，例如“前后贯穿”指的是在未安装其他零件之前是贯穿的，再例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的描述，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种发动机后处理系统的余热回收装置，其包括用以连接于发动机排气端下游的氧化催化器、位于所述氧化催化器下游的颗粒捕集器、位于所述颗粒捕集器下游的选择性催化还原器、以及用以控制所述余热回收装置的控制器，其特征在于：所述余热回收装置还包括位于所述颗粒捕集器下游或者至少部分位于所述颗粒捕集器外围的第一热交换器、以及位于所述选择性催化还原器下游的第二热交换器；所述余热回收装置包括朗肯循环系统，所述朗肯循环系统包括顺序连接的集液箱、用以从所述集液箱中向外抽液的增压装置、热交换装置、能量转化装置以及冷却装置，其中所述热交换装置包括所述第一热交换器以及所述第二热交换器；所述第一热交换器与所述第二热交换器并联布置，其中所述第二热交换器在所述余热回收装置启动后一直处于工作状态，所述第一热交换器根据所述颗粒捕集器的出口处的温度选择性地打开或者闭合。

2.如权利要求1所述的余热回收装置，其特征在于：所述朗肯循环系统包括连接在所述增压装置与所述热交换装置之间的控制阀，以控制是否将所述集液箱中的介质经过所述第一热交换器。

3.如权利要求2所述的余热回收装置，其特征在于：所述控制阀是三通阀，其包括进口、第一出口以及第二出口，其中所述进口与所述增压装置相通，所述第一出口与所述第一热交换器相通，所述第二出口与所述第二热交换器相通。

4.如权利要求3所述的余热回收装置，其特征在于：所述朗肯循环系统包括连接在所述第一热交换器下游的开关阀，以防止介质回流。

5.如权利要求1所述的余热回收装置，其特征在于：所述余热回收装置包括安装在所述颗粒捕集器的出口处的第一温度传感器以及安装在所述选择性催化还原器的入口处的第二温度传感器，所述第一、第二温度传感器均与所述控制器相连。

6.如权利要求1至5项中任意一项所述的余热回收装置，其特征在于：所述选择性催化还原器为钒基选择性催化还原器。

7.一种使用如权利要求1至5项中任意一项所述的发动机后处理系统的余热回收装置的余热回收方法，其包括：

S1：判断所述颗粒捕集器的出口处的排气温度是否高于第一设定值，如果高于，则执行步骤S2；如果不高于，则执行步骤S3；

S2：使所述第一热交换器与所述第二热交换器均处于工作状态，其中所述第一热交换器对所述颗粒捕集器的热量进行回收；所述第二热交换器对所述选择性催化还原器下游的热量进行回收；

S3：使所述第一热交换器处于非工作状态，而使所述第二热交换器均处于工作状态，所述第二热交换器对所述选择性催化还原器下游的热量进行回收。

8.如权利要求7所述的余热回收方法，其特征在于：所述余热回收方法还包括如下步骤：

S0：判断所述选择性催化还原器的入口处的排气温度是否高于第二设定值，如果高于，直接执行步骤S2；如果不高于，则执行步骤S1。