CN105888782B - 柴油机尾气复合净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机尾气复合净化装置，包括催化氧化装置、固定于催化氧化装置的排气端用于吸附和过滤PM微粒的微粒捕集装置以及固定于微粒捕集装置的排气端排气消声器；所述催化氧化装置包括第一壳体以及净化催化剂载体；所述微粒捕集装置包括第二壳体和蜂窝状陶瓷载体；所述蜂窝状陶瓷载体包括具有平行并列排布的多个气道的蜂窝体和对应任意相邻两个气道之间错位式固定于每个气道内的挡板；本发明的柴油机尾气复合净化装置，结构紧凑，空间利用合理，既能催化氧化有害气体，又能实现对全部气流进行有效的过滤，净化效率高，结合消声器实现尾气净化和降噪共同工作，结构简单，成本低，使用寿命长，便于安装和拆卸；尾气净化和消声效率高。

Description

柴油机尾气复合净化装置

技术领域

本发明涉及一种尾气净化装置，尤其涉及一种柴油机尾气复合净化装置。

背景技术

根据国家节能减排的发展战略以及国家应对温室气体排放的要求，急需开展工程建设用柴油机及发电机动力设备尾气回收净化及排气噪声降低的项目，以减少排放，实现节能减排的目的，与生产及工程结合紧密，提高生活质量和生产正常运行。

现有技术中柴油机尾气处理和降噪都是尾气净化装置和消声器单独工作；单方面性能和效率较低；控制柴油机尾气的排污技术有机内净化和机外净化两种，前者是基础，后者是必不可少的重要组成部分，只有两者结合，才能使柴油机排污控制在日益严格的法规范围内，而机外净化首选应为催化氧化转化器，目前催化氧化转化器通常安装在发动机排气管中，通过氧化还原反应，将发动机排放的三种废气有害物CO、HC和NOx转化为无害的水、二氧化碳和氮气，而柴油机尾气含有毒气体较多，PM含量太高，仅依靠催化氧化转化器难以有效净化，占用排气管内大量空间，同时现有微粒捕集装置难以对PM微粒进行有效的滤除，需另加净化装置，导致尾气处理系统庞大，而目前市场上消声器结构复杂，消声效率低，针对性不强；净化装置造价昂贵。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种柴油机尾气复合净化装置，结构紧凑，空间利用合理，既能催化氧化有害气体，又能实现对全部气流进行有效的过滤，净化效率高，结合消声器实现尾气净化和降噪共同工作，结构简单，成本低，使用寿命长，便于安装和拆卸；尾气净化和消声效率高。

本发明的柴油机尾气复合净化装置，包括催化氧化装置、固定于催化氧化装置的排气端用于吸附和过滤PM微粒的微粒捕集装置以及固定于微粒捕集装置的排气端排气消声器；所述催化氧化装置包括设有进气口和排气口的第一壳体以及固定于第一壳体内的净化催化剂载体；净化催化剂载体上负载催化剂；所述微粒捕集装置包括第二壳体和固定于第二壳体内的蜂窝状陶瓷载体；所述第二壳体固定于第一壳体的排气口并与第一壳体相通；所述蜂窝状陶瓷载体包括具有平行并列排布的多个气道的蜂窝体和对应任意相邻两个气道之间错位式固定于每个气道内的挡板；蜂窝体内分隔于任意相邻两气道之间的部分设有堇青石过滤层。

进一步，所述蜂窝状陶瓷载体与第二壳体之间设有衬垫。

进一步，所述第一壳体对应净化催化剂载体侧面设有第一共振腔并且第一共振腔的腔口朝向净化催化剂载体。

进一步，所述第一壳体对应其自身进气口到净化催化剂载体之间的部分为沿气流方向横截面逐渐变大的锥形结构。

进一步，所述第一共振腔为多个并且围绕净化催化剂载体侧面紧密排列；第一共振腔由设于第一壳体内的内筒和固定于内筒与第一壳体之间的隔板围成；所述隔板包括沿内筒周向设置的环形隔板和平行于内筒轴线的纵向隔板；环形隔板和纵向隔板呈十字交叉式固定在一起，第一共振腔的腔口设于内筒上并且为圆形缩口式结构。

进一步，所述排气消声器包括设有进气口和排气口的第三壳体以及固定于第三壳体内并连通第三壳体的进气口至排气口的阶梯式变径排气管；所述阶梯式变径排气管包括按顺序连接并且管径互不相同的一阶排气管、二阶排气管和三阶排气管；第三壳体的进气口固定于微粒捕集装置。

进一步，所述阶梯式变径排气管通过环形板组件固定于第三壳体内壁，所述环形板组件包括沿阶梯式变径排气管轴向排列的第一环形板、第二环形板、第三环形板和第四环形板；第一环形板设于一阶排气管中前部；第二环形板设于二阶排气管的后端使第二环形板与第一环形板之间形成第二共振腔；第三环形板设于三阶排气管的中部使第三环形板与第二环形板之间形成第三共振腔，第四环形板设于三阶排气管的中后部使第四环形板与第三环形板之间形成第四共振腔。

进一步，所述一阶排气管的后端与二阶排气管之间通过环形封板连接并密封；第二环形板和第三环形板之间固定有连通第二共振腔和第四共振腔的微穿孔排气管；第三环形板和第四环形板之间固定有连通第三共振腔和第四环形板到第三壳体的排气口之间的腔室的扩张穿孔排气管；一阶排气管和二阶排气管与第二共振腔相对应的部分、微穿孔排气管与第三共振腔相对应的部分、三阶排气管与第四共振腔相对应的部分以及扩张穿孔排气管与第四共振腔相对应的部分均设有沿相应管壁均匀分布的多个微孔。

进一步，所述第一环形板和第三环形板上均设有前后贯通的流过孔；所述第四环形板的后侧固定有与第四共振腔相通并将气流导向第三壳体的排气口的弯管；所述弯管为多个，其中部分弯管对应扩张穿孔排气管设置，其余弯管以及扩张穿孔排气管和微穿孔排气管前端均设有向前伸出的扩张排气管；弯管的直径大于与其对应的扩张穿孔排气管或扩张排气管的直径。

本发明的有益效果是：本发明的柴油机尾气复合净化装置，结构紧凑，空间利用合理，既能催化氧化有害气体，又能实现对全部气流进行有效的过滤，净化效率高，结合消声器实现尾气净化和降噪共同工作，结构简单，成本低，使用寿命长，便于安装和拆卸；尾气净化和消声效率高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为排气消声器局部立体视图；

图3为微粒捕集装置结构示意图；

图4为微粒捕集装置局部立体视图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图；图2为排气消声器局部立体视图；图3为微粒捕集装置结构示意图；图4为微粒捕集装置局部立体视图，如图所示：本实施例的的柴油机尾气回收净化及降噪复合装置，包括催化氧化装置、微粒捕集装置和排气消声器；所述催化氧化装置包括设有进气口和排气口的第一壳体1以及固定于第一壳体1内的净化催化剂载体2；净化催化剂载体2上负载催化剂；所述第一壳体1对应净化催化剂载体2侧面设有第一共振腔3并且第一共振腔3的腔口朝向净化催化剂载体2；所述微粒捕集装置固定于第一壳体1的排气口用于吸附和过滤PM微粒；所述排气消声器固定于微粒捕集装置的排气端；所述微粒捕集装置包括第二壳体6和固定于第二壳体6内的蜂窝状陶瓷载体；所述第二壳体6固定于第一壳体1的排气口并与第一壳体1相通；所述蜂窝状陶瓷载体包括具有平行并列排布的多个气道的蜂窝体7和对应任意相邻两个气道之间错位式固定于每个气道内的挡板8；蜂窝体7内任意两相邻气道间的隔板为堇青石过滤层，通过挡板8能够截断相应气道内气流的流通，因此进入蜂窝体7内的气流在挡板8的阻挡作用下穿过相邻两气道之间的堇青石过滤层进入相邻气道，实现对全部气流进行有效的过滤，净化效率高，气道内可设置多个挡板8，使气流多次经过相邻气道之间的壁面进行过滤，利用扩散、拦截和惯性碰撞机理，将微粒沉淀于蜂窝状陶瓷载体之内，微粒堆积到端口一定位置时，由于该位置正好达到了微粒的燃烧值点，加上此装置应用于大型柴油机，流经微粒捕集装置时的排气温度大于微粒燃点温度，所以在端口位置可以直接实现微粒的燃烧，进而实现微粒捕集装置的再生，保证微粒捕集装置的正常工作状态；催化氧化装置、微粒捕集装置和排气消声器三者通过法兰结构连接在一起，便于安装和拆卸，每部分独立工作效率高，共同工作可实现相互促进，使尾气处理和噪声降低同时实现，极大的提高了净化和降噪效率；柴油机尾气由第一壳体1的进气口经过净化催化剂载体2流至第一壳体1的排气口，净化催化剂载体2固定于第一壳体1的内壁，净化催化剂载体2的侧面是指净化催化剂载体2与第一壳体1连接的表面，在第一壳体1上对应净化催化剂载体2侧面设置第一共振腔3，结构紧凑，空间利用合理，将催化氧化转化器DOC与共振腔室相结合，所述净化催化剂载体设有并列布置的多个孔道，孔道之间固定有钛硅催化剂，净化催化剂载体为由堇青石组成网状结构，形成密集孔道，堇青石直径40-100nm，孔道之间固定钛硅催化剂，即钛硅催化剂固定于分隔于相邻孔道之间的载体结构内，使催化剂不易泄露，稳定且适应性强；尾气在流经DOC净化催化剂载体2孔道的过程中,其中的HC等物质由净化催化剂载体2孔道的主气流区进入活性层，吸附于载体孔道壁面涂覆的堇青石(铝硅酸镁)活性层表面并形成络合物,络合物在钛硅催化剂的作用下发生催化反应后的生成物从堇青石(铝硅酸镁)活性层表面脱附，最后以反扩散的方式由扩散通道进入PM控制区；声波扩散进入第一共振腔3，与腔口壁摩擦散热和空腔内共振相消使声能降低，进而使低频噪声降低，而且能缓解气流对第一壳体1的冲击，进一步降低噪声，达到既能催化氧化有害气体，又能消中低频噪声的目的。

本实施例中，所述蜂窝状陶瓷载体与第二壳体6之间设有衬垫9，不仅提高蜂窝状陶瓷载体安装结构的稳定性，而且能够缓冲蜂窝状陶瓷载体与第二壳体6之间的振动和冲击，能够降低噪声和降低设备故障率。

本实施例中，所述第一壳体1对应其自身进气口到净化催化剂载体2之间的部分为沿气流方向横截面逐渐变大的锥形结构，形成突然扩张室，借助截面突变导致声阻抗突变，利用干涉相消的原理，消除部分低频进气噪声。

本实施例中，所述第一共振腔3为多个并且围绕净化催化剂载体2侧面紧密排列；第一共振腔3由设于第一壳体1内的内筒4和固定于内筒4与第一壳体1之间的隔板5围成；所述隔板5包括沿内筒4周向设置的环形隔板和平行于内筒4轴线的纵向隔板；环形隔板和纵向隔板呈十字交叉式固定在一起，第一共振腔3的腔口设于内筒4上并且为圆形缩口式结构，第一共振腔3为紧密排列的多个小腔结构，能更好的实现共振相消，进一步降低低频噪声，第一共振腔3通过采用隔板5将第一壳体1与内筒4之间的间隙分隔而成，净化催化剂载体2固定于内筒4内壁；圆形缩口式结构是指第一共振腔3的腔口小于第一共振腔3的截面，使第一共振腔3形成腔口小而内部宽阔的结构；隔板5还可以是如下结构：包括内筒4周向设置的螺旋隔板和平行于内筒4轴线的纵向隔板；螺旋隔板与内筒4一体成型；纵向隔板与第一壳体1一体成型，纵向隔板上设有供螺旋隔板旋入的多个卡槽，卡槽之间的距离与螺旋隔板的螺距相等，整体结构强度高，便于加工，装配时将内筒4旋入第一壳体1内，操作简便，结构稳固，利用螺旋隔板和纵向隔板将内筒4与第一壳体1之间的间隙分隔成第一共振腔3。

本实施例中，所述净化催化剂载体2的孔道壁面涂覆堇青石形成活性层，并借助活性层材料，使堇青石均匀分布，通过扩散机理，达到更好的催化氧化效果，使气流通过净化催化剂载体2内的孔道时达到对废气进行催化氧化转换的目的。

本实施例中，所述排气消声器包括设有进气口和排气口的第三壳体10以及固定于第三壳体10内并连通第三壳体10的进气口至排气口的阶梯式变径排气管；所述阶梯式变径排气管的进气端直径大于排气端直径，阶梯式变径排气管包括管径依次变小并且插入式设置的一阶排气管11、二阶排气管12和三阶排气管13；第三壳体10的进气口固定于微粒捕集装置；二阶排气管12插入一阶排气管11的出口处，三阶排气管13插入二阶排气管12的出口处，采用插入管式结构结合截面突变使声阻抗发生突变，从而实现干涉相消，达到消中低频噪声的目的，实现尾气处理和降噪共同工作，结构简单，成本低，使用寿命长，便于安装和拆卸，消声效率高，产生背压小，核心技术具有普适性，可加以改造应用于类似领域。

本实施例中，所述阶梯式变径排气管通过环形板组件固定于第三壳体10内壁，所述环形板组件包括沿阶梯式变径排气管轴向排列的第一环形板14、第二环形板15、第三环形板16和第四环形板17；第一环形板14设于一阶排气管11中前部；第二环形板15设于二阶排气管12的后端使第二环形板15与第一环形板14之间形成第二共振腔；第三环形板16设于三阶排气管13的中部使第三环形板16与第二环形板15之间形成第三共振腔，第四环形板17设于三阶排气管13的中后部使第四环形板17与第三环形板16之间形成第四共振腔，使气体在各个共振腔中进行摩擦、碰撞和干涉反应，将声能转换为了热能，从而消除高频噪声，同时各个环形板为阶梯式变径排气管提供了稳定可靠的安装结构，结构紧凑，空间利用合理，而且能缓解气流对第三壳体10的冲击，进一步降低噪声。

本实施例中，所述一阶排气管11的后端与二阶排气管12之间通过环形封板连接并密封；第二环形板15和第三环形板16之间固定有连通第二共振腔和第四共振腔的微穿孔排气管18；第三环形板16和第四环形板17之间固定有连通第三共振腔和第四环形板17到第三壳体10的排气口之间的腔室的扩张穿孔排气管19；一阶排气管11和二阶排气管12与第二共振腔相对应的部分、微穿孔排气管18与第三共振腔相对应的部分、三阶排气管13与第四共振腔相对应的部分以及扩张穿孔排气管19与第四共振腔相对应的部分均设有沿相应管壁均匀分布的多个微孔20，使阶梯式变径排气管与第二共振腔、第三共振腔和第四共振腔之间以及各个腔室之间通过微孔20或管道有效的互通，气体膨胀穿过孔壁时摩擦散热，消耗声能。

本实施例中，所述第一环形板14和第三环形板16上均设有前后贯通的流过孔21；所述第四环形板17的后侧固定有与第四共振腔相通并将气流导向第三壳体10的排气口的弯管22；所述弯管22为多个，其中部分弯管22对应扩张穿孔排气管19设置，其余弯管22以及各个扩张穿孔排气管19和微穿孔排气管18前端均设有向前伸出的扩张排气管23；弯管22的直径大于与其对应的扩张穿孔排气管19或扩张排气管23的直径，由扩张穿孔排气管19和扩张排气管23进入弯管22的气流借助截面突变导致声阻抗突变，利用干涉相消的原理，消除部分噪声，第一环形板14和第三环形板16两侧的气流能够在一定程度上通过流过孔21进行流通，提高系统的平衡性，气体膨胀穿过孔壁时摩擦散热，消耗声能，弯管22的排气口设计成60°对流结构，使后端残余的部分噪声利用对流机理产生互相作用，通过分子的碰撞和干涉相消降低多频次噪声，最后利用阶梯式变径排气管气流大的性能，使弯管22排出的气体在主排气管气流作用下流向第三壳体10的排气口排出，保证了气体不被堵塞，实现了较好的流通性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种柴油机尾气复合净化装置，其特征在于：包括催化氧化装置、固定于催化氧化装置的排气端用于吸附和过滤PM微粒的微粒捕集装置以及固定于微粒捕集装置的排气端排气消声器；所述催化氧化装置包括设有进气口和排气口的第一壳体以及固定于第一壳体内的净化催化剂载体；净化催化剂载体上负载催化剂；所述微粒捕集装置包括第二壳体和固定于第二壳体内的蜂窝状陶瓷载体；所述第二壳体固定于第一壳体的排气口并与第一壳体相通；所述蜂窝状陶瓷载体包括具有平行并列排布的多个气道的蜂窝体和对应任意相邻两个气道之间错位式固定于每个气道内的挡板；蜂窝体内分隔于任意相邻两气道之间的部分设有堇青石过滤层，所述第一壳体对应净化催化剂载体侧面设有第一共振腔并且第一共振腔的腔口朝向净化催化剂载体，所述第一壳体对应其自身进气口到净化催化剂载体之间的部分为沿气流方向横截面逐渐变大的锥形结构，所述第一共振腔为多个并且围绕净化催化剂载体侧面紧密排列；第一共振腔由设于第一壳体内的内筒和固定于内筒与第一壳体之间的隔板围成；所述隔板包括沿内筒周向设置的环形隔板和平行于内筒轴线的纵向隔板；环形隔板和纵向隔板呈十字交叉式固定在一起，第一共振腔的腔口设于内筒上并且为圆形缩口式结构。

2.根据权利要求1所述的柴油机尾气复合净化装置，其特征在于：所述蜂窝状陶瓷载体与第二壳体之间设有衬垫。

3.根据权利要求1所述的柴油机尾气复合净化装置，其特征在于：所述排气消声器包括设有进气口和排气口的第三壳体以及固定于第三壳体内并连通第三壳体的进气口至排气口的阶梯式变径排气管；所述阶梯式变径排气管包括按顺序连接并且管径互不相同的一阶排气管、二阶排气管和三阶排气管；第三壳体的进气口固定于微粒捕集装置。

4.根据权利要求3所述的柴油机尾气复合净化装置，其特征在于：所述阶梯式变径排气管通过环形板组件固定于第三壳体内壁，所述环形板组件包括沿阶梯式变径排气管轴向排列的第一环形板、第二环形板、第三环形板和第四环形板；第一环形板设于一阶排气管中前部；第二环形板设于二阶排气管的后端使第二环形板与第一环形板之间形成第二共振腔；第三环形板设于三阶排气管的中部使第三环形板与第二环形板之间形成第三共振腔，第四环形板设于三阶排气管的中后部使第四环形板与第三环形板之间形成第四共振腔。

5.根据权利要求4所述的柴油机尾气复合净化装置，其特征在于：所述一阶排气管的后端与二阶排气管之间通过环形封板连接并密封；第二环形板和第三环形板之间固定有连通第二共振腔和第四共振腔的微穿孔排气管；第三环形板和第四环形板之间固定有连通第三共振腔和第四环形板到第三壳体的排气口之间的腔室的扩张穿孔排气管；一阶排气管和二阶排气管与第二共振腔相对应的部分、微穿孔排气管与第三共振腔相对应的部分、三阶排气管与第四共振腔相对应的部分以及扩张穿孔排气管与第四共振腔相对应的部分均设有沿相应管壁均匀分布的多个微孔。

6.根据权利要求5所述的柴油机尾气复合净化装置，其特征在于：所述第一环形板和第三环形板上均设有前后贯通的流过孔；所述第四环形板的后侧固定有与第四共振腔相通并将气流导向第三壳体的排气口的弯管；所述弯管为多个，其中部分弯管对应扩张穿孔排气管设置，其余弯管以及扩张穿孔排气管和微穿孔排气管前端均设有向前伸出的扩张排气管；弯管的直径大于与其对应的扩张穿孔排气管或扩张排气管的直径。