CN105909344B - 涡流区废气处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡流区废气处理系统及方法，该系统包括涡流等离子体反应器，所述涡流等离子体反应器的空气进口安装有空气喷淋器，所述空气喷淋器的进口依次连接到第一涡流泵和第一涡流二极管，所述涡流等离子体反应器内设有吸附网，所述涡流等离子体反应器的气体出口安装有第二涡流泵，所述第二涡流泵的出口与第二涡流二极管的进口相连接，所述第二涡流二极管的出口经第一节流阀后与双稳元件的进口相连接，所述双稳元件包含多个涡流马达，所述双稳元件的一出口经第一蒸发器的气体流路后与三元催化器的进口相连接，所述双稳元件的另一出口与涡轮机的气体流路进口相连接。本发明延长了三元催化剂的使用寿命，有效地减少了PM2.5，降低成本，节约能源。

Description

涡流区废气处理系统及方法
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，特别是一种涡流区废气处理系统及方法。
背景技术
目前针对汽车尾气处理的技术层出不穷，比较流行的处理技术有：利用三元催化剂处理汽车尾气、SCR技术处理汽车尾气、EGR+DPF系统处理汽车尾气。
三元催化剂处理汽车尾气当中，三元催化剂主要是将汽车尾气排放的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化还原反应转化为无害的清洁能源，是当今相对流行的汽车尾气处理系统。但是由于三元催化剂在常温下不具备催化作用，三元催化剂对S、Pb、P等元素非常敏感。它们在燃烧后形成氧化物颗粒会吸附在催化剂表面，使催化剂无法与废气接触，从而失去了催化作用。而且三元催化剂在汽车长期低温状态时容易表面积碳等一些问题。其中最主要的是三元催化剂中的贵金属价格昂贵，且容易造成二次污染。
SCR技术（选择性催化还原）体系是利用尿素溶液对汽车尾气中的有害物质进行处理，它相比EGR+DPF技术的优点在于：（1）SCR系统的燃油消耗相对于EGR+DPF系统稍低；（2）较长时间满足汽车尾气排放标准；（3）无需增加冷却器的体积等优点。但是SCR技术又有一些不足，首先尿素成本高，其次无法进行汽车尾气余热低品位热源的利用。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种废气化学处理效果好、废气除尘效果好、催化剂使用寿命长、可远程控制、节约能源、降低成本的涡流区废气处理系统及方法。
为了解决上述问题，本发明的一技术方案是：一种涡流区废气处理系统，包括由高压脉冲电源供电的涡流等离子体反应器，所述涡流等离子体反应器设有空气进口、废气进口和气体出口，所述涡流等离子体反应器的空气进口安装有空气喷淋器，所述空气喷淋器的进口依次连接到协同作用的第一涡流泵和第一涡流二极管，所述第一涡流泵通过空气喷淋器的喷嘴将空气雾化喷射至涡流等离子体反应器内，所述涡流等离子体反应器内设有吸附废气中尘埃颗粒的吸附网，所述涡流等离子体反应器的气体出口安装有反向运转以使涡流等离子体反应器内产生预定压强的第二涡流泵，所述第二涡流泵的出口与第二涡流二极管的进口相连接，所述第二涡流二极管的出口经第一节流阀后与双稳元件的进口相连接，所述双稳元件包含多个并联的由流体带动的涡流马达，所述双稳元件的一出口经第一蒸发器的气体流路后与三元催化器的进口相连接，所述双稳元件的另一出口与涡轮机的气体流路进口相连接。
优选的，所述第一蒸发器的液体流路出口与涡轮机的液体流路进口相连接，所述涡轮机的液体流路出口与膨胀机的进口相连接，所述膨胀机的出口与冷凝器的液体流路进口相连接，所述冷凝器内设有冷源流路，所述冷凝器的液体流路出口与储液罐的进口相连接，所述储液罐的出口依次经第三涡流二极管和第三涡流泵后与第一蒸发器的液体流路进口相连接。
优选的，该涡流区废气处理系统还可包括第二蒸发器，所述第二蒸发器的液体流路出口经第二节流阀后与膨胀机的进口相连接，所述储液罐的出口依次经第四涡流二极管和第四涡流泵后与第二蒸发器的液体流路进口相连接，所述第二蒸发器内设有发动机热源流路。
优选的，所述膨胀机的动力输出端连接有发电机。
为了解决上述问题，本发明的另一技术方案是：一种涡流区废气处理方法，采用上述的涡流区废气处理系统，包括以下步骤：
（1）汽车启动时，高压脉冲电源供电，常压的空气经过第一涡流二极管与第一涡流泵的协同作用后单向流动到空气喷淋器，由第一涡流泵加压后的空气经过喷嘴雾化喷射至涡流等离子体反应器内；
（2）在高压脉冲电源供电状态下，涡流等离子体反应器的正极和负极上的电子拥有足够的能量碰撞到空气分子中，使空气发生电离而变为含有OH、O、N的活性基团和离子；第二涡流泵的反向运转使涡流等离子体反应器内产生预定压强，在预定压强之下流体无法排出；
（3）废气进入涡流等离子体反应器后，吸附网吸附废气中的尘埃颗粒，避免尘埃堵塞后续的装置；废气在预定温度下与活性基团和离子反应，产生包含N2、H2O和CO2的对环境相对无害的气体；
（4）气体的压强超过预定压强时，气体依次经过第二涡流泵、第二涡流二极管和第一节流阀单向流动到双稳元件，双稳元件利用气体流动的吸附性与粘滞性完成逻辑判断；
（5）当双稳元件中涡流泵低转速时，气体流至第一蒸发器的气体流路，进行低品位热源的余热利用，再流经三元催化器，在三元催化剂的作用下完成剩余的气体净化，最后排出尾气到大气环境中；当双稳元件中涡流泵高转速时，气体流至涡轮机的气体流路，进行气体的催化作用和涡轮增压，并将净化后的尾气排放到大气环境中。
优选的，步骤（1）中的由第一涡流泵加压后的空气压强为1.4Mpa~8Mpa。
优选的，步骤（2）中的预定压强为8Mpa~40Mpa。
优选的，步骤（3）中的预定温度为400℃~800℃。
优选的，步骤（5）中的低品位热源的余热利用遵循朗肯循环系统的热源回收利用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）在汽车尾气方面，汽车尾气的尘埃在涡流等离子体反应器中收集，有效地减小了三元催化剂的负担，延长了三元催化剂的使用寿命，且有效地减少了PM2.5。（2）在高压电晕技术与催化剂的协同作用下，有效地增加了各自元器件的使用寿命，且成本适中，所产生的二次污染相对于现有的产品较小。（3）在除尘与废气处理方面，既有湿式电除尘的优点，又具有废气处理的优点，余热利用采用朗肯循环系统，节约能源。（4）在整个系统中，由于涡流泵和涡流马达的存在，使整个系统可以远程遥控，从而克服了涡流射流技术可以自动化而不能远程遥控的技术难题。（5）采用本发明的电除尘、废气处理及余热利用的涡流电晕技术，可同时满足汽车尾气处理及汽车尾气低品位热源的回收利用和工业电除尘、废气处理及工业低品位热源的回收利用。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中标记：1-涡流等离子体反应器，2-高压脉冲电源，3-空气喷淋器，4-第一涡流泵，5-第一涡流二极管，6-吸附网，7-第二涡流泵，8-第二涡流二极管，9-第一节流阀，10-双稳元件，11-第一蒸发器，12-三元催化器，13-涡轮机，14-膨胀机，15-冷凝器，16-储液罐，17-第三涡流二极管，18-第三涡流泵，19-第二蒸发器，20-第二节流阀，21-第四涡流二极管，22-第四涡流泵，23-发电机。
具体实施方式
为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1所示，一种涡流区废气处理系统，包括由高压脉冲电源2供电的涡流等离子体反应器1，所述涡流等离子体反应器1设有空气进口、废气进口和气体出口，所述涡流等离子体反应器1的空气进口安装有空气喷淋器3，所述空气喷淋器3的进口依次连接到协同作用的第一涡流泵4和第一涡流二极管5，所述第一涡流泵4通过空气喷淋器3的喷嘴将空气雾化喷射至涡流等离子体反应器1内，所述涡流等离子体反应器1内设有吸附废气中尘埃颗粒的吸附网6，所述涡流等离子体反应器1的气体出口安装有反向运转以使涡流等离子体反应器1内产生预定压强的第二涡流泵7，所述第二涡流泵7的出口与第二涡流二极管8的进口相连接，所述第二涡流二极管8的出口经第一节流阀9后与双稳元件10的进口相连接，所述双稳元件10包含多个并联的由流体（即流动气体）带动的涡流马达，所述双稳元件10的一出口经第一蒸发器11的气体流路后与三元催化器12的进口相连接，所述双稳元件10的另一出口与涡轮机13的气体流路进口相连接。
在本发明实施例中，所述第一蒸发器11的液体流路出口与涡轮机13的液体流路进口相连接，所述涡轮机13的液体流路出口与膨胀机14的进口相连接，所述膨胀机14的出口与冷凝器15的液体流路进口相连接，所述冷凝器15内设有冷源流路，所述冷凝器15的液体流路出口与储液罐16的进口相连接，所述储液罐16的出口依次经第三涡流二极管17和第三涡流泵18后与第一蒸发器11的液体流路进口相连接，形成了朗肯循环系统，以利用废气中的低品位热源。
在本发明实施例中，该涡流区废气处理系统还包括第二蒸发器19，所述第二蒸发器19的液体流路出口经第二节流阀20后与膨胀机14的进口相连接，所述储液罐16的出口依次经第四涡流二极管21和第四涡流泵22后与第二蒸发器19的液体流路进口相连接，所述第二蒸发器19内设有发动机热源流路（即热沉冷源流路）。
在本发明实施例中，所述膨胀机14的动力输出端连接有发电机23，以将废气中的低品位热源转化为发电机23发电。
如图1所示，一种涡流区废气处理方法，采用上述的涡流区废气处理系统，包括以下步骤：
（1）汽车启动时，高压脉冲电源2供电，常压的空气经过第一涡流二极管5与第一涡流泵4的协同作用后单向流动到空气喷淋器3，由第一涡流泵加压后的空气经过喷嘴雾化喷射至涡流等离子体反应器1内；
（2）在高压脉冲电源2供电状态下，涡流等离子体反应器1的正极和负极上的电子拥有足够的能量碰撞到空气分子中，使空气发生电离而变为含有OH、O、N的活性基团和离子；第二涡流泵7的反向运转使涡流等离子体反应器1内产生预定压强，在预定压强之下流体无法排出，即流体不能反向流动只能单向流动，或者少部分流体反向流动而在宏观大体上为单向流动；
（3）废气进入涡流等离子体反应器1后，吸附网6吸附废气中的尘埃颗粒，电除尘在涡流等离子体反应器1中得到沉淀，避免尘埃堵塞后续的装置；废气在预定温度下与活性基团和离子反应，产生包含N2、H2O和CO2的对环境相对无害的气体；
（4）气体的压强超过预定压强时，气体依次经过第二涡流泵7、第二涡流二极管8和第一节流阀9单向流动到双稳元件10，双稳元件10利用气体流动的吸附性与粘滞性完成逻辑判断；
（5）当双稳元件10中的涡流马达低转速时，气体流至第一蒸发器11的气体流路，进行低品位热源的余热利用，再流经三元催化器12，在三元催化剂的作用下完成剩余的气体净化，最后排出尾气到大气环境中；当双稳元件10中的涡流马达高转速时，气体流至涡轮机13的气体流路，进行气体的催化作用和涡轮增压，并将净化后的尾气排放到大气环境中。
在本发明实施例中，步骤（1）中的由第一涡流泵加压后的空气压强为1.4Mpa~8Mpa。
在本发明实施例中，步骤（2）中的预定压强为8Mpa~40Mpa。
在本发明实施例中，步骤（3）中的预定温度为400℃~800℃。
在本发明实施例中，步骤（5）中的低品位热源的余热利用遵循朗肯循环系统的热源回收利用。其中，低转速和高转速是根据不同车型的扭矩及输出曲线进行划分的。
整个系统可以配套若干个传感器使用，例如温度传感器、压力传感器和流速传感器等，以起到提高性能的作用。并且，整个系统由于涡流泵和涡流马达的作用，可以实现实时远程控制，电子与涡流射流技术的结合。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的涡流区废气处理系统及方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种涡流区废气处理系统，包括由高压脉冲电源供电的涡流等离子体反应器，所述涡流等离子体反应器设有空气进口、废气进口和气体出口，其特征在于：所述涡流等离子体反应器的空气进口安装有空气喷淋器，所述空气喷淋器的进口依次连接到协同作用的第一涡流泵和第一涡流二极管，所述第一涡流泵通过空气喷淋器的喷嘴将空气雾化喷射至涡流等离子体反应器内，所述涡流等离子体反应器内设有吸附废气中尘埃颗粒的吸附网，所述涡流等离子体反应器的气体出口安装有反向运转以使涡流等离子体反应器内产生预定压强的第二涡流泵，所述第二涡流泵的出口与第二涡流二极管的进口相连接，所述第二涡流二极管的出口经第一节流阀后与双稳元件的进口相连接，所述双稳元件包含多个并联的由流体带动的涡流马达，所述双稳元件的一出口经第一蒸发器的气体流路后与三元催化器的进口相连接，所述双稳元件的另一出口与涡轮机的气体流路进口相连接。
2.根据权利要求1所述的涡流区废气处理系统，其特征在于：所述第一蒸发器的液体流路出口与涡轮机的液体流路进口相连接，所述涡轮机的液体流路出口与膨胀机的进口相连接，所述膨胀机的出口与冷凝器的液体流路进口相连接，所述冷凝器内设有冷源流路，所述冷凝器的液体流路出口与储液罐的进口相连接，所述储液罐的出口依次经第三涡流二极管和第三涡流泵后与第一蒸发器的液体流路进口相连接。
3.根据权利要求2所述的涡流区废气处理系统，其特征在于：还包括第二蒸发器，所述第二蒸发器的液体流路出口经第二节流阀后与膨胀机的进口相连接，所述储液罐的出口依次经第四涡流二极管和第四涡流泵后与第二蒸发器的液体流路进口相连接，所述第二蒸发器内设有发动机热源流路。
4.根据权利要求2或3所述的涡流区废气处理系统，其特征在于：所述膨胀机的动力输出端连接有发电机。
5.一种涡流区废气处理方法，其特征在于，采用权利要求1至4中任一项所述的涡流区废气处理系统，包括以下步骤：
（1）汽车启动时，高压脉冲电源供电，常压的空气经过第一涡流二极管与第一涡流泵的协同作用后单向流动到空气喷淋器，由第一涡流泵加压后的空气经过喷嘴雾化喷射至涡流等离子体反应器内；
（2）在高压脉冲电源供电状态下，涡流等离子体反应器的正极和负极上的电子拥有足够的能量碰撞到空气分子中，使空气发生电离而变为含有OH、O、N的活性基团和离子；第二涡流泵的反向运转使涡流等离子体反应器内产生预定压强，在预定压强之下流体无法排出；
（3）废气进入涡流等离子体反应器后，吸附网吸附废气中的尘埃颗粒，避免尘埃堵塞后续的装置；废气在预定温度下与活性基团和离子反应，产生包含N2、H2O和CO2的对环境相对无害的气体；
（4）气体的压强超过预定压强时，气体依次经过第二涡流泵、第二涡流二极管和第一节流阀单向流动到双稳元件，双稳元件利用气体流动的吸附性与粘滞性完成逻辑判断；
（5）当双稳元件中的涡流马达低转速时，气体流至第一蒸发器的气体流路，进行低品位热源的余热利用，再流经三元催化器，在三元催化剂的作用下完成剩余的气体净化，最后排出尾气到大气环境中；当双稳元件中的涡流马达高转速时，气体流至涡轮机的气体流路，进行气体的催化作用和涡轮增压，并将净化后的尾气排放到大气环境中。
6.根据权利要求5所述的涡流区废气处理方法，其特征在于：步骤（1）中的由第一涡流泵加压后的空气压强为1.4Mpa~8Mpa。
7.根据权利要求5所述的涡流区废气处理方法，其特征在于：步骤（2）中的预定压强为8Mpa~40Mpa。
8.根据权利要求5所述的涡流区废气处理方法，其特征在于：步骤（3）中的预定温度为400℃~800℃。
9.根据权利要求5所述的涡流区废气处理方法，其特征在于：步骤（5）中的低品位热源的余热利用遵循朗肯循环系统的热源回收利用。
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