CN105927331A - 拱形隧道挖掘机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及拱形隧道挖掘机，包括控制单元、还原剂供应单元、催化还原单元、微粒捕集单元和温度传感器，催化还原单元与微粒捕集单元通过连通管道连接，且连通管道上设有支路连接所述还原剂供应单元。控制单元分别控制微粒捕集单元、还原剂供应单元、催化还原单元和温度传感器。催化还原单元包括多个可绕转动轴转动的圆柱形的催化还原器，催化还原器的内部沿其长度方向间隔设有多个催化还原通道，催化还原通道分为高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道，两两催化还原器之间设有活动式的减压缓冲结构。本发明根据废气的温度转换不同的催化剂进行处理，从而使得催化效率最大化。

Description

拱形隧道挖掘机
技术领域
本发明涉及建筑领域，具体涉及的是拱形隧道挖掘机。
背景技术
相关技术中，拱形隧道挖掘机使用过程中产生大量的废气，如氮氧化物和二氧化硫等有害气体。这些有害气体排放到大气中，会严重影响人类的健康，也会妨碍植物的生长，从而造成地球环境的严重污染。但是，相关技术中，拱形隧道挖掘机的废气回收装置都存在设备成本投入大、污染物脱除效率低等缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是解决拱形隧道挖掘机使用过程中产生的废气处理脱除效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是拱形隧道挖掘机，包括废气处理部分，所述废气处理部分包括控制单元、还原剂供应单元、催化还原单元、微粒捕集单元和温度传感器，所述催化还原单元与所述微粒捕集单元通过连通管道连接，且所述连通管道上设有支路连接所述还原剂供应单元。所述控制单元分别控制微粒捕集单元、还原剂供应单元、催化还原单元和温度传感器。所述温度传感器设于所述催化还原单元进气一端。
所述催化还原单元包括转动轴、进气管以及连通进气管的排气管。所述转动轴沿进气管、排气管的中轴线方向延伸并穿过进气管和排气管，所述转动轴的两端连接有电机，所述电机可带动转动轴转动。所述转动轴上依次排列有多个可绕转动轴转动的圆柱形的催化还原器，所述催化还原器的内部沿其长度方向间隔设有多个催化还原通道，所述催还还原通道分为高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道。所述高温催化还原通道内设置有螺旋状的高温催化金属载体，所述中温催化还原通道内设置有螺旋状的中温催化金属载体，所述低温催化还原通道内设置有螺旋状的低温催化金属载体。所述高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道规律性排布。
所述催化还原器内还设有开闭盘，所述开闭盘位于催化还原通道进气的一端。所述开闭盘的表面设有规律性排列的通孔，转动开闭盘，所述通孔对准催化还原器上的高温催化还原通道、中温催化还原通道或低温催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过通孔进入该催化还原通道进行对应的催化还原反应。
所述催化还原器进气的一端设有活动式的减压缓冲结构，所述减压缓冲结构为中空的圆柱形或圆盘状，所述减压缓冲结构的外表面间隔设有多个开口，每个开口上插有可活动的隔挡片，当开闭盘需要转动的时候，所述隔挡片进入减压缓冲结构并于减压缓冲结构内部形成废气拦截结构，废气需经过多个相邻隔挡片组成的空腔才能进入在后的催化还原器，从而暂时性降低废气压力，使得在后的开闭盘可以顺利转动，避免发生废气泄漏。在后的开闭盘完成转动后，所述隔挡片抽离，废气恢复原有的压强，快速地进入在后的催化还原通道。
在燃烧时各种因素的影响下，废气排放的温度不同，而不同的催化剂最优处理温度不同，因此设置三种工作温度不同的催化剂于催化还原通道内，与开闭盘相互配合，当温度传感器检测到废气温度后，根据其温度，转动开闭盘，使得开闭盘上的通孔对准适应该温度范围的催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过与其温度相匹配的效率最大化的催化还原通道，从而实现废气处理效率和效果的最大化。
所述高温催化金属载体在400～600℃环境下工作，所述中温催化金属载体在250～400℃环境下工作的，所述低温催化金属载体在150～250℃环境下工作。
所述高温催化金属载体包括负载有WO3/TiO2催化剂的金属载体，WO3/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.25μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶中30min，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧5h，得到负载25wt.％WO3的WO3/TiO2催化剂的高温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的WO3/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％时，在400～600℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高35％。
在400～550℃温度下，高温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于80％，500℃时超过92％，当温度高于500℃后出现下降趋势，但在600℃时NOx仍有65％的转化率。
所述中温催化金属载体包括负载有CeO2/W25Ti催化剂的金属载体，CeO2/W25Ti催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.25μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Ce(NO3)3·6H2O溶于水得到硝酸铈溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到负载10wt.％Ce的CeO2/W25Ti催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在CeO2/W25Ti催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧5h，得到负载有CeO2/W25Ti催化剂的中温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的CeO2/W25Ti催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％时，在250～400℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高30％。
在250～300℃温度下，中温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于60％，在250～300℃温度下，NOx转化率达到最高，接近80％，当温度高于400℃后中温催化金属载体的催化活性迅速降低。
所述低温催化金属载体包括负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体，Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.25μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于70％的硫酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，其中硫酸根与二氧化钛的摩尔比为SO4 2-：TiO2＝1:4；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Cr(NO3)3·9H2O溶于水得到硝酸铬溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧5h，得到负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％时，在150～250℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高32％。
负载10wt.％Ce的低温催化金属载体在150～250℃时，NOx转化率随着温度的增加而逐渐升高，接近100％。在175～250℃温度范围内，NOx转化率均超过80％。
相比于使用单一催化剂，使用本发明的催化转化系统后废气中的NOx比排放从12.192g/kW﹒h下降至2.579g/kW﹒h，处理效果大幅度提升。
所述微粒捕集单元包括壳体和多块微粒捕集金属载体，所述微粒捕集金属载体经过下列步骤处理：取定量硝酸铬，硝酸钴和柠檬酸溶于去离子水中，其中铬离子与柠檬酸分子摩尔比为1:1.5，铬离子浓度为0.2mol/L。于80℃络合反应5h后涂抹于微粒捕集金属载体上，所述微粒捕集金属载体于600℃焙烧5h后得到最终产品。为了进一步提高催化活性，在催化剂表面担载了占催化剂质量分数为0.5％的贵金属Pt。所述最终产品切割成细长状后相互搭接形成金属丝网，所述金属丝网上下连接形成密集多孔的金属丝网过滤体。
所述壳体包括外壳体和内壳体，所述外壳体间隔包裹所述内壳体，使得外壳体与内壳体之间形成真空层，保持金属丝网过滤体的温度，促进其被动燃烧再生，降低微粒捕集器内的排气背压。所述内壳体分为扩张部分、过滤部分和收缩部分，所述扩张部分连接进气管，所述收缩部分连接排气管，其中所述内壳体的收缩部分的外径与排气管外径直径比为2.5～4,所述内壳体扩张部分的角度为80°～100°。
微粒捕集器内流速以及微粒浓度的均匀性决定微粒捕集器内过滤体利用率的高低、过滤体再生周期以及过滤体使用寿命的长短，在微粒捕集器实际应用中，微粒捕集器的排气参数(排气入口速度)以及结构参数(扩张角、直径比)对流速分布以及微粒浓度分布的均匀性有着非常重要的影响。
在进口流量(进口速度和进口面积)相同的情况下，直径比小的内壳体流经扩张部分时，速度降低得更少，产生的涡流效应较小，几乎没有，但是，较小的直径比会使得微粒捕集器内排气流速较高，排气流速分布不均匀，从而导致实际过滤过程中微粒捕集器内的微粒集中于金属丝网过滤体的中心轴线处，加重金属丝网过滤体中心轴线处的负荷。当直径比为2～4时，微粒捕集器各截面的速度分布更加均匀，从而金属丝网过滤体内微粒沉积分布较为均匀。此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为96％。
扩张角越小，从进气管到扩张部分的过渡越平顺，扩张角越大，越容易产生涡流区，且涡流区越向中心轴线靠近，因此，选择扩张角为80°～100°，此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为95％。
所述还原剂供应单元包括依次连接的固体尿素储存罐、计量转子和加热分解管道，所述固体尿素储存罐内存放有尿素粉末，其下端面倾斜形成带有开口的锥状结构。所述计量转子为圆柱状，其外表面间隔设有容纳尿素粉末的凹坑。所述计量转子的中心轴位置连接传动装置，带动计量转子相对于固体尿素储存罐转动。所述计量转子的外表面间隔包裹有固定于所述固体尿素储存罐上的封闭罩，所述封闭罩对准所述锥状结构的开口处设有通孔，所述封闭罩对准所述加热分解管道处同样设有通孔，转动计量转子，固体尿素储存罐内的尿素粉末进入凹坑内，继续转动计量转子，装有尿素粉末的凹坑转动至对准所述加热分解管道的通孔处，尿素粉末掉落，废气吹动尿素粉末进入加热分解管道，所述加热分解管道盘曲折叠于微波发射装置内，尿素粉末经过微波发射装置时在微波的作用下分解生成氨气和异氰酸，废气中的水蒸气可使异氰酸分解，从而产生氨气。
作为优选，所述凹坑为直径为5mm的半球状。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明减压缓冲结构的结构示意图。
图3是本发明减压缓冲结构另一视角的结构示意图。
图4是本发明还原剂供应单元的结构示意放大图。
附图标记：1、电机，2、转动轴，3、催化还原单元，4、进气管，5、温度传感器，6、开闭盘，7、催化还原器，8、减压缓冲结构，9、排气管，10、微粒捕集单元，11、外壳体，12、内壳体，13、金属丝网过滤体，14、还原剂供应单元，15、微波发射装置，16、加热分解管道，17、封闭罩，18、计量转子，19、固体尿素储存罐，20、隔挡片。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例一
参阅图1，拱形隧道挖掘机，包括废气处理部分，所述废气处理部分包括控制单元、还原剂供应单元14、催化还原单元3、微粒捕集单元10和温度传感器5，所述催化还原单元3与所述微粒捕集单元10通过连通管道连接，且所述连通管道上设有支路连接所述还原剂供应单元14。所述控制单元分别控制微粒捕集单元10、还原剂供应单元14、催化还原单元3和温度传感器5。所述温度传感器5设于所述催化还原单元3进气一端。
所述催化还原单元3包括转动轴2、进气管4以及连通进气管4的排气管9。所述转动轴2沿进气管4、排气管9的中轴线方向延伸并穿过进气管4和排气管9，所述转动轴2的两端连接有电机1，所述电机1可带动转动轴2转动。所述转动轴2上依次排列有多个可绕转动轴2转动的圆柱形的催化还原器7，所述催化还原器7的内部沿其长度方向间隔设有多个催化还原通道，所述催还还原通道分为高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道。所述高温催化还原通道内设置有螺旋状的高温催化金属载体，所述中温催化还原通道内设置有螺旋状的中温催化金属载体，所述低温催化还原通道内设置有螺旋状的低温催化金属载体。所述高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道规律性排布。
所述催化还原器7内还设有开闭盘6，所述开闭盘6位于催化还原通道进气的一端。所述开闭盘6的表面设有规律性排列的通孔，转动开闭盘6，所述通孔对准催化还原器7上的高温催化还原通道、中温催化还原通道或低温催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过通孔进入该催化还原通道进行对应的催化还原反应。
所述催化还原器7进气的一端设有活动式的减压缓冲结构8，参阅图2和图3，所述减压缓冲结构8为中空的圆柱形或圆盘状，所述减压缓冲结构8的外表面间隔设有多个开口，每个开口上插有可活动的隔挡片20，当开闭盘6需要转动的时候，所述隔挡片20进入减压缓冲结构8并于减压缓冲结构8内部形成废气拦截结构，废气需经过多个相邻隔挡片20组成的空腔才能进入在后的催化还原器7，从而暂时性降低废气压力，使得在后的开闭盘6可以顺利转动，避免发生废气泄漏。在后的开闭盘6完成转动后，所述隔挡片20抽离，废气恢复原有的压强，快速地进入在后的催化还原通道。
在燃烧时各种因素的影响下，废气排放的温度不同，而不同的催化剂最优处理温度不同，因此设置三种工作温度不同的催化剂于催化还原通道内，与开闭盘6相互配合，当温度传感器5检测到废气温度后，根据其温度，转动开闭盘6，使得开闭盘6上的通孔对准适应该温度范围的催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过与其温度相匹配的效率最大化的催化还原通道，从而实现废气处理效率和效果的最大化。
所述高温催化金属载体在400～600℃环境下工作，所述中温催化金属载体在250～400℃环境下工作的，所述低温催化金属载体在150～250℃环境下工作。
所述高温催化金属载体包括负载有WO3/TiO2催化剂的金属载体，WO3/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.25μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶中30min，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧5h，得到负载25wt.％WO3的WO3/TiO2催化剂的高温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的WO3/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％时，在400～600℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高35％。
在400～550℃温度下，高温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于80％，500℃时超过92％，当温度高于500℃后出现下降趋势，但在600℃时NOx仍有65％的转化率。
所述中温催化金属载体包括负载有CeO2/W25Ti催化剂的金属载体，CeO2/W25Ti催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.25μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Ce(NO3)3·6H2O溶于水得到硝酸铈溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到负载10wt.％Ce的CeO2/W25Ti催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在CeO2/W25Ti催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧5h，得到负载有CeO2/W25Ti催化剂的中温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的CeO2/W25Ti催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％时，在250～400℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高30％。
在250～300℃温度下，中温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于60％，在250～300℃温度下，NOx转化率达到最高，接近80％，当温度高于400℃后中温催化金属载体的催化活性迅速降低。
所述低温催化金属载体包括负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体，Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.25μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于70％的硫酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，其中硫酸根与二氧化钛的摩尔比为SO4 2-：TiO2＝1:4；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Cr(NO3)3·9H2O溶于水得到硝酸铬溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧5h，得到负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％时，在150～250℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高32％。
负载10wt.％Ce的低温催化金属载体在150～250℃时，NOx转化率随着温度的增加而逐渐升高，接近100％。在175～250℃温度范围内，NOx转化率均超过80％。
相比于使用单一催化剂，使用本发明的催化转化系统后废气中的NOx比排放从12.192g/kW﹒h下降至2.579g/kW﹒h，处理效果大幅度提升。
所述微粒捕集单元10包括壳体和多块微粒捕集金属载体，所述微粒捕集金属载体经过下列步骤处理：取定量硝酸铬，硝酸钴和柠檬酸溶于去离子水中，其中铬离子与柠檬酸分子摩尔比为1:1.5，铬离子浓度为0.2mol/L。于80℃络合反应5h后涂抹于金属载体上，所述微粒捕集金属载体于600℃焙烧5h后得到最终产品。为了进一步提高催化活性，在催化剂表面担载了占催化剂质量分数为0.5％的贵金属Pt。所述最终产品切割成细长状后相互搭接形成金属丝网，所述金属丝网上下连接形成密集多孔的金属丝网过滤体13。
所述壳体包括外壳体11和内壳体12，所述外壳体11间隔包裹所述内壳体12，使得外壳体11与内壳体12之间形成真空层，保持金属丝网过滤体13的温度，促进其被动燃烧再生，降低微粒捕集器内的排气背压。所述内壳体12分为扩张部分、过滤部分和收缩部分，所述扩张部分连接进气管，所述收缩部分连接排气管，其中所述内壳体12的收缩部分的外径与排气管外径直径比为2.5～4,所述内壳体12扩张部分的角度为80°～100°。
微粒捕集器内流速以及微粒浓度的均匀性决定微粒捕集器内过滤体利用率的高低、过滤体再生周期以及过滤体使用寿命的长短，在微粒捕集器实际应用中，微粒捕集器的排气参数(排气入口速度)以及结构参数(扩张角、直径比)对流速分布以及微粒浓度分布的均匀性有着非常重要的影响。
在进口流量(进口速度和进口面积)相同的情况下，直径比小的内壳体12流经扩张部分时，速度降低得更少，产生的涡流效应较小，几乎没有，但是，较小的直径比会使得微粒捕集器内排气流速较高，排气流速分布不均匀，从而导致实际过滤过程中微粒捕集器内的微粒集中于金属丝网过滤体13的中心轴线处，加重金属丝网过滤体13中心轴线处的负荷。当直径比为2～4时，微粒捕集器各截面的速度分布更加均匀，从而金属丝网过滤体13内微粒沉积分布较为均匀。此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为96％。
扩张角越小，从进气管到扩张部分的过渡越平顺，扩张角越大，越容易产生涡流区，且涡流区越向中心轴线靠近，因此，选择扩张角为80°～100°，此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为95％。
参阅图4，所述还原剂供应单元14包括依次连接的固体尿素储存罐19、计量转子18和加热分解管道16，所述固体尿素储存罐19内存放有尿素粉末，其下端面倾斜形成带有开口的锥状结构。所述计量转子18为圆柱状，其外表面间隔设有容纳尿素粉末的凹坑。所述计量转子18的中心轴位置连接传动装置，带动计量转子18相对于固体尿素储存罐19转动。所述计量转子18的外表面间隔包裹有固定于所述固体尿素储存罐19上的封闭罩17，所述封闭罩17对准所述锥状结构的开口处设有通孔，所述封闭罩17对准所述加热分解管道16处同样设有通孔，转动计量转子18，固体尿素储存罐19内的尿素粉末进入凹坑内，继续转动计量转子18，装有尿素粉末的凹坑转动至对准所述加热分解管道16的通孔处，尿素粉末掉落，废气吹动尿素粉末进入加热分解管道16，所述加热分解管道16盘曲折叠于微波发射装置15内，尿素粉末经过微波发射装置15时在微波的作用下分解生成氨气和异氰酸，废气中的水蒸气可使异氰酸分解，从而产生氨气。
具体实施中，所述凹坑为直径为5mm的半球状。
实施例二
参阅图1，拱形隧道挖掘机，包括废气处理部分，所述废气处理部分包括控制单元、还原剂供应单元14、催化还原单元3、微粒捕集单元10和温度传感器5，所述催化还原单元3与所述微粒捕集单元10通过连通管道连接，且所述连通管道上设有支路连接所述还原剂供应单元14。所述控制单元分别控制微粒捕集单元10、还原剂供应单元14、催化还原单元3和温度传感器5。所述温度传感器5设于所述催化还原单元3进气一端。
所述催化还原单元3包括转动轴2、进气管4以及连通进气管4的排气管9。所述转动轴2沿进气管4、排气管9的中轴线方向延伸并穿过进气管4和排气管9，所述转动轴2的两端连接有电机1，所述电机1可带动转动轴2转动。所述转动轴2上依次排列有多个可绕转动轴2转动的圆柱形的催化还原器7，所述催化还原器7的内部沿其长度方向间隔设有多个催化还原通道，所述催还还原通道分为高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道。所述高温催化还原通道内设置有螺旋状的高温催化金属载体，所述中温催化还原通道内设置有螺旋状的中温催化金属载体，所述低温催化还原通道内设置有螺旋状的低温催化金属载体。所述高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道规律性排布。
所述催化还原器7内还设有开闭盘6，所述开闭盘6位于催化还原通道进气的一端。所述开闭盘6的表面设有规律性排列的通孔，转动开闭盘6，所述通孔对准催化还原器7上的高温催化还原通道、中温催化还原通道或低温催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过通孔进入该催化还原通道进行对应的催化还原反应。
所述催化还原器7进气的一端设有活动式的减压缓冲结构8，参阅图2和图3，所述减压缓冲结构8为中空的圆柱形或圆盘状，所述减压缓冲结构8的外表面间隔设有多个开口，每个开口上插有可活动的隔挡片20，当开闭盘6需要转动的时候，所述隔挡片20进入减压缓冲结构8并于减压缓冲结构8内部形成废气拦截结构，废气需经过多个相邻隔挡片20组成的空腔才能进入在后的催化还原器7，从而暂时性降低废气压力，使得在后的开闭盘6可以顺利转动，避免发生废气泄漏。在后的开闭盘6完成转动后，所述隔挡片20抽离，废气恢复原有的压强，快速地进入在后的催化还原通道。
在燃烧时各种因素的影响下，废气排放的温度不同，而不同的催化剂最优处理温度不同，因此设置三种工作温度不同的催化剂于催化还原通道内，与开闭盘6相互配合，当温度传感器5检测到废气温度后，根据其温度，转动开闭盘6，使得开闭盘6上的通孔对准适应该温度范围的催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过与其温度相匹配的效率最大化的催化还原通道，从而实现废气处理效率和效果的最大化。
所述高温催化金属载体在400～600℃环境下工作，所述中温催化金属载体在250～400℃环境下工作的，所述低温催化金属载体在150～250℃环境下工作。
所述高温催化金属载体包括负载有WO3/TiO2催化剂的金属载体，WO3/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.35μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的65％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶中30min，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于550℃下焙烧5h，得到负载25wt.％WO3的WO3/TiO2催化剂的高温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的WO3/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的65％时，在400～600℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高36％。
在400～550℃温度下，高温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于80％，500℃时超过92％，当温度高于500℃后出现下降趋势，但在600℃时NOx仍有65％的转化率。
所述中温催化金属载体包括负载有CeO2/W25Ti催化剂的金属载体，CeO2/W25Ti催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.35μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的65％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Ce(NO3)3·6H2O溶于水得到硝酸铈溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到负载10wt.％Ce的CeO2/W25Ti催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在CeO2/W25Ti催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于550℃下焙烧5h，得到负载有CeO2/W25Ti催化剂的中温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的CeO2/W25Ti催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％时，在250～400℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高29％。
在250～300℃温度下，中温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于60％，在250～300℃温度下，NOx转化率达到最高，接近80％，当温度高于400℃后中温催化金属载体的催化活性迅速降低。
所述低温催化金属载体包括负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体，Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.35μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的65％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于70％的硫酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，其中硫酸根与二氧化钛的摩尔比为SO4 2-：TiO2＝1:4；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Cr(NO3)3·9H2O溶于水得到硝酸铬溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于550℃下焙烧5h，得到负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的65％时，在150～250℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高32％。
负载10wt.％Ce的低温催化金属载体在150～250℃时，NOx转化率随着温度的增加而逐渐升高，接近100％。在175～250℃温度范围内，NOx转化率均超过80％。
相比于使用单一催化剂，使用本发明的催化转化系统后废气中的NOx比排放从12.192g/kW﹒h下降至1.985g/kW﹒h，处理效果大幅度提升。
所述微粒捕集单元10包括壳体和多块微粒捕集金属载体，所述微粒捕集金属载体经过下列步骤处理：取定量硝酸铬，硝酸钴和柠檬酸溶于去离子水中，其中铬离子与柠檬酸分子摩尔比为1:1.5，铬离子浓度为0.2mol/L。于80℃络合反应5h后涂抹于微粒捕集金属载体上，所述微粒捕集金属载体于600℃焙烧5h后得到最终产品。为了进一步提高催化活性，在催化剂表面担载了占催化剂质量分数为0.5％的贵金属Pt。所述最终产品切割成细长状后相互搭接形成金属丝网，所述金属丝网上下连接形成密集多孔的金属丝网过滤体13。
所述壳体包括外壳体11和内壳体12，所述外壳体11间隔包裹所述内壳体12，使得外壳体11与内壳体12之间形成真空层，保持金属丝网过滤体13的温度，促进其被动燃烧再生，降低微粒捕集器内的排气背压。所述内壳体12分为扩张部分、过滤部分和收缩部分，所述扩张部分连接进气管，所述收缩部分连接排气管，其中所述内壳体12的收缩部分的外径与排气管外径直径比为2.5～4,所述内壳体12扩张部分的角度为80°～100°。
微粒捕集器内流速以及微粒浓度的均匀性决定微粒捕集器内过滤体利用率的高低、过滤体再生周期以及过滤体使用寿命的长短，在微粒捕集器实际应用中，微粒捕集器的排气参数(排气入口速度)以及结构参数(扩张角、直径比)对流速分布以及微粒浓度分布的均匀性有着非常重要的影响。
在进口流量(进口速度和进口面积)相同的情况下，直径比小的内壳体12流经扩张部分时，速度降低得更少，产生的涡流效应较小，几乎没有，但是，较小的直径比会使得微粒捕集器内排气流速较高，排气流速分布不均匀，从而导致实际过滤过程中微粒捕集器内的微粒集中于金属丝网过滤体13的中心轴线处，加重金属丝网过滤体13中心轴线处的负荷。当直径比为2～4时，微粒捕集器各截面的速度分布更加均匀，从而金属丝网过滤体13内微粒沉积分布较为均匀。此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为96％。
扩张角越小，从进气管到扩张部分的过渡越平顺，扩张角越大，越容易产生涡流区，且涡流区越向中心轴线靠近，因此，选择扩张角为80°～100°，此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为95％。
参阅图4，所述还原剂供应单元14包括依次连接的固体尿素储存罐19、计量转子18和加热分解管道16，所述固体尿素储存罐19内存放有尿素粉末，其下端面倾斜形成带有开口的锥状结构。所述计量转子18为圆柱状，其外表面间隔设有容纳尿素粉末的凹坑。所述计量转子18的中心轴位置连接传动装置，带动计量转子18相对于固体尿素储存罐19转动。所述计量转子18的外表面间隔包裹有固定于所述固体尿素储存罐19上的封闭罩17，所述封闭罩17对准所述锥状结构的开口处设有通孔，所述封闭罩17对准所述加热分解管道16处同样设有通孔，转动计量转子18，固体尿素储存罐19内的尿素粉末进入凹坑内，继续转动计量转子18，装有尿素粉末的凹坑转动至对准所述加热分解管道16的通孔处，尿素粉末掉落，废气吹动尿素粉末进入加热分解管道16，所述加热分解管道16盘曲折叠于微波发射装置15内，尿素粉末经过微波发射装置15时在微波的作用下分解生成氨气和异氰酸，废气中的水蒸气可使异氰酸分解，从而产生氨气。
具体实施中，所述凹坑为直径为5mm的半球状。
实施例三
参阅图1，拱形隧道挖掘机，包括废气处理部分，所述废气处理部分包括控制单元、还原剂供应单元14、催化还原单元3、微粒捕集单元10和温度传感器5，所述催化还原单元3与所述微粒捕集单元10通过连通管道连接，且所述连通管道上设有支路连接所述还原剂供应单元14。所述控制单元分别控制微粒捕集单元10、还原剂供应单元14、催化还原单元3和温度传感器5。所述温度传感器5设于所述催化还原单元3进气一端。
所述催化还原单元3包括转动轴2、进气管4以及连通进气管4的排气管9。所述转动轴2沿进气管4、排气管9的中轴线方向延伸并穿过进气管4和排气管9，所述转动轴2的两端连接有电机1，所述电机1可带动转动轴2转动。所述转动轴2上依次排列有多个可绕转动轴2转动的圆柱形的催化还原器7，所述催化还原器7的内部沿其长度方向间隔设有多个催化还原通道，所述催还还原通道分为高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道。所述高温催化还原通道内设置有螺旋状的高温催化金属载体，所述中温催化还原通道内设置有螺旋状的中温催化金属载体，所述低温催化还原通道内设置有螺旋状的低温催化金属载体。所述高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道规律性排布。
所述催化还原器7内还设有开闭盘6，所述开闭盘6位于催化还原通道进气的一端。所述开闭盘6的表面设有规律性排列的通孔，转动开闭盘6，所述通孔对准催化还原器7上的高温催化还原通道、中温催化还原通道或低温催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过通孔进入该催化还原通道进行对应的催化还原反应。
所述催化还原器7进气的一端设有活动式的减压缓冲结构8，参阅图2和图3，所述减压缓冲结构8为中空的圆柱形或圆盘状，所述减压缓冲结构8的外表面间隔设有多个开口，每个开口上插有可活动的隔挡片20，当开闭盘6需要转动的时候，所述隔挡片20进入减压缓冲结构8并于减压缓冲结构8内部形成废气拦截结构，废气需经过多个相邻隔挡片20组成的空腔才能进入在后的催化还原器7，从而暂时性降低废气压力，使得在后的开闭盘6可以顺利转动，避免发生废气泄漏。在后的开闭盘6完成转动后，所述隔挡片20抽离，废气恢复原有的压强，快速地进入在后的催化还原通道。
在燃烧时各种因素的影响下，废气排放的温度不同，而不同的催化剂最优处理温度不同，因此设置三种工作温度不同的催化剂于催化还原通道内，与开闭盘6相互配合，当温度传感器5检测到废气温度后，根据其温度，转动开闭盘6，使得开闭盘6上的通孔对准适应该温度范围的催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过与其温度相匹配的效率最大化的催化还原通道，从而实现废气处理效率和效果的最大化。
所述高温催化金属载体在400～600℃环境下工作，所述中温催化金属载体在250～400℃环境下工作的，所述低温催化金属载体在150～250℃环境下工作。
所述高温催化金属载体包括负载有WO3/TiO2催化剂的金属载体，WO3/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.40μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的70％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶中30min，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧6h，得到负载25wt.％WO3的WO3/TiO2催化剂的高温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的WO3/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的70％时，在400～600℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高34％。
在400～550℃温度下，高温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于80％，500℃时超过92％，当温度高于500℃后出现下降趋势，但在600℃时NOx仍有65％的转化率。
所述中温催化金属载体包括负载有CeO2/W25Ti催化剂的金属载体，CeO2/W25Ti催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.40μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的70％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Ce(NO3)3·6H2O溶于水得到硝酸铈溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到负载10wt.％Ce的CeO2/W25Ti催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在CeO2/W25Ti催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧6h，得到负载有CeO2/W25Ti催化剂的中温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的CeO2/W25Ti催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的70％时，在250～400℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高32％。
在250～300℃温度下，中温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于60％，在250～300℃温度下，NOx转化率达到最高，接近80％，当温度高于400℃后中温催化金属载体的催化活性迅速降低。
所述低温催化金属载体包括负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体，Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.40μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的70％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于70％的硫酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，其中硫酸根与二氧化钛的摩尔比为SO4 2-：TiO2＝1:4；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Cr(NO3)3·9H2O溶于水得到硝酸铬溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧6h，得到负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的70％时，在150～250℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高31％。
负载10wt.％Ce的低温催化金属载体在150～250℃时，NOx转化率随着温度的增加而逐渐升高，接近100％。在175～250℃温度范围内，NOx转化率均超过80％。
相比于使用单一催化剂，使用本发明的催化转化系统后废气中的NOx比排放从12.192g/kW﹒h下降至2.174g/kW﹒h，处理效果大幅度提升。
所述微粒捕集单元10包括壳体和多块微粒捕集金属载体，所述微粒捕集金属载体经过下列步骤处理：取定量硝酸铬，硝酸钴和柠檬酸溶于去离子水中，其中铬离子与柠檬酸分子摩尔比为1:1.5，铬离子浓度为0.2mol/L。于80℃络合反应5h后涂抹于微粒捕集金属载体上，所述微粒捕集金属载体于600℃焙烧5h后得到最终产品。为了进一步提高催化活性，在催化剂表面担载了占催化剂质量分数为0.5％的贵金属Pt。所述最终产品切割成细长状后相互搭接形成金属丝网，所述金属丝网上下连接形成密集多孔的金属丝网过滤体13。
所述壳体包括外壳体11和内壳体12，所述外壳体11间隔包裹所述内壳体12，使得外壳体11与内壳体12之间形成真空层，保持金属丝网过滤体13的温度，促进其被动燃烧再生，降低微粒捕集器内的排气背压。所述内壳体12分为扩张部分、过滤部分和收缩部分，所述扩张部分连接进气管，所述收缩部分连接排气管，其中所述内壳体12的收缩部分的外径与排气管外径直径比为2.5～4,所述内壳体12扩张部分的角度为80°～100°。
微粒捕集器内流速以及微粒浓度的均匀性决定微粒捕集器内过滤体利用率的高低、过滤体再生周期以及过滤体使用寿命的长短，在微粒捕集器实际应用中，微粒捕集器的排气参数(排气入口速度)以及结构参数(扩张角、直径比)对流速分布以及微粒浓度分布的均匀性有着非常重要的影响。
在进口流量(进口速度和进口面积)相同的情况下，直径比小的内壳体12流经扩张部分时，速度降低得更少，产生的涡流效应较小，几乎没有，但是，较小的直径比会使得微粒捕集器内排气流速较高，排气流速分布不均匀，从而导致实际过滤过程中微粒捕集器内的微粒集中于金属丝网过滤体13的中心轴线处，加重金属丝网过滤体13中心轴线处的负荷。当直径比为2～4时，微粒捕集器各截面的速度分布更加均匀，从而金属丝网过滤体13内微粒沉积分布较为均匀。此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为96％。
扩张角越小，从进气管到扩张部分的过渡越平顺，扩张角越大，越容易产生涡流区，且涡流区越向中心轴线靠近，因此，选择扩张角为80°～100°，此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为95％。
参阅图4，所述还原剂供应单元14包括依次连接的固体尿素储存罐19、计量转子18和加热分解管道16，所述固体尿素储存罐19内存放有尿素粉末，其下端面倾斜形成带有开口的锥状结构。所述计量转子18为圆柱状，其外表面间隔设有容纳尿素粉末的凹坑。所述计量转子18的中心轴位置连接传动装置，带动计量转子18相对于固体尿素储存罐19转动。所述计量转子18的外表面间隔包裹有固定于所述固体尿素储存罐19上的封闭罩17，所述封闭罩17对准所述锥状结构的开口处设有通孔，所述封闭罩17对准所述加热分解管道16处同样设有通孔，转动计量转子18，固体尿素储存罐19内的尿素粉末进入凹坑内，继续转动计量转子18，装有尿素粉末的凹坑转动至对准所述加热分解管道16的通孔处，尿素粉末掉落，废气吹动尿素粉末进入加热分解管道16，所述加热分解管道16盘曲折叠于微波发射装置15内，尿素粉末经过微波发射装置15时在微波的作用下分解生成氨气和异氰酸，废气中的水蒸气可使异氰酸分解，从而产生氨气。
具体实施中，所述凹坑为直径为5mm的半球状。
实施例四
参阅图1，拱形隧道挖掘机，包括废气处理部分，所述废气处理部分包括控制单元、还原剂供应单元14、催化还原单元3、微粒捕集单元10和温度传感器5，所述催化还原单元3与所述微粒捕集单元10通过连通管道连接，且所述连通管道上设有支路连接所述还原剂供应单元14。所述控制单元分别控制微粒捕集单元10、还原剂供应单元14、催化还原单元3和温度传感器5。所述温度传感器5设于所述催化还原单元3进气一端。
所述催化还原单元3包括转动轴2、进气管4以及连通进气管4的排气管9。所述转动轴2沿进气管4、排气管9的中轴线方向延伸并穿过进气管4和排气管9，所述转动轴2的两端连接有电机1，所述电机1可带动转动轴2转动。所述转动轴2上依次排列有多个可绕转动轴2转动的圆柱形的催化还原器7，所述催化还原器7的内部沿其长度方向间隔设有多个催化还原通道，所述催还还原通道分为高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道。所述高温催化还原通道内设置有螺旋状的高温催化金属载体，所述中温催化还原通道内设置有螺旋状的中温催化金属载体，所述低温催化还原通道内设置有螺旋状的低温催化金属载体。所述高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道规律性排布。
所述催化还原器7内还设有开闭盘6，所述开闭盘6位于催化还原通道进气的一端。所述开闭盘6的表面设有规律性排列的通孔，转动开闭盘6，所述通孔对准催化还原器7上的高温催化还原通道、中温催化还原通道或低温催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过通孔进入该催化还原通道进行对应的催化还原反应。
所述催化还原器7进气的一端设有活动式的减压缓冲结构8，参阅图2和图3，所述减压缓冲结构8为中空的圆柱形或圆盘状，所述减压缓冲结构8的外表面间隔设有多个开口，每个开口上插有可活动的隔挡片20，当开闭盘6需要转动的时候，所述隔挡片20进入减压缓冲结构8并于减压缓冲结构8内部形成废气拦截结构，废气需经过多个相邻隔挡片20组成的空腔才能进入在后的催化还原器7，从而暂时性降低废气压力，使得在后的开闭盘6可以顺利转动，避免发生废气泄漏。在后的开闭盘6完成转动后，所述隔挡片20抽离，废气恢复原有的压强，快速地进入在后的催化还原通道。
在燃烧时各种因素的影响下，废气排放的温度不同，而不同的催化剂最优处理温度不同，因此设置三种工作温度不同的催化剂于催化还原通道内，与开闭盘6相互配合，当温度传感器5检测到废气温度后，根据其温度，转动开闭盘6，使得开闭盘6上的通孔对准适应该温度范围的催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过与其温度相匹配的效率最大化的催化还原通道，从而实现废气处理效率和效果的最大化。
所述高温催化金属载体在400～600℃环境下工作，所述中温催化金属载体在250～400℃环境下工作的，所述低温催化金属载体在150～250℃环境下工作。
所述高温催化金属载体包括负载有WO3/TiO2催化剂的金属载体，WO3/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.45μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的75％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶中30min，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于550℃下焙烧6h，得到负载25wt.％WO3的WO3/TiO2催化剂的高温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的WO3/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的75％时，在400～600℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高33％。
在400～550℃温度下，高温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于80％，500℃时超过92％，当温度高于500℃后出现下降趋势，但在600℃时NOx仍有65％的转化率。
所述中温催化金属载体包括负载有CeO2/W25Ti催化剂的金属载体，CeO2/W25Ti催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.45μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的75％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Ce(NO3)3·6H2O溶于水得到硝酸铈溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到负载10wt.％Ce的CeO2/W25Ti催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在CeO2/W25Ti催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于550℃下焙烧6h，得到负载有CeO2/W25Ti催化剂的中温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的CeO2/W25Ti催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％时，在250～400℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高30％。
在250～300℃温度下，中温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于60％，在250～300℃温度下，NOx转化率达到最高，接近80％，当温度高于400℃后中温催化金属载体的催化活性迅速降低。
所述低温催化金属载体包括负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.45μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的75％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于70％的硫酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，其中硫酸根与二氧化钛的摩尔比为SO4 2-：TiO2＝1:4；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Cr(NO3)3·9H2O溶于水得到硝酸铬溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于550℃下焙烧6h，得到负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的75％时，在150～250℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高29％。
负载10wt.％Ce的低温催化金属载体在150～250℃时，NOx转化率随着温度的增加而逐渐升高，接近100％。在175～250℃温度范围内，NOx转化率均超过80％。
相比于使用单一催化剂，使用本发明的催化转化系统后废气中的NOx比排放从12.192g/kW﹒h下降至2.063g/kW﹒h，处理效果大幅度提升。
所述微粒捕集单元10包括壳体和多块微粒捕集金属载体，所述微粒捕集金属载体经过下列步骤处理：取定量硝酸铬，硝酸钴和柠檬酸溶于去离子水中，其中铬离子与柠檬酸分子摩尔比为1:1.5，铬离子浓度为0.2mol/L。于80℃络合反应5h后涂抹于微粒捕集金属载体上，所述微粒捕集金属载体于600℃焙烧5h后得到最终产品。为了进一步提高催化活性，在催化剂表面担载了占催化剂质量分数为0.5％的贵金属Pt。所述最终产品切割成细长状后相互搭接形成金属丝网，所述金属丝网上下连接形成密集多孔的金属丝网过滤体13
所述壳体包括外壳体11和内壳体12，所述外壳体11间隔包裹所述内壳体12，使得外壳体11与内壳体12之间形成真空层，保持金属丝网过滤体13的温度，促进其被动燃烧再生，降低微粒捕集器内的排气背压。所述内壳体12分为扩张部分、过滤部分和收缩部分，所述扩张部分连接进气管，所述收缩部分连接排气管，其中所述内壳体12的收缩部分的外径与排气管外径直径比为2.5～4,所述内壳体12扩张部分的角度为80°～100°。
微粒捕集器内流速以及微粒浓度的均匀性决定微粒捕集器内过滤体利用率的高低、过滤体再生周期以及过滤体使用寿命的长短，在微粒捕集器实际应用中，微粒捕集器的排气参数(排气入口速度)以及结构参数(扩张角、直径比)对流速分布以及微粒浓度分布的均匀性有着非常重要的影响。
在进口流量(进口速度和进口面积)相同的情况下，直径比小的内壳体12流经扩张部分时，速度降低得更少，产生的涡流效应较小，几乎没有，但是，较小的直径比会使得微粒捕集器内排气流速较高，排气流速分布不均匀，从而导致实际过滤过程中微粒捕集器内的微粒集中于金属丝网过滤体13的中心轴线处，加重金属丝网过滤体13中心轴线处的负荷。当直径比为2～4时，微粒捕集器各截面的速度分布更加均匀，从而金属丝网过滤体13内微粒沉积分布较为均匀。此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为96％。
扩张角越小，从进气管到扩张部分的过渡越平顺，扩张角越大，越容易产生涡流区，且涡流区越向中心轴线靠近，因此，选择扩张角为80°～100°，此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为95％。
参阅图4，所述还原剂供应单元14包括依次连接的固体尿素储存罐19、计量转子18和加热分解管道16，所述固体尿素储存罐19内存放有尿素粉末，其下端面倾斜形成带有开口的锥状结构。所述计量转子18为圆柱状，其外表面间隔设有容纳尿素粉末的凹坑。所述计量转子18的中心轴位置连接传动装置，带动计量转子18相对于固体尿素储存罐19转动。所述计量转子18的外表面间隔包裹有固定于所述固体尿素储存罐19上的封闭罩17，所述封闭罩17对准所述锥状结构的开口处设有通孔，所述封闭罩17对准所述加热分解管道16处同样设有通孔，转动计量转子18，固体尿素储存罐19内的尿素粉末进入凹坑内，继续转动计量转子18，装有尿素粉末的凹坑转动至对准所述加热分解管道16的通孔处，尿素粉末掉落，废气吹动尿素粉末进入加热分解管道16，所述加热分解管道16盘曲折叠于微波发射装置15内，尿素粉末经过微波发射装置15时在微波的作用下分解生成氨气和异氰酸，废气中的水蒸气可使异氰酸分解，从而产生氨气。
具体实施中，所述凹坑为直径为5mm的半球状。
实施例五
参阅图1，拱形隧道挖掘机，包括废气处理部分，所述废气处理部分包括控制单元、还原剂供应单元14、催化还原单元3、微粒捕集单元10和温度传感器5，所述催化还原单元3与所述微粒捕集单元10通过连通管道连接，且所述连通管道上设有支路连接所述还原剂供应单元14。所述控制单元分别控制微粒捕集单元10、还原剂供应单元14、催化还原单元3和温度传感器5。所述温度传感器5设于所述催化还原单元3进气一端。
所述催化还原单元3包括转动轴2、进气管4以及连通进气管4的排气管9。所述转动轴2沿进气管4、排气管9的中轴线方向延伸并穿过进气管4和排气管9，所述转动轴2的两端连接有电机1，所述电机1可带动转动轴2转动。所述转动轴2上依次排列有多个可绕转动轴2转动的圆柱形的催化还原器7，所述催化还原器7的内部沿其长度方向间隔设有多个催化还原通道，所述催还还原通道分为高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道。所述高温催化还原通道内设置有螺旋状的高温催化金属载体，所述中温催化还原通道内设置有螺旋状的中温催化金属载体，所述低温催化还原通道内设置有螺旋状的低温催化金属载体。所述高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道规律性排布。
所述催化还原器7内还设有开闭盘6，所述开闭盘6位于催化还原通道进气的一端。所述开闭盘6的表面设有规律性排列的通孔，转动开闭盘6，所述通孔对准催化还原器7上的高温催化还原通道、中温催化还原通道或低温催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过通孔进入该催化还原通道进行对应的催化还原反应。
所述催化还原器7进气的一端设有活动式的减压缓冲结构8，参阅图2和图3，所述减压缓冲结构8为中空的圆柱形或圆盘状，所述减压缓冲结构8的外表面间隔设有多个开口，每个开口上插有可活动的隔挡片20，当开闭盘6需要转动的时候，所述隔挡片20进入减压缓冲结构8并于减压缓冲结构8内部形成废气拦截结构，废气需经过多个相邻隔挡片20组成的空腔才能进入在后的催化还原器7，从而暂时性降低废气压力，使得在后的开闭盘6可以顺利转动，避免发生废气泄漏。在后的开闭盘6完成转动后，所述隔挡片20抽离，废气恢复原有的压强，快速地进入在后的催化还原通道。
在燃烧时各种因素的影响下，废气排放的温度不同，而不同的催化剂最优处理温度不同，因此设置三种工作温度不同的催化剂于催化还原通道内，与开闭盘6相互配合，当温度传感器5检测到废气温度后，根据其温度，转动开闭盘6，使得开闭盘6上的通孔对准适应该温度范围的催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过与其温度相匹配的效率最大化的催化还原通道，从而实现废气处理效率和效果的最大化。
所述高温催化金属载体在400～600℃环境下工作，所述中温催化金属载体在250～400℃环境下工作的，所述低温催化金属载体在150～250℃环境下工作。
所述高温催化金属载体包括负载有WO3/TiO2催化剂的金属载体，WO3/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.50μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的80％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶中30min，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于600℃下焙烧5h，得到负载25wt.％WO3的WO3/TiO2催化剂的高温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的WO3/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的80％时，在400～600℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高32％。
在400～550℃温度下，高温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于80％，500℃时超过92％，当温度高于500℃后出现下降趋势，但在600℃时NOx仍有65％的转化率。
所述中温催化金属载体包括负载有CeO2/W25Ti催化剂的金属载体，CeO2/W25Ti催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.50μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的80％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Ce(NO3)3·6H2O溶于水得到硝酸铈溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到负载10wt.％Ce的CeO2/W25Ti催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在CeO2/W25Ti催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于600℃下焙烧5h，得到负载有CeO2/W25Ti催化剂的中温催化金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的CeO2/W25Ti催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％时，在250～400℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高32％。
在250～300℃温度下，中温催化金属载体的催化活性随温度升高而增强，NOx转化率均高于60％，在250～300℃温度下，NOx转化率达到最高，接近80％，当温度高于400℃后中温催化金属载体的催化活性迅速降低。
所述低温催化金属载体包括负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体，Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.50μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的80％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于70％的硫酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，其中硫酸根与二氧化钛的摩尔比为SO4 2-：TiO2＝1:4；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Cr(NO3)3·9H2O溶于水得到硝酸铬溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于600℃下焙烧5h，得到负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体。
金属载体表面的微蚀坑可极大地增加金属载体的总表面积，暴露更大的表面积形成氧化膜，从而负载更多的Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂。当微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的80％时，在150～250℃环境下，经过激光刻蚀的高温催化金属载体相比于没有经过激光刻蚀的高温催化金属载体的催化效率提高28％。
负载10wt.％Ce的低温催化金属载体在150～250℃时，NOx转化率随着温度的增加而逐渐升高，接近100％。在175～250℃温度范围内，NOx转化率均超过80％。
相比于使用单一催化剂，使用本发明的催化转化系统后废气中的NOx比排放从12.192g/kW﹒h下降至2.089g/kW﹒h，处理效果大幅度提升。
所述微粒捕集单元10包括壳体和多块微粒捕集金属载体，所述微粒捕集金属载体经过下列步骤处理：取定量硝酸铬，硝酸钴和柠檬酸溶于去离子水中，其中铬离子与柠檬酸分子摩尔比为1:1.5，铬离子浓度为0.2mol/L。于80℃络合反应5h后涂抹于微粒捕集金属载体上，所述微粒捕集金属载体于600℃焙烧5h后得到最终产品。为了进一步提高催化活性，在催化剂表面担载了占催化剂质量分数为0.5％的贵金属Pt。所述最终产品切割成细长状后相互搭接形成金属丝网，所述金属丝网上下连接形成密集多孔的金属丝网过滤体13。
所述壳体包括外壳体11和内壳体12，所述外壳体11间隔包裹所述内壳体12，使得外壳体11与内壳体12之间形成真空层，保持金属丝网过滤体13的温度，促进其被动燃烧再生，降低微粒捕集器内的排气背压。所述内壳体12分为扩张部分、过滤部分和收缩部分，所述扩张部分连接进气管，所述收缩部分连接排气管，其中所述内壳体12的收缩部分的外径与排气管外径直径比为2.5～4,所述内壳体12扩张部分的角度为80°～100°。
微粒捕集器内流速以及微粒浓度的均匀性决定微粒捕集器内过滤体利用率的高低、过滤体再生周期以及过滤体使用寿命的长短，在微粒捕集器实际应用中，微粒捕集器的排气参数(排气入口速度)以及结构参数(扩张角、直径比)对流速分布以及微粒浓度分布的均匀性有着非常重要的影响。
在进口流量(进口速度和进口面积)相同的情况下，直径比小的内壳体12流经扩张部分时，速度降低得更少，产生的涡流效应较小，几乎没有，但是，较小的直径比会使得微粒捕集器内排气流速较高，排气流速分布不均匀，从而导致实际过滤过程中微粒捕集器内的微粒集中于金属丝网过滤体13的中心轴线处，加重金属丝网过滤体13中心轴线处的负荷。当直径比为2～4时，微粒捕集器各截面的速度分布更加均匀，从而金属丝网过滤体13内微粒沉积分布较为均匀。此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为96％。
扩张角越小，从进气管到扩张部分的过渡越平顺，扩张角越大，越容易产生涡流区，且涡流区越向中心轴线靠近，因此，选择扩张角为80°～100°，此时在同样进气流量的情况下，微粒捕集器捕集效率为95％。
参阅图4，所述还原剂供应单元14包括依次连接的固体尿素储存罐19、计量转子18和加热分解管道16，所述固体尿素储存罐19内存放有尿素粉末，其下端面倾斜形成带有开口的锥状结构。所述计量转子18为圆柱状，其外表面间隔设有容纳尿素粉末的凹坑。所述计量转子18的中心轴位置连接传动装置，带动计量转子18相对于固体尿素储存罐19转动。所述计量转子18的外表面间隔包裹有固定于所述固体尿素储存罐19上的封闭罩17，所述封闭罩17对准所述锥状结构的开口处设有通孔，所述封闭罩17对准所述加热分解管道16处同样设有通孔，转动计量转子18，固体尿素储存罐19内的尿素粉末进入凹坑内，继续转动计量转子18，装有尿素粉末的凹坑转动至对准所述加热分解管道16的通孔处，尿素粉末掉落，废气吹动尿素粉末进入加热分解管道16，所述加热分解管道16盘曲折叠于微波发射装置15内，尿素粉末经过微波发射装置15时在微波的作用下分解生成氨气和异氰酸，废气中的水蒸气可使异氰酸分解，从而产生氨气。
具体实施中，所述凹坑为直径为5mm的半球状。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，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实质和范围。

Claims (5)

1.拱形隧道挖掘机，其特征在于，包括控制单元、还原剂供应单元、催化还原单元、微粒捕集单元和温度传感器，所述催化还原单元与所述微粒捕集单元通过连通管道连接，且所述连通管道上设有支路连接所述还原剂供应单元；所述控制单元分别控制微粒捕集单元、还原剂供应单元、催化还原单元和温度传感器；所述温度传感器设于所述催化还原单元进气一端；所述催化还原单元包括转动轴、进气管以及连通进气管的排气管，所述转动轴沿进气管、排气管的中轴线方向延伸并穿过进气管和排气管，所述转动轴的两端连接有电机；所述转动轴上依次排列有多个可绕转动轴转动的圆柱形的催化还原器，所述催化还原器的内部沿其长度方向间隔设有多个催化还原通道，所述催还还原通道分为高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道；所述高温催化还原通道内设置有螺旋状的高温催化金属载体，所述中温催化还原通道内设置有螺旋状的中温催化金属载体，所述低温催化还原通道内设置有螺旋状的低温催化金属载体，所述高温催化还原通道、中温催化还原通道以及低温催化还原通道规律性排布；
所述催化还原器内还设有开闭盘，所述开闭盘位于催化还原通道进气的一端；所述开闭盘的表面设有规律性排列的通孔，转动开闭盘，所述通孔对准催化还原器上的高温催化还原通道、中温催化还原通道或低温催化还原通道，遮蔽其余两种催化还原通道，废气通过通孔进入该催化还原通道进行对应的催化还原反应；
所述催化还原器进气的一端设有活动式的减压缓冲结构，所述减压缓冲结构为中空的圆柱形或圆盘状，所述减压缓冲结构的外表面间隔设有多个开口，每个开口上插有可活动的隔挡片，当开闭盘需要转动的时候，所述隔挡片进入减压缓冲结构并于减压缓冲结构内部形成废气拦截结构；
所述高温催化金属载体在400～600℃环境下工作，所述中温催化金属载体在250～400℃环境下工作的，所述低温催化金属载体在150～250℃环境下工作；
所述高温催化金属载体包括负载有WO3/TiO2催化剂的金属载体，WO3/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.25μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在25wt.％WO3/TiO2催化剂溶胶中30min，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧5h，得到负载25wt.％WO3的WO3/TiO2催化剂的高温催化金属载体；
所述中温催化金属载体包括负载有CeO2/W25Ti催化剂的金属载体，CeO2/W25Ti催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.25μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于草酸溶液中得到溶液B；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Ce(NO3)3·6H2O溶于水得到硝酸铈溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到负载10wt.％Ce的CeO2/W25Ti催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在CeO2/W25Ti催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧5h，得到负载有CeO2/W25Ti催化剂的中温催化金属载体；
所述低温催化金属载体包括负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体，Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂通过下列步骤负载于金属载体上：(1)对金属载体进行碱洗去除表面油污，碱洗溶液成分为水：氨水：双氧水＝5:1:1(体积比)；(2)利用波长为532nm，脉冲宽度为500ps～50ns、激光光斑半径为2.25μm，能量密度范围为4×107～12×108W/cm2的短脉冲激光照射清洗后的金属载体表面，使得清洗后的金属载体表面局部升温、熔融、汽化和相变爆炸，形成微蚀坑，其中微蚀坑总面积占金属载体表面总面积的60％；(3)经步骤(2)处理后的金属载体于将清洗后的金属载体于900℃中焙烧5h，使其表面形成氧化膜；(4)采用溶胶-凝胶法在所述金属载体的表面涂覆玻璃陶瓷涂层，成分为摩尔比SiO2：Al2O3＝5:1；(5)将钛酸丁酯、乙酸和乙醇按摩尔比1:8:5搅拌得到溶液A，仲钨酸铵溶于70％的硫酸溶液中得到溶液B，将溶液B定量加入A中，其中硫酸根与二氧化钛的摩尔比为SO4 2-：TiO2＝1:4；(6)将溶液B定量加入A中，剧烈搅拌得到溶胶，室温放置得到干凝胶后恒温干燥箱中110℃烘干，再在600℃下焙烧4h，得到WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂；(7)将定量Cr(NO3)3·9H2O溶于水得到硝酸铬溶液，再将WO3质量百分含量为25％的WO3/TiO2催化剂浸入其中，室温搅拌1h后得到Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶，将涂覆玻璃陶瓷涂层的金属载体浸渍在Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂溶胶中1h，然后缓慢提拉出来，室温下干燥过夜后置于烘箱中60℃下烘干，再于500℃下焙烧5h，得到负载有Cr2O3-SO4 2-/TiO2催化剂的金属载体。
2.根据权利要求1所述的拱形隧道挖掘机，其特征在于，所述微粒捕集单元包括壳体和多块微粒捕集金属载体，所述微粒捕集金属载体经过下列步骤处理：取定量硝酸铬，硝酸钴和柠檬酸溶于去离子水中，其中铬离子与柠檬酸分子摩尔比为1:1.5，铬离子浓度为0.2mol/L；于80℃络合反应5h后涂抹于微粒捕集金属载体上，所述微粒捕集金属载体于600℃焙烧5h后得到最终产品；所述最终产品切割成细长状后相互搭接形成金属丝网，所述金属丝网上下连接形成密集多孔的金属丝网过滤体；所述壳体包括外壳体和内壳体，所述外壳体间隔包裹所述内壳体，外壳体与内壳体之间形成真空层；所述内壳体分为扩张部分、过滤部分和收缩部分，所述扩张部分连接进气管，所述收缩部分连接排气管，其中所述内壳体的收缩部分的外径与排气管外径直径比为2.5～4,所述内壳体扩张部分的角度为80°～100°。
3.根据权利要求2所述的拱形隧道挖掘机，其特征在于，所述金属载体表面担载有占催化剂质量分数为0.5％的贵金属Pt。
4.根据权利要求1或2所述的拱形隧道挖掘机，其特征在于，所述还原剂供应单元包括依次连接的固体尿素储存罐、计量转子和加热分解管道，所述固体尿素储存罐内存放有尿素粉末，其下端面倾斜形成带有开口的锥状结构；所述计量转子为圆柱状，其外表面间隔设有容纳尿素粉末的凹坑；所述计量转子的中心轴位置连接传动装置，带动计量转子相对于固体尿素储存罐转动；所述计量转子的外表面间隔包裹有固定于所述固体尿素储存罐上的封闭罩，所述封闭罩对准所述锥状结构的开口处设有通孔，所述封闭罩对准所述加热分解管道处同样设有通孔，转动计量转子，固体尿素储存罐内的尿素粉末进入凹坑内，继续转动计量转子，装有尿素粉末的凹坑转动至对准所述加热分解管道的通孔处；所述加热分解管道盘曲折叠于微波发射装置内。
5.根据权利要求4所述的拱形隧道挖掘机，其特征在于，所述凹坑为直径为5mm的半球状。
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