CN106907215A - 一种处理发动机排放尾气的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种处理发动机尾气的装置，其特征在于，包括：静电场除颗粒部件、表面介质阻挡放电部件、体积介质阻挡放电部件；静电场除颗粒部件包括电源、外壳、正电极和负电极；表面介质阻挡放电部件包括电源、外壳、绝缘介质层、高电压电极和零电压电极，电压可以是正高压或负高压；体积介质阻挡放电部件包括电源、外壳、绝缘介质层、高电压电极和零电压电极，电压可以是正高压或负高压。

Description

一种处理发动机排放尾气的装置和方法
技术领域
本发明属于化工领域，涉及发动机尾气处理技术领域，具体来说是一种处理发动机排放尾气的装置和方法。
背景技术
发动机会产生大量的尾气，发动机尾气中含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒(简称粉尘或颗粒)、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。大量的发动机尾气排放在空气，是造成雾霾、酸雨及其它大气污染的主要原因之一。
各国已经对发动机的排放尾气制定了新的标准，其对氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳和悬浮粒子等机动车排放物有严格的限制，满足新标准的汽柴油发动机将减排多项污染物，包括削减PM2.5的排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种处理发动机排放尾气的装置和方法，所述的这种处理发动机排放尾气的装置和方法要解决现有技术中的排放的发动机尾气含有大量的有毒、有害物质(包括颗粒)，影响环境和人们身体健康的技术问题。
本发明提供了一种处理发动机排放尾气的装置，包括一个或多个以下部件：
1.静电场除颗粒(或粉尘)部件；
2.表面介质阻挡放电部件；
3.体积介质阻挡放电部件。
上述部件可以以任何顺序排列；但是优选地，发动机尾气首先通过静电场部件.
优选地，本发明装置可以包括一个或多个入口段，该入口段可以通过法兰或其它方式与发动机尾气管连接，其目的是通过变孔径技术使发动机尾气能均匀地进入本装置。
优选地，静电场消除颗粒部件可以包括：电源(优选地，高压电源)、正电极和负电极、外壳。电源用于为静电场供电，产生的电场使尾气发生电离，气流中的颗粒荷电在电场作用下与气流分离。优选地，电源的负电极为放电电极，正电极为集尘电极。集尘电极可以采用圆管，也可以采用平板，简称阳极板。由于电源的作用，负电极(阴极)发生电晕放电、产生电子，它们与尾气中的颗粒相碰，致使颗粒荷以负电，荷电后的颗粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，颗粒则沉积于阳极板上，排除或减少发动机尾气中的颗粒物。颗粒被净化后的尾气排出静电场处理部件之外，进入表面介质阻挡放电处理部件或体积介质阻挡放电部件。
优选地，静电场消除颗粒部件采用5千伏-40千伏(或8千伏-30千伏，或10千伏-20千伏，或13千伏-17千伏)的直流电处理发动机排放的尾气，使得发动机排放尾气中的颗粒物被静电场消除颗粒部件吸收。优选地，静电放电消除颗粒部件的功率不大于500W。
优选地，表面介质阻挡放电部件可以包括：电源(优选地，高压电源)、高电压电极和零电压电极，电压可以是正高压或负高压、外壳。电源用于为高电压电极和零电压电极供电。高电压电极和零电压电极的两个表面可以是圆柱面，也可以是平面，其间有绝缘介质层。绝缘介质层可以覆盖在一个电极表面上，也可以覆盖在两个电极表面上，即高电压电极和零电压电极上均覆盖，绝缘介质层也可以悬挂在两电极之间在电源的高压作用下介质阻挡放电就发生在两电极间的气体和介质表面上，产生放电等离子体尾气分子进入到表面介质阻挡放电处理装置中，参与放电至少尾气中的部分污染粒子与放电等离子体中的活性粒子发生反应，使污染物粒子在表面介质阻挡放电处理装置内分解，并转化为无害物质。比如说，有害的氧化氮气体转化为无害的氮气和氧气。通过表面介质阻挡放电处理的尾气，还可以进入体积介质阻挡放电处理装置作进一步的处理。
优选地，表面介质阻挡放电部件在2千伏特到50千伏特(或5千伏特到35千伏特，或8千伏特到20千伏特，或11千伏特到17千伏特)，1千赫兹到60千赫兹(或3千赫兹到40千赫兹，或5千赫兹到30千赫兹，或10千赫兹到20千赫兹)的交流电压下，使得发动机排放尾气(比如，氮氧化物和挥发性有机化合物)被分解。
优选地，体积介质阻挡放电消除有害气体化合物部分同样包括电源(优选地，高压电源)高电压电极和零电压电极，电压可以是正高压或负高压、外壳。电源用于为高电压电极和零电压电极供电。体积介质阻挡放电的特征是绝缘介质插在两个电极之间的放电空间较大，具有强度较高的电场，能够有效电离发动机尾气，比如电离氮氧化物并使其分解为没有毒害的氮气和氧气。通过体积介质阻挡放电处理的尾气，还可以进入表面介质阻挡放电处理装置作进一步的处理。
优选地，介质阻挡放电部件在2千伏特到50千伏特(或5千伏特到35千伏特，或8千伏特到20千伏特，或11千伏特到17千伏特)，1千赫兹到60千赫兹(或3千赫兹到40千赫兹，或5千赫兹到30千赫兹，或10千赫兹到20千赫兹)的交流电压下，使得至少部分发动机排放尾气(比如，氮氧化物和挥发性有机化合物)被分解。
本发明还提供了一种处理发动机排放尾气的方法，包括如下步骤：
1)一个通过静电场(优选地，高压静电场)处理发动机排放尾气的步骤。优选地，该步骤是方法的第一步。该步骤包括将发动机排放的尾气输入到一个静电场中(优选地，高压静电场处理装置)。优选地，该步骤采用5千伏-40千伏(或8千伏-30千伏，或10千伏-20千伏，或13千伏-17千伏)的直流电处理发动机排放的尾气，排除或减少发动机尾气中的颗粒物。
2)还包括一个采用表面介质阻挡放电处理发动机排放尾气的步骤。优选地，该步骤可以是方法的第二步或第三步。该步骤将步骤1)处理后的尾气输入一个表面介质阻挡放电处理部件中，在2千伏特到50千伏特(或5千伏特到35千伏特，或8千伏特到20千伏特，或11千伏特到17千伏特)，1千赫兹到60千赫兹(或3千赫兹到40千赫兹，或5千赫兹到30千赫兹，或10千赫兹到20千赫兹)的交流电下，使得至少部分发动机排放尾气中的氮氧化物和挥发性有机化合物被分解；
3)还包括一个采用体积介质阻挡放电处理发动机排放尾气的步骤。优选地，该步骤可以是方法的第二步或第三步。该步骤将步骤1)处理后的尾气输入到一个体积介质阻挡放电处理部件中，在2千伏特到50千伏特(或5千伏特到35千伏特，或8千伏特到20千伏特，或11千伏特到17千伏特)，1千赫兹到60千赫兹(或3千赫兹到40千赫兹，或5千赫兹到30千赫兹，或10千赫兹到20千赫兹)的交流电下使得至少部分发动机排放尾气中的氮氧化物和挥发性有机化合物被分解。
本发明和已有技术相比，其技术效果是积极和明显的。由于本发明先采用了静电场消除或减少尾气中的颗粒，消除或减少了在介质阻挡放电过程中因颗粒而形成短路和局部击穿，提高了放电的均匀性和可靠性。同时再加上表面介质阻挡放电和体积介质阻挡放电的结合，无论发动机使用了多少时间、性能如何，均可有效地除去或减少尾气中的氮氧化合物、挥发性有机化合物等有害气体，使放电处理过程中气体充分反应，大大提高了发动机尾气处理效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实施例获得其它实施例。
图1为本发明提供的处理发动机尾气的装置的立体示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1中的发动机尾气处理装置10由下述部件组成：
1.入口部件20，通过变孔径技术使发动机尾气能均匀地进入本装置,与发动机的尾气管相连；
2.静电场除颗粒部件30，优选地，高压静电场除颗粒部件；
3.表面介质阻挡放电部件40，优选地，高压、高频表面介质阻挡放电部件；
4.体积介质阻挡放电部件50，优选地，高压、高频体积介质阻挡放电部件；
5.出口部件60。
图示中入口部件20和出口部件60是圆管形状，但是也可以是其他形状。入口部件20和出口部件60可以通过法兰或其它方式与尾气管(图中未显示)连接。入口部件让废气进入尾气处理装置10，出口部件让废气离开尾气处理装置10。
静电场消除粉尘/颗粒部件30包括：电源32、正电极34和负电极36、外壳38。电源32(优选地，高压电源)用于为正电极34和负电极36供电，产生的电场使尾气发生电离，气流中的颗粒在电场作用下与气流分离。一般来说，电源32的负电极36为放电电极，正电极34为集尘电极。集尘电极可以采用圆管，也可以采用平板，简称阳极板。由于电源的作用，负电极36(阴极)发生电晕放电、产生电子在运动中与尾气中的颗粒相碰，致使颗粒以负电，荷电后的颗粒在电场力的作用下，亦向正极34运动，到达正极后34，放出所带的电子，颗粒则沉积于正极板34上，颗粒被净化后的尾气排出静电场处理装置30之外，进入表面介质阻挡放电部件40。但是，被净化后的尾气也可以先进入体积介质阻挡放电部件50，然后再进入表面介质阻挡放电部件40。正极板34上收集的颗粒可以通过不同的方式排除(包括机械式和燃烧式)。
表面介质阻挡放电部件40也包括电源42、正电极44和负电极46、外壳47。电源42(优选地，高压电源)用于为高压电极44和零电压电极46供电。两电极44，46两个表面可以是圆柱面，也可以是平面，其间有绝缘介质层48。绝缘介质层48可以覆盖在一个电极表面44，46上，也可以覆盖在两个电极表面44，46上，即高压电极44和零电压电极44，46上均覆盖，正电极44和负电极46在绝缘层48表面之间发生介质阻挡放电，产生放电等离子体，放电等离子体从电极出发，迅速弥散到整个表面介质阻挡放电部件40内，尾气进入到表面介质阻挡放电部件40中，尾气中的污染粒子与放电等离子体中的活性粒子发生反应，使污染物粒子在表面介质阻挡放电部件40内分解，并转化为无害物质。比如说，有害的氧化氮气体转化为无害的氮气和氧气。通过表面介质阻挡放电处理的尾气，还可以进入体积介质阻挡放电部件50作进一步的处理。
体积介质阻挡放电消除有害气体化合物部件50同样包括电源52、正电极54和负电极56、外壳57。电源52(优选地，高压电源)用于为正电极54和负电极56供电。体积介质阻挡放电的特征是绝缘介质58插在两个电极54,56之间的放电空间较大，具有强度较高的电场，能够有效电离尾气，比如氮氧化物，使其分解为没有毒害的氮气和氧气。
本发明提供的装置，先利用静电场对尾气中的颗粒进行处理，再利用介质阻挡放电对尾气中的有害化合物进行处理，并且既包括介质阻挡表面放电又包括介质阻挡体积放电，这样，对发动机尾气进行三次处理，进而可以保证尾气处理的精度，尽量降低输出有害气体。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。举例来说，本发明中三种不同放电装置的排列顺序、安装方法和内部结构以及尾气的流动方向等，都可以做相应的调整。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种处理发动机尾气的装置，其特征在于，包括：静电场除颗粒部件、表面介质阻挡放电部件、体积介质阻挡放电部件；
静电场除颗粒部件包括电源、外壳、正电极和负电极；
表面介质阻挡放电部件包括电源、外壳、绝缘介质层、高电压电极和零电压电极；
体积介质阻挡放电部件包括电源、外壳、绝缘介质层、高电压电极和零电压电极，静电场除颗粒部件静电场除颗粒部件。
2.根据权利要求1所述的处理发动机尾气的装置，其特征在于，静电场除颗粒部件的电源提供5千伏～40千伏伏的直流电。
3.根据权利要求1所述的处理发动机尾气的装置，其特征在于，表面介质阻挡放电部件的电源提供2千伏特到50千伏特，1千赫兹到60千赫兹的交流电。
4.根据权利要求1所述的处理发动机尾气的装置，其特征在于，体积介质阻挡放电部件的电源提供2千伏特到50千伏特，1千赫兹到60千赫兹的交流电。
5.一种处理发动机尾气的方法，其特征在于，包括：
通过静电场来消除或减少发动机尾气中的颗粒物；
通过表面介质阻挡放电来消除或减少发动机尾气中的氮氧化物和挥发性有机化合物；
通过体积介质阻挡放电来消除或减少发动机尾气中的氮氧化物和挥发性有机化合物。
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