CN109252918B - 一种柴油机尾气颗粒物处理系统 - Google Patents

一种柴油机尾气颗粒物处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴油机尾气颗粒物处理系统，包括由尾气前处理模块、预荷电模块、湿式静电集尘模块、水循环再生模块和水膜增强模块组成，在湿式静电集尘模块前具有尾气前处理模块和预荷电模块，具有水循环再生模块可以湿式静电集尘后的水循环再生，具有水膜增强模块以增强湿式静电集尘电极表面的水膜形成均一性。基于湿式静电处理技术以实现柴油机尾气中颗粒物的有效去除，如与选择性催化等尾气前处理系统结合，则可以有效去除尾气中的PM及氮氧化物污染，实现尾气的高效净化。

Description

一种柴油机尾气颗粒物处理系统
技术领域
本发明涉及一种柴油机尾气颗粒物处理系统，基于湿式静电处理技术 (WESP,WetElectrical Dust Precipitator)以实现柴油机尾气中颗粒物(PM,Particulate Matter)的有效去除，如与选择性催化(SCR,Selective Catalytic Reduction)等尾气前处理系统结合，则可以有效去除尾气中的PM及氮氧化物污染，实现尾气的高效净化。
背景技术
湿式静电除尘器目前广泛应用于燃煤电厂、冶金行业及化工行业的烟气治理工程，可以有效将烟尘排放限值控制在10mg/m3以下。具有高效、环保、无二次污染、可循环再生等优点。而目前柴油机尾气处理采用柴油颗粒过滤器 (DPF,Diesel ParticulateFilter)等阻滤燃烧处理等方式并无法实现PM纳米颗粒的完全去除，并容易造成催化失效和堵塞等问题。采用湿式静电可以有效解决微小颗粒物的处理问题，并且通过湿式静电方式可以实现颗粒集中收集，水也可以进行循环再生利用，是未来柴油机尾气处理的一种极有潜力的处理技术。
发明内容
本发明的目的是：针对上述存在的问题，提供一种柴油机尾气颗粒物处理系统，将湿式静电处理技术应用于柴油机尾气处理，利用液体粘附作用进行颗粒捕获，由于柴油机尾气排放流速较快，且尾气中所含颗粒物多为纳米颗粒物，本发明在现有湿式静电技术基础上结合干式预电离技术，让尾气中PM颗粒物预荷电，再进一步通过湿式静电装置实现尾气颗粒的有效去除，解决了原本单一荷电处理装置或单一湿式静电处理装置处理尾气效率较低的问题。
李进在专利(02222513.7)中公开了一种湿式静电处理器，包含有使颗粒物预电荷的极化腔，并通过集尘电极上载有含液体毛毯实现颗粒的粘附并通过旋转刮板将颗粒物进行清理，采用此种方法将颗粒的捕集效率提高了30％以上。
本发明提出的新型尾气处理系统包含有尾气预处理模块、预荷电模块、湿式静电集尘模块、水循环再生模块和水膜增强模块。其特点在于尾气中颗粒成分在进行荷电前先通过预处理模块进行预处理，如采用SCR系统去除尾气中的氮氧化物，如采用散热器或加热器对尾气进行降温或升温，如采用氧化剂或还原剂对尾气进行氧化或还原处理。通过前处理对尾气成分组成比例、物理特性、化学特性进行调整。然后进入预荷电模块，通过外界通入空气进行电离，将电离后的电荷负载于颗粒物上，以此大大增强了柴油机尾气颗粒物的静电处理效率。
本发明设计了带有水循环再生模块的湿式静电集尘模块，其特点在于采用立式湿式静电捕集的方式，通过水雾颗粒将荷电后的PM颗粒物聚集并吸附在集尘电极表面，由于模块中通过对电极表面的连续冲刷将结合的颗粒物冲刷至模块最下方的集尘斗中，采用水循环再生模块将沉积下的水重新循环利用，而截留在集尘斗中的颗粒物则定期可进行清理。采用水膜增强模块可以增加在集尘电极表面的形成水膜的均一性，从而进一步增强尾气的静电处理效果。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
附图1是本发明尾气静电处理系统模块图。
附图2系统湿式静电处理流程图。
附图3是分体式静电装置剖面示意图。
附图4是一体式静电装置剖面示意图。
附图5是荷电模块阴极形态及管式阳极。
附图6是湿式静电模块阴极形态及六角形管式阳极。
附图7是均流片模式。
附图8是多处理器结构组合模式。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，本发明的柴油机尾气颗粒物处理系统包括尾气前处理模块、预荷电模块、湿式静电集尘模块、水循环再生模块、水膜增强模块，其中虚线框所框为核心部分，尾气前处理模块可选为气体降温、气体氧化、气体还原等气体处理装置的一种或多种组合。通过前处理对尾气成分组成比例、物理特性、化学特性进行调整。然后进入预荷电模块，通过外界通入空气进行电离，将电离后的电荷负载于颗粒物上，以此大大增强了柴油机尾气颗粒物后续湿式静电集尘效率。
如图2所示为本系统进行尾气湿式静电处理的工作流程图。本发明所述系统工作流程如下：首先，发动机排放气体可以经过前处理装置进行预处理，所述前处理可以为化学氧化还原，如选择性脱硫脱硝、如催化氧化等，在发动机排放高温段进行SCR反应可以有效利用发动机高温进行尿素分解，本发明后续颗粒物处理采用湿式静电装置，则可以避免传统技术将SCR前置使得后端DPF 出现尿素结晶堵塞的问题，在将SCR前置提高选择性脱硝催化效率的同时，可以降低尾气温度，从而更有利于后续湿式静电进行颗粒物处理。所述前处理并非必要环节，但为优先考虑方案。经前处理后的尾气经过散热器进行降温，以保证后续静电电极的静电吸附效率在最佳温度范围，降温后尾气通过均流装置实现均匀扩散，从而可以均匀面积进入尾气颗粒物荷电装置，在此构成极化腔体，采用电晕放电方式将外部导入的空气中气体分子电离，从而电荷被吸附到颗粒物表面，预荷电后的含颗粒物尾气进一步进入湿式静电处理腔室，在此通过高压喷淋形成的水雾与带电荷颗粒物发生凝聚效应，并向阳极管移动，由于阳极管内壁流动水膜的存在，尾气颗粒物被逐步冲刷下落到下方的集尘斗中收集，而水则通过过滤和水泵循环系统重新进入湿式静电腔室的高压喷淋系统中实现循环利用。最终静电处理后的尾气可输出到下一个处理环节或者达到标准排放。
如图3所示为一种分体式静电处理装置。1为荷电模块腔体，其中包括阴极阵列2和阳极阵列3，外界空气通过接口4从腔体下方通入，尾气通过接口 5从下方通入，尾气中颗粒物通过荷电后通过管道6通入湿式静电集尘模块腔体7，气体从腔体下方通入，经过集尘电极处理，其中8为阴极阵列，9为阳极阵列，10为喷淋阵列，尾气中颗粒物在静电和喷淋水雾作用下发生凝聚并向阳极表面移动，最终在表面水膜流动运动下冲刷到腔体下方的集尘斗11中，颗粒物被滤网12阻挡，水通过滤网重新进入水循环系统，净化后的尾气通过接口14排出。
如图4所示为一体式的静电处理装置。其特征在于将荷电模块及集尘模块阴极阵列连为一体。预处理后的尾气通过接口1从上方通入腔体，接口2通入外界空气，混合气体通过腔体上部荷电模块阳极阵列3，通过一体化阴极阵列 4，尾气颗粒物发生荷电作用，进一步通入下部湿式静电集尘模块电极阵列6，喷淋阵列5位于集尘电极阳极阵列上方，在喷淋水雾作用下使颗粒物凝聚并通过阳极管表面冲刷至底部集尘斗7中，颗粒物被滤网8阻挡，水通过滤网重新进入水循环系统，净化后的尾气通过接口9进入下一步处理。
如图5所示为多种荷电模块所采用的阴极形态结构和管式阳极组合，由于在荷电阶段采用电晕放电方式对空气进行电离，因此放电电极多采用具有尖端形态的电极，本图所示在荷电模块阴极电极可为截面锐角数量不少于3的针杆状电极或星芒刺状电极线或鱼骨针刺电极线。管式阳极优选采用圆形，可实现均匀电离荷电。
如图6所示为多种湿式静电模块阴极形态和管式阳极形态，在湿式静电集尘阶段需要更大更密集的集尘吸附面积，通常采用六角形蜂窝管状可有效利用静电吸附空间，而采用截面为圆形的针状电极则可以产生静电场，而不会发生电极放电。
如图7所示为均流片的结构形态分布模式图。均流片的目的是将细尾气管中的尾气流进行连续大面积均匀扩散，从而使得待处理尾气能够充分进入蜂窝管状静电电极。如图所示为几种均流扩散片的形态类型，(A)为多孔状均流扩散，其特征在于中间到边缘空孔逐渐扩大；(B)为三角形扩散孔，其特征在于开孔的分布呈中心向外放大的三角形孔状结构，开孔侧面三角形边缘可以具有一定角度，从而使气流产生一定旋转运动；(C)为同心圆环状扩散孔，其特征在于以同心圆环方式向外扩散，其同心圆间的孔隙逐步间距加宽；(D)为螺旋扇叶状扩散片，其特征在于以具有一定曲面的螺旋扇叶形态使气流通过，从而在旋转过程中实现气体均匀扩散。
如图8所示为采用多处理器结构组合的模式图。其中(A)(B)均代表荷电模块与集尘模块分体式的模式，(C)(D)代表荷电模块与集尘模块一体式的模式；(A)表示为一组荷电模块结合一组集尘模块，(B)表示一组荷电模块串联组合两组或以上的集尘模块；(C)表示一组处理器中包含有一体式的一组荷电电极和一组集尘电极，(D)表示一组处理器中包含有一体式串联的一组荷电电极和两组或两组以上集尘电极；(E)(F)均代表分体式处理器的两种可能并联模式，即(E)表示(A)型模式的两组或两组以上进行并联，(F)表示(B) 型模式的两组或两组以上进行并联；(G)(H)均代表一体式处理器的两种可能并联模式，即(G)代表(C)型模式的两组或两组以上进行并联，(H)代表(D) 型模式的两组或两组以上进行并联。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种柴油机尾气颗粒物处理系统，其特征在于：所述柴油机尾气颗粒物处理系统由尾气前处理模块、预荷电模块、湿式静电集尘模块、水循环再生模块和水膜增强模块组成，在湿式静电集尘模块前具有尾气前处理模块和预荷电模块，具有湿式静电集尘后的水循环再生模块，具有水膜增强模块以增强湿式静电集尘电极表面的水膜形成均一性，所述预荷电模块由立式蜂窝管状导电阳极和导电阴极组成，所述管状导电阳极形态为圆形或多边形，所述导电阴极为带有锐角形态的金属针杆、螺杆、星芒刺状电极线或鱼骨针刺线，直径小于5mm；所述导电阴极由上端开孔的阴极盖板耦合多个阴极成为密集排列的电极阵列，所述柴油机尾气颗粒物处理系统工作流程如下：首先，发动机排放气体经过前处理装置进行预处理，所述前处理为化学氧化还原，在发动机排放高温段进行SCR反应，有效利用发动机高温进行尿素分解，后续颗粒物处理采用湿式静电装置，则避免传统技术将SCR前置使得后端DPF 出现尿素结晶堵塞的问题，在将SCR前置提高选择性脱硝催化效率的同时，能降低尾气温度，从而更有利于后续湿式静电进行颗粒物处理，经前处理后的尾气经过散热器进行降温，以保证后续静电电极的静电吸附效率在最佳温度范围，降温后尾气通过均流装置实现均匀扩散，从而能均匀面积进入尾气颗粒物荷电装置，在此构成极化腔体，采用电晕放电方式将外部导入的空气中气体分子电离，从而电荷被吸附到颗粒物表面，预荷电模块后的含颗粒物的尾气进一步进入湿式静电处理腔室，在湿式静电处理腔室通过高压喷淋形成的水雾与带电荷颗粒物发生凝聚效应，并向管状导电阳极移动，由于管状导电阳极内壁流动水膜的存在，尾气颗粒物被逐步冲刷下落到下方的集尘斗中收集，而水则通过过滤和水泵循环系统重新进入湿式静电腔室的高压喷淋系统中实现循环利用，最终静电处理后的尾气输出到下一个处理环节或者达到标准排放，所述尾气前处理模块为气体降温、气体氧化、气体还原，均流扩散片为三角形扩散孔或螺旋扇叶状扩散片，其中三角形扩散孔的开孔分布呈中心向外放大的三角形孔状结构，开孔侧面三角形边缘具有一定角度，从而使气流产生一定旋转运动，螺旋扇叶状扩散片，以具有一定曲面的螺旋扇叶形态使气流通过，从而在旋转过程中实现气体均匀扩散。
2.如权利要求1所述的柴油机尾气颗粒物处理系统，其特征在于：所述湿式静电集尘模块由立式蜂窝管状导电阳极和导电阴极及水雾喷淋器组成，所述蜂窝管状导电阳极为垂直立式放置，管状导电阳极的形态为圆形及多边形，所述导电阴极为沿管状导电阳极中心平行从上至下垂直的导电阴极电极，由上端开孔的阴极盖板耦合多个阴极成为密集排列的电极阵列，单个电极形态为圆形或多边形，在蜂窝管阵列上端具有水雾喷淋器阵列；集尘模块下方有集尘斗，柴油机尾气由湿式静电集尘模块下方通入。
3.如权利要求1所述的柴油机尾气颗粒物处理系统，其特征在于：所述水循环再生模块由过滤器及水循环泵组成。
4.如权利要求1所述的柴油机尾气颗粒物处理系统，其特征在于：所述水膜增强模块为气流水膜增强装置、振动水膜增强装置。
5.如权利要求1所述的柴油机尾气颗粒物处理系统，其特征在于：所述尾气前处理模块为气体降温、气体氧化、气体还原气体处理装置的一种或多种组合。
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