CN109356690A - 柴油机污染物处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于柴油机颗粒物排放控制的后处理技术领域，具体涉及一种柴油机污染物处理系统及方法。本发明处理系统采用周期换向管路连接DOC+CDPF+DOC，通过控制系统控制形成可周期换向的处理系统，系统利用尾气中有机污染物或补充微量的雾化燃料油所发生的化学反应，使DOC+CDPF+DOC内的各自的过滤体和蜂窝陶瓷载体发生自维持蓄热和放热过程，并控制喷入管道微量的雾化油滴，使得DOC+CDPF+DOC系统内部维持在500℃～650℃之间，利用反向流动清除积蓄在壁流式通道上的化学反应残余物和不可燃无机盐等灰烬，不仅可以实现颗粒捕集器DPF连续再生，而且可以同时处理掉颗粒物、CO、HC、可溶性有机物SOF。
Description
技术领域
本发明属于柴油机颗粒物排放控制的后处理技术领域，具体涉及一种柴油机污染物处理系统及方法。
背景技术
柴油机颗粒捕集器(DPF，Diesel particulate filter)是降低颗粒物(PM)排放的最有效柴油机后处理技术。柴油机颗粒物主要由三部分组成，即干碳烟(Dry Soot，DS)、可溶性有机物(Soluble Organic Fraction，SOF)、硫酸盐，其中干碳烟质量分数大约在40％～50％之间，可溶性有机物质量分数大约在35％～45％之间，硫酸盐的质量分数大约在5％～10％。DPF是一种物理性过滤体，过滤捕集的PM沉积在DPF内，会造成柴油机排气背压增大，导致柴油机动力性和经济性恶化。因此，为了避免DPF影响柴油机性能，实现DPF持续工作，必须及时清除DPF中捕集过程中积聚的PM，清除DPF中积聚PM过程称为DPF再生。DPF再生技术成熟程度是决定其能否在柴油机PM控制中推广应用的关键。
DPF再生方法主要包括主动再生和被动再生两种技术。主动再生技术是借助电、微波和喷入柴油燃烧等外加热源，使积聚在DPF内PM实现燃烧清除。主动再生技术需要消耗大量的电能或燃料，并使得柴油机燃油经济性严重下降。另外，还需要一套复杂的控制系统，使得生产成本增加。被动再生技术也称作连续再生技术，是在DPF过滤壁上涂上催化剂层，降低了PM氧化反应的活化能，捕集在CDPF(Catalyst Diesel Particulate Filter)内的PM在较低温度下可以实现催化转化再生，同时还可以对柴油机尾气中的CO、HC、NO等成分进行催化转化。与主动强制加热再生方法相比，连续再生技术具有结构简单和不需要消耗外加能量的优点。然而，柴油机尾气中NOx含量具有不确定性，很难保证CDPF持续稳定地工作。另外，当排气温度高于400℃时，NO而难以产生NO2，CDPF再生效率也会急剧下降。另外，颗粒物(PM)中除了包含碳烟之外，还包含可溶性有机物(SOF)和无机盐，颗粒物中的碳烟、可溶性有机物(SOF)等有机成分被催化转化后，化学反应的残余物以及不可燃的无机盐等灰烬仍然会存留在CDPF过滤体壁面上，定期还需要清理灰烬。
发明内容
为解决上述DPF再生技术问题，本发明提出了一种柴油机污染物处理系统及方法，本发明处理系统采用周期换向管路连接DOC+CDPF+DOC，通过控制系统控制形成可周期换向的处理系统，系统利用尾气中有机污染物或补充微量的雾化燃料油所发生的化学反应，使DOC+CDPF+DOC内的各自的过滤体和蜂窝陶瓷载体发生自维持蓄热和放热过程，并控制喷入管道微量的雾化油滴，使得DOC+CDPF+DOC系统内部维持在500℃～650℃之间，利用反向流动清除积蓄在壁流式通道上的化学反应残余物和不可燃无机盐等灰烬，不仅可以实现颗粒捕集器DPF连续再生，而且可以同时处理掉颗粒物、CO、HC、可溶性有机物SOF。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案
柴油机污染物处理系统，包括控制系统、催化型颗粒捕集器CDPF、氧化催化器DOC和周期换向管路，其中：
所述的催化型颗粒捕集器CDPF，由壳体和过滤体构成，壳体内的两端布置两个压力传感器，用于监测催化型颗粒捕集器CDPF内两端的压力，两个压力传感器连接控制系统；所述的过滤体安装于CDPF壳体内，过滤体采用壁流式结构，所述的壁流式过滤体的相邻两个通道，其两端的开口和封闭相反设置，即一个通道一端开口，另一端封闭，相邻通道贴近封闭端的为开口端，另一端贴近开口端为封闭端；相邻两通道由具有贯通微孔隙结构的过滤壁来间隔，所述的过滤壁上设置有催化剂层；催化型颗粒捕集器CDPF两端分别连接一个氧化催化器DOC；
所述的氧化催化器DOC，由壳体和流通式蜂窝陶瓷载体构成，所述的蜂窝陶瓷载体具有贯通式通道束构成，通道束相邻贯通式通道由通道间壁隔开，通道间壁上涂覆催化剂层；所述的氧化催化器DOC为两个，两个氧化催化器DOC分别连接在催化型颗粒捕集器CDPF的两端，且两个氧化催化器DOC的各自的自由端与周期换向管路连通；
所述的周期换向管路，与两个氧化催化器DOC连接构成闭合循环管路，在循环闭合管路上设置有分别同步开启和关闭的两对电磁阀，以及与外界相连通的尾气进口和尾气出口，两对电磁阀连接着控制系统，通过控制系统控制着周期换向，使得柴油机尾气从尾气进口进入后，通过一对正向管路的电磁阀同步开启所形成的DOC+CDPF+DOC正向流通管路，从尾气出口排出，同时另一对反向管路电磁阀同步关闭；换向后，柴油机尾气从尾气进口进入后，通过一对反向管路的电磁阀同步开启所形成的DOC+CDPF+DOC反向流通管路，从尾气出口排出，同时另一对正向管路电磁阀同步关闭；即通过控制两对电磁阀的同步开启和关闭来实现柴油机尾气通道的周期换向。
进一步地，在催化型颗粒捕集器CDPF的过滤体和氧化催化器DOC的蜂窝陶瓷载体内布置有热电偶，用于测试温度，热电偶连接控制系统。
进一步地，所述的系统两端氧化催化器DOC进口端插入回形针电热丝，回形针电热丝连接控制系统。
进一步地，所述的系统周期换向管路的尾气入口处布置喷油嘴，喷油嘴连接供油装置，供油装置连接控制系统，供油装置包括：油箱、高压油泵、滤油器，由控制系统控制高压油泵运行和关闭。喷油嘴的作用是向周期换向管路中喷微量雾化油滴，雾化油滴在DOC进口端时起燃放出大量的热量，提高了CDPF进口的温度，并且控制DOC+CDPF+DOC系统内部维持在500℃～650℃之间。
进一步地，所述的催化型颗粒捕集器CDPF的过滤体和氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体由堇青石陶瓷材料制成。
进一步地，所述的催化型颗粒捕集器CDPF过滤体的孔密度为200cpsi，过滤体孔隙率为62±2％，过滤壁的厚度为0.3mm，过滤壁壁面微孔孔径为15～20μm。
进一步地，所述的氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体的孔密度为300cpsi，蜂窝陶瓷载体通道间壁的壁厚为0.25mm。
进一步地，所述的催化型颗粒捕集器CDPF的过滤体的过滤壁上涂覆Al2O3+Ce(Zr)O2薄层作为催化剂载体层，然后在催化剂载体层上涂覆金属Pt和金属Pd作为催化剂层，金属Pt和金属Pd的负载量为20g/L，金属Pt与Pd含量配比为4:1，其中催化剂层的厚度为10～15μm。
进一步地，所述的氧化催化器DOC内的通道间壁上涂覆Al2O3+Ce(Zr)O2薄层作为催化剂载体层，然后在催化剂载体层上涂覆金属Pt和金属Pd作为催化剂层，金属Pt和金属Pd的负载量为120g/L，金属Pt与Pd含量配比为4:1，其中催化剂层的厚度为30～40μm。
基于上述柴油机污染物处理系统的柴油机污染物处理方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：柴油机尾气单向流动处理
将柴油机尾气通入到周期换向管路的尾气入口，控制系统控制周期换向管路上的一对正向管路的电磁阀同步开启，同时控制另一对反向管路电磁阀同步关闭，尾气从系统入口处沿由左向右的正向管路单向流动，依次经过第一氧化催化器DOC+催化型颗粒捕集器CDPF+第二氧化催化器DOC，然后尾气从系统出口处排出，此阶段管路中的尾气温度小于300℃，催化型颗粒物捕集器CDPF是处在颗粒物捕集阶段；
步骤2：周期换向处理
当CDPF壳体两端布置的两个压力传感器监测显示的压差绝对值超过13～14KPa时，通过控制系统设定好的换向半周期时间，控制系统启动周期换向管路上的电磁阀启动周期换向处理；
步骤3：正向流动半周期
(1)柴油机尾气从尾气入口进入周期换向管路后，沿由左向右的正向管路单向流动，依次经过第一氧化催化器DOC+催化型颗粒捕集器CDPF+第二氧化催化器DOC，先进入第一氧化催化器DOC，DOC蜂窝陶瓷载体内设置有金属Pt和金属Pd的催化剂层，在金属Pt和金属Pd催化剂的作用下使得尾气中大部分的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和PM中的可溶性有机物(SOF)被催化氧化成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，另外一部分一氧化氮(NO)被催化氧化成生成二氧化氮(NO2)；同时上述的化学反应产生的一部分热量加热并蓄存在DOC蜂窝陶瓷载体上，余下的热量使尾气温度升高；
(2)经过第一氧化催化器DOC的柴油机尾气进入催化型颗粒捕集器CDPF，尾气中的颗粒物被捕集并沉积在CDPF壁流式过滤体的过滤壁上；过滤壁上设置了金属Pt和金属Pd催化剂层，在尾气温度300℃～650℃作用下，先前尾气中的积聚在过滤壁上的PM中的碳烟颗粒被催化氧化生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，而二氧化氮(NO2)被还原成一氧化氮(NO)和氮气(N2)；上述的化学反应放出来的大部分的热量用来加热并蓄存在CDPF过滤壁上；而化学反应产生的残余物和无机盐等灰烬存留在CDPF过滤体通道的过滤壁面上；
(3)经过CDPF的尾气进入第二氧化催化器DOC，尾气把在CDPF中化学反应放出的剩余部分热量带到第二氧化催化器DOC，加热并蓄存在DOC蜂窝陶瓷载体上，第二氧化催化器DOC内的蜂窝陶瓷载体内同样设置有金属Pt和金属Pd的催化剂层，在金属Pt和金属Pd催化剂的作用下，使得尾气中剩余微量的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和可溶性有机物(SOF)被催化氧化生成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，一氧化氮(NO)被催化氧化生成二氧化氮(NO2)；同时上述的催化反应放出的一部分热量加热并蓄存在第二氧化催化器DOC内的蜂窝陶瓷载体上，尾气从尾气出口排出；
步骤4：反向流动半周期
(1)正向流动半周期结束时，开始反向流动半周期，一对反向管理电磁阀同步开启，另一对正向管路电磁阀同步关闭；柴油机尾气由右向左反向流通经过第二氧化催化器DOC+催化型颗粒捕集器CDPF+第一氧化催化器DOC，先进入第二氧化催化器DOC，正向周期内蓄存在第二氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体内的热量加热了尾气，第二氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体内设置贵金属Pt和Pd催化剂层，使得尾气中大部分的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和可溶性有机物(SOF)被催化氧化生成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，一部分一氧化氮(NO)被催化氧化生成二氧化氮(NO2)；同时上述的化学反应放出的热量提高了尾气温度和第二氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体的温度；
(2)经过第二氧化催化器DOC的柴油机尾气进入催化型颗粒捕集器CDPF，正向流动周期内存留在通道过滤壁面上的化学反应残余物以及无机盐等灰烬被吹离过滤壁面，随尾气气流排出系统；反向流动中的颗粒物被捕集并沉积在CDPF壁流式通道的过滤壁上；过滤壁上设置了金属Pt和金属Pd催化剂层，并且上个正向流动周期内蓄存在CDPF过滤壁上的热量加热尾气，积聚在过滤壁上的颗粒物中的碳烟颗粒被催化氧化生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，而二氧化氮(NO2)被还原成一氧化氮(NO)和氮气(N2)；上述的化学反应放出的大部分热量加热并蓄存在CDPF过滤壁上；上述的化学反应产生的残余物和无机盐等灰烬又存留在CDPF过滤壁面上；
(3)经过催化型颗粒捕集器CDPF的尾气进入第一氧化催化器DOC，把在CDPF中化学反应放出的剩余部分热量加热并蓄存在第一氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体上，第一氧化催化器DOC内设置贵金属Pt和Pd催化剂层，在金属Pt和Pd催化剂的作用下使得尾气中剩余微量的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和SOF被催化氧化成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，一氧化氮(NO)被催化氧化生成二氧化氮(NO2)；同时上述的化学反应放出的一部分热量加热并蓄存在第一氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体上，尾气从尾气出口排出；
步骤5：按照上述步骤3和步骤4循环的运行下去，直到柴油机停机时该系统停止运行。
进一步地，所述的周期换向处理步骤中，当DOC进口端热电偶监测尾气温度低于300℃时，通过控制系统启动DOC中的回形针电热丝来进行尾气加热，使尾气温度稳定在340℃～650℃之间。温度稳定后停止加热。
进一步地，所述的在控制系统启动DOC中的回形针电热丝来进行尾气加热时，控制系统控制供油装置的高压油泵为喷油嘴供油，向周期换向管路中喷入微量雾化油滴，使雾化油滴在DOC进口端处起燃，使系统的内部温度在500℃～650℃之间。当系统内部温度稳定在500℃～650℃之间时，控制系统控制高压油泵，使喷油嘴停止喷雾化油滴。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明是柴油机颗粒捕集器主动和连续被动再生耦合的系统，该主被动耦合的系统有助于更好的去除颗粒物。控制系统的自动控制两对电磁阀同步定时开启和关闭，构成DOC+CDPF+DOC内由左向右正向、再由右向左反向进行的周期换向流动。利用尾气中有机污染物或补充微量的雾化燃料油所发生的化学反应，使DOC+CDPF+DOC内的各自的过滤体和蜂窝陶瓷载体发生自维持蓄热和放热过程，并控制喷入管道的雾化油滴量使得DOC+CDPF+DOC系统内部维持在500℃～650℃之间，利用反向流动清除积蓄在壁流式通道上的化学反应残余物和不可燃无机盐等灰烬，不仅可以实现颗粒捕集器DPF连续再生，而且可以同时处理掉颗粒物、CO、HC、可溶性有机物SOF。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例1或现有技术中的技术方案，下面将对实施例1或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的实施例1，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中柴油机污染物处理系统的结构示意图；
图2是图1中的DOC+CDPF+DOC的局部放大图；
图3是图2中的催化型颗粒捕集器CDPF过滤体的结构示意图；
图4是图3中的催化型颗粒捕集器CDPF过滤壁上的局部放大图；
图5是图2中的氧化催化器DOC蜂窝陶瓷体的结构示意图；
图中：1.控制系统，2.喷油嘴，3.电磁阀，4.周期换向管路，5.DOC蜂窝陶瓷载体，6.热电偶，7.CDPF壁流式过滤体，8.CDPF壳体，9.DOC壳体，10.回针形电热丝，11.压力传感器，12.供油装置，13.A通道，14.B通道，15.过滤壁，16.催化剂层，17.催化剂载体层，19.灰烬，20.颗粒物，21.DOC贯通式蜂窝陶瓷载体通道，22.通道间壁，a.第一氧化催化器DOC，b.催化型颗粒捕集器CDPF，c.第二氧化催化器DOC。
具体实施方式
下面结合附图和实施例1对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1
如图1所示，柴油机污染物处理系统包括控制系统1、催化型颗粒捕集器CDPF b、氧化催化器DOC和周期换向管路4，其中：所述的催化型颗粒捕集器CDPF b两端分别连接第一氧化催化器DOC a和第二氧化催化器DOC c，第一氧化催化器DOC a和第二氧化催化器DOC c的各自的自由端与周期换向管路4连通；所述的周期换向管路4与第一氧化催化器DOC a和第二氧化催化器DOC c连接构成闭合循环管路，在循环闭合管路上设置有分别同步开启和关闭的两对电磁阀3，以及与外界相连通的尾气进口和尾气出口，两对电磁阀3连接着控制系统1，通过控制系统1控制着周期换向，使得柴油机尾气从尾气进口进入后，通过一对正向管路的电磁阀3同步开启所形成的DOC+CDPF+DOC正向流通管路，从尾气出口排出，同时另一对反向管路电磁阀3同步关闭；换向后，柴油机尾气从尾气进口进入后，通过一对反向管路的电磁阀3同步开启所形成的DOC+CDPF+DOC反向流通管路，从尾气出口排出，同时另一对正向管路电磁阀3同步关闭；即通过控制系统控制两对电磁阀3的同步开启和关闭来实现柴油机尾气通道的周期换向。
如图2所示，催化型颗粒捕集器CDPF b由CDPF壳体8和CDPF壁流式过滤体7构成，CDPF壳体8内的两端布置两个压力传感器11，用于监测催化型颗粒捕集器CDPF内两端的压力，两个压力传感器11连接控制系统1，控制系统1通过监测CDPF内两端的压力传感器11的压力差值来判断CDPF何时进行再生。CDPF过滤体7由堇青石陶瓷材料制成，孔隙率为62±2％，孔密度为200cpsi；CDPF壁流式过滤体7安装于CDPF壳体8内。CDPF壁流式过滤体7内布置有热电偶6，用于测试温度，热电偶6连接控制系统1。
如图3所示，CDPF壁流式过滤体7的相邻两个通道如A通道13和B通道14，其两端的开口和封闭相反设置，A通道13一端开口，另一端封闭，相邻B通道14贴近A通道13封闭端的为开口端，另一端贴近A通道13开口端为封闭端；相邻两通道由具有贯通微孔隙结构的过滤壁15来间隔，过滤壁15的厚度为0.3mm，过滤壁壁面微孔孔径为15～20μm。过滤壁15上涂覆Al2O3+
Ce(Zr)O2薄层作为催化剂载体层17，在催化剂载体层17上涂覆金属Pt和金属Pd作为催化剂层16，金属Pt和金属Pd的负载量为20g/L，金属Pt与Pd含量配比为4:1，其中催化剂层16厚度为10～15μm。
如图2所示，第一氧化催化器DOC a和第二氧化催化器DOC c由DOC壳体9和流通式蜂窝陶瓷载体5构成。蜂窝陶瓷载体5内布置有热电偶6，用于测试温度，热电偶6连接控制系统1。蜂窝陶瓷载体5由堇青石陶瓷材料制成，孔密度为300cpsi。
如图5所示，蜂窝陶瓷载体5具有贯通式通道束构成，通道束相邻贯通式通道21由通道间壁22隔开，通道间壁22的壁厚为0.25mm。通道间壁22上涂覆Al2O3+Ce(Zr)O2薄层作为催化剂载体层17，然后在催化剂载体层17上涂覆金属Pt和金属Pd作为催化剂层16，金属Pt和金属Pd的负载量为120g/L，金属Pt与Pd含量配比为4:1，其中催化剂层16的厚度为30～40μm。
如图2所示，第一氧化催化器DOC a和第二氧化催化器DOC c的进口端插入回形针电热丝10，并且当CDPF开始再生时，由控制系统1启动回形针电热丝10，使回形针电热丝10加热提高尾气温度到340℃～350℃之间。
周期换向管路4的尾气进口处布置喷油嘴2，其位置如图1所示。喷油嘴2连接供油装置，供油装置连接控制系统1，供油装置1包括：油箱、高压油泵、滤油器，由控制系统1控制高压油泵运行和关闭。喷油嘴2的作用是向周期换向管路4中喷微量雾化油滴，雾化油滴在DOC进口端时起燃放出大量的热量，提高了CDPF进口的温度，并且控制DOC+CDPF+DOC系统内部维持在500℃～650℃之间。
基于上述柴油机污染物处理系统的柴油机污染物处理方法，其特征在于，步骤如下：
该柴油机污染物处理系统所用的柴油机性能参数如下:型号:HD6105AZLD，形式:6缸、四冲程、直列、水冷，压缩比:16:1,活塞总排量:6.75L，额定转速:1500r/min,标定功率:110kW,油耗率:216g/kWh。
经过试验验证，该柴油机污染物处理系统的往复流动半周期时间设置为20s最为合适。因为通过监测CDPF壳体8两端布置的压力传感器11的压降值可判断出：在20s内CDPFb的压降绝对值小于4KPa,说明在半周期20s内捕集在CDPF b内的颗粒物基本上被反应掉，达到了CDPF b的再生效果。半周期时间过长会使DOC a+CDPF b+DOC c内部高温温度场发生偏移，使CDPF b内部温度场偏低，并且CDPF b的压降绝对值大于4KPa，说明半周期时间过长影响了CDPF b的再生效果。半周期时间过短，会使捕集在CDPF b内的大部分颗粒物来不及发生化学反应，并通过换向流动吹出，使得该系统达不到除颗粒物的效果。
步骤1：柴油机单向流动处理
将柴油机尾气通入到周期换向管路4的尾气入口，控制系统1控制周期换向管路4上的一对正向管路的电磁阀3同步开启，同时控制另一对反向管路电磁阀3同步关闭，尾气从系统入口处沿由左向右的正向管路单向流动，依次经过第一氧化催化器DOC a+催化型颗粒捕集器CDPF b+第二氧化催化器DOC c，然后尾气从尾气出口处排出，此阶段管路中的尾气温度小于300℃，催化型颗粒物捕集器CDPF b是处在颗粒物捕集阶段；
步骤2：周期换向处理
当CDPF壳体8两端布置的两个压力传感器11监测显示的压差绝对值超过13～14KPa时，当第一氧化催化器DOC a和第二氧化催化器DOC c进口端热电偶6监测柴油机尾气温度高于300℃时，通过控制系统1设定好的换向半周期时间20s，控制系统1启动周期换向管路4上的电磁阀3启动周期换向处理；系统开始启动往复流动周期40s中的正向流动半周期20s；
当DOC入口处热电偶监测尾气温度低于300℃时，通过控制系统启动DOC中的回形针电热丝来进行尾气加热，同时控制系统1控制供油装置的高压油泵为喷油嘴6供油，向周期换向管路4中喷入微量雾化油滴，使雾化油滴在DOC进口端处起燃，使系统的内部温度在500℃～650℃之间。当系统内部温度稳定在500℃～650℃之间时，停止加热和喷雾化油滴。
步骤3：正向流动半周期20s
(1)尾气从尾气入口进入周期换向管路4，沿由左向右的正向管路单向流动，依次经过第一氧化催化器DOC a+催化型颗粒捕集器CDPF b+第二氧化催化器DOC c，先进入第一氧化催化器DOC a，DOC蜂窝陶瓷载体5内设置有金属Pt和金属Pd的催化剂层，在金属Pt和金属Pd催化剂的作用下使得尾气中大部分的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和PM中的可溶性有机物(SOF)被催化氧化成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，另外一部分一氧化氮(NO)被催化氧化成生成二氧化氮(NO2)；同时上述的化学反应产生的一部分热量加热并蓄存在DOC蜂窝陶瓷载体5上，余下的热量使尾气温度升高；
(2)经过第一氧化催化器DOC a的柴油机尾气进入催化型颗粒捕集器CDPF b，尾气中的颗粒物被捕集并沉积在CDPF壁流式过滤体7的过滤壁15上；过滤壁15上设置了金属Pt和金属Pd催化剂层，在尾气温度300℃～650℃作用下，先前尾气中的积聚在过滤壁15上的PM中的碳烟颗粒被催化氧化生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，而二氧化氮(NO2)被还原成一氧化氮(NO)和氮气(N2)；上述的化学反应放出来的大部分的热量用来加热并蓄存在CDPF b过滤壁15上；而化学反应产生的残余物和无机盐等灰烬存留在CDPF过滤体7通道的过滤壁面15上；
(3)经过CDPF b的尾气进入第二氧化催化器DOC c，尾气把在CDPF b中化学反应放出的剩余部分热量带到第二氧化催化器DOC c，加热并蓄存在DOC蜂窝陶瓷载体5上，第二氧化催化器DOC内的蜂窝陶瓷载体5内同样设置有金属Pt和金属Pd的催化剂层，在金属Pt和金属Pd催化剂的作用下，使得尾气中剩余微量的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和可溶性有机物(SOF)被催化氧化生成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，一氧化氮(NO)被催化氧化生成二氧化氮(NO2)；同时上述的催化反应放出的一部分热量加热并蓄存在第二氧化催化器DOC内的蜂窝陶瓷载体5上，尾气从尾气出口排出；
步骤4：反向流动半周期20s
(1)正向流动半周期20s结束时，开始反向流动半周期20s，一对反向管路电磁阀3同步开启，另一对正向管路电磁阀3同步关闭；柴油机尾气由右向左反向流通经过第二氧化催化器DOC c+催化型颗粒捕集器CDPF b+第一氧化催化器DOC a，先进入第二氧化催化器DOC c，正向周期内蓄存在第二氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体5内的热量加热了尾气，第二氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体5内设置贵金属Pt和Pd催化剂层，使得尾气中大部分的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和可溶性有机物(SOF)被催化氧化生成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，一部分一氧化氮(NO)被催化氧化生成二氧化氮(NO2)；同时上述的化学反应放出的热量提高了尾气温度和第二氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体5的温度；
(2)经过第二氧化催化器DOC c的柴油机尾气进入催化型颗粒捕集器CDPF b，正向流动周期内存留在通道过滤壁面上的化学反应残余物以及无机盐等灰烬被吹离过滤壁面15，随尾气气流排出系统；反向流动中的颗粒物被捕集并沉积在CDPF壁流式通道的过滤壁15上；过滤壁15上设置了金属Pt和金属Pd催化剂层，并且上个正向流动周期内蓄存在CDPF过滤壁15上的热量加热尾气，积聚在过滤壁15上的颗粒物中的碳烟颗粒被催化氧化生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，而二氧化氮(NO2)被还原成一氧化氮(NO)和氮气(N2)；上述的化学反应放出的大部分热量加热并蓄存在CDPF过滤壁15上；上述的化学反应产生的残余物和无机盐等灰烬又存留在CDPF过滤壁面15上；
(3)经过催化型颗粒捕集器CDPF b的尾气进入第一氧化催化器DOC a，把在CDPF b中化学反应放出的剩余部分热量加热并蓄存在第一氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体5上，第一氧化催化器DOC a内设置贵金属Pt和Pd催化剂层，在金属Pt和Pd催化剂的作用下使得尾气中剩余微量的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和SOF被催化氧化成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，一氧化氮(NO)被催化氧化生成二氧化氮(NO2)；同时上述的化学反应放出的一部分热量加热并蓄存在第一氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体5上，尾气从尾气出口排出；
步骤5：按照上述步骤2和步骤3循环的运行下去，直到柴油机停机时该系统停止运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.柴油机污染物处理系统，其特征在于，包括控制系统、催化型颗粒捕集器CDPF、氧化催化器DOC和周期换向管路，其中：
所述的催化型颗粒捕集器CDPF，由壳体和过滤体构成，壳体内的两端布置两个压力传感器，用于监测催化型颗粒捕集器CDPF内两端的压力，两个压力传感器连接控制系统；所述的过滤体安装于CDPF壳体内，过滤体采用壁流式结构，所述的壁流式过滤体的相邻两个通道，其两端的开口和封闭相反设置，即一个通道一端开口，另一端封闭，相邻通道贴近封闭端的为开口端，另一端贴近开口端为封闭端；相邻两通道由具有贯通微孔隙结构的过滤壁来间隔，所述的过滤壁上设置有催化剂层；催化型颗粒捕集器CDPF两端分别连接一个氧化催化器DOC；
所述的氧化催化器DOC，由壳体和流通式蜂窝陶瓷载体构成，所述的蜂窝陶瓷载体具有贯通式通道束构成，通道束相邻贯通式通道由通道间壁隔开，通道间壁上涂覆催化剂层；所述的氧化催化器DOC为两个，两个氧化催化器DOC分别连接在催化型颗粒捕集器CDPF的两端，且两个氧化催化器DOC的各自的自由端与周期换向管路连通；
所述的周期换向管路，与两个氧化催化器DOC连接构成闭合循环管路，在循环闭合管路上设置有分别同步开启和关闭的两对电磁阀，以及与外界相连通的尾气进口和尾气出口，两对电磁阀连接着控制系统，通过控制系统控制着周期换向，使得柴油机尾气从尾气进口进入后，通过一对正向管路的电磁阀同步开启所形成的DOC+CDPF+DOC正向流通管路，从尾气出口排出，同时另一对反向管路电磁阀同步关闭；换向后，柴油机尾气从尾气进口进入后，通过一对反向管路的电磁阀同步开启所形成的DOC+CDPF+DOC反向流通管路，从尾气出口排出，同时另一对正向管路电磁阀同步关闭；即通过控制两对电磁阀的同步开启和关闭来实现柴油机尾气通道的周期换向。
2.根据权利要求1所述的柴油机污染物处理系统，其特征在于，在催化型颗粒捕集器CDPF的过滤体和氧化催化器DOC的蜂窝陶瓷载体内布置有热电偶，用于测试温度，热电偶连接控制系统。
3.根据权利要求1所述的柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述的系统两端氧化催化器DOC进口端插入回形针电热丝，回形针电热丝连接控制系统。
4.根据权利要求1所述的柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述的系统周期换向管路的尾气入口处布置喷油嘴，喷油嘴连接供油装置，供油装置连接控制系统，供油装置包括：油箱、滤油器，高压油泵，由控制系统控制连接喷油嘴的高压油泵的运行和关闭。
5.根据权利要求1所述的柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述的催化型颗粒捕集器CDPF的过滤体和氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体由堇青石陶瓷材料制成；所述的催化型颗粒捕集器CDPF过滤体的孔密度为200cpsi，过滤体孔隙率为62±2％，过滤壁的厚度为0.3mm，过滤壁壁面微孔孔径为15～20μm；所述的氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体的孔密度为300cpsi，蜂窝陶瓷载体通道间壁的壁厚为0.25mm。
6.根据权利要求1或5所述的柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述的催化型颗粒捕集器CDPF的过滤体的过滤壁上涂覆Al2O3+Ce(Zr)O2薄层作为催化剂载体层，然后在催化剂载体层上涂覆金属Pt和金属Pd作为催化剂层，金属Pt和金属Pd的负载量为20g/L，金属Pt与Pd含量配比为4:1，其中催化剂层的厚度为10～15μm。
7.根据权利要求1或5所述的柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述的氧化催化器DOC内的通道间壁上涂覆Al2O3+Ce(Zr)O2薄层作为催化剂载体层，然后在催化剂载体层上涂覆金属Pt和金属Pd作为催化剂层，金属Pt和金属Pd的负载量为120g/L，金属Pt与Pd含量配比为4:1，其中催化剂层的厚度为30～40μm。
8.基于上述柴油机污染物处理系统的柴油机污染物处理方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：柴油机尾气单向流动处理
将柴油机尾气通入到周期换向管路的尾气入口，控制系统控制周期换向管路上的一对正向管路的电磁阀同步开启，同时控制另一对反向管路电磁阀同步关闭，尾气从系统入口处沿由左向右的正向管路单向流动，依次经过第一氧化催化器DOC+催化型颗粒捕集器CDPF+第二氧化催化器DOC，然后尾气从系统出口处排出，此阶段管路中的尾气温度小于300℃，催化型颗粒物捕集器CDPF是处在颗粒物捕集阶段；
步骤2：周期换向处理
当CDPF壳体两端布置的两个压力传感器监测显示的压差绝对值超过13～14KPa时，通过控制系统设定好的换向半周期时间，控制系统启动周期换向管路上的电磁阀启动周期换向处理；
步骤3：正向流动半周期
(1)柴油机尾气从尾气入口进入周期换向管路后，沿由左向右的正向管路单向流动，依次经过第一氧化催化器DOC+催化型颗粒捕集器CDPF+第二氧化催化器DOC，先进入第一氧化催化器DOC，DOC蜂窝陶瓷载体内设置有金属Pt和金属Pd的催化剂层，在金属Pt和金属Pd催化剂的作用下使得尾气中大部分的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和PM中的可溶性有机物(SOF)被催化氧化成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，另外一部分一氧化氮(NO)被催化氧化成生成二氧化氮(NO2)；同时上述的化学反应产生的一部分热量加热并蓄存在DOC蜂窝陶瓷载体上，余下的热量使尾气温度升高；
(2)经过第一氧化催化器DOC的柴油机尾气进入催化型颗粒捕集器CDPF，尾气中的颗粒物被捕集并沉积在CDPF壁流式过滤体的过滤壁上；过滤壁上设置了金属Pt和金属Pd催化剂层，在尾气温度300℃～650℃作用下，先前尾气中的积聚在过滤壁上的PM中的碳烟颗粒被催化氧化生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，而二氧化氮(NO2)被还原成一氧化氮(NO)和氮气(N2)；上述的化学反应放出来的大部分的热量用来加热并蓄存在CDPF过滤壁上；而化学反应产生的残余物和无机盐等灰烬存留在CDPF过滤体通道的过滤壁面上；
(3)经过CDPF的尾气进入第二氧化催化器DOC，尾气把在CDPF中化学反应放出的剩余部分热量带到第二氧化催化器DOC，加热并蓄存在DOC蜂窝陶瓷载体上，第二氧化催化器DOC内的蜂窝陶瓷载体内同样设置有金属Pt和金属Pd的催化剂层，在金属Pt和金属Pd催化剂的作用下，使得尾气中剩余微量的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和可溶性有机物(SOF)被催化氧化生成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，一氧化氮(NO)被催化氧化生成二氧化氮(NO2)；同时上述的催化反应放出的一部分热量加热并蓄存在第二氧化催化器DOC内的蜂窝陶瓷载体上，尾气从尾气出口排出；
步骤4：反向流动半周期
(1)正向流动半周期结束时，开始反向流动半周期，一对反向管理电磁阀同步开启，另一对正向管路电磁阀同步关闭；柴油机尾气由右向左反向流通经过第二氧化催化器DOC+催化型颗粒捕集器CDPF+第一氧化催化器DOC，先进入第二氧化催化器DOC，正向周期内蓄存在第二氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体内的热量加热了尾气，第二氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体内设置贵金属Pt和Pd催化剂层，使得尾气中大部分的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和可溶性有机物(SOF)被催化氧化生成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，一部分一氧化氮(NO)被催化氧化生成二氧化氮(NO2)；同时上述的化学反应放出的热量提高了尾气温度和第二氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体的温度；
(2)经过第二氧化催化器DOC的柴油机尾气进入催化型颗粒捕集器CDPF，正向流动周期内存留在通道过滤壁面上的化学反应残余物以及无机盐等灰烬被吹离过滤壁面，随尾气气流排出系统；反向流动中的颗粒物被捕集并沉积在CDPF壁流式通道的过滤壁上；过滤壁上设置了金属Pt和金属Pd催化剂层，并且上个正向流动周期内蓄存在CDPF过滤壁上的热量加热尾气，积聚在过滤壁上的颗粒物中的碳烟颗粒被催化氧化生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，而二氧化氮(NO2)被还原成一氧化氮(NO)和氮气(N2)；上述的化学反应放出的大部分热量加热并蓄存在CDPF过滤壁上；上述的化学反应产生的残余物和无机盐等灰烬又存留在CDPF过滤壁面上；
(3)经过催化型颗粒捕集器CDPF的尾气进入第一氧化催化器DOC，把在CDPF中化学反应放出的剩余部分热量加热并蓄存在第一氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体上，第一氧化催化器DOC内设置贵金属Pt和Pd催化剂层，在金属Pt和Pd催化剂的作用下使得尾气中剩余微量的雾化油滴、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和SOF被催化氧化成无害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，一氧化氮(NO)被催化氧化生成二氧化氮(NO2)；同时上述的化学反应放出的一部分热量加热并蓄存在第一氧化催化器DOC蜂窝陶瓷载体上，尾气从尾气出口排出；
步骤5：按照上述步骤3和步骤4循环的运行下去，直到柴油机停机时该系统停止运行。
9.根据权利要求8所述的柴油机污染物处理方法，其特征在于，所述的周期换向处理步骤中，当DOC进口端热电偶监测尾气温度低于300℃时，通过控制系统启动DOC中的回形针电热丝来进行尾气加热，使尾气温度稳定在340℃～650℃之间。温度稳定后停止加热。
10.根据权利要求8所述的柴油机污染物处理方法，其特征在于，所述的在控制系统启动DOC中的回形针电热丝来进行尾气加热时，控制系统控制供油装置的高压油泵为喷油嘴供油，向周期换向管路中喷入微量雾化油滴，使雾化油滴在DOC进口端处起燃，使系统的内部温度在500℃～650℃之间。当系统内部温度稳定在500℃～650℃之间时，控制系统控制高压油泵，使喷油嘴停止喷雾化油滴。
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