CN109372612A - 一种柴油机尾气处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于内燃机尾气处理技术领域，具体涉及一种柴油机尾气处理装置和方法,包括DOC和DPF复合装置，本发明的装置中的DOC系统与DPF系统相互结合，尾气通过DOC时，DOC内的催化剂使得尾气中的HC化合物和CO等在较低的温度下与尾气中的氧气进行化学反应。反应过后再由DPF装置捕集过滤体中的颗粒物进行二次净化。本发明实例还加入了微波加热再生处理技术。本发明实施例提供的尾气处理装置，解决了现有技术中尾气处理效率过低，成本高的问题，且解决了DPF装置定期拆卸清理的问题。

Description

一种柴油机尾气处理装置和方法

技术领域

本发明属于内燃机尾气处理技术领域，具体涉及一种柴油机尾气处理装置和方法。

背景技术

据国际海事组织(IMO)估算，一艘十来万吨的大型货船，每天消耗的柴油以百吨计，固体颗粒物排放总量相当于全世界汽车排放的一半。

目前降低柴油机排放的主要措施有机前处理、机内净化和机后尾气处理。柴油机机前处理和机内净化已经达到很高水平，要想通过这两个途径进一步降低柴油机的排放具有一定限度。而机后尾气处理技术仍具有很大研究空间，并且国际研究发现颗粒物捕集器DPF是解决柴油机颗粒排放最有效的后处理技术。有研究表明：常规和未经优化的柴油机尾气净化装置，超过80％的气流经过少于50％的净化器载体截面积。

当前国内外的DPF系统多采用连续再生技术，即在DPF系统滤芯中涂有铂钯催化剂等，利用催化剂降低微粒的氧化活化能,使微粒能在相对较低的温度下燃烧，从而实现DPF系统中尾气微粒的再生。由于我国现阶段的燃油品质不能满足该系统的要求，尾气微粒在DPF系统再生不充分，尾气微粒易在滤芯中堆积，造成滤芯的堵塞。故采用连续再生技术的传统DPF系统使用一段时间后要将DPF系统中的滤芯拆除下来，清除滤芯中堆积的尾气微粒才能再投入使用，不能持续运行。因此，传统DPF系统并不适合在国内船舶柴油机上使用。

发明内容

本发明提供一种柴油机尾气处理装置和方法，以解决现有技术中柴油机尾气微粒在DPF系统再生不充分，尾气微粒易在滤芯中堆积，造成滤芯堵塞的问题。

本发明的第一方面提供一种柴油机尾气处理装置，所述装置包括DOC和DPF装置，所述DOC装置与尾气管道连接，所述尾气依次通过DOC装置、DPF装置；所述DOC进行被动再生，氧化除去尾气中的可溶性气体；所述DPF除去碳烟中的大部分颗粒物。

优选地，所述DPF装置包括过滤体和微波加热器，所述过滤体和所述微波加热器均设于所述DPF的管道中，所述微波加热器用于加热所述过滤体中的尾气颗粒。

优选地，还包括旁通气路，所述旁通气路设置在DOC和DPF之间，所述旁通气路上设有三通阀。

优选地，还包括第一背压测试仪与第二背压测试仪和控制器，所述第一背压测试仪设置在尾气进气口处，所述第二背压测试仪设置在DPF尾气的排气侧，所述控制器根据多方位的背压测试仪反馈的数据，向微波发射器发出工作控制信号，并控制三通阀的通断。

优选地，所述DOC内表面涂有稀土活性物质。

优选地，所述过滤体为壁流式蜂窝陶瓷过滤体。

优选地，还包括检流器；所述检流器用于对尾气进行流速、气压等进行检测。

本发明另一方面还提供了一种尾气处理方法，包括：

通过设置在尾气处理装置内的多个背压测试仪，控制器确定通过过滤体背压差值与设定的背压差阈值之间的关系；

当控制器确定通过过滤体的背压差大于设定的背压差值之后，过滤体进入DOC，尾气中的可溶性气体在DOC内的催化剂参与下与尾气中的氧气进行化学反应；

尾气由DOC进入DPF装置，DPF捕捉过滤体中的PH颗粒物；

优选地，若背压测试仪检测到排气背压达到预定值，控制器接收到背压测试仪发出的信号，打开旁通管阀门，控制器向微波发射器发送打开信号；

控制器确定背压测试仪检测到背压下降至预定值后，控制器关闭旁通管阀门，向微波发射器发送关闭信号。

本发明的有益效果：本发明的装置中的DOC系统与DPF系统相互结合，尾气通过DOC时，DOC内的催化剂使得尾气中的HC化合物和CO等在较低的温度下与尾气中的氧气进行化学反应。反应过后再由DPF装置捕集过滤体中的颗粒物进行二次净化。本发明实例还加入了微波加热再生处理技术。本发明实施例提供的尾气处理装置，解决了现有技术中尾气处理效率过低，成本高的问题，且解决了DPF装置定期拆卸清理的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的DOC+DPF结构示意图；

图2为本发明的装置尾气处理方法的流程图。

具体实施方式

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清晰、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

本发明实施例公开了一种柴油机尾气处理装置，主要包括DOC 1(氧化催化器)和DPF 2(颗粒捕捉器)，需过滤的尾气经过检流器后，依次通过DOC 1、DPF 2，过滤尾气中90％可溶性成分SOF:Soluble organic Fractions，降低排气中一氧化碳和碳氢化合物的排放量，达到尾气净化处理的目的。

本发明实施例中，DOC 1的结构为外置的金属材质外壳，内部核心过滤体载体。优选地，基于装置对可焊性、抗氧化性、抗应力腐蚀的要求，金属材质外壳选用铁素体不锈钢；载体主要分有金属材料和陶瓷材料，结合本发明实施例的具体要求，更优选地，氧化催化器采用堇青石的陶瓷材料作为本实施例的载体。DOC 1载体为孔网状圆柱体，DOC 1圆周直径为285mm，载体需要有足够大的表面积，必须确保需过滤尾气与载体表面活性催化材料(主要有铂、铑、钯或稀土活性物质)有充足的接触空间和反应时间。

在本发明实施例中，DOC 1对颗粒物的捕捉效果不如DPF(微粒过滤器)，但是由于碳氢化合物的点火温度在170℃以下就可再生，所以DOC3不需昂贵的再生系统。

作为本发明第一方面的优选方式，本发明装置还包括旁通气路3，本发明的旁通气路包括两个三通阀31和一根旁通管32；所述两个三通阀31上端接口分别接于旁通管32两端接口；所述接于旁通管32入气口的三通阀用于连接在靠近DOC 1一端的连接管上；所述接于旁通管5出气口的三通阀用于连接在靠近DPF 2一端的连接管上；所述旁通管32作为尾气的第二通道；所述三通阀的通断受所述控制器控制。若所述DPF 2的背压差超过预设阈值，则通过旁通气路直接将尾气排出。保护设备不受过载损毁。

本发明实施例中，DPF 2的结构包括铁素体不锈钢的金属外壳和壁流式蜂窝陶瓷过滤体以及微波加热器4。铁素体不锈钢具有良好的韧性，塑性，冷变形性及可焊性。由于钢中含有一定量铬、铝，因此有较好的抗氧化性和不锈性。有着较好的耐锈性和耐蚀性。其加工硬化系数较小(n≈2)，有着良好的深拉深性能，但延性较差。本发明实施例中，壁流式蜂窝陶瓷过滤体的优点是过滤效率可高达到60％～95％、过滤质量好、结构强度高。优选的，由于堇青石具有低廉的成本、耐热性能好、有较低的热膨胀系数和良好的抗热冲击性等优点，采用堇青石陶瓷作为载体。

作为本发明第一方面的优选方式，本发明实施例选用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，多采用堇青石和碳化硅材质。过滤体壁内小孔的直径均在微米级。微米捕集效率可在95％以上，且耐高温、机械强度高。本发明实施例对过滤体的要求是：有较高的过滤效率、较低的排气阻力、较好的再生性，还要保持一定的强度以及使用过程中具有相对稳定的耐久度。

基于堇青石陶瓷过滤体的性质，在应用于颗粒捕集器DPF时，工作一定周期后内部会积堆较多的碳烟颗粒。作为第一优选考虑，本发明实施例采用微波加热的方式对DPF 2进行再生处理。本发明的微波加热器4设于DPF 6的外壳上，微波加热是利用微波能独有的选择加热及体积加热特性，在过滤体内部形成空间分布的热源，对沉积在过滤体上的碳烟颗粒进行加热，从而实现过滤体的再生。

进一步地，本发明在尾气处理装置内有多个背压测试仪，包括在在尾气进气口(DOC前端)进气口设置有第一背压测试仪，以及在DPF的排气侧也设置有第二背压测试仪。背压测试仪反馈尾气处理装置内尾气背压差值，控制器根据多方位的背压测试仪反馈的数据，经处理计算后，向微波加热器4发出工作控制信号。微波加热器4向DPF 2过滤体发出微波，过滤体内的碳烟颗粒进行二次高温高热处理，分解为更小的颗粒物，实现过滤体的流畅通气，完成再生过程。

介绍本发明实施例提供的一种尾气处理方法，该方法主要包括以下步骤：

步骤201，发动机正常工作；

步骤202，通过设置在尾气处理装置内的多个背压测试仪，控制器确定通过过滤体背压差值与设定的背压差阈值之间的关系；

步骤203，当控制器确定进气侧的背压值和排气背压值确定的背压差值大于设定的背压差值之后，执行步骤204，若确定进气侧的背压值和排气背压值确定的背压差值小于设定的背压差值，则执行步骤201。

步骤204，过滤体进入DOC，尾气中的HC化合物和CO等在DOC内的催化剂参与下与尾气中的氧气进行化学反应。

步骤205，尾气由DOC进入DPF装置，DPF捕捉过滤体中的PH颗粒物。若背压测试仪检测到排气背压达到预定值，则执行步骤206。

需要特别说明的是，DOC前的背压测试仪检测到排气背压过高且达到预定值时，表示DPF捕集器内的尾气颗粒物已集满至预定值，DPF将结合微波发射器开启尾气再生处理，此时旁通管阀门打开，尾气将不进入尾气处理装置直接经旁通管排出。当背压测试仪检测到背压下降到预设值时，旁通管阀门关闭，过滤体重新进入尾气处理装置。

步骤206，控制系统接收到背压测试仪发出的信号，打开旁通管阀门，控制器向微波发射器发送打开信号。

步骤207，控制器确定背压测试仪检测到背压下降至预定值后，控制器关闭旁通管阀门，向微波发射器发送关闭信号。

综上所述，本发明实施例提供了一种尾气处理装置及方法，该装置中的DOC系统与DPF系统相互结合，尾气通过DOC时，DOC内的催化剂使得尾气中的HC化合物和CO等在较低的温度下与尾气中的氧气进行化学反应。反应过后再由DPF装置捕集过滤体中的颗粒物进行二次净化。本发明实例还加入了微波加热再生处理技术。本发明实施例提供的尾气处理装置，解决了现有技术中尾气处理效率过低，成本高的问题，且解决了DPF装置定期拆卸清理的问题。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种尾气处理装置，其特征在于，所述装置包括DOC和DPF装置，所述DOC装置与尾气管道连接，所述尾气依次通过DOC装置、DPF装置；所述DOC进行被动再生，氧化除去尾气中的可溶性气体；所述DPF除去碳烟中的大部分颗粒物。

2.根据权利要求1所述的尾气处理装置，其特征在于，所述DPF装置包括过滤体和微波加热器，所述过滤体和所述微波加热器均设于所述DPF的管道中，所述微波加热器用于加热所述过滤体中的尾气颗粒。

3.根据权利要求1所述的尾气处理装置，其特征在于，还包括旁通气路，所述旁通气路设置在DOC和DPF之间，所述旁通气路上设有三通阀。

4.根据权利要求3所述的尾气处理装置，其特征在于，还包括第一背压测试仪与第二背压测试仪和控制器，所述第一背压测试仪设置在尾气进气口处，所述第二背压测试仪设置在DPF尾气的排气侧，所述控制器根据多方位的背压测试仪反馈的数据，向微波发射器发出工作控制信号，并控制三通阀的通断。

5.根据权利要求1所述的尾气处理装置，其特征在于，所述DOC内表面涂有稀土活性物质。

6.根据权利要求2所述的尾气处理装置，其特征在于，所述过滤体为壁流式蜂窝陶瓷过滤体。

7.根据权利要求1所述的尾气处理装置，其特征在于，还包括检流器；所述检流器用于对尾气进行流速、气压等进行检测。

8.一种尾气处理方法，其特征在于，包括：

通过设置在尾气处理装置内的多个背压测试仪，控制器确定通过过滤体背压差值与设定的背压差阈值之间的关系；

当控制器确定通过过滤体的背压差大于设定的背压差值之后，过滤体进入DOC，尾气中的可溶性气体在DOC内的催化剂参与下与尾气中的氧气进行化学反应；

尾气由DOC进入DPF装置，DPF捕捉过滤体中的PH颗粒物。

9.根据权利要求8所述的尾气处理方法，其特征在于，若背压测试仪检测到排气背压达到预定值，控制器接收到背压测试仪发出的信号，打开旁通管阀门，控制器向微波发射器发送打开信号；

控制器确定背压测试仪检测到背压下降至预定值后，控制器关闭旁通管阀门，向微波发射器发送关闭信号。