CN1119196C - 消除废气中微粒的装置和消除微粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种消除由发动机，例如船、表面运输车辆用和陆地固定使用的柴油机所产生的废气中的微粒的装置和方法。所述装置由一个盘状过滤器11和具有若干喷嘴的喷射装置13构成，所述过滤器11用作一个捕获微粒的捕获装置，所述喷射装置13用作将催化剂溶液12附着在盘状过滤器11中被捕获微粒表面上的催化剂附着装置，而且所述装置将催化剂溶液附着到被捕获微粒表面上，然后燃烧和分解废气中的未燃微粒部分。

Description

消除废气中微粒的装置和 消除微粒的方法
技术领域
本发明涉及一种消除包含在废气中的微粒的装置，用以消除和分解含在由发动机，例如船、表面运输车辆用和陆地固定使用的柴油机所产生的废气中的悬浮微粒(SPM)。
背景技术
在过去，使用一种陶瓷等制成的蜂窝状过滤器的DPF(柴油微粒过滤器)已经被提出用来分解含在由船、表面运输车辆用和陆地固定使用的柴油机所产生的废气中的悬浮微粒(SPM，此后称为“微粒”)。其中微粒由DPF捕获，而且已经捕获大量微粒的DPF为了过滤器的再生被燃烧以消除微粒，由于当被捕获的微粒积聚变得大时，排气阻力增加。
作为再生方法，有一种通过节流提高废气温度的方法，和一种在通过使用一个加热器加热，补充燃烧等来升高废气温度之后燃烧被捕获微粒的未燃成分的方法。
但是，在过去的分解微粒的方法中有下述问题。
(1)由于再生过程中的反复热冲击，可能会出现蜂窝状陶瓷过滤器损坏。
(2)由于不正常燃烧的产生，所以过滤器材料的耐热性和抗热冲击性恶化，因此导致过滤器的损害。
(3)由于使用成本，例如用于通过加热器的加热，用于补充燃烧，以及用于所需燃料，可能进一步增加，所以存在一种降低这种处理的成本的要求。
(4)当燃烧不充分时，压力损失增加，使系统不能使用，因此需要更换过滤器本身。
发明内容
考虑到上述这些问题，本发明的一个目的是提供一种消除废气中所含微粒的装置和方法，其不需要加热装置，例如加热器，而且能在低温下分解废气中的微粒。
为解决上述问题，本发明提供了一种用于消除废气中所含的微粒的装置，所述装置包括一个用以捕获微粒的捕获装置和一个用以将溶液状态的催化剂溶液附着在由所述捕获装置捕获的微粒表面上以便用催化剂溶液覆盖所述微粒的整个表面并使催化剂溶液进入微粒上的小孔的催化剂附着装置，其中，所述被捕获的微粒被干燥、燃烧和分解。
如上所述，用一个捕获微粒的捕获装置和一个将催化剂溶液附着在由所述捕获装置捕获的微粒表面上的催化剂附着装置构成所述消除废气中所含微粒的装置，能通过燃烧和分解这些被捕获微粒而在低温下消除这些微粒。
优选地，上述用于消除从发动机中排出的废气中所含微粒的装置中，其中所述装置由一个捕获微粒的捕获装置和一个将催化剂溶液附着在由所述捕获装置捕获的微粒表面上的催化剂附着装置构成，而且所述装置燃烧并分解这些被捕获的微粒。
如上所述构成消除废气中所含微粒的装置以消除从发动机中排出废气中所含的微粒，其中所述装置由一个捕获微粒的捕获装置和一个将催化剂溶液附着在由所述捕获装置捕获的微粒表面上的催化剂附着装置构成，它能消除从柴油机中排出的废气中所含的微粒，例如通过在低温下燃烧和分解这些被捕获的微粒。
优选地，上述用于消除废气中所含微粒的装置可以按以下装备，装备一个将催化剂溶液喷射到其上捕获有微粒的捕获装置的喷射装置到催化剂附着装置上，以将催化剂溶液附着到微粒表面上。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中一个喷射装置被配备到催化剂附着装置上以将催化剂溶液附着在微粒表面上，该喷射装置将催化剂溶液喷射到微粒被捕获到其上的捕获装置，所述喷射装置能有效地用催化剂溶液覆盖微粒表面。另外，由于以这种结构配备，所以即使在诸如振动的不利条件下也能稳定地实现喷射操作。
优选地，在上述消除废气中所含微粒的装置中，将催化剂溶液附着在微粒表面上的催化剂附着装置是一个浸透装置，以将已经捕获微粒的捕获装置浸入催化剂溶液中。
如上所述构成用于消除废气中微粒的装置，其中将催化剂溶液附着在微粒表面上的催化剂附着装置是一个浸透装置，以将已经捕获微粒的捕获装置浸入催化剂溶液中，它能用催化剂溶液覆盖捕获装置上的微粒的表面，即使过滤器具有一个复杂的形状。
优选地，在上述消除废气中所含微粒的装置中，催化剂溶液是包含碱金属和碱土金属中至少一种的催化剂溶液、海水以及包含碱金属和碱土金属中至少一种的海水中的任一种。
如上所述构成用于消除废气中所含微粒的装置，其中催化剂溶液是包含碱金属和碱土金属中至少一种的催化剂溶液、海水以及包含碱金属和碱土金属中至少一种的海水中的任一种，催化剂溶液的成本变得不那么昂贵，它能保证再使用喷射过的催化剂溶液。
优选地，在上述消除废气中所含微粒的装置中，催化剂被带到捕获装置上。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中催化剂被带到捕获装置上，它能基于与一种非碱土催化剂的催化剂协同的催化作用分解微粒。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，用以捕获微粒的捕获装置或者是一种盘状的或者是一种柱状的过滤器。
如上所述构成用于消除废气中微粒的装置，其中用以捕获微粒的捕获装置或者是一种盘状的或者是一种柱状的过滤器，所述装置能容易地并以紧凑尺寸生产。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，过滤器或者是内向过滤型以将已经被引入过滤器内部的废气流出，或者是外向过滤型以将已经被引到过滤器外部的废气供到过滤器内部。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中过滤器或者是内向过滤型以将已经被引入过滤器内部的废气流出，或者是外向过滤型以将已经被引到过滤器外部的废气供到过滤器内部，它能以一种有效的方式捕获包含在废气中的微粒。特别是，外向过滤型过滤器有利于消除未燃物质。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，过滤器具有一种层叠结构，其具有一个保持过滤器强度的支承层和一个将分层的微粒捕获到支承层上的捕获层。
如上所述构成用于消除废气中微粒的装置，其中过滤器具有一种叠层结构，其具有一个保持过滤器强度的支承层和一个将分层的微粒捕获到支承层上的捕获层，它能非常有效地捕获微粒。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，用于微粒的一个保护层被安装到所述捕获层上。
如上所述构成用于消除废气中微粒的装置，其中用于微粒的一个保护层被设置在所述捕获层上，它能延长过滤器的寿命。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，过滤器的横截面呈现一种凸凹的形状。
如上所述构成用于消除废气中微粒的装置，其中过滤器的横截面呈现一种凸凹的形状，它能扩大过滤面积。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，许多柱状滤芯以竖立状态设置在过滤器表面上。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中许多柱状滤芯以竖立状态设置在过滤器表面上，它能提高过滤器的过滤面积。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，捕获微粒的捕获装置是一种盘状过滤器，而且将催化剂溶液附着在微粒表面上的催化剂附着装置设置在该盘状过滤器的表面侧，而且消除废气中微粒的装置旋转所述盘状过滤器，然后将催化剂溶液喷射到盘状过滤器表面的相同侧的不同位置处，并且在干燥所述过滤器之后燃烧在废气中未燃烧的微粒以消除所述微粒。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中捕获微粒的捕获装置是一种盘状过滤器，而且将催化剂溶液附着在微粒表面上的催化剂附着装置设置在该盘状过滤器的表面侧，而且消除废气中微粒装置旋转所述盘状过滤器，然后将催化剂溶液喷射到盘状过滤器表面的相同侧的不同位置处，并且在所述过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒以消除所述微粒，它能非常有效地捕获、燃烧并分解微粒。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，捕获微粒的捕获装置是一种柱状过滤器，催化剂附着装置在内向过滤型的情况下设置在柱状过滤器横侧的内侧，在外向过滤型的情况下设置在柱状过滤器横侧的外侧，所述催化剂附着装置用以从柱状过滤器的内侧或外侧附着废气中的微粒并将催化剂溶液附着在微粒表面上，而且在转动柱状过滤器的同时所述装置将催化剂溶液喷射在过滤器表面，并且在过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒以消除所述微粒。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中捕获微粒的捕获装置是一种柱状过滤器，催化剂附着装置在内向过滤型的情况下设置在柱状过滤器横侧的内侧，在外向过滤型的情况下设置在柱状过滤器横侧的外侧，所述催化剂附着装置用以从柱状过滤器的内侧或外侧附着废气中的微粒并将催化剂溶液附着在微粒表面上，而且在转动柱状过滤器的同时所述装置将催化剂溶液喷射在过滤器表面，并且在过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒以消除所述微粒，它能非常有效地捕获、燃烧并分解微粒。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，捕获微粒的捕获装置是一柱状过滤器，且至少两个催化剂附着装置设置在过滤器的周边方向上，催化剂附着装置用以从柱状或多边形过滤器的外侧附着废气中的微粒并将催化剂溶液附着在微粒表面上，且当接通催化剂附着装置时(while switching thecatalyst attaching means)所述装置围绕过滤器将催化剂溶液喷射到过滤器表面上，且在被喷射的过滤器干燥后燃烧废气中未燃烧的微粒。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中捕获微粒的捕获装置是一种柱状过滤器，而且至少两个催化剂附着装置设置在所述过滤器的周边方向上，所述催化剂附着装置用以从柱状过滤器或多边形过滤器的外侧附着废气中的微粒并将催化剂溶液附着在微粒表面上，而且当接通催化剂附着装置时所述装置从过滤器周围将催化剂溶液喷射到过滤器表面上，并且在被喷射的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒，它能良好地捕获微粒，并且不用转动过滤器就能非常有效地燃烧和分解微粒。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，捕获微粒的捕获装置是一种蜂窝状过滤器，其装备有一个端面为格子图形的塞子，而且所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷射到微粒表面上，然后在被喷射的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中捕获微粒的捕获装置是一种蜂窝状过滤器，其装备有一个端面为格子图形的塞子，而且所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷射到微粒表面上，然后在被喷射的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒，它能良好地捕获微粒并能被构造成紧凑尺寸。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，捕获微粒的捕获装置是一个层叠过滤器，其由端部被交替堵塞的分层的板状过滤器构成，而且所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷射到微粒表面上，然后在被喷射的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中捕获微粒的捕获装置是一个层叠过滤器，其由端部被交替堵塞的分层的板状过滤器构成，而且所述装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷射到微粒表面上，然后在被喷射的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒，它能良好地捕获、燃烧并分解微粒。另外，所述消除废气中微粒的装置能被构造成紧凑尺寸并有利于未燃物质的消除。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，捕获微粒的捕获装置是一个由折叠板状过滤器形成的层叠过滤器，而且所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷射到微粒表面上，然后在被喷射的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中捕获微粒的捕获装置是一个由折叠板状过滤器形成的层叠过滤器，而且所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷射到微粒表面上，然后在被喷射的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒，它能良好地捕获、燃烧并分解微粒。另外，所述消除废气中微粒的装置能被构造成紧凑尺寸并有利于未燃物质的消除。
优选地，在上述消除废气中微粒的装置中，捕获微粒的捕获装置通过平行布置多个环形的、管状的和盘状的过滤器构成，而且所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷射到微粒表面上，然后在被喷射的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒。
如上所述构成消除废气中微粒的装置，其中捕获微粒的捕获装置通过平行布置多个环形的、管状的和盘状的过滤器构成，而且所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷射到微粒表面上，然后在被喷射的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒，它能良好地捕获、燃烧并分解微粒。另外，所述消除废气中微粒的装置能并能被构造成紧凑尺寸并有利于未燃物质的消除。
根据本发明另一方面，提供了一种消除废气中微粒的方法，所述方法包括捕获微粒的步骤，将溶液状态的催化剂溶液附着在被捕获的微粒表面上以便用催化剂溶液覆盖所述微粒的整个表面并使催化剂溶液进入微粒上的小孔的步骤以及干燥、燃烧和分解所述微粒的步骤。
如上所述构成消除废气中微粒的方法，其捕获从发动机排出的废气中的微粒，将催化剂溶液附着在被捕获微粒的表面上，并然后在用催化剂溶液覆盖微粒的同时燃烧并分解所述微粒，它能在低温下消除废气中的微粒。
优选地，在上述方法中，催化剂溶液被喷射到附着在捕获装置表面上的微粒表面，并被附着在被捕获微粒的表面上。
构成如上所述的方法，其中催化剂溶液被喷射到附着在捕获装置表面上的微粒表面，以将催化剂溶液附着在被捕获的微粒的表面，它能在低温下消除废气中的微粒。
优选地，在上述方法中，微粒附着到其表面上的捕获装置被浸入催化剂溶液中，以将催化剂溶液附着在被捕获的微粒的表面。
构成如上所述的方法，微粒被附着到其表面上的捕获装置被浸入催化剂溶液中，以将催化剂溶液附着在被捕获微粒的表面，它能在低温下消除废气中的微粒。
根据本发明的净化废气的废气处理系统的特征在于，所述系统设置到废气烟道上，并具有如上所述的任一种微粒消除装置以分解并处理废气中的悬浮微粒。
如上所述构成净化从发动机排出的废气的废气处理系统，其中所述系统设置到发动机的废气管道上，并具有上述的任一种微粒消除装置，通过它来分解并处理废气中的悬浮微粒，它能以一种干净气体的形式排出废气，微粒已经从其中被消除。
优选地，在上述净化废气的废气处理系统中，一种分解和处理废气中氮氧化物的脱氮装置设置在微粒消除装置的下游侧。
如上所述构成净化废气的废气处理系统，其中一种分解和处理废气中所含氮氧化物的脱氮装置设置在微粒消除装置的下游侧，它能以干净气体的形式将废气排到户外，其中微粒和有害物质，例如氮氧化物已经被从其中消除。
附图说明
参照附图，从下面关于优选实施例的详细描述中可以使本发明的各种其它的目的、特点和优点一样易于更好地被理解，其中：
图1示出用在本发明中的过滤器的一个例子，图1A是一种盘形过滤器的立体图，图1B和1C分别是柱形过滤器的立体图。
图2是一个示意图，用于表示根据本发明第一实施例的微粒消除装置。
图3是一个曲线图，用于表示包含微粒的焦油和油烟的燃烧实验结果。
图4是一个示意图，表示过滤器的结构。
图5是一个示意图，用于表示根据本发明第二实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置。
图6是一个示意图，用于表示根据本发明第三实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置。
图7是一个示意图，用于表示根据本发明第三实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置，其装备有许多喷嘴。
图8是一个示意图，用于表示根据本发明第三实施例的用于消除废气中所含微粒的竖立型装置。
图9是一个示意图，用于表示根据本发明第三实施例的用于消除废气中所含微粒的浸入型装置。
图10是一个示意图，用于表示根据本发明第三实施例的过滤器，其横截面呈现凸凹形式。
图11是一个示意图，用于表示根据本发明第三实施例的盘形过滤器。
图12是一个示意图，用于表示根据本发明第四实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置。
图13是一个示意图，用于表示根据本发明第五实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置。
图14是一个示意图，用于表示根据本发明第六实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置。
图15是一个示意图，用于表示根据本发明第七实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置。
图16是一个示意图，用于表示根据本发明第八实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置。
图17表示用于过滤器的不同类型的安装方式，及图17A表示具有一个可转动柱形过滤器或一个固定形式过滤器的单个过滤器模式，图17B表示可切换型过滤器，其中三个过滤器通过管道平行设置并通过从一个到另一个的切换轮流使用，以及图17C表示由许多过滤器构成的整体型过滤器。
图18是一个示意图，表示根据本发明第九实施例的废气净化系统。
图19是一个示意图，表示根据本发明第十实施例的废气净化系统。
图20是一个示意图，表示根据本发明第十一实施例的废气净化系统。
图21是一个示意图，表示根据本发明第十二实施例的废气净化系统。
图22是一个示意图，表示根据本发明第十三实施例的废气净化系统。
具体实施方式
现在，下面对实施本发明的实施例进行描述，但是应该理解，本发明的范围不应该被限制在对下述实施例的说明中。
根据本发明的微粒消除装置是一种消除从发动机，如柴油机，汽化炉等排出的废气中微粒的装置，并由一个其上装备的捕获微粒的捕获装置和一个将催化剂溶液附着在由所述捕获装置捕获的微粒表面上的催化剂附着装置构成，从而在用催化剂溶液覆盖全部被捕获的微粒的同时燃烧和分解在废气中未燃烧的这些微粒。
作为捕获微粒的捕获装置，一种盘形过滤器或一种柱形过滤器可以被作为例子给出，但是任何具有能够捕获废气中微粒并能用催化剂溶液附着的形状的过滤器，例如蜂窝状过滤器，都能使用，而没有限制。
[第一实施例]
作为本发明的一个实施例，说明使用图1A中所示的盘状过滤器11的一种消除废气中微粒的装置。
图2是根据本发明第一实施例的消除废气中微粒的装置的一个示意图。
根据该实施例的消除废气中微粒的装置由一个盘形过滤器11，其具有一个垂直轴方向的轴向孔，该过滤器的部分可旋转地设置在烟道21的内部；一个捕获区域22，以捕获烟道21中废气10所含的微粒；一个催化剂携带区域24，以在所述烟道外部通过使用一个喷射装置13将从一个催化剂储存容罐23供给的催化剂溶液12喷射到已经捕获微粒的旋转的过滤器11上；以及一个燃烧区域25构成，在区域25中被携带的催化剂再次进入烟道21并结合废气10产生的热量来燃烧未燃烧的微粒。
在催化剂储存容罐23中，为K2CO3或海水的一种碱金属催化剂溶液从一个储存罐26供给，被储存在罐23中并由一个搅动装置27搅动。
喷在催化剂携带区域24上的剩余催化剂溶液12被回收到催化剂储存罐23中，而且剩余的催化剂溶液可能包含未燃碳，由于在回收时未燃碳有时可能掉进剩余的催化剂溶液。
根据本实施例的装置在微粒捕获区域22将废气10中的微粒捕获到过滤器11的表面，将催化剂溶液12喷射到被捕获的微粒上，以便在催化剂携带区域24中用催化剂溶液覆盖微粒表面，在过滤器11转动的同时干燥催化剂，并在烟道中的燃烧区域25再次燃烧微粒，以在300℃高的低温下分解未燃微粒，例如油烟和焦油，以使废气成为干净气体28。
包含微粒的油烟和焦油的燃烧实验结果示于图3。在图3中，油烟和焦油的总重(mg)表示在纵轴上，并且经过的时间表示在横轴上。
在图3中，实线表示根据本发明的装置得到的结果，示出了通过在300℃喷射催化剂K2CO3的分解效果。从该图中可以理解，随时间消逝，油烟和焦油的重量减少。另一方面，虚线代表没有催化剂喷射的传统装置得到的结果，其中发现油烟和焦油重量的减少率与本发明装置得到的结果相比较低。
在本发明中，催化剂被限定为至少包含碱金属和碱土金属如包括于碳酸钾和碳酸钠的Na和K之一的一种。作为一种碱性催化剂海水也是可以使用的。同时，至少碱金属或碱土金属中的一种能被含在海水中以用作催化剂。
根据本发明第一实施例的装置容许通过将碱性催化剂溶液喷射到过滤器上的被捕获的微粒的表面上来均匀地分布催化剂，以便用碱性催化剂溶液覆盖微粒表面，以利于碱性催化剂溶液在过滤器上的吸收和携带，从而容许使燃烧空间均匀并使催化燃烧在比使用传统加热器时的高于400℃的燃烧温度低的温度(300℃)下进行。
因此，第一实施例的装置防止了发生在过去燃烧微粒中的不正常燃烧，并能通过以一种方式喷射催化剂溶液来控制燃烧温度，即通过根据燃烧温度调节喷射量和喷射时间以及调节过滤器的旋转速度。
对于过滤器11，需要选择一种具有极好抗热和抗冲击性的材料，这是由于过滤器反复受到燃烧以及含水溶液的喷射。作为抗热和抗冲击的过滤器的例子，可以给出一种耐热陶瓷过滤器或类似的过滤器。
另外，作为抗热和抗冲击的过滤器的例子，可以给出一种叠层的金属网状过滤器和一种叠层的金属无纺布型过滤器，前一种过滤器通过将金属滤芯层压到给过滤器提供强度的支承层上而得到，后一种过滤器通过将金属无纺布层压到给过滤器提供强度的支承层上而得到。
如图4A所示，一个叠层陶瓷过滤器34也可以用作所述的抗热和冲击性过滤器，该过滤器通过在支承层31的上侧布置一个陶瓷层32以及布置一个保护陶瓷层32的保护网层33而构成。
如果需要，一种金属催化剂，例如铂等，可被用来将它带到过滤器上。
除了铂以外，铑、钯等也能用作金属催化剂，而且钛氧化物、铝氧化物、cojulite、铝化硅、沸石、多孔硅酸盐、多孔铝酸盐、以及具有钙钛矿结构和尖晶石结构的复杂氧化物等也能被用作氧化催化剂的例子，尽管在本发明中对这种催化剂没有限制。
在过滤器的表面侧，微粒的分解效率可以被进一步提高，这是由于接触到微粒的催化剂所给的催化作用和附着到微粒上的碱性催化剂所给的催化作用相结合的效果。
现在，用以消除微粒的本发明中描述的催化剂的机理和效果如图4B所示。如图4所示，首先含在废气中的微粒10a被附着到过滤器11的表面，然后在喷射催化剂溶液12后，催化剂溶液12覆盖微粒表面。随着催化剂溶液12覆盖到微粒10a上，催化剂溶液进入微粒10a上的小孔。在干燥过滤器之后，已经覆盖在微粒10a表面的催化剂溶液也被干燥，并且具有催化活性的成分以一种均匀分布的状态保留在微粒表面。另外，进入微粒内部的催化剂溶液也被干燥，从而容许具有催化活性的成分均匀地保留在微粒内部。因此，催化反应不仅发生在微粒表面，而且也发生在微粒内部，从而使微粒完全燃烧。
不管发动机的型式，本发明所提供的这种装置能分解和处理包含在从发动机产生的废气中的微粒。
例如，含在从发动机，例如船用、表面运输车辆用和陆地固定使用的柴油机所产生的废气中的悬浮微粒(SPM)的未燃部分能在低温下被分解和处理。而且，本发明的装置不仅能分解和处理发动机排出废气中的微粒，而且能分解和处理由各种焚化炉，例如郊外垃圾焚化炉、工业废料和残渣焚化炉、热分解炉、溶化炉等所产生的废气中的微粒。
[第二实施例]
在本发明中，作为将催化剂溶液附着到微粒表面上的催化剂附着装置，如上所述，给出一种将已经捕获微粒的捕获装置浸入催化剂溶液中的浸透装置，而不是一种将催化剂溶液喷射到已经捕获微粒的过滤器11上的喷射装置。
在本实施例中，描述了一种用于消除废气中微粒的装置，其使用一个盘形过滤器并通过使用一个浸透装置携带催化剂。
图5是表示根据本发明第二实施例的消除废气中微粒的装置的示意图。
如图5所示，根据本本实施例的用于消除废气中微粒的装置由以下构成：
一个盘形过滤器11，其在与垂直轴正交的方向上具有一个轴向孔；一个捕获区域22，其用以捕获烟道中废气10a所含的微粒，其中过滤器11的一部分可旋转地设置在用于废气的烟道21中；一个催化剂携带区域25，其中已经捕获微粒的过滤器11旋转，而且过滤器11被浸在烟道外部的催化剂储存罐23中；及一个燃烧区域26构成，在该区域中被携带的催化剂被再次送到烟道21中，并且在燃烧气体的温度下燃烧。
储存罐23可以包含附着到过滤器表面的未燃碳，这是由于过滤器被浸在催化剂携带区域25中。
关于分解微粒的机理的描述与第一实施例中的相同。
浸透型装置适用于地面固定使用的发动机的废气处理，而且当用于船用和表面运输车辆用发动机时，它需要装备一个防震装置。
[第三实施例]
在本发明中，没有对过滤器的结构进行限制，图1A所示的一种盘形过滤器、图1B和1C所示的柱形过滤器等都能被用作例子。
现在，解释根据本实施例的用于消除废气中微粒的装置，其中使用一种柱形过滤器，而且通过一种喷射装置将催化剂携带到过滤器上。
图6A和6B是表示根据本发明第三实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置的示意图。
如图6所示，根据本实施例的用于消除废气中微粒的装置由一个捕获微粒的捕获装置以及一个催化剂附着装置构成，所述捕获装置是柱形的而且是一个外向过滤型过滤器41A，其中含在废气10a中的微粒从外部附着到柱形过滤器41A上；所述催化剂附着装置在其外侧装备有一个喷射喷嘴42A以将催化剂溶液附着到微粒表面，并且在旋转柱形过滤器41A的同时将催化剂溶液1 2喷射到过滤器41A的表面，并然后在干燥被喷射的过滤器之后燃烧含在废气中的未燃微粒。
在图6B中，附图标记43代表一个转动过滤器41A的转动单元。
根据本实施例的用于消除微粒的装置，其中，使用一个外向过滤型过滤器41A，其在与垂直轴方向正交的方向具有轴孔，并且过滤器41A通过利用转动单元43可转动地设置在废气处理单元44中，所述装置由以下构成：一个捕获废气10中所含微粒的捕获区域45；一个催化剂携带区域46，用以将通过喷嘴42A由催化剂储存容器23供给的催化剂溶液12喷射到已经捕获微粒的转动过滤器11上；一个干燥被携带的催化剂的干燥区域47以及一个燃烧区域48，用于结合废气10产生的热量和催化作用燃烧未燃微粒。
但是，应该注意，图6中所示的催化剂携带区域46、干燥区域47以及燃烧区域48并非是精确标明的，而且这些区域仅作为标示。
根据本实施例的用于消除废气中微粒的装置在微粒捕获区域45将废气10中所含的微粒捕获到过滤器41A表面，在催化剂携带区域46将碱性催化溶液12喷射到被捕获的微粒上以覆盖微粒表面，在转动过滤器41A的同时干燥被喷射的催化剂，并在燃烧区域48燃烧微粒，从而容许在300℃高的低温下分解这些微粒的未燃部分，例如油烟和焦油，并将废气作为干净气体28排出。
至于催化剂的喷射方法，连续喷射、预定间隔的喷射、以及取决于由传感器所检测的微粒附着量的喷射中的任一种都可以使用。
在本实施例中，如图7所示，沿柱形过滤器41A的轴向可以设置多个喷射喷嘴42A。
在本实施例中，如图8所示，通过调节过滤器的旋转轴线到垂直轴线的位置可以在垂直方向上固定柱形过滤器，以使从喷嘴41A的喷射流下行并减少被设置的喷嘴的数量。
或者，代替将催化剂溶液喷射到过滤器上，所述装置可以配有一个如图9所示的浸透型过滤器。
这种浸透型适合于以下装置，如图10所示，其的过滤器61具有一个包含凸部61a和凹部61b的凸凹形式的横截面，而且该装置包括一个复杂形状的过滤器，例如组型小圆柱过滤器63，其中多个透气圆柱41a垂直地设置在一个圆柱形管62的表面上，如图11所示。
[第四实施例]
在本实施例中，解释图1C所示的用于消除废气中微粒的装置，其使用内向过滤型柱状过滤器，而且通过喷射装置进行催化剂附着操作。
图12A和12B是表示根据本发明第四实施例的用于消除含在废气中的微粒的装置的示意图。
如图12所示，根据本实施例的用于消除废气中微粒的装置配有一个捕获微粒的捕获装置，其为一种内向过滤型柱状过滤器41B，经过排气管50从柱状过滤器41B内部排出含在废气10中的微粒，在其中具有一个用于使催化剂溶液12附着到微粒表面上的用于催化剂附着装置的喷射喷嘴42B，在旋转柱形过滤器41B的同时将催化剂溶液12喷射到柱状过滤器41B的表面，并然后在干燥被喷射的催化剂之后燃烧废气中的未燃微粒。
根据本实施例的用于消除废气中所含微粒的装置，其中，一个内向过滤型柱形过滤器41B通过一个转动单元43可转动地设置在废气处理装置44中，过滤器41B在与垂直轴方向垂直的方向上具有一个轴向孔，由以下构成：一个捕获废气10中所含微粒的捕获区域；一个催化剂携带区域46，用以将通过喷嘴42A由催化剂储存容器23供给的催化剂溶液12喷射到已经捕获微粒的转动过滤器11上；一个干燥被携带的催化剂的干燥区域47以及一个燃烧区域48，用于在废气10产生的热量和催化作用的共同作用下燃烧未燃微粒。
根据该实施例的用于消除废气中微粒的装置在微粒捕获区域45将废气10中所含的微粒捕获到过滤器41B表面，在催化剂携带区域46将碱性催化溶液12喷射到被捕获的微粒上以覆盖微粒表面，在转动过滤器41B的同时干燥被喷射的催化剂，并在燃烧区域48燃烧微粒，从而容许在300℃的低温下分解这些微粒的未燃部分，例如油烟(suite)和焦油，并将废气作为干净气体28排出。
[第五实施例]
在本实施例中，用于消除废气中所含微粒的装置使用一个固定过滤器，其不同于使用一个可转动过滤器的装置，而且通过一个喷射装置进行催化剂的附着。
图13是表示根据本实施例的用于消除废气中所含微粒的装置的示意图。
如图13所示，根据本实施例的用于消除废气中所含微粒的装置具有一个捕获微粒的捕获装置，其为一种固定的墩形过滤器(Pier-shaped filter)71，将废气10中的微粒附着到过滤器71的外部，具有一个催化剂附着装置，在其外圆周上备有四个喷射喷嘴2A-D以将催化剂溶液12附着到微粒表面，在干燥催化剂之后燃烧废气中的未燃微粒。
尽管墩形过滤器71用作该实施例的固定过滤器，但在使用的形状上没有限制。柱形和多边形过滤器也可以使用，在接通有待处理的废气的同时(whileswitching the exhaust gas to be covered)可以轮流(in turn)用催化剂溶液12喷射它。
[第六实施例]
在本实施例中，提供了一种用于消除废气中所含微粒的装置，其使用一个固定过滤器，并且通过一个喷射装置进行催化剂的附着。
图14是表示根据第六实施例的用于消除废气中所含微粒的装置的示意图。
如图14所示，根据本实施例的用于消除废气中所含微粒的装置具有一个捕获微粒的捕获装置，其为固定的墩形过滤器81，将废气10中的微粒附着到过滤器81的外部，通过使用喷嘴(图中末示出)将催化剂溶液12喷射到被捕获在过滤器81上的微粒表面，并在被喷射的催化剂干燥之后燃烧废气中的未燃微粒部分。
本实施例中捕获微粒的过滤器81是一个蜂窝型过滤器，在其端面上具有方格图案，其通过交替地用一个封挡板(choke)82封闭端部而形成。
作为附着催化剂的一种方法，不限于所述的喷射方法，并且能将催化剂适当地附着到过滤器上的任何方法，例如一种将过滤器内部浸入催化剂溶液的方法，可以使用而没有限制。
[第七实施例]
在本实施例中，提供了一种用于消除废气中所含微粒的装置，其使用一个固定过滤器，而且通过一个喷射装置进行催化剂的附着。
图15是表示根据第七实施例的用于消除废气中所含微粒的装置的示意图。
如图15所示，根据本实施例的用于消除废气中微粒的装置具有一个捕获微粒的捕获装置，其为一种叠层过滤器91，通过折叠一种板状过滤器而具有沟槽形状，将废气10中的微粒附着到过滤器91的表面，通过使用喷嘴(图中未示出)将催化剂溶液12喷射到被捕获在过滤器91上的微粒表面，并在干燥被喷射的催化剂之后燃烧废气中的未燃微粒部分。附图标记92代表闭塞部分。
在根据本实施例的装置中，层叠型过滤器91可以将板形过滤器层压为多层并用塞子92交替地封闭其两端而构成。
由于本实施例的叠层过滤器91的端部的用塞子封闭以外的部分是打开的，所以附着到过滤器表面的未燃微粒能被容易地净化并消除。
[第八实施例]
在本实施例中，提供了一种用于消除废气中所含微粒的装置，其使用一个固定过滤器，并且通过一个喷射装置进行催化剂的附着。
图16是表示根据第八实施例的用于消除废气中所含微粒的装置的示意图。
如图16所示，根据本实施例的用于消除废气中微粒的装置具有一个捕获微粒的捕获装置，其为一个过滤器95，其通过在内部圆柱94中设置多个中空环形盘状过滤器93而构成，将废气10中的微粒附着到过滤器91的表面，通过使用喷嘴(图中未示出)将催化剂溶液12喷射到被捕获在过滤器91上的微粒表面，并在干燥被喷射的催化剂之后燃烧废气中的未燃微粒部分。
在本实施例中，尽管盘形和柱形过滤器或固定型过滤器在上面示例性地用作过滤装置，但对过滤器没有限制，而且能有效捕获废气所含微粒的任何类型的过滤器都可以使用。
有多种用于安装过滤器的方法，一个安装的例子如图17所示。图17A表示一种为圆柱形状的独立的、旋转或固定型过滤器。
图17B表示由三个通过管道平行布置的过滤器构成的一个过滤系统，以完成微粒到过滤器上的吸附，通过一个到另一个的切换使用过滤器而轮流进行过滤器的干燥及微粒燃烧。
图17C表示包含多个过滤器的一个整体型过滤器。
现在，在下面对装备有上述各种消除废气中所含微粒的装置的一个废气净化系统的例子进行描述，但是，应该注意本发明的范围不应该被限制在下面的描述中。
[第九实施例]
图18是表示根据本实施例的废气净化系统的一个示意图。
如图18所示，本实施例的废气净化系统是一种净化从发动机排出的废气的系统，并通过安装一个微粒消除装置102和一个脱氮装置103构成，其中装置102位于发动机、船用大型柴油机101的废气供给通道中，以分解和处理含在废气10中的悬浮微粒，装置103设置在微粒消除装置102的下游侧，用以消除微粒和有害物质，例如氮氧化物，从而容许干净气体104从烟囱105排出。
[第十实施例]
图19是表示根据本发明第十实施例的废气净化系统的一个示意图。
如图19所示，本实施例的废气净化系统是一种净化从发动机排出的废气的系统，并通过安装一个微粒消除装置102构成，装置102位于发动机、船用大型柴油机101的废气供给通道中，以分解和处理含在废气10中的悬浮微粒，而且所述系统被构建为一个废气再循环系统(EGR)，以再循环和循环废气的一部分，约为30％左右，其从一个发动机101排出到一个柴油机101。
尽管废气是降低燃烧温度的一个因素，本实施例的这个系统容许排出微粒已经被消除的干净废气，从而使长期在废气中产生的氮氧化物的总量降低。
特别是，本系统适用于船以外的表面运输车辆的柴油机。
[第十一实施例]
图20是表示根据本发明第十一实施例的废气净化系统的一个示意图。
如图20所示，本实施例的废气净化系统是一种净化从发动机，例如表面运输车辆包括摩托车、公共汽车、滑车、铲车及挖土车用发动机和包括压缩机和发电机的地面固定使用机械排出的废气的系统，并通过安装一个微粒消除装置102和一个脱氮装置103构成，其中装置102位于作为发动机的柴油机101的废气供给通道中，以分解和处理含在废气10中的悬浮微粒，装置103设置在微粒消除装置102的下游侧，以消除微粒和有害物质，例如氮氧化物，从而使干净气体104排出到户外。
[第十二实施例]
图21是表示根据本发明第十二实施例的废气净化系统的一个示意图。
如图21所示，该实施例的废气净化系统与利用废热发电的系统相对应，并通过安装一个微粒消除装置102构成，该装置102位于一个输出电能的柴油发电机111的废气供给通道中。在本系统中，一个脱氮装置103设置在微粒消除装置102的下游侧，以消除微粒和有害物质，如氮氧化物，从而容许干净气体104排出到户外。同时，本系统在喷射干净气体104时候通过使用一个热回收锅炉112将热量回收为热水，并旨在提高能量利用率。
因此，根据本实施例的系统能构成一个系统，其能在低温下分解和处理由发动机，例如船用柴油机、表面运输车辆和地面固定使用的发动机排出的废气中含有的悬浮微粒(SPM)的未燃部分。
[第十三实施例]
图22是表示根据本实施例的废气净化系统的一个示意图。
如图22所示，根据该实施例的废气净化系统是一种净化汽化炉排出废气的系统，并通过安装一个微粒消除装置102和一个脱氮装置103构成，其中装置102位于汽化炉121的烟供给通道中，以分解和处理含在废气10中的悬浮微粒，装置103设置在微粒消除装置102的下游侧，从而消除微粒和有害物质，例如氮氧化物，以从烟囱105排出干净气体104。
如上所述，根据本发明的废气净化系统容许消除和分解不仅由发动机，而且由各种焚化炉，例如郊外垃圾焚化炉、工业废料和残渣焚化炉、热分解炉、溶化炉等排出的废气中所含的微粒。

Claims (24)

1.一种用于消除废气中所含的微粒的装置，所述装置包括一个用以捕获微粒的捕获装置和一个用以将溶液状态的催化剂溶液附着在由所述捕获装置捕获的微粒表面上以便用催化剂溶液覆盖所述微粒的整个表面并使催化剂溶液进入微粒上的小孔的催化剂附着装置，其中，所述被捕获的微粒被干燥、燃烧和分解。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述催化剂溶液于废气气流之外施加到所述微粒上。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用以将催化剂溶液附着在微粒表面上的催化剂附着装置装备有一喷洒装置，用以将催化剂溶液喷洒到微粒借以被捕获的所述捕获装置上。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用以将催化剂溶液附着在微粒表面上的催化剂附着装置是一个浸透装置，用以将已经捕获微粒的捕获装置浸入催化剂溶液中。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述催化剂溶液是至少包含碱金属和碱土金属之一的催化剂溶液、海水以及至少包含碱金属和碱土金属之一的海水中的任一种。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，催化剂被带到捕获装置上。
7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，用以捕获微粒的所述捕获装置或者是盘状的过滤器或者是柱状的过滤器。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述过滤器或者是内向过滤型以将被引入过滤器内部的废气流出，或者是外向过滤型以将被引到过滤器外面的废气供到过滤器内部。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述过滤器具有一叠层结构，具有用以保持过滤器强度的支承层和将分层的微粒捕获到支承层上的捕获层。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，用于微粒的保护层被设置在所述捕获层上。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述过滤器的横截面呈现一种凸凹形状。
12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，多个柱状滤子以竖立状态设置在所述过滤器的表面上。
13.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述用以捕获微粒的捕获装置是盘状过滤器，而且用以将催化剂溶液附着在微粒表面上的所述催化剂附着装置设置在该盘状过滤器的表面侧，所述装置旋转盘状过滤器，然后在盘状过滤器表面的相同侧于不同位置处将催化剂溶液喷洒到过滤器表面上，并且在干燥所述过滤器后燃烧在废气中未燃烧的微粒以消除微粒。
14.如权利要求7所述的装置，其特征在于，用以捕获微粒的捕获装置是柱状过滤器，所述用以从柱状过滤器的内侧或外侧附着废气中的微粒且用以将催化剂溶液附着在微粒表面上的催化剂附着装置在内向过滤型的情况下设置在柱状过滤器横向侧的内侧，在外向过滤型的情况下设置在柱状过滤器横向侧的外侧，所述消除废气中微粒的装置在转动柱状过滤器的同时将催化剂溶液洒射在过滤器的表面上，并且在被喷洒的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒以消除所述微粒。
15.如权利要求7所述的装置，其特征在于，用以捕获微粒的所述捕获装置是柱状过滤器，而且至少两个用以从柱状过滤器或多边形过滤器的外侧附着废气中的微粒并将催化剂溶液附着到微粒表面上的催化剂附着装置沿所述过滤器的周向设置，当接通催化剂附着装置时所述消除废气中微粒的装置从所述过滤器的外围将催化剂溶液喷洒到过滤器表面上，并且在被喷洒的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒。
16.如权利要求7所述的装置，其特征在于，用以捕获微粒的捕获装置是设置有封挡板的蜂窝状过滤器，其有端面为格子图案，所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着到过滤器表面，将催化剂溶液喷洒到微粒表面上，然后在被喷撒的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒。
17.如权利要求7所述的装置，其特征在于，用以捕获微粒的捕获装置是叠层型过滤器，其由端部被交替封堵的层叠的板状过滤器构成，所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着到过滤器表面，将催化剂溶液喷撒到微粒表面上，然后在被喷撒的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒。
18.如权利要求7所述的装置，其特征在于，用以捕获微粒的捕获装置是通过折叠板状过滤器构成的叠层型过滤器，所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷洒到微粒表面上，然后在被喷洒的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒。
19.如权利要求7所述的装置，其中用以捕获微粒的捕获装置通过平行设置多个环形的、中空的和盘状的过滤器构成，其特征在于，所述消除废气中微粒的装置将废气中的微粒附着在过滤器表面，将催化剂溶液喷洒到微粒表面上，然后在被喷洒的过滤器干燥之后燃烧废气中未燃烧的微粒。
20.一种消除废气中微粒的方法，其特征在于，所述方法包括捕获微粒的步骤，将溶液状态的催化剂溶液附着在被捕获的微粒表面上以便用催化剂溶液覆盖所述微粒的整个表面并使催化剂溶液进入微粒上的小孔的步骤以及干燥、燃烧和分解所述微粒的步骤。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法由将催化剂溶液喷洒在被附着到所述捕获装置的表面上的微粒表面上的步骤，以及将催化剂溶液附着在被捕获的微粒表面上的步骤构成。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法由将微粒已附着到其表面上的捕获装置浸入催化剂溶液中的步骤，以及将催化剂溶液附着在被捕获的微粒表面上的步骤构成。
23.一种净化废气的废气处理系统，其特征在于，所述系统设置到废气管道上，并具有如权利要求1至19任一项所述的微粒消除装置以分解并处理废气中的悬浮微粒。
24.如权利要求23所述的废气处理系统，其特征在于，在所述微粒消除装置的下游侧具有一个脱氮装置，用以分解和处理废气中的氮氧化物。
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