CN113006905A - 一种超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置及其方法，属于尾气净化技术领域。解决了柴油机尾气中有害气体净化的问题。其技术方案为：包括壳体、贯穿壳体的中空状主轴，沿主轴的轴线方向依次等间距设置若干个曲盘组，每个曲盘组上各设置一个催化环，在主轴气体出口端部依次设有催化填料网和除雾器，主轴的驱动端还设有动力传动装置。本发明的有益效果为：本发明结合了超重力和选择性催化还原反应，净化效果好；中空状主轴，可供液供气流动；多级曲盘组成曲盘组，曲盘组中各级曲盘相互配合，雾化效果好、气液混合充分；设置多个催化环与催化填料网，催化反应充分；催化环与催化填料为固定的，气体通过率高。
Description
技术领域
本发明涉及尾气净化技术领域，尤其涉及一种超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置及其方法。
背景技术
中国的船舶保有量已经占到全球第四，但是船舶柴油机的污染也已经占到长三角、珠三角地区城市污染源的20％左右，因此船舶柴油机的排放控制具有重要的环保意义和广泛的市场需求。
然而，常规的柴油机废气净化手段，颗粒物捕集器(DPF)、湿式洗涤、氧化催化器技术、低温等离子技术、静电捕集技术、旋风分离技术、选择性催化还原(SCR)等技术，不适合安装在渔船这样出海时间长、运行工况恶劣的运动载体上。
柴油机的尾气排放的废气中包含有气态及固态的污染物，气态污染物中主要为NOx、SO2、CO、HC及含硫混合物等；固态污染物最主要的是碳化颗粒物。在现有技术中，净化上述气态污染物的超重力方法主要采用旋转填料床(RPB)、选择性催化还原法(SCR)净化气态污染物中的NOx、CO、SOx；采用这种方法时，反应物是气态氨NH3，通常获得气态氨的方法是：通过超重力旋转将尿素水溶液变为微液滴状态并与高温尾气充分混合，在高温尾气的作用下尿素水溶液中的尿素迅速被加热至160℃以上分解，产生氨气NH3和缩二脲CONH，其中氨气NH3中的一部分作为脱除SO2的反应物，另一部分与尾气混合进入旋转填料床填料中，作为选择性催化还原法的反应物，在高温和催化的环境下去除尾气中的氮氧化物。传统的超重力旋转填料床装置，其填料易堵塞，且旋转填料制造困难，不易维护。采用传统的雾化喷嘴喷雾方式难以适应船舶柴油机的大排量的净化要求。
如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置及其方法，能够利用多级曲盘旋转离心雾化吸收液，加速气液的混合，改善雾化效果，加之催化剂的催化作用，提高尾气中NOx、SO2的净化效率。
本发明是通过如下措施实现的：一种超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置，其中，包括壳体、贯穿所述壳体的中空状主轴，沿所述主轴的轴线方向依次等间距设置若干个曲盘组，每个曲盘组上各设置一个催化环，在所述主轴气体出口端部依次设有催化填料网和除雾器，所述主轴两端各设置一个轴承，通过轴承将所述壳体与主轴配合。
所述主轴周向分布有若干组气孔、液孔，中空状主轴的液体与气体通道不连通，在所述主轴的驱动端还设有动力传动装置。
进一步地，所述曲盘组由四个直径不同的曲盘组成，每级曲盘呈圆形曲面状，包括一级曲盘，相对设置在所述一级曲盘对向的二级曲盘，设置在所述一级曲盘外围的三级曲盘，与所述三级曲盘相对设置的四级曲盘组成。
每个曲盘组的所述一级曲盘设在三级曲盘的凹弧曲面一侧，所述二级曲盘设在四级曲盘的凹弧曲面一侧，位于所述一级曲盘、二级曲盘之间，且沿所述主轴的轴线方向设有两个挡环，所述曲盘组通过锁紧螺母与挡环沿所述主轴的轴向固定。
进一步地，所述挡环上设有与所述主轴上的气孔、液孔对应，且用于固定曲盘组和通气、通液的导向孔。
进一步地，所述动力传动装置包括电机和齿轮变速箱，其动力输入端设有传动齿轮，所述动力输入端的所述轴承的轴承盖与轴承座间设有密封圈，轴承与内腔间设有挡油环。
进一步地，所述壳体包括上壳体、下壳体，所述上壳体和下壳体通过法兰连接，所述壳体一端设有两相对的气体出口，分别位于上下壳体上，下壳体底部还有液体出口。
进一步地，所述净化装置还包括所述主轴中空腔室相连通的供液管和尾气输入管，所述供液管用于向所述主轴内部输送液体，所述尾气输入管用于传输柴油机尾气。
进一步地，所述催化环与催化填料网均为疏松多孔的网状结构，网状结构内填充有催化剂，所述催化环、催化填料网以及除雾器均为半圆环结构，分别固定在上壳体和下壳体上。
为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置的催化净化方法，具体包括以下步骤：
S1、柴油机尾气与吸收液分别从主轴两端通过轴心管道及气孔、液孔进入曲盘组中，液体在曲盘组内壁形成液膜，经过离心作用，液膜被剪切破碎，完成液体雾化；
S2、液体雾化后形成的雾滴与尾气在多级曲盘的作用下发碰撞、搅拌、混合形成气液混合物，气液混合物在超重力作用下离开曲盘组，在压力作用下逐级进入催化环；
S3、紧接着步骤S2，由于催化环为疏松多孔网状结构，工作时静止且不与主轴和曲盘组接触，气液混合物在网状结构的催化环中与催化剂接触，完成NOx等有害气体的催化还原反应，完成净化的尾气经除雾器除雾后经气体出口排出，完成柴油机尾气催化净化工作。
所述步骤S1中的吸收液为氨水或尿素水溶液，所述尿素水溶液浓度20％-40％，尿素水溶液优选浓度为32.5％。
所述步骤S3中的催化剂为铜基分子筛催化剂、铁基分子筛催化剂或钒基催化剂VO-WO-TIO等金属氧化物催化剂的一种或几种。
本发明在实际使用时：电机驱动由主轴和曲盘组构成的回转部件做高速旋转，液体、气体经主轴两端进入主轴的中空腔室中，从其轴心喷出，液体在曲盘组的一级曲盘内壁加速形成液膜，在一级曲盘边缘破碎成水雾，经二级曲盘、三级曲盘、四级曲盘破碎细化成水雾，同时气体液体在各级曲盘之间碰撞混合，充分搅拌，提高了传热传质效率，破碎混合后的水雾经多级催化环与催化填料网完成对NOx、SO2等有害气体的催化吸收，最后经除雾器除雾后经气体出口排出。
氨水同时脱硫脱销反应原理为：
SO2+NH3+H2O→NH4HSO3
SO2+2NH3+H2O→(NH4)2SO3
尾液回收原理
NH4HSO3+NH3gH2O→(NH4)2SO3+H2O
(NH4)2SO3+0.5O2→(NH4)2SO4
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置结合了超重力和选择性催化还原反应，净化效果好；中空状主轴，可供液供气流动；多级曲盘组成曲盘组，曲盘组中各级曲盘相互配合，雾化效果好、气液混合充分；设置多个催化环与催化填料网，催化反应充分；催化环与催化填料网为固定的，气体通过率高；曲盘组采用锁紧螺母固定，便于拆卸和安装，整个装置结构紧凑、占地空间小。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明实施例的整体结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为图2沿B-B方向剖面视图。
图4为本发明实施例主轴轴侧半剖视图。
图5为本发明实施例中的局部结构示意图。
图6为本发明实施例中主轴的结构示意图。
图7为本发明实施例中沿主轴轴线方向的剖面示意图。
其中，附图标记为：1、壳体；2、主轴；3、曲盘组；4、催化环；5、催化填料网；6、除雾器；7、轴承；31、一级曲盘；32、二级曲盘；33、三级曲盘；34、四级曲盘；8、挡环；9、锁紧螺母；10、传动齿轮；11、轴承盖；12、轴承座；13、挡油环；14、气体出口；15、液体出口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参见图1至图7，本发明提供其技术方案为，一种超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置，其中，包括壳体1、贯穿所述壳体1的中空状主轴2，沿所述主轴2的轴线方向依次等间距设置若干个曲盘组3，每个曲盘组3上各设置一个催化环4，在所述主轴2气体出口端部依次设有催化填料网5和除雾器6，所述主轴2两端各设置一个轴承7，通过轴承7将所述壳体1与主轴2配合；所述主轴2部分中空，中空部分为液体、气体通道，吸收液与尾气从主轴2两端进入，经主轴2周向分布的气孔、液孔喷到曲盘组3的各级曲盘内壁。
所述主轴2周向分布有若干组气孔、液孔，中空状主轴2的液体与气体通道不连通，在所述主轴2的驱动端还设有动力传动装置。
优选地，所述曲盘组3由四个直径不同的曲盘组成，每级曲盘呈圆形曲面状，包括一级曲盘31，相对设置在所述一级曲盘31对向的二级曲盘32，设置在所述一级曲盘31外围的三级曲盘33，与所述三级曲盘33相对设置的四级曲盘34组成；
每个曲盘组3的所述一级曲盘31设在三级曲盘33的凹弧曲面一侧，所述二级曲盘32设在四级曲盘34的凹弧曲面一侧，位于所述一级曲盘31、二级曲盘32之间，且沿所述主轴2的轴线方向设有两个挡环8，所述曲盘组3通过锁紧螺母9与挡环8沿所述主轴2的轴向固定，便于拆卸和安装，整个装置结构紧凑、占地空间小。
所述曲盘组3为液体雾化及气液混合的主要部件，由四个大小不同的曲盘组成一个曲盘组，本装置可设3-5组曲盘。每组曲盘间安装的催化环4，吸收液在各组曲盘中完成雾化，同时与尾气充分混合，离开曲盘后经过催化环4、催化填料网5完成尾气的净化，经除雾后排出，除雾前尾气与液体至少经过一次催化反应。
优选地，所述挡环8上设有与所述主轴2上的气孔、液孔对应，且用于固定曲盘组3和通气、通液的导向孔。
优选地，所述动力传动装置包括电机和齿轮变速箱，其动力输入端设有传动齿轮10，所述动力输入端的所述轴承7的轴承盖11与轴承座12间设有密封圈，轴承7与内腔间设有挡油环13。
优选地，所述壳体1包括上壳体、下壳体，所述上壳体和下壳体通过法兰连接，所述壳体1一端设有两相对的气体出口14，分别位于上下壳体上，下壳体底部还有液体出口15。
优选地，所述净化装置还包括所述主轴2中空腔室相连通的供液管和尾气输入管，所述供液管用于向所述主轴2内部输送液体，所述尾气输入管用于传输柴油机尾气，供液管和尾气输入管通过旋转接头与主轴2连接。
优选地，所述催化环4与催化填料网5均为疏松多孔的网状结构，网状结构内填充有催化剂，所述催化环4、催化填料网5以及除雾器6均为半圆环结构，分别固定在上壳体和下壳体上，不与主轴2和曲盘组3构成回转部件接触。
为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置的催化净化方法，具体包括以下步骤：
S1、柴油机尾气与吸收液分别从主轴2两端通过轴心管道及气孔、液孔进入曲盘组3中，液体在曲盘组3内壁形成液膜，经过离心作用，液膜被剪切破碎，完成液体雾化；
S2、液体雾化后形成的雾滴与尾气在多级曲盘的作用下发碰撞、搅拌、混合形成气液混合物，气液混合物在超重力作用下离开曲盘组3，在压力作用下逐级进入催化环4；
S3、紧接着步骤S2，由于催化环4为疏松多孔网状结构，工作时静止且不与主轴2和曲盘组3接触，气液混合物在网状结构的催化环4中与催化剂接触，完成NOx等有害气体的催化还原反应，完成净化的尾气经除雾器6除雾后经气体出口14排出，完成柴油机尾气催化净化工作。
所述步骤S1中的吸收液为氨水或尿素水溶液，所述尿素水溶液浓度20％-40％，尿素水溶液优选浓度为32.5％。
所述步骤S3中的催化剂为金属氧化物催化剂、铜基分子筛催化剂、铁基分子筛催化剂或钒基催化剂V2O5-WO3-TIO2的一种或几种。
本发明的工作原理：电机驱动由主轴2和曲盘组3构成的回转部件做高速旋转，液体、气体经主轴2两端进入主轴2的中空腔室中，从其轴心喷出，液体在曲盘组3的一级曲盘31内壁加速形成液膜，在一级曲盘31边缘破碎成水雾，经二级曲盘32、三级曲盘33、四级曲盘34破碎细化成水雾，同时气体液体在各级曲盘之间碰撞混合，充分搅拌，破碎混合后的水雾经多级催化环4与催化填料网5完成对NOx、SO2等有害气体的催化吸收，最后经除雾器6除雾后经气体出口14排出。
尾气与吸收液分别从主轴2两端通过轴心管道及气孔、液孔进入曲盘组3中，液体在曲盘内壁形成液膜，经过离心作用，液膜剪切破碎，完成液体雾化，雾滴与尾气在多级曲盘的影响下发碰撞、搅拌、混合形成气液混合物，气液混合物在超重力作用下离开曲盘，在压力作用下逐级进入催化环4，催化环4为疏松多孔网状结构，工作时静止且不与回转件部件接触，气液混合物在网状结构中与催化剂4接触，完成NOx等有害气体的催化还原反应，完成净化的尾气经除雾6除雾后经尾气出口排出，完成净化工作。
氨水同时脱硫脱销反应原理为：
SO2+NH3+H2O→NH4HSO3
SO2+2NH3+H2O→(NH4)2SO3
尾液回收原理
NH4HSO3+NH3gH2O→(NH4)2SO3+H2O
(NH4)2SO3+0.5O2→(NH4)2SO4
本发明的超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置结合了超重力和选择性催化还原反应，净化效果好；中空状主轴2，可供液供气流动；多级曲盘组成曲盘组3，曲盘组3中各级曲盘相互配合，雾化效果好、气液混合充分；设置多个催化环4与催化填料网5，催化反应充分；催化环4与催化填料网5为固定的，气体通过率高；曲盘组采用锁紧螺母9固定，便于拆卸和安装，整个装置结构紧凑、占地空间小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置，其特征在于，包括壳体(1)、贯穿所述壳体(1)的中空状主轴(2)，沿所述主轴(2)的轴线方向依次等间距设置若干个曲盘组(3)，每个曲盘组(3)上各设置一个催化环(4)，在所述主轴(2)气体出口端部依次设有催化填料网(5)和除雾器(6)，所述主轴(2)两端各设置一个轴承(7)，通过轴承(7)将所述壳体(1)与主轴(2)配合；
所述主轴(2)周向分布有若干组气孔、液孔，中空状主轴(2)的液体与气体通道不连通，在所述主轴(2)的驱动端还设有动力传动装置。
2.根据权利要求1所述的超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置，其特征在于，所述曲盘组(3)由四个直径不同的曲盘组成，每级曲盘呈圆形曲面状，包括一级曲盘(31)，相对设置在所述一级曲盘(31)对向的二级曲盘(32)，设置在所述一级曲盘(31)外围的三级曲盘(33)，与所述三级曲盘(33)相对设置的四级曲盘(34)组成；
每个曲盘组(3)的所述一级曲盘(31)设在三级曲盘(33)的凹弧曲面一侧，所述二级曲盘(32)设在四级曲盘(34)的凹弧曲面一侧，位于所述一级曲盘(31)、二级曲盘(32)之间，且沿所述主轴(2)的轴线方向设有两个挡环(8)，所述曲盘组(3)通过锁紧螺母(9)与挡环(8)沿所述主轴(2)的轴向固定。
3.根据权利要求1或2所述的超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置，其特征在于，所述挡环(8)上设有与所述主轴(2)上的气孔、液孔对应，且用于固定曲盘组(3)和通气、通液的导向孔。
4.根据权利要求1-3任一项所述的超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置，其特征在于，所述动力传动装置包括电机和齿轮变速箱，其动力输入端设有传动齿轮(10)，所述动力输入端的所述轴承(7)的轴承盖(11)与轴承座(12)间设有密封圈，轴承(7)与内腔间设有挡油环(13)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置，其特征在于，所述壳体(1)包括上壳体、下壳体，所述上壳体和下壳体通过法兰连接，所述壳体(1)一端设有两相对的气体出口(14)，分别位于上下壳体上，下壳体底部还有液体出口(15)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置，其特征在于，所述净化装置还包括所述主轴(2)中空腔室相连通的供液管和尾气输入管，所述供液管用于向所述主轴(2)内部输送液体，所述尾气输入管用于传输柴油机尾气。
7.根据权利要求1-6任一项所述的超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置，其特征在于，所述催化环(4)与催化填料网(5)均为疏松多孔的网状结构，网状结构内填充有催化剂，所述催化环(4)、催化填料网(5)以及除雾器(6)均为半圆环结构，分别固定在上壳体和下壳体上。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的超重力多曲盘柴油机尾气催化净化装置的催化净化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、柴油机尾气与吸收液分别从主轴(2)两端通过轴心管道及气孔、液孔进入曲盘组(3)中，液体在曲盘组(3)内壁形成液膜，经过离心作用，液膜被剪切破碎，完成液体雾化；
S2、液体雾化后形成的雾滴与尾气在多级曲盘的作用下发碰撞、搅拌、混合形成气液混合物，气液混合物在超重力作用下离开曲盘组(3)，在压力作用下逐级进入催化环(4)；
S3、紧接着步骤S2，由于催化环(4)为疏松多孔网状结构，工作时静止且不与主轴(2)和曲盘组(3)接触，气液混合物在网状结构的催化环(4)中与催化剂接触，完成NOx有害气体的催化还原反应，完成净化的尾气经除雾器(6)除雾后经气体出口(14)排出，完成柴油机尾气催化净化工作。
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