CN1281092A

CN1281092A - 一种降低汽车发动机排气污染物浓度的新方法——空气增湿法

Info

Publication number: CN1281092A
Application number: CN 00112507
Authority: CN
Inventors: 吴植义
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2001-01-24

Abstract

一种降低汽车发动机排放污染物浓度的新方法——空气增湿法,是由蒸汽发生器、冷凝沉降器、二级过滤除尘器、沉渣缶、水过滤器、储水箱、风机和水泵所组成。其特征在于使进气增湿,以水蒸汽为稀释剂来抑制发动机燃烧时NO的生成,排气中其它污染物(SO₂、碳烟、金属氧化物)随排气中过饱和的水蒸汽一同凝结和吸收而除去,其设备简单、制造容易、投资省、运行费用低、可调性好,能随运行工况而调节适用于使用不同品质的燃料和各类发动机上,符合我国国情的汽车排气污染物治理新方法。社会需求迫切,很有开发前景。

Description

一种降低汽车发动机排气污染物浓度的新方法-空气增湿法

本发明属环保技术。

汽车排放是城市大气的主要污染源。以北京为例，在非采暖期汽车排气对大气污染的分担率分别为CO-80％，HC-78％，NO-56％。可见降低汽车发动机污染物的排放是改善城市大气质量的关键。

降低汽车发动机污染物的排放早已成为各发达国家研究的热点，也是对环境治理滞后的我国等发展中国家面临的前沿技术难题。中外各国都投入了大量的人力物力进行研究，取得了大量有效成果，遗憾的是我国走的是一条跟进、仿制的道路，基本上没有从我国国情出发，研究出有自主知识产权的防治技术。由于我国的燃油品质偏低，柴油硫含量比美国高一个数量级，汽油标准中磷含量根本未作限定，而磷化物会使三元催化剂中毒。其次发动机和配套的零部件设计水平和制造精度也低于国外，因而使很多在国外很有效的防治技术在我国推广中出现了问题。

现有防治技术，按发动机区域分可分为机内防治和机外防治，按系统分可分为：1、提高燃油品质(使用无铅汽油，液化石油气，醇类燃料，氢燃料等)；2、改进混合气的混合(反馈控制化油器，电喷，改进喷油器具的结构，优化喷油时间和速度等)；3、改汽缸结构(分层燃烧，均质稀燃技术等)；4、在进气中引入稀释剂(废气再循环，往气缸中喷水，使用乳化燃料)；5、电脑闭环控制；6、安装排气后处理装置(空气喷射，热反应器，三效催化转化器等)。只要配置得当，上述技术都能将发动机排放的CO，HC降到很低的水平。但是所有的发动机即使是采用最清洁的氢做燃料，NO总是要产生的。而能分介NO的还原催化剂的实用化还有很多困难。另外，由高硫柴油生成的SO₂尚缺乏有效的消除办法。虽然废气再循环是一种降低NO排放的成熟技术，但它还不能用在增压柴油发动机上。

本发明的目的，旨在提供一种降低发动机污染物(NO，SO₂，碳烟，金属氧化物)排放的新方法，它是由蒸汽发生器，冷凝沉降器，二级过滤除尘器，沉渣缶，水过滤器，储水箱，风机和水泵所组成。其特征在于使进气增湿，以水蒸气为稀释剂来抑制发动机燃烧时NO的生成。对于含有SO₂，碳烟，金属氧化物等较多的排气，将露点很高的排气经冷却、冷凝成为过饱和状态，有害固态微粒(碳烟、金属氧化物)成为水的凝结核，集聚成大粒水珠向下沉降。有害的气态SO₂被水滴吸收，再被硫固定剂所固定。极少量未沉降的微粒最后由过滤介质滤去。下面结合附图对本发明作进一步描述。

图1为其原理流程图。发动机1的高温排气经排气管2进入到蒸汽发生器中，利用排气的热使液态水蒸发成为水蒸气。如果发动机排气的余热已被利用(参见申请人发明的CNOO219627．1“利用内燃机余热的新型吸收式冷热水机组”)则应选用别的发生方法。发生器实际上是一种换热器，需要的蒸气量不多时可使用蛇形管蒸发器，多时可使用由申请人发明的多圈式换热器(ZL95215477．3)。由蒸汽发生器产生的水蒸气直接导入进气管3中以增湿进气。增湿的多少由运行工况来决定，由电脑(图中未示)调节水泵11来控制。增湿的水汽在减少发动机1燃烧时NO的生成后随排气外排。往后排气有两种选择：一是当碳烟等固体颗粒物微量(例如使用清洁燃料的汽油发动机)可直接向外排放；一是当排气中SO₂，碳烟等固体颗粒物很多(例如使用含硫柴油和机况不良时)需继续净化，就要送往冷凝沉降器5中。(它实际上也是一种换热器，同样推荐使用多圈式换热器。)在其中高露点的排气被冷却到露点以下，排气中水汽呈过饱和状态，加之排气中固体碳烟等微粒成为水汽的凝聚核促使水滴生成，聚合成大粒水珠沉降下来，排气中的SO₂同时被水吸收成为亚硫酸，一同流往沉渣缶8中。对于在运动中工作的汽车发动机冷凝沉降器推荐采用风冷。这时用风机时送风强制冷却。当然对于固定使用的发动机又有现成的冷却水时，可考虑采用水冷。应因地制宜的选择。如果从冷凝沉降器出来的排气的颗粒物还不能达标，可经二级过滤器进一步净化。这时排气的温度已不高，故可采用天然或合成材料做为过滤介质。采用洗涤的办法再生。由冷凝沉降器下降的水中含有固体微粒，和酸性物质(H₂SO₃)，在沉渣缶中，被颗粒硫固定剂粗砂滤和固定；然后定期外排。为防止循环水中超细的微粒磨损气缸，循环水经水过滤板9和最终水过滤器12，用水泵11送去蒸当系统设置冷凝沉降器时，水可循环使用这样只需补充(或排出)少量的水。当系统不设置冷凝沉降器时，水无法循环，需补充新鲜水，但系统也随之简单得多。

空气增湿法具有许多优点：1、水蒸汽比其它可作为稀释剂的再循环废气，N₂，CO₂的热容都大，降低气缸内燃烧温度的能力强，故降低NO排放的作用亦大，同时它可降低气缸中N₂和O₂的浓度，而废气再循环只能降低O₂浓度；2、可控性高，可随负荷变化而变化，不会发生直接喷水和乳化燃油易发生的淬熄现象，也不需昂贵的乳化剂，分层和结冰现象；3、运行费用低，只需补充水即可：4、能同时减少SO₂，碳烟和金属氧化物的排放；5、可用于增压柴油机上(废气再循环不能用)；6、设备费用低，对加工精度要求远比废气再循环低；7，使用绿色燃料(无铅汽油、液化石油气、醇燃料、氢气)的发动机也有价值(它们都有NO排放)。

它们唯一缺点是当排气中含有SO₂时，未端装置需采用耐蚀材料制造。

因此，这是一项适合我国国情的新技术。社会需求迫切，很有开发前景。

Claims

1．一种降低汽车发动机排气污染物浓度的新方法--空气增湿法，是由蒸汽发生器、冷凝沉降器、二级过滤除尘器、沉渣缶、水过滤器、储水箱、风机和水泵所组成。其特征在于使进气增湿，用水蒸汽作稀释剂来抑制发动机燃烧时NO的生成。

2．一种如权利要求1所述的降低汽车发动机排气污物浓度的新方法--空气增湿法。其特征在于可以利用高温排气的显热自产蒸汽，也可以由其它途径获得蒸汽。

3．一种如权利要求1所述的降低汽车发动机排气污染物浓度的新方法--空气增湿法。其特征在于可配置排气冷凝沉降器，水可以循环使用，亦可以不配置排气冷凝沉降器，水不循环使用。

4．一种如权利要求1和3所述的降低汽车发动机排气污染物浓度的新方法--空气增湿法。其特征在于用冷却法使排气处于过饱和状态，固体微粒成为凝结核成大颗粒水珠，随凝结水从排气中沉降而除去。

5．一种如权利要求1和4所述的降低汽车发动机排气污染物浓度的新方法--空气增湿法。其特征在于排气中的SO₂，将被凝结的水滴所吸收，从排气中沉降而除去。

6．一种如权利要求1、4、5所述的降低汽车发动机排气污染物浓度的新方法--空气增湿法。其特征在于固体微粒被滤去，SO₂为硫固定剂固定而除去。

7．一种如权利要求1和4所述的降低汽车发动机排气污染物浓度的新方法--空气增湿法。其特征在于过滤介质的工作温度低于100℃，可用天然或合成材料作为过滤介质，采用洗涤法使过滤介质再生。

8．一种如权利要求1所述的降低汽车发动机排气污染物浓度的新方法--空气增湿法。其特征在于可根据气车运行工况由电脑控制水泵和进气量来调节进气露点。