CN207315483U - 内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置 - Google Patents

Abstract

内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置由加热器、点火器、进气调节阀、燃烧舱、涡轮、过滤芯、收集罐组成；加热器、涡轮、催化过滤芯、收集罐装在燃烧舱内；在尾气排气口装燃烧舱，前口上方装加热器和点火器，中部装涡轮、齿轮和滤网，底部有泻口装收集罐；后部装催化过滤芯后接排气管。闭合主电键，温控开关开启加热器电路加热；继电器压动点火器点火，碳氢化合物因进气调节阀选择进入氧气而燃烧；过量的碳氢化合物和颗粒物、炭黑未能完全燃烧生成的一氧化碳与氮氧化物经催化反应生成氮气和二氧化碳；颗粒物、炭黑由涡轮、齿轮扫入收集罐中；最终以氮气和二氧化碳、水蒸气排出。它用于内燃机尾气颗粒物炭黑的净化处理，使排放的尾气达标。

Description

内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置

技术领域

本实用新型涉及到内燃机车尾气减排领域，尤其是涉及到内燃机尾气净化处理装置，特别是涉及内燃机的尾气排放中的废气废物的净化、清理和收集的装置。

背景技术

目前“尾气净化器”的专利和技术很多，主要都是采用三元催化器和氧化催化器、尿素催化净化尾气的技术，虽然能够让尾气中的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物得到净化，但是前提是要有氧气可用，空燃比要合理，固然增加了氧传感器和ECU智能控制工况，调节空燃比，才能达到净化的目的，然而，颗粒物和炭黑无法及时清理，布满了三元催化剂载体，堵塞排气管道，形成背压，影响了发动机性能和尾气净化效果。尿素催化净化法需要不断地供给尿素，才能以氨气与一氧化氮、二氧化氮反应生成氮气和水，这是困扰尾气减排和达标的难题。根据尾气净化器，360百科：内燃机采用汽油，柴油，LPG或CNG 为燃料。排出的主要有害物质为HC、CO、NOx和颗粒物(黑烟)。尾气净化器一般结构是涂有贵金属催化剂的金属蜂窝载体。工作原理是当高温尾气通过净化器时，HC、CO和颗粒物在催化剂和高温的作用下和氧气发生化学反应成为无毒的水和二氧化碳。汽油，LPG和CNG发动机使用三元催化器来去除HC、CO和NOx。柴油发动机采用氧化催化器(DOC)，直通式免维护柴油机尾气微粒过滤器(FTF)和壁流式柴油机尾气微粒过滤器(DPF)来去除HC、CO和颗粒物。也采用SCR系统来去除NOx。直通式免维护柴油机尾气微粒过滤器(FTF) 能去除60-80％的黑烟，95％的柴油机尾气臭味，99％的CO。现在常用的是用尿素水溶液和氨气做还原剂，通过催化剂，把氮氧化物还原成氮气。又根据氧化型催化器，360百科：车用柴油机加装氧化型催化器，以铂(Pt)、钯(Pd)等贵金属作为催化剂，主要降低微粒排放中的SOF的含量从而降低PM的排放。同时可以有效减少排气中的HC、CO。氧化催化器可以除去90％的SOF，从而使PM排放减少40%-50％。其对HC和CO 的处理效率可以分别达到88％、68％。催化氧化技术对脱除柴油机排放微粒中的可溶性有机成分(SOF)具有良好的效果，即在柴油机排气系统增设催化转化器，SOF在铂、铑和钯等贵金属催化剂或稀土催化剂等的作用下发生氧化反应转化为CO₂和H₂O而除去，通常其脱除效率可达80％。同时还可除去尾气中的HC和CO等有害物质。但该技术脱除碳颗粒物的效果比较差，并且催化剂有将排气中的SO₂催化转化为SO₃而生成硫酸盐颗粒的趋向，尤其是温度较高时硫酸盐生成速率增大，从而使颗粒物排放总量减少甚微。并且硫化物的存在还易使催化剂中毒劣化。所以柴油机颗粒催化氧化技术一般适用于含硫量较低的柴油燃料。DOC对PM的捕捉效果不如微粒过滤器，但是由于碳氢化合物的点火温度较低(在170℃以下就可再生)，所以DOC不需昂贵的再生系统，投资费用较低。需要注意的是催化剂的选择与柴油机排气温度密切相关，当温度低于150℃时，催化剂基本不起作用。随着温度的升高，排气微粒主要成分的转化效率逐渐增高。当温度高于350℃后，由于硫酸盐大量产生，反而使微粒排放量增大，而且，硫酸盐还会覆盖在催化器表面降低催化剂的活性和转化效率。此外硫对大多数催化剂来讲都有毒性，可引起催化剂中毒。因此，在我国使用氧化催化剂必须提高燃油品质，还要设法降低氧化催化器的成本价格。再根据颗粒捕捉器，360百科：颗粒捕捉器能够减少柴油发动机所产生的烟灰达90％以上。捕捉到的微粒排放物质随后在车辆运转过程中燃烧殆尽。它的工作基本原理是：如柴油微粒过滤器喷涂上金属铂、铑、钯，柴油发动机排出的含有炭粒的黑烟，通过专门的管道进入发动机尾气微粒捕集器，经过其内部密集设置的袋式过滤器，将炭烟微粒吸附在金属纤维毡制成的过滤器上；当微粒的吸附量达到一定程度后，尾端的燃烧器自动点火燃烧，将吸附在上面的炭烟微粒烧掉，变成对人体无害的二氧化碳排出。为了做到这一点，捕捉器应用了先进的电控系统、催化涂层和燃料添加型催化剂(FBC)。这种燃料添加型催化剂包含诸如铈、铁和铂等金属。这些材料按比例加入到燃料中，在发动机控制系统的帮助下不仅控制微粒排放物质的数量，而且还控制碳氢化合物和污染气体等污染物的排放量。捕捉器的再生或净化功能必须在可控的基础上完成，以保持捕捉器不被烟灰堵塞。在净化周期结束以后，任何残留灰尘或滤渣最终都将在日常维护中被人为地清除。柴油颗粒捕捉器可以有效地减少微粒物的排放，它先捕集废气中的微粒物，然后再对捕集的微粒进行氧化，使颗粒捕捉器再生。所谓过滤器的再生是指在DPF长期工作中，捕捉器里的颗粒物逐渐增加会引起发动机背压升高，导致发动机性能下降，所以要定期除去沉积的颗粒物，恢复DPF的过滤性能。捕捉器的再生有主动再生和被动再生两种方法：主动再生指的是利用外界能量来提高捕捉器内的温度，使微粒着火燃烧。当捕捉器中的温度达到550℃时，沉积的颗粒物就会氧化燃烧，如果温度达不到550℃，过多的沉积物就会堵塞捕捉器，这时就需要利用外加能源(例如电加热器，燃烧器或发动机操作条件的改变)来提高DPF内的温度，使颗粒物氧化燃烧。被动再生指的是利用燃油添加剂或者催化剂来降低微粒的着火温度，使微粒能在正常的柴油机排气温度下着火燃烧。添加剂(有铈，铁和锶)要以一定的比例加到燃油中，添加剂过多会影响DOC的寿命，但是如果过少，就会导致再生延迟或再生温度升高。由此可见，背景技术“尾气净化器”、催化净化器、颗粒捕捉器能够净化尾气中的HC、CO、NOx，但是颗粒物(黑烟)难以清理，容易产生背压；而且，不能从空气中获得氧气，使HC、CO燃烧不彻底，也影响了净化效果。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有背景技术在净化尾气时因不能从外界获得氧气，又不能达到理想的燃烧温度，使HC、CO燃烧不彻底，并且不能及时清理颗粒物和炭黑以及柴油中含硫成分，导致催化剂中毒劣化，影响净化效果的不足，解决本技术领域最为关注的催化剂被颗粒物封堵，产生背压，以及柴油含硫成分，燃烧SO₂以及硫化亚硫酸盐易使催化剂中毒劣化的难题，净化尾气中的HC、CO、NOx和颗粒物(黑烟)，使尾气仅以无毒的二氧化碳、氮气、水蒸气方式排放。

本实用新型的目的是这样实现的：内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置分燃烧、离心、清理、收集、催化过滤部件，由加热器、点火器、进气调节阀、涡轮、转轴、齿轮、滤网、催化过滤芯、收集罐、燃烧舱组成；加热器、点火器、进气调节阀、涡轮、转轴、齿轮、滤网、催化过滤芯、收集罐装在燃烧舱内；在尾气排气口装上燃烧舱，在燃烧舱前口上方装上加热器和点火器，燃烧舱中部依次装上涡轮、转轴、齿轮、滤网，燃烧舱后部装上催化过滤芯，燃烧舱后方的底部有泻口装上收集罐；燃烧舱后部接排气管。其中：加热器、点火器。进气调节阀、燃烧舱组成燃烧部件；涡轮、转轴组成离心部件；齿轮、滤网组成清理部件；催化过滤芯为催化过滤部件；泻口、收集罐组成收集部件。温控开关固定在燃烧舱前口上方，串联电热器、主电键、蓄电池，组成加热器；加热器装在燃烧舱前口。串联电热器、主电键、蓄电池、继电器、压电材料、细导线，组成点火器；点火器通过燃烧舱上方前口小孔进入燃烧舱内。涡轮上固定转轴，涡轮外缘设有齿轮，后面设有滤网，转轴装在滤网的中央轴孔上。过滤芯是不燃材料硅藻土，过滤芯上设有催化剂，组成催化过滤芯，由螺栓固定在燃烧舱上。由螺旋丝牙的金属罐与燃烧舱后方的底部有泻口的螺旋丝牙对接，组成收集罐，收集罐与泻口为收集部件。在开口的阀门底层放置隔热片，再放置硅橡胶、弹簧，然后用螺栓压住弹簧组成进气调节阀；进气调节阀装在燃烧舱前口。

闭合主电键，温控开关开启加热器电路加热；继电器压动点火器中的压电材料点火，过剩的碳氢化合物和/或醛酮类排放物因进气调节阀从空气中选择进入的氧气而燃烧；即使有过量的碳氢化合物和颗粒物、炭黑未能完全燃烧，也会生成一氧化碳，再与氮氧化物在催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；即使有颗粒物、炭黑存在，也由滤网阻挡，由涡轮带动齿轮转动，将颗粒物、炭黑扫入收集罐中；最终以氮气和二氧化碳、水蒸气从排气管尾部排出。它用于内燃机的尾气颗粒物炭黑的净化处理，使排放的尾气达标。

当内燃机车运行时，开启主电键，继电器有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料、细导线点火；当内燃机为柴油车或汽油车时，排出的尾气中含一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、颗粒物、氮氧化物(NOx)、炭黑，但燃烧舱内的温度低于550度时，温控开关开启加热器电路，给燃烧舱加热；过剩的HC、CO达到着火点，又因进气调节阀从空气中选择进入的氧气而燃烧；燃烧舱内的温度迅速达到了550度以上，使碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑完全燃烧；其中的一氧化碳(CO)也达到着火点与氧气燃烧反应生成二氧化碳；因燃烧舱内的温度超过800度，温控开关切断加热器电路，停止加热，生成二氧化碳和水蒸气；即使有过量的碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑未能完全燃烧，也会生成一氧化碳；即使有灰烬、颗粒物、炭黑存在，也因涡轮在尾气的作用下旋转，产生离心，被滤网阻挡，由涡轮外缘的齿轮将灰烬、颗粒物、炭黑扫入收集罐中；过量的碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑未能完全燃烧生成的一氧化碳与氮氧化物(NOx)在催化过滤芯中的催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；同时，由于催化过滤芯中的硅藻土的化学成分主要是 SiO₂，含有少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO等和有机质，其中柴油中含有少量的硫，燃烧时生成SO₂以及硫化氢，硫与氧气燃烧生成二氧化硫，硫化氢与氧气燃烧生成二氧化硫和水，二氧化硫再与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与水蒸气反应生成硫酸，进入硅藻土中，与硅藻土中的Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO反应，生成Al₂ (SO₄)₃、FeSO₄、CaSO₄，或者二氧化硫与水、氧化镁MgO发生脱硫反应生成MgSO₃，进入硅藻土内部；或者硫化氢直接与Fe₂O₃、CaO结合生成FeS、CaS，进入硅藻土内部。当内燃机为甲烷发动机或甲醇发动机或乙醇发动机时，排出的尾气中含醛酮类排放物，已经开启的主电键，让点火器点火，温控开关自动工作开启加热器电路，给燃烧舱加热，也能使醛酮类排放物燃烧生成二氧化碳和水。排气管尾部最终排出的是氮气和二氧化碳、水蒸气。并且，硅藻土有隔音性能，能起到消音作用。内燃机车停机时，关闭主电键。

由于采取了上述方案，本实用新型涉及的内燃机为柴油车或汽油车时，工况不好，排出过剩的尾气中的HC，CO，NOx，但是颗粒物(黑烟)也能由硅橡胶组成的进气调节阀从外界空气中获得氧气，有利于充分燃烧；即使柴油机车排气管温度低于550度，不能让HC，CO燃烧，也由温控开关开启加热器电路，给燃烧舱加热；让过剩的HC、CO达到着火点，然后由主电键开启继电器有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料和细导线点火，使得过剩的HC、CO在氧气作用下充分燃烧，生成二氧化碳和水蒸气以及灰烬；即使特别过量的碳氢化合物(HC)、颗粒物和炭黑未能完全燃烧，也会生成少量的一氧化碳，一氧化碳与氮氧化物(NOx)在催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；灰烬、颗粒物、炭黑由涡轮外缘的齿轮从滤网中扫入收集罐中；由于硅藻土的化学成分主要是SiO₂，含有少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO等和有机质，其中柴油中含有少量的硫，燃烧时生成SO₂，以及硫化氢与氧气燃烧生成二氧化硫和水，二氧化硫再与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与水蒸气反应生成硫酸，进入硅藻土中，与硅藻土中的Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO结合，生成Al₂(SO₄)₃、FeSO₄、CaSO₄，或者二氧化硫与水、氧化镁MgO发生脱硫反应生成MgSO₃，进入硅藻土内部；或者硫化氢直接与Fe₂O₃、CaO结合生成FeS、CaS，进入硅藻土内部。本实用新型涉及的内燃机为甲烷发动机或甲醇发动机或乙醇发动机时，排出的尾气中含醛酮类排放物，已经开启的主电键，让点火器点火，温控开关自动工作开启加热器电路，给燃烧舱加热，也能使醛酮类排放物燃烧生成二氧化碳和水。从而排气管尾部最终以无毒的氮气和二氧化碳、水蒸气排出。并且硅藻土有隔音性能，能起到消音作用。它能使内燃机的尾气颗粒物、炭黑全面得到净化、清理和收集，使排放的尾气达标。因为从外界空气中获得氧气，使HC、CO燃烧更彻底，比背景的“尾气净化器”、催化净化、颗粒捕捉器技术更能净化尾气中的HC、 CO、NOx，也能清理颗粒物(黑烟)，使催化剂不再被颗粒物封堵，排气管不会再产生背压，大大改善了净化效果。同时，也比催化净化技术节省了氧传感器、ECU等部件，比尿素催化节省了尿素成本；解决了柴油中因含有硫成分燃烧生成SO₂以及硫化亚硫酸盐易使催化剂中毒劣化的难题。针对司机而言，不仅节约了成本，还节约了时间，只需要在内燃机运行时开启主电键即可，操作更为简洁。并且硅藻土有隔音性能，能起到消音作用。因此，本实用新型比背景技术更先进、更简洁、更能节省成本、更能发挥净化效果、更能全面清理污染物，也更能获得优质的无毒的尾气，达到环保要求，实现最佳效益。

附图说明

下面是对附图的说明

图1、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置组装整体图

图2、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置加热器、点火器组合(并联)电路图

图3、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置进气调节阀组装图

图4、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置滤网示意图

图5、内燃机尾气颗粒物炭黑净化6处理装置涡轮结构图(a涡轮、转轴侧面图，b涡轮、转轴正面图)

图6、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置齿轮结构(截面)图

图7、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置涡轮、转轴、齿轮组装图(c侧面图，d截面图)

1、主电键 2、蓄电池 3、继电器 4、导线 5、螺栓 6、阀门 7、弹簧 8、涡轮 9、齿轮10、滤网 11、螺栓 12、催化过滤芯 13、转轴 14、排气管 15、收集罐 16、泻口 17、电热器18、细导线 19、温控开关 20、压电材料 21、燃烧舱 22、硅橡胶 23、隔热片 24、轴孔

具体实施方式

本实用新型的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置分燃烧、离心、清理、收集、催化过滤部件，由加热器、点火器(图2)、进气调节阀(图3)、涡轮8(图5)、转轴13、齿轮9(图7)、滤网10(图4)、催化过滤芯12、收集罐15、燃烧舱21组成；加热器和点火器(图2)、涡轮8、转轴13、齿轮9(图7)、滤网10(图4)、催化过滤芯12、收集罐15装在燃烧舱21内；在尾气排气口装上燃烧舱 21，在燃烧舱21前口上方装上加热器和点火器(图2)，燃烧舱21中部依次装上涡轮8、转轴13、齿轮9 (图7)、滤网10(图4)，燃烧舱21后部装上催化过滤芯12，燃烧舱21后方的底部有泻口16装上收集罐15；燃烧舱21后部接排气管14；(图1).其中：加热器和点火器(图2)、进气调节阀(图3)、燃烧舱 21组成燃烧部件；涡轮8、转轴13组成离心部件；齿轮9、滤网10组成清理部件；泻口16、收集罐15 组成收集部件。温控开关19固定在燃烧舱21前口上方，用导线4串联电热器17、主电键1、蓄电池2组成加热器；加热器装上燃烧舱21前口；串联电热器17、主电键1、蓄电池2、继电器3与压电材料20、细导线18组成点火器；点火器通过燃烧舱21上方前口小孔进入燃烧舱21内；涡轮8上固定转轴13，涡轮8外缘设有齿轮9，后面设有滤网10，转轴13装在滤网10的中央轴孔24上；催化过滤芯12是不燃材料硅藻土上设有三元催化剂，组成催化过滤芯12，由螺栓11固定在燃烧舱21上；由螺旋丝牙的金属罐与燃烧舱21后方的底部有泻口16的螺旋丝牙对接，组成收集罐15，收集罐15与泻口16为收集部件。在开口的阀门6底层放置隔热片23，再放置硅橡胶22、弹簧7，然后用螺栓5压住弹簧7组成进气调节阀(图 3)；进气调节阀(图3)装在燃烧舱21前口。(图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7)。

Claims (7)

1.内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，分燃烧、离心、清理、收集、催化过滤部件，由加热器、点火器、进气调节阀、涡轮、转轴、齿轮、滤网、催化过滤芯、收集罐、燃烧舱组成；其特征是：加热器、点火器、进气调节阀、涡轮、转轴、齿轮、滤网、催化过滤芯、收集罐装在燃烧舱内；在尾气排气口装上燃烧舱，在燃烧舱前口上方装上加热器和点火器，燃烧舱中部依次装上涡轮、转轴、齿轮、滤网，燃烧舱后部装上催化过滤芯，燃烧舱后方的底部有泻口装上收集罐；燃烧舱后部接排气管；其中：加热器、点火器、进气调节阀、燃烧舱组成燃烧部件；涡轮、转轴组成离心部件；齿轮、滤网组成清理部件；催化过滤芯为催化过滤部件；泻口、收集罐组成收集部件。

2.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：温控开关固定在燃烧舱前口上方，串联电热器、主电键、蓄电池，组成加热器；加热器装在燃烧舱前口。

3.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：串联电热器、主电键、蓄电池、继电器和压电材料、细导线，组成点火器；点火器通过燃烧舱上方前口小孔进入燃烧舱内。

4.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：涡轮上固定转轴，涡轮外缘设有齿轮，后面设有滤网，转轴装在滤网的中央轴孔上。

5.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：过滤芯是不燃材料硅藻土，过滤芯上设有催化剂，组成催化过滤芯，由螺栓固定在燃烧舱上。

6.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：由螺旋丝牙的金属罐与燃烧舱后方的底部有泻口的螺旋丝牙对接，组成收集罐。

7.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：在开口的阀门底层放置隔热片，再放置硅橡胶、弹簧，然后用螺栓压住弹簧组成进气调节阀；进气调节阀装在燃烧舱前口。