CN210622901U - 一种船用柴油机排放尾气的净化装置 - Google Patents
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Abstract
一种船用柴油机排放尾气的净化装置，包括壳体、氧化型催化器、微粒捕集器，所述壳体包括尾气入口管、主壳体、净化气体出口管；所述尾气入口管、净化气体出口管设置在所述述主壳体两端，所述氧化型催化器、微粒捕集器设置在所述主壳体内部，所述尾气入口管、氧化型催化器、微粒捕集器、净化气体出口管依次连接；所述微粒捕集器包括由排气入口管、扩口区、过滤体、缩口区。本实用新型所述的船用柴油机排放尾气的净化装置，净化效果好，使用寿命长，能够在高温、强腐蚀性等恶劣环境下正常工作，能有效的提高净化质量以及净化效率，应用前景广阔。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种净化装置，具体涉及一种船用柴油机排放尾气的净化装置。
背景技术
柴油机由于其高的热效率（比汽油机约高）、输出功率大、适应性好,以及燃油消耗率较低、节能和低排放（HC、CO的排放比汽油机约低一个数量级）,正成为船舶、汽车等的动力选择。随着人们对全球变暖和温室气体主要是的日益关注,柴油机低的排放优点也引人注目。研究表明,柴油车在总的使用期内的排放量比汽油机车约少12.8%-13.7%。汽油柴油机化的趋势使得对柴油机排放的研究也变得越来越重要。
与同等功率的汽油机相比,柴油机的微粒和氮氧化物是排放中两种最为主要的污染物,尤其是微粒的排放约是汽油机的一倍。柴油机的微粒可以长时间的悬浮在空气中,严重污染环境,影响人类的健康。国内定期的各大城市空气质量报告中显示主要的污染物就是悬浮颗粒物 ,其中尾气微粒排放占总量的40%左右。因此,柴油机的微粒排放控制也显得越来越重要。柴油机的排放控制技术已成为柴油机研究的重点。
中国专利申请号为CN200620069776.X公开了一种柴油机净化催化器，是为了解决柴油机净化催化器的不足，没有对柴油机的微粒排放控制进行提高。
中国专利申请号为 CN201120376645.7公开了一种柴油机净化器，该装置结构过于简单，净化效率差。
实用新型内容
实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种船用柴油机排放尾气的净化装置，结构简单，系统的操作弹性大，通过改进微粒捕集器的结构及各结构参数，大幅度提高了过滤效率，使微粒捕集器压力损失更小，压力分布特性更佳，缓解了由于微粒捕集器过滤体内的压差过大会造成过滤体的应力集中造成过滤体易产生疲劳破坏的问题，解决了传统型整体式过滤体结构的微粒捕集器过滤体具有微粒分布不均的缺点，净化效果好，使用寿命长，能够在高温、强腐蚀性等恶劣环境下正常工作，能有效的提高净化质量以及净化效率，应用前景广阔。
技术方案：一种船用柴油机排放尾气的净化装置，一种船用柴油机排放尾气的净化装置，其特征在于，包括壳体、氧化型催化器、微粒捕集器，所述壳体包括尾气入口管、主壳体、净化气体出口管；所述尾气入口管、净化气体出口管设置在所述主壳体两端，所述氧化型催化器、微粒捕集器设置在所述主壳体内部，所述尾气入口管、氧化型催化器、微粒捕集器、净化气体出口管依次连接；所述微粒捕集器包括由排气入口区、扩口区、过滤体、缩口区，所述排气入口区、扩口区、过滤体、缩口区依次连通，所述排气入口区与所述氧化型催化器连接，所述缩口区与所述净化气体出口管连接；所述过滤体为三级式过滤体，包括一级过滤体、二级过滤体、三级过滤体，所述一级过滤体、二级过滤体、三级过滤体依次连接。
本实用新型所述的一种船用柴油机排放尾气的净化装置，结构简单，通过氧化型催化器，将船用柴油机排放出的一氧化碳、碳氢化合物还原，再通过微粒捕集器，将碳烟颗粒物捕集在微粒捕集器内，达到减少污染气体及碳烟颗粒物排放的目的。其中，氧化催化器是利用氧化催化剂来降低柴油机尾气中的碳氢化合物、一氧化碳和等的化学反应活化能，使这些物质能与尾气中的氧气在较低的温度下进行氧化反应，转化为二氧化碳和水。本实用新型可选择市面上的氧化型催化器，例如由河北汉蓝环境科技有限公司生产的万纯柴油机氧化型催化器DOC。
微粒捕集器是一种物理性的降低排气微粒的方法。当排气进入微粒捕集器后，通过扩口区，增大气体与过滤体的接触面积，使排气中的微粒被过滤体更充分的捕集，减少微粒排入大气。并且，微粒捕集器进出口轴向压差过大会限制柴油机的输出功率，影响柴油机的燃油经济性，通过设置排气入口区、扩口区、缩口区可以缓解这一情况。其中，微粒捕集器的核心是过滤体，过滤体为三级式过滤体，可以大幅度提高过滤效率，压力损失更小，压力分布特性更佳，可以缓解由于微粒捕集器过滤体内的压差过大会造成过滤体的应力集中，使得过滤体易产生疲劳破坏。
进一步的，所述过滤体由叠层金属纤维毡和氧化铝纤维毡组成。
微粒捕集器的核心是过滤体，微粒捕集器过滤材料应具有叫高的过滤效率、低压降、高机械强度、抗高温氧等特点。目前常用的过滤材料主要分为陶瓷基、金属基、复合基三类。陶瓷基和金属基过滤材料都有其优点和不足，相比之下，复合基过滤材料更为合适，过滤体由叠层金属纤维毡和氧化铝纤维毡组成，具有较大的机械强度大且使用寿命长。由其制成的过滤体能够在高温、强腐蚀性等恶劣环境下正常工作，效果最佳。
进一步的，所述叠层金属纤维毡为Fe-18C-3Al，所述氧化铝纤维毡为70Al2O3-30SiO2。
金属毡材料是Fe-18C-3Al，最高耐热温度为1100度，氧化铝纤维毡材料是70Al2O3-30SiO2，最高耐热温度度1400度。
进一步的，所述过滤体为壁流式蜂窝结构。
进一步的，所述过滤体长度范围为 0.8≤过滤体长度/过滤体半径≤2，所述一级过滤体长度小于所述二级过滤体，所述二级过滤体小于所述三级过滤体。
过滤体过短达不到排放要求，过长则会增加结构的制造难度，增加制造成本。当过滤体长度范围为 0.8≤过滤体长度/过滤体半径≤2，并且当一级过滤体长度小于二级过滤体，二级过滤体小于三级过滤体时，整体效果最好。
进一步的，所述过滤体半径与所述排气入口区半径的比值范围为1-1.5。
扩口区轴向距离保持不变，过滤体直径越大，排气与过滤体入口端面的接触面积增大，排气进入过滤体的流速大小的差异性增大，导致微粒分布不均匀增大。当过滤体半径与所述排气入口区半径的比值范围为1-1.5时，整体效果最好。
进一步的，所述一级过滤体（331）孔隙率为80%-90%, 所述二级过滤体（332）孔隙率为70%-80%，所述三级过滤体（333）孔隙率为60%-70%。
传统整体式的过滤体，一般为单一孔隙率，由于排气进入过滤体时的气流速度大，过滤体对微粒的阻力较小，微粒在入口处沉积相当困难，随着沿程阻力的增加，流速的减小，微粒浓度沿着轴线方向逐渐增加，并在过滤体尾部发生沉积。本实用新型中的过滤体为三级式过滤体，并且将一级过滤体、二级过滤体、三级过滤体孔隙率不同，其中，一级过滤体孔隙率最小，三级过滤体孔隙率最大。由于第一级过滤体孔隙率小，微粒物通过时受到的阻力大，所以微粒在过滤体前段的浓度增加，同理，过滤体的中段的浓度也得到了增加，相应的在过滤柴油机微粒的微粒捕集器尾端的微粒沉积量减少，继而使得微粒在微粒捕集器中分布更加均匀，有利于提高微粒捕集器的捕集效率。
进一步的，所述扩口区（32）扩口角度为45°。
扩张角越大，过滤体气体入口与排气进气管面之间的距离越短，在扩口区易形成涡流，扩张角越大，扩口区内涡流更靠近轴线，涡流中心微粒浓度最低，导致过滤体内轴线附近微粒浓度低，而过滤体壁面气流速度低，导致过滤体壁面附近微粒浓度增加，从而增加微粒分布的不均匀性。当扩口角度为45°时，整体效果最好。
本实用新型的有益效果为：
（1）一种船用柴油机排放尾气的净化装置，结构简单，系统的操作弹性大，通过改进微粒捕集器的结构及各结构参数，大幅度提高了过滤效率，使微粒捕集器压力损失更小，压力分布特性更佳，缓解了由于微粒捕集器过滤体内的压差过大会造成过滤体的应力集中造成过滤体易产生疲劳破坏的问题，解决了传统型整体式过滤体结构的微粒捕集器过滤体具有微粒分布不均的缺点，净化效果好，能有效的提高净化质量以及净化效率，应用前景广阔。
（2）过滤体由叠层金属纤维毡和氧化铝纤维毡组成，具有较大的机械强度大且使用寿命长，由其制成的过滤体能够在高温、强腐蚀性等恶劣环境下正常工作。
附图说明
图1为本实用新型所述船用柴油机排放尾气的净化装置的结构示意图。
图中：1壳体、11尾气入口管、12主壳体、13净化气体出口管、2氧化型催化器、3微粒捕集器、31排气入口区、32扩口区、33过滤体、331一级过滤体、332二级过滤体、333三级过滤体、34缩口区、a扩口区角度。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施例，进一步阐明本实用新型。
如图1所示的上述结构的船用柴油机排放尾气的净化装置，包括壳体1、氧化型催化器2、微粒捕集器3，所述壳体1包括尾气入口管11、主壳体12、净化气体出口管13；所述尾气入口管11、净化气体出口管13设置在所述述主壳体12两端，所述氧化型催化器2、微粒捕集器3设置在所述主壳体12内部，所述尾气入口管11、氧化型催化器2、微粒捕集器3、净化气体出口管13依次连接；所述微粒捕集器3包括由排气入口区31、扩口区32、过滤体33、缩口区34，所述排气入口区31、扩口区32、过滤体33、缩口区34依次连通，所述排气入口区31与所述氧化型催化器2连接，所述缩口区34与所述净化气体出口管13连接；所述过滤体33为三级式过滤体，包括一级过滤体331、二级过滤体332、三级过滤体333，所述一级过滤体331、二级过滤体332、三级过滤体333依次连接。
进一步的，所述过滤体33由叠层金属纤维毡和氧化铝纤维毡组成，叠层金属纤维毡为Fe-18C-3Al，氧化铝纤维毡为70Al2O3-30SiO2。此外，所述过滤体33为壁流式蜂窝结构。
进一步的，所述过滤体33长度范围为 0.8≤过滤体长度/过滤体半径≤2，一级过滤体331长度小于所述二级过滤体332，二级过滤体332小于所述三级过滤体333。所述过滤体33半径与所述排气入口区31半径的比值范围为1-1.5。所述一级过滤体331孔隙率为80%-90%, 二级过滤体332孔隙率为70%-80%，三级过滤体333孔隙率为60%-70%。进一步的，如图1所示，所述扩口区32扩口角度为45°。
实施例
基于以上的结构基础，如图1所示。
使用时，船用柴油机排放出的尾气通过尾气入口管11进入氧化型催化器2，氧化型催化器2将船用柴油机排放出的尾气中的一氧化碳、碳氢化合物还原，接下来通过排气入口区31进入微粒捕集器3内部，通过微粒捕集器3，将碳烟颗粒物捕集在微粒捕集器3内，达到减少污染气体及碳烟颗粒物排放的目的。通过扩口区32，增大了气体与过滤体33的接触面积，使排气中的微粒被过滤体33更充分的捕集，减少微粒排入大气。并且，微粒捕集器3进出口轴向压差过大会限制柴油机的输出功率，影响柴油机的燃油经济性，通过设置排气入口区31、扩口区32、缩口区34可以缓解这一情况。
进一步的，微粒捕集器3的过滤体33为壁流式蜂窝结构的三级式过滤体，这种结构设置可以大幅度提高过滤效率，压力损失更小，压力分布特性更佳，可以缓解由于微粒捕集器3过滤体33内的压差过大会造成过滤体33的应力集中造成过滤体易产生疲劳破坏的问题。并且，过滤体33是由叠层金属纤维毡Fe-18C-3Al、氧化铝纤维毡70Al2O3-30SiO2组成，具有较大的机械强度大且使用寿命长。由其制成的过滤体能够在高温、强腐蚀性等恶劣环境下正常工作，效果最佳。
进一步的，优化了微粒捕集器3各结构的参数。因为过滤体33过短达不到排放要求，过长则会增加结构的制造难度，增加制造成本。当过滤体33长度范围为 0.8≤过滤体长度/过滤体半径≤2，并且当一级过滤体331长度小于二级过滤体332，二级过滤体332小于三级过滤体33时，整体效果最好。
进一步的，因为扩口区32的轴向距离是保持不变的，过滤体33直径越大，排气与过滤体33入口端面的接触面积增大，排气进入过滤体33的流速大小的差异性增大，导致微粒分布不均匀增大。当过滤体33半径与排气入口区31半径的比值范围为1-1.5时，整体效果最好。
进一步的，由于传统整体式的过滤体33，一般为单一孔隙率，造成排气进入过滤体33时的气流速度大，过滤体33对微粒的阻力较小，微粒在入口处沉积相当困难，随着沿程阻力的增加，流速的减小，微粒浓度沿着轴线方向逐渐增加，并在过滤体33尾部发生沉积。本实用新型中的过滤体33为三级式过滤体，并且将一级过滤体331、二级过滤体332、三级过滤体333孔隙率不同，其中，一级过滤体331孔隙率最小，三级过滤体333孔隙率最大。由于第一级过滤体331孔隙率小，微粒物通过时受到的阻力大，所以微粒在过滤体33前段的浓度增加，同理，过滤体33的中段的浓度也得到了增加，相应的在过滤柴油机微粒的微粒捕集器3尾端的微粒沉积量减少，继而使得微粒在微粒捕集器3中分布更加均匀，有利于提高微粒捕集器3的捕集效率。
进一步的，由于扩张角a越大，过滤体33气体入口与排气进气管31面之间的距离越短，在扩口区32易形成涡流，扩张角a越大，扩口区32内涡流更靠近轴线，涡流中心微粒浓度最低，导致过滤体33内轴线附近微粒浓度低，而过滤体33壁面气流速度低，导致过滤体33壁面附近微粒浓度增加，从而增加微粒分布的不均匀性。当扩口角度为45°时，整体效果最好。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (8)
1.一种船用柴油机排放尾气的净化装置，其特征在于，包括壳体（1）、氧化型催化器（2）、微粒捕集器（3），所述壳体（1）包括尾气入口管（11）、主壳体（12）、净化气体出口管（13）；所述尾气入口管（11）、净化气体出口管（13）设置在所述主壳体（12）两端，所述氧化型催化器（2）、微粒捕集器（3）设置在所述主壳体（12）内部，所述尾气入口管（11）、氧化型催化器（2）、微粒捕集器（3）、净化气体出口管（13）依次连接；所述微粒捕集器（3）包括由排气入口区（31）、扩口区（32）、过滤体（33）、缩口区（34），所述排气入口区（31）、扩口区（32）、过滤体（33）、缩口区（34）依次连通，所述排气入口区（31）与所述氧化型催化器（2）连接，所述缩口区（34）与所述净化气体出口管（13）连接；所述过滤体（33）为三级式过滤体，包括一级过滤体（331）、二级过滤体（332）、三级过滤体（333），所述一级过滤体（331）、二级过滤体（332）、三级过滤体（333）依次连接。
2.根据权利要求1所述的船用柴油机排放尾气的净化装置，其特征在于，所述过滤体（33）由叠层金属纤维毡和氧化铝纤维毡组成。
3.根据权利要求2所述的船用柴油机排放尾气的净化装置，其特征在于，所述叠层金属纤维毡为Fe-18C-3Al，所述氧化铝纤维毡为70Al2O3-30SiO2。
4.根据权利要求2所述的船用柴油机排放尾气的净化装置，其特征在于，所述过滤体（33）为壁流式蜂窝结构。
5.根据权利要求1所述的船用柴油机排放尾气的净化装置，其特征在于，所述过滤体（33）长度范围为 0.8≤过滤体长度/过滤体半径≤2，所述一级过滤体（331）长度小于所述二级过滤体（332），所述二级过滤体（332）小于所述三级过滤体（333）。
6.根据权利要求1所述的船用柴油机排放尾气的净化装置，其特征在于，所述过滤体（33）半径与所述排气入口区（31）半径的比值范围为1-1.5。
7.根据权利要求1所述的船用柴油机排放尾气的净化装置，其特征在于，所述一级过滤体（331）孔隙率为80%-90%, 所述二级过滤体（332）孔隙率为70%-80%，所述三级过滤体（333）孔隙率为60%-70%。
8.根据权利要求1所述的船用柴油机排放尾气的净化装置，其特征在于，所述扩口区（32）扩口角度为45°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200526 |