CN210977638U - 一种dpf载体碳烟和灰分清理装置 - Google Patents

Abstract

一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，包括：测控系统、空气加热系统、鼓风系统、气流控制系统、惰性气体发生系统、支架系统、除尘系统；测控系统通过电源线与空气加热系统、鼓风系统相连接，测控系统通过工控机控制线束依次与空气加热系统、鼓风系统、气流控制系统、惰性气体发生系统及支架系统相连接；鼓风系统通过气体连接管与空气加热系统、惰性气体发生系统相连接；空气加热系统和惰性气体发生系统又与支架系统相连接；支架系统通过排气连接管及清理方法与除尘系统相连接。采用的清理方法能够满足任意碳载量情况下主动再生安全性的需求，容易操作，同时在整个清理过程中对碳烟和灰分进行收集，不会产生二次污染物。

Description

一种DPF载体碳烟和灰分清理装置

技术领域：

本实用新型属于柴油机尾气排放后处理技术领域，尤其涉及一种DPF载体碳烟和灰分清理装置。

背景技术：

众所周知，柴油机因其具有较高的热效率、良好可靠性和耐久性而越来越受到大众的青睐。目前，我国的道路国六、非道路国四排放法规对柴油机的颗粒物质量排放、颗粒物数量排放均加以严格限制，越来越严格的排放法规迫使柴油机生产厂商安装颗粒捕集器来降低颗粒物质量排放和颗粒物数量排放。

颗粒捕集器（Diesel Particulate Filter, 简称：DPF），是通过过滤体材料将发动机排气中的微粒捕集在过滤体结构中，是目前公认的解决柴油机微粒排放问题最有效的手段之一。

在DPF使用过程中，需要通过连续性再生或周期性再生来除去过滤体中捕集的颗粒物，使DPF的压降保持在合理的范围内，保证DPF和发动机都处于正常工作状态。但是，在DPF的再生过程中，DPF载体内部的灰分是无法被燃烧掉的，经过长时间积累，DPF载体内部将累计大量的灰分，灰分在DPF中累积将显著影响DPF的压降、过滤及再生特性，导致发动机工作性能恶化。

因此如何对DPF载体内部的碳烟和灰分进行清理，对提高DPF的实际过滤效率，降低再生频率，延长DPF使用寿命，减少后期维修成本，减少发动机动力损失和降低燃油消耗至关重要。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种结构紧凑，拆装方便，通用性强，能够满足任意碳载量情况下主动再生安全性的需求的DPF载体碳烟和灰分清理装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，包括：测控系统、空气加热系统、鼓风系统、气流控制系统、惰性气体发生系统、支架系统、除尘系统；测控系统通过电源线与空气加热系统、鼓风系统相连接，测控系统通过工控机控制线束依次与空气加热系统、鼓风系统、气流控制系统、惰性气体发生系统及支架系统相连接；鼓风系统通过气体连接管与空气加热系统、惰性气体发生系统相连接；空气加热系统和惰性气体发生系统又与支架系统相连接；支架系统通过排气连接管与除尘系统相连接。

所述测控系统包括：电源线、工控机、工控机控制线束；测控系统中的电源线一端与220V交流电源相连接，电源线另一端与测控系统中的工控机、空气加热系统中的高温热风枪控制器、鼓风系统中变频风机控制器相连接；测控系统中工控机通过工控机控制线束与鼓风系统中的变频风机控制器、气流控制系统中的冷风通道节气门、气流控制系统中的热风通道节气门、空气加热系统中的高温热风枪控制器、支架系统中的上游温度传感器、支架系统中的下游温度传感器、支架系统中的上下游压差传感器、惰性气体发生系统中的氮气发生器相连接。

所述空气加热系统包括：高温热风枪控制器、高温热风枪控制线、高温热风枪和高温热风枪出口温度传感器；高温热风枪控制器一端通过工控机控制线束与测控系统中的工控机相连接，高温热风枪控制器另一端通过高温热风枪控制线与高温热风枪、高温热风枪出口温度传感器相连接。

所述鼓风系统包括：变频风机控制器、变频风机控制线、变频风机和空气流量传感器；变频风机控制器一端通过工控机控制线束与测控系统中工控机相连接，变频风机控制器另一端通过变频风机控制线与变频风机、空气流量传感器相连接。

所述气流控制系统包括：冷风通道节气门、热风通道节气门；冷风通道节气门一端与鼓风系统变频风机相连接，冷风通道节气门另一端与惰性气体发生系统中的氮气发生器相连接；气流控制系统中的热风通道节气门一端与鼓风系统变频风机相连接，热风通道节气门另一端与空气加热系统中的高温热风枪相连接。

所述惰性气体发生系统包括：氮气发生器；氮气发生器一端与冷风通道节气门相连接，氮气发生器另一端与支架系统中的冷热气体混合器相连接。

所述支架系统包括：上游温度传感器、下游温度传感器、上下游压差传感器、排气连接管、冷热气体混合器和待清理DPF载体；上游温度传感器、下游温度传感器、上下游压差传感器分别与测控系统中的工控机控制线束相连接；冷热气体混合器一端与空气加热系统中的高温热风枪和惰性气体发生系统中的氮气发生器相连接，冷热气体混合器另一端与待清理DPF载体相连接；排气连接管一端与待清理DPF载体相连接，排气连接管另一端与除尘系统中的旋风除尘器相连接。

所述除尘系统包括：集尘器和旋风除尘器；旋风除尘器一端与支架系统中排气连接管，旋风除尘器另一端与集尘器相连接。

本实用新型采用以上技术方案后可达到如下有益效果：DPF载体碳烟和灰分清理装置设计合理，结构紧凑，拆装方便，通用性强，可满足不同尺寸DPF载体清理需求。同时，该装置即能够做为清理DPF内部灰分的装置，提高DPF的实际过滤效率，降低再生频率，延长DPF使用寿命；又能够做为DPF售后服务过程中服务站主动再生装置，采用的清理方法能够满足任意碳载量情况下主动再生安全性的需求，容易操作，同时在整个清理过程中对碳烟和灰分进行收集，不会产生二次污染物。

附图说明：

图1为本实用新型一种DPF载体碳烟和灰分清理装置的主要系统结构示意图；

图2为本实用新型一种DPF载体碳烟和灰分清理装置的具体系统结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的目的是提供一种结构紧凑、安全可靠、操作方便的DPF载体碳烟和灰分清理装置。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，包括：测控系统S10、空气加热系统S20、鼓风系统S30、气流控制系统S40、惰性气体发生系统S50、支架系统S60、除尘系统S70。

测控系统S10通过电源线1与空气加热系统S20、鼓风系统S30相连接，通过工控机控制线束6依次与空气加热系统S20、鼓风系统S30、气流控制系统S40、惰性气体发生系统S50及支架系统S60相连接；鼓风系统S30通过气体连接管与空气加热系统S20、惰性气体发生系统S50相连接；空气加热系统S20和惰性气体发生系统S50与支架系统S60相连接；支架系统S60通过排气连接管11与除尘系统S70相连接。

测控系统S10包括：电源线1、工控机2和工控机控制线束6；

测控系统S10中的电源线1一端与220V交流电源相连接，电源线1另一端与测控系统S10中的工控机2、空气加热系统S20中的高温热风枪控制器3、鼓风系统S30中的变频风机控制器4相连接，并对这些设备进行供电。测控系统S10中的工控机2通过工控机控制线束6与鼓风系统S30中的变频风机控制器4、气流控制系统S40中的冷风通道节气门14、气流控制系统S40中的热风通道节气门15、空气加热系统S20中的高温热风枪控制器3、支架系统S60中的上游温度传感器8、支架系统S60中的下游温度传感器9、支架系统S60中的上下游压差传感器10、惰性气体发生系统S50中的氮气发生器17相连接。工控机2根据不同的清理需求，对风机变频控制器4发出风量需求指令，高温热风枪控制器3发出温度需求指令，同时根据上游温度传感器8、下游温度传感器9、上下游温差传感器10的反馈对当前清理过程进行闭环控制并判断清理过程的进度，保证整个清理过程是安全可控的。

空气加热系统S20包括：高温热风枪控制器3、高温热风枪控制线7、高温热风枪16和高温热风枪出口温度传感器18。

空气加热系统S20中的高温热风枪控制器3一端通过工控机控制线束6与测控系统S10中的工控机2相连接，高温热风枪控制器3另一端通过高温热风枪控制线7与高温热风枪16、高温热风枪出口温度传感器18相连接。高温热风枪控制器3接到工控机2发来的温度需求指令后，根据高温热风枪出口温度传感器18的反馈对高温热风枪16的实际出口温度进行闭环控制，满足空气加热需求。

鼓风系统S30包括：变频风机控制器4、变频风机控制线5、变频风机12和空气流量传感器13。

鼓风系统S30中的变频风机控制器4一端通过工控机控制线束6与测控系统S10中工控机2相连接，变频风机控制器4另一端通过变频风机控制线5与变频风机12和空气流量传感器13相连接。变频风机控制器4接到工控机2的风量需求指令后，根据空气流量计13反馈对变频风机12出口实际流量进行闭环控制，满足清理过程中风量需求。

气流控制系统S40包括：冷风通道节气门14、热风通道节气门15；

气流控制系统S40中的冷风通道节气门14一端与鼓风系统S30变频风机12相连接，冷风通道节气门14另一端与惰性气体发生系统S50中的氮气发生器17相连接；气流控制系统S40中的热风通道节气门15一端与鼓风系统S30变频风机12相连接，热风通道节气门15另一端与空气加热系统S20中的高温热风枪16相连接。工控机2根据不同的清理需求及过程控制需求调节冷风通道节气门14和热风通道节气门15的开度。

惰性气体发生系统S50包括：氮气发生器17。

惰性气体发生系统S50中的氮气发生器17一端与冷风通道节气门14相连接，氮气发生器17另一端与支架系统S60中的冷热气体混合器19相连接。氮气发生器17在待清理DPF载体20主动再生过程中出现温度过高情况下开始工作，通过降低清理DPF载体20内部氧气含量，阻止碳烟自燃过程，从而能够有效防止高温对载体和催化剂造成损害。

支架系统S60包括：上游温度传感器8、下游温度传感器9、上下游压差传感器10、排气连接管11、冷热气体混合器19和待清理DPF载体20。

支架系统S60中的上游温度传感器8、下游温度传感器9、上下游压差传感器10与测控系统S10中的工控机控制线束6相连接；冷热气体混合器19一端与空气加热系统S20中的高温热风枪16和惰性气体发生系统S50中的氮气发生器17相连接，冷热气体混合器19另一端与待清理DPF载体20相连接；排气连接管11一端与待清理DPF载体20相连接，排气连接管11一端与除尘系统S70中的旋风除尘器22相连接。

待清理DPF载体20在DPF载体碳烟和灰分清理装置上安装方向的要求是，待清理DPF载体20标识的气流方向与DPF载体碳烟和灰分清理装置工作过程中的气流方向相反。

冷热气体混合器19存在一系列变形设计，与高温热风枪16和氮气发生器17连接处的尺寸都一样，而与待清理DPF载体20出口端连接的尺寸会根据待清理DPF载体20的尺寸进行设计。这样既能够满足差异化、多样性需求，又提高了设备的通用性，降低了设备开发成本及开发周期。

排气连接管11一端与待清理DPF载体20入口端相连接，排气连接管11一端与旋风除尘器22相连接。排气连接管11存在一系列变形设计，与旋风除尘器22连接处的尺寸都一样，而与待清理DPF载体20入口 端连接的尺寸会根据待清理DPF载体20的尺寸进行设计。这样既能够满足差异化、多样性需求，又提高了设备的通用性，降低了设备开发成本及开发周期。

除尘系统S70包括：集尘器21和旋风除尘器22。

除尘系统S70中的旋风除尘器22一端与支架系统S60中排气连接管11，旋风除尘器22另一端与集尘器21相连接。集尘器21安装在旋风除尘器22底部，旋风除尘器22能够将待清理DPF载体20清理过程中的碳烟及灰分通过离心作用有效的捕集下来，然后收集在集尘器21中，避免了清理过程中碳烟及灰分直接排入空气造成二次污染。

本实用新型提供一种DPF载体碳烟和灰分清理方法，具体步骤如下：

首先通过故障诊断设备读取柴油机控制器中关于待清理DPF载体20当前故障代码，根据故障代码将待清理DPF载体20的清理方法划分为严重堵塞清理方法、轻微堵塞清理方法、正常再生报警清理方法和单清灰模式清理方法。

在这四种清理方法的清理过程中，工控机2将通过控制高温热风枪控制器3、风机变频控制器4、冷风通道节气门14、热风通道节气门15的工作过程，并根据上游温度传感器8、下游温度传感器9和上下游压差传感器10的反馈，对清理过程进行监控和闭环控制。

工控机2采用可编程、模块化的控制程序，其主要控制程序由以下几个模块组成：

（1）常温清理模块：在工控机2上设定200~800kg/h的需求风量、5~30分钟需求风量持续时间，然后工控机2通过工控机控制线束6将需求风量发给变频风机控制器4。变频风机控制器4通过变频风机控制线5与变频风机12和空气流量传感器13相连接，空气流量传感器13将变频风机12实时风量通过变频风机控制线5反馈给变频风机控制器4，变频风机控制器4根据空气流量传感器13反馈的实时风量通过变频风机控制线5闭环调整变频风机12的工作过程，最终实现变频风机12的实时出风量与需求风量相一致的控制过程。清理过程开始后，冷风通道节气门14处于常关闭状态，热风通道节气门15处于常打开状态，高温热风枪16不对流经的常温空气加热，常温气流对待清理DPF载体20进行反向吹扫，然后由旋风除尘器22将吹扫掉的颗粒及灰分捕集在集尘器21中。

（2）中低温清理模块：在工控机2上设定200~800kg/h的需求风量、200~250℃需求风量温度、5~30分钟需求风量持续时间，然后工控机2通过工控机控制线束6将需求风量及需求风量持续时间发给变频风机控制器4，变频风机控制器4空气流量传感器13测得变频风机12的实际出风量闭环控制变频风机12的工作过程，使变频风机12的实际出风量达到需求风量；工控机2通过工控机控制线束6将需求风量温度发给高温热风枪控制器3，高温热风枪控制器3根据高温热风枪出口温度传感器18测得高温热风枪16的实际出风温度闭环控制高温热风枪16的工作过程，使高温热风枪16的实际出风温度达到需求风量温度。清理过程开始后，冷风通道节气门14处于常关闭状态，热风通道节气门15处于常打开状态，高温热风枪16对流经的常温空气进行加热，经过加热的气流对待清理DPF载体20进行反向吹扫及加热，然后由旋风除尘器22将吹扫掉的颗粒及灰分捕集在集尘器21中。

（3）中高温清理模块：在工控机2上设定200~800kg/h的需求风量、400~450℃需求风量温度、5~30分钟需求风量持续时间，然后工控机2通过工控机控制线束6将需求风量及需求风量持续时间发给变频风机控制器4，变频风机控制器4空气流量传感器13测得变频风机12的实际出风量闭环控制变频风机12的工作过程，使变频风机12的实际出风量达到需求风量；工控机2通过工控机控制线束6将需求风量温度发给高温热风枪控制器3，高温热风枪控制器3根据高温热风枪出口温度传感器18测得高温热风枪16的实际出风温度闭环控制高温热风枪16的工作过程，使高温热风枪16的实际出风温度达到需求风量温度。清理过程开始后，冷风通道节气门14处于常关闭状态，热风通道节气门15处于常打开状态，高温热风枪16对流经的常温空气进行加热，经过加热的气流对待清理DPF载体20进行反向吹扫及加热，然后由旋风除尘器22将吹扫掉的颗粒及灰分捕集在集尘器21中。

（4）高温清理模块：在工控机2上设定200~800kg/h的需求风量、600~650℃需求风量温度、5~30分钟需求风量持续时间，然后工控机2通过工控机控制线束6将需求风量及需求风量持续时间发给变频风机控制器4，变频风机控制器4空气流量传感器13测得变频风机12的实际出风量闭环控制变频风机12的工作过程，使变频风机12的实际出风量达到需求风量；工控机2通过工控机控制线束6将需求风量温度发给高温热风枪控制器3，高温热风枪控制器3根据高温热风枪出口温度传感器18测得高温热风枪16的实际出风温度闭环控制高温热风枪16的工作过程，使高温热风枪16的实际出风温度达到需求风量温度。清理过程开始后，冷风通道节气门14处于常关闭状态，热风通道节气门15处于常打开状态，高温热风枪16对流经的常温空气进行加热，经过加热的气流对待清理DPF载体20进行反向吹扫、加热及燃烧内部碳烟过程，然后由旋风除尘器22将吹扫掉的颗粒及灰分捕集在集尘器21中。

在高温清理阶段，由于待清理DPF载体20由于受到600~650℃气流持续加热，当待清理DPF载体20的内部温度达到600~650℃之间的时候，待清理DPF载体20内部发生主动再生过程，捕集的碳烟颗粒发生自燃过程，上游温度传感器8测得的温度持续上升，若上游温度传感器8测得的温度一直不超过750℃，则持续保持600~650℃气流进行吹扫直到高温清理过程结束。若上游温度传感器8测得的温度超过750℃，则工控机2暂停计时、暂停高温热风枪控制器3对高温热风枪16加热过程、关闭热风通道节气门15、打开冷风通道节气门14、控制氮气发生器17工作过程。经过这一系列控制过程，能够迅速抑制待清理DPF载体20内部发生的碳烟颗粒自燃过程，同时利用常温气流对待清理DPF载体20进行冷却，当上游温度传感器8测得的温度低于550℃时候，工控机2则继续计时过程、关闭冷风通道节气门14、停止氮气发生器17工作过程、打开热风通道节气门15，控制高温热风枪控制器3对高温热风枪16加热过程，重新将流经高温热风枪16的空气加热到600~650℃，继续高温清理过程。

若待清理DPF载体20为严重堵塞，则首先依次调用常温清理模块、中低温清理模块、中高温清理模块对待清理DPF载体20的碳烟及未燃碳氢化合物进行清理，将待清理DPF载体20的碳载量降低到安全再生范围内；然后调用高温清理模块进行主动再生，将待清理DPF载体20内部剩余的碳烟燃烧完；最后再依次调用中高温清理模块、中低温清理模块对待清理DPF载体20进行灰分清理。

若待清理DPF载体20为轻微堵塞，则首先依次调用常温清理模块、中低温清理模块对待清理DPF载体20的碳烟及未燃碳氢化合物进行清理，将待清理DPF载体20的碳载量降低到安全再生范围内；然后调用高温清理模块进行主动再生，将待清理DPF载体20内部剩余的碳烟燃烧完；最后再依次调用中高温清理模块、中低温清理模块对常温清理模块进行灰分清理。

若待清理DPF载体20为正常再生报警，则直接调用高温清理模块进行主动再生，将待清理DPF载体20内部剩余的碳烟燃烧完；再依次调用中高温清理模块、中低温清理模块对待清理DPF载体20进行灰分清理。

若待清理DPF载体20为清灰报警，则依次调用中高温清理模块、中低温清理模块对待清理DPF载体20进行灰分清理。

最后应该说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型全部内容，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行形式上的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的思路启示之内所作出的形式修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，包括：测控系统（S10）、空气加热系统（S20）、鼓风系统（S30）、气流控制系统（S40）、惰性气体发生系统（S50）、支架系统（S60）、除尘系统（S70）；测控系统（S10）通过电源线（1）与空气加热系统（S20）、鼓风系统（S30）相连接，测控系统（S10）通过工控机控制线束（6）依次与空气加热系统（S20）、鼓风系统（S30）、气流控制系统（S40）、惰性气体发生系统（S50）及支架系统（S60）相连接；鼓风系统（S30）通过气体连接管与空气加热系统（S20）、惰性气体发生系统（S50）相连接；空气加热系统（S20）和惰性气体发生系统（S50）又与支架系统（S60）相连接；支架系统（S60）通过排气连接管（11）与除尘系统（S70）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，其特征在于：所述测控系统（S10）包括：电源线（1）、工控机（2）、工控机控制线束（6）；测控系统（S10）中的电源线（1）一端与220V交流电源相连接，电源线（1）另一端与测控系统（S10）中的工控机（2）、空气加热系统（S20）中的高温热风枪控制器（3）、鼓风系统（S30）中变频风机控制器（4）相连接；测控系统（S10）中工控机（2）通过工控机控制线束（6）与鼓风系统（S30）中的变频风机控制器（4）、气流控制系统（S40）中的冷风通道节气门（14）、气流控制系统（S40）中的热风通道节气门（15）、空气加热系统（S20）中的高温热风枪控制器（3）、支架系统（S60）中的上游温度传感器（8）、支架系统（S60）中的下游温度传感器（9）、支架系统（S60）中的上下游压差传感器（10）、惰性气体发生系统（S50）中的氮气发生器（17）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，其特征在于：所述空气加热系统（S20）包括：高温热风枪控制器（3）、高温热风枪控制线（7）、高温热风枪（16）和高温热风枪出口温度传感器（18）；高温热风枪控制器（3）一端通过工控机控制线束（6）与测控系统（S10）中的工控机（2）相连接，高温热风枪控制器（3）另一端通过高温热风枪控制线（7）与高温热风枪（16）、高温热风枪出口温度传感器（18）相连接。

4.根据权利要求1所述的一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，其特征在于：所述鼓风系统（S30）包括：变频风机控制器（4）、变频风机控制线（5）、变频风机（12）和空气流量传感器（13）；变频风机控制器（4）一端通过工控机控制线束（6）与测控系统（S10）中工控机（2）相连接，变频风机控制器（4）另一端通过变频风机控制线（5）与变频风机（12）、空气流量传感器（13）相连接。

5.根据权利要求1所述的一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，其特征在于：所述气流控制系统（S40）包括：冷风通道节气门（14）、热风通道节气门（15）；冷风通道节气门（14）一端与鼓风系统（S30）变频风机（12）相连接，冷风通道节气门（14）另一端与惰性气体发生系统（S50）中的氮气发生器（17）相连接；气流控制系统（S40）中的热风通道节气门（15）一端与鼓风系统（S30）变频风机（12）相连接，热风通道节气门（15）另一端与空气加热系统（S20）中的高温热风枪（16）相连接。

6.根据权利要求1所述的一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，其特征在于：所述惰性气体发生系统（S50）包括：氮气发生器（17）；氮气发生器（17）一端与冷风通道节气门（14）相连接，氮气发生器（17）另一端与支架系统（S60）中的冷热气体混合器（19）相连接。

7.根据权利要求1所述的一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，其特征在于：所述支架系统（S60）包括：上游温度传感器（8）、下游温度传感器（9）、上下游压差传感器（10）、排气连接管（11）、冷热气体混合器（19）和待清理DPF载体（20）；上游温度传感器（8）、下游温度传感器（9）、上下游压差传感器（10）分别与测控系统（S10）中的工控机控制线束（6）相连接；冷热气体混合器（19）一端与空气加热系统（S20）中的高温热风枪（16）和惰性气体发生系统（S50）中的氮气发生器（17）相连接，冷热气体混合器（19）另一端与待清理DPF载体（20）相连接；排气连接管（11）一端与待清理DPF载体（20）相连接，排气连接管（11）另一端与除尘系统（S70）中的旋风除尘器（22）相连接。

8.根据权利要求1所述的一种DPF载体碳烟和灰分清理装置，其特征在于：所述除尘系统（S70）包括：集尘器（21）和旋风除尘器（22）；旋风除尘器（22）一端与支架系统（S60）中排气连接管（11），旋风除尘器（22）另一端与集尘器（21）相连接。

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