柴油发电机组尾气净化系统及净化方法与流程

本发明属于柴油机的尾气净化领域，尤其是柴油发电机组尾气净化技术领域。

背景技术：

柴油发电机组启动初期(约3min)，排烟口冒出大量黑烟，当柴油机运行稳定后，黑烟虽有减少，但始终存在，特别是在寒冷的季节，排烟口会产生大量烟雾。柴油发电机组排放尾气中含有大量碳烟颗粒物、烃类、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、水蒸气、氧气、氮气、二氧化硫等，主要物质是碳烟颗粒物，其排放量约为汽油机的几十倍,不加处理会造成严重环境污染。现有柴油机尾气处理通常采用“连续捕集分解技术(CRT)”，该技术由一组氧化催化单元(DOC)和捕集器(DPF)组成，利用DPF捕集废气中的颗粒物(黑烟主要成分)，同时使用DOC使DPF在一定条件下再生，可实现对尾气颗粒物(PM)、碳氢化物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等有害气体的连续催化、捕集与分解。这种办法具体原理是：当柴油发电机组带负荷连续工作时，尾气温度可以达到400℃以上，聚集在壁流式陶瓷滤芯内的碳烟颗粒物(PM)、CO、THC等有害物质在催化剂作用下被燃烧分解，达到再生的目的。

上述办法解决了柴油发电机组持续运行时的高污染问题，但在使用过程中当柴油发电机组处于低负荷或间歇运行时，由于碳烟颗粒物(PM)、CO、THC等不断增加，DPF透气性变差，柴油机排气阻力会不断增加。故现有技术存在以下问题：当柴油发电机怠速时、负载低时或刚启动时，由于尾气温度过低，DOC无法正常工作，易造成DPF堵塞；为解决该问题，有人在DPF的核心部件堇青石蜂窝陶瓷(滤芯)中预埋加热丝，在DOC无法正常工作时，主动再生DPF，这种方式又容易出现剧烈燃烧(爆燃)，导致DPF失效，同时导致堇青石蜂窝陶瓷生产成本变高且不易维护。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的不足，本发明提供柴油发电机组尾气净化系统，该系统尾气净化效率高，且避免了热爆导致DPF失效和DPF堵塞的风险。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种柴油发电机组尾气净化系统，包括尾气净化装置，所述尾气净化装置包括进气口组件、一个以上的净化单元、旁通单元以及出气口组件，所述进气口组件包括前集气器(2)和一个以上的进气口(1)，所述进气口(1)设置于前集气器(2)上；所述出气口组件包括后集气器(11)和一个以上的出气口(12)，所述出气口(12)设置于后集气器(11)上；所述净化单元包括沿尾气流出方向依次设置的加热组件(5)、催化组件(7)、颗粒捕集器(9)以及大波纹管(10)，且所述加热组件(5)与前集气器(2)连通，而所述大波纹管(10)与后集气器(11)连通；所述旁通单元包括旁通管(8)、旁通阀(3)和小波纹管(4)，所述旁通管(8)一端通过旁通阀(3)与前集气器(2)连接，另一端通过小波纹管(4)与后集气器(11)连接。

进一步地，还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括监测传感单元、控制处理单元以及执行单元，所述监测传感单元包括温度传感器(51)和压力传感器(52)，所述温度传感器(51)和压力传感器(52)均安装在加热组件(5)内、前集气器(2)或后集气器(11)内，而所述温度传感器(51)用于检测尾气的温度，并将该温度信号传送给控制变送器，而所述压力传感器(52)用于检测尾气的压力，并将该压力信号传送给控制变送器；所述执行单元包括电加热器(53)和旁通阀控制器(31)，所述电加热器(53)安装于加热组件(5)内，而所述旁通阀控制器(31)与旁通阀(3)相连接；所述控制处理单元包括控制变送器和PLC控制器，控制接口电路，输入显示端，所述控制变送器用于将温度传感器(51)检测的温度信号和压力传感器(52)检测的压力信号传送给PLC控制器；所述PLC控制器接收通过输入显示端输入的控制参数，且将控制变送器发送的温度信号和压力信号与控制参数进行比较，以判断是否启动电加热器(53)加热及是否启动旁通阀控制器(31)打开旁通阀(3)；所述输入显示端用于输入控制参数，所述控制参数包括催化组件(7)工作温度及第一预设压差和第二预设压差，同时显示测量的温度和压差；所述控制接口电路控制电加热器(53)的启动关闭以及旁通阀控制器(31)的开关。

优选的：所述颗粒捕集器(9)为壁流式陶瓷滤芯颗粒捕集器(DPF)。

优选的：所述催化组件(7)为金属材质的氧化催化单元(DOC)或陶瓷材质的(DOC)；所述壁流式陶瓷滤芯采用碳化硅材料，尤其是专利号为CN200510010967.9的专利《一种陶瓷催化剂载体和该载体构成的微粒捕集装置及其它们的制备方法》所列方法制备的粘土烧结的碳化硅材料制成。

优选的：所述加热组件(5)流出的尾气温度在200-550℃之间。所述加热组件(5)流出的尾气压力在小于8kPa之间。

优选的：所述的第一预设压差设置为：5kPa-15kPa；所述的第二预设压差应大于第一预设压差，且第二预设压差为：8kPa-20kPa。

优选的：所述的温度传感器为精度为K分度以上的热电偶。

优选的：所述颗粒捕集器(9)的孔径在小于50μm之间，孔壁厚度在小于0.4mm。

优选的：所述颗粒捕集器(9)的开孔率40-60％，每平方厘米孔数10-47。

优选的：所述壁流式陶瓷滤芯内可以涂覆催化剂。

一种柴油发电机组尾气净化方法，在输入显示端中输入催化组件(7)工作温度及第一预设压差和第二预设压差；将柴油发电机组起动，柴油发电机组的尾气进入到净化系统，温度传感器(51)检测此时的尾气温度，压力传感器(52)检测此时的尾气压力；控制变送器将温度传感器(51)检测的温度信号和压力传感器(52)检测的压力信号传送给PLC控制器；PLC控制器将控制变送器发送的温度信号与输入催化组件(7)的工作温度进行比较，若尾气温度低于催化组件(7)的工作温度，通过控制接口电路启动电加热器(53)辅助加热，直至尾气温度升至催化组件(7)工作温度时停止电加热器(53)。

PLC控制器将控制变送器发送的压力信号与第一预设压差进行比较，若压力信号达到第一预设压差，通过控制接口电路启动电加热器(53)辅助加热进行催化再生，使得尾气压力降低，当压力信号低于第一预设压差时，通过控制接口电路停止电加热器(53)加热；若压力信号达到第二预设压差，通过控制接口电路启动旁通阀控制器(31)打开旁通阀(3)，使部分尾气从旁通阀(3)进入到旁通管(8)内。

当柴油发电机组刚起动，尾气温度低于输入催化组件(7)的工作温度时，启动电加热器辅助加热，温度升至输入催化组件(7)的工作温度时停止；柴油发电机组正常工作时，尾气温度较高，能够维持催化剂的正常工作，电加热器不运行。

当尾气进、出口压差达到第一预设压差时，滤芯堵塞但并不严重时，自动起动电加热器进行催化再生，压差回落后，停止电加热器；尾气进、出口压差达到第二预设压差时，滤芯堵塞严重，自动起动电加热器进行催化再生，同时打开旁通阀，避免柴油机背压过大，损坏发电机，且报警告知设备检修人员进行检修。压差回落后关闭旁通阀，压差回落到第一预设压差以下时，停止电加热器。

本发明提供的柴油发电机组尾气净化系统及净化方法，相比现有技术，具有以下有 益效果：

1.黑烟处理和除臭效果明显，不透光率接近于零。

2.柴油发电机组起动时，净化系统自动启动和控制，操作简单。

3.系统使用的滤芯为碳化硅材料尤其是专利号为CN200510010967.9的专利《一种陶瓷催化剂载体和该载体构成的微粒捕集装置及其它们的制备方法》所列方法制备的粘土烧结的碳化硅壁流式陶瓷滤芯，使用寿命长，运行费用低，耐热温度高，不存在因热爆导致滤芯失效的情况。

4.智能再生控制系统，可有效控制再生，减少能量消耗。

5.设计有自动旁通阀开启功能，保证在异常情况下柴油发电机组的正常工作，避免因净化系统堵塞导致柴油发电机组无法工作的情况。

6.组件结构，安装简易,便于维护。

附图说明

图1为本发明的第一种结构示意图；

图2为本发明尾气控制部分示意图；

图3为本发明的第二种结构示意图；

图4为本发明的第三种结构示意图；

图5为本发明的第四种结构示意图；

其中，1为进气口，2为前集气器，3为旁通阀，31为旁通阀控制器，4为小波纹管，5为加热组件，51为温度传感器，52为压力传感器，53为电加热器，7为催化组件(DOC)，8为旁通管，9为颗粒捕集器(DPF)，10为大波纹管，11为后集气器，12为出气口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1

柴油发电机组尾气净化系统，如图1、2所示，包括尾气净化装置和自动控制装置，所述尾气净化装置包括进气口组件、两个净化单元、旁通单元以及出气口组件，所述进气口组件包括前集气器2和一个进气口1，所述进气口1设置于前集气器2上；所述出气口组件包括后集气器11和一个出气口12，所述出气口12设置于后集气器11上；所述净化单元包括沿尾气流出方向依次设置的加热组件5、催化组件7、颗粒捕集器9以及大波纹管10，且所述加热组件5与前集气器2连通，而所述大波纹管10与后集气器 11连通；所述旁通单元包括旁通管8、旁通阀3和小波纹管4，所述旁通管8一端通过旁通阀3与前集气器2连接，另一端通过小波纹管4与后集气器11连接。

所述自动控制装置包括监测传感单元、控制处理单元以及执行单元，所述监测传感单元包括温度传感器51和压力传感器52，所述温度传感器51和压力传感器52均安装在加热组件5内，而所述温度传感器51用于检测尾气流过热组件5内的温度，并将该温度信号传送给控制变送器，而所述压力传感器52用于检测尾气流过加热组件5内的压力，并将该压力信号传送给控制变送器；所述执行单元包括电加热器53和旁通阀控制器31，所述电加热器53安装于加热组件5内，而所述旁通阀控制器31与旁通阀3相连接；所述控制处理单元包括控制变送器和PLC控制器，控制接口电路，输入显示端，所述输入显示端用于输入控制参数，所述控制参数包括催化组件7工作温度及第一预设压差和第二预设压差，同时显示测量的温度和压差；所述控制接口电路控制电加热器53的启动关闭以及旁通阀控制器31的开关。所述控制变送器用于将K型热电偶51检测的温度信号转换为数字型的温度信号，并传送给PLC控制器，同时用于将压力传感器52检测的压力信号转换为数字型的压力信号，并传送给PLC控制器；所述PLC控制器接收通过输入端输入的控制参数、接收控制变送器发送的温度信号和压力信号，且将温度信号与控制参数进行比较，若温度信号不在控制参数内，则启动电加热器53加热；同时将压力信号与控制参数进行比较，若压力信号不在控制参数内，则控制旁通阀控制器31打开旁通阀3。

所述颗粒捕集器9为壁流式陶瓷滤芯颗粒捕集器DPF。

所述催化组件7为金属材质的氧化催化单元(DOC)或陶瓷材质的(DOC)；所述壁流式陶瓷滤芯采用碳化硅材料尤其是专利号为CN200510010967.9的专利《一种陶瓷催化剂载体和该载体构成的微粒捕集装置及其它们的制备方法》所列方法制备的粘土烧结的碳化硅材料制成。

所述加热组件5流出的尾气温度在200-550℃之间。所述加热组件5流出的尾气压力在小于8kPa之间。

所述的第一预设压差设置为：5kPa-15kPa；所述的第二预设压差应大于第一预设压差，且第二预设压差为：8kPa-20kPa。

所述的温度传感器为精度为K分度以上的热电偶。

所述颗粒捕集器9的孔径在小于50μm之间，孔壁厚度在小于0.4mm。

所述颗粒捕集器9的开孔率40-60％，每平方厘米孔数10-47。

所述壁流式陶瓷滤芯内可以涂覆催化剂。

一种柴油发电机组尾气净化方法，在输入显示端中输入催化组件7工作温度及第一预设压差和第二预设压差；将柴油发电机组起动，柴油发电机组的尾气进入到净化系统，温度传感器51检测此时的尾气温度，压力传感器52检测此时的尾气压力；控制变送器将温度传感器51检测的温度信号和压力传感器52检测的压力信号传送给PLC控制器；PLC控制器将控制变送器发送的温度信号与输入催化组件7的工作温度进行比较，若尾气温度低于催化组件7的工作温度，通过控制接口电路启动电加热器53辅助加热，直至尾气温度升至催化组件7工作温度时停止电加热器53。

PLC控制器将控制变送器发送的压力信号与第一预设压差进行比较，若压力信号达到第一预设压差，通过控制接口电路启动电加热器53辅助加热进行催化再生，使得尾气压力降低，当压力信号低于第一预设压差时，通过控制接口电路停止电加热器53加热；若压力信号达到第二预设压差，通过控制接口电路启动旁通阀控制器31打开旁通阀3，使部分尾气从旁通阀3进入到旁通管8内。

当柴油发电机组刚起动时，尾气温度低于输入催化组件7的工作温度时，启动电加热器辅助加热，温度升至输入催化组件7的工作温度时停止；柴油发电机组正常工作时，尾气温度较高，能够维持催化剂的正常工作，电加热器不运行。

预设压差一设置为5kPa，预设压差二设置为8kPa。当尾气进、出口压差达到5kPa时，滤芯堵塞但并不严重时，自动起动电加热器进行催化再生，压差回落到5kPa以下时，停止电加热器；尾气进、出口压差达到预设压差：当尾气进、出口压差达到8kPa时，滤芯堵塞严重时，自动起动电加热器进行催化再生，同时打开旁通阀，避免柴油机背压过大，损坏发电机，压差回落到8kPa以下时，关闭旁通阀，压差回落到5kPa以下时，停止电加热器。

该装置用于200kw发电机组，黑烟去除率达到95％；HC去除率达到88％，CO去除率达到89％。

实施例2

柴油发电机组尾气净化系统，如图3、2所示，包括尾气净化装置和自动控制装置，所述尾气净化装置包括进气口组件、两个净化单元、旁通单元以及出气口组件，所述进气口组件包括前集气器2和两个进气口1；所述后气口组件包括后集气器11和两个出气 口12；所述进气口1设置于前集气器2上；所述出气口12设置于后集气器11上，所述净化单元包括沿尾气流出方向依次设置的加热组件5、催化组件7、颗粒捕集器9以及大波纹管10，且所述加热组件5与前集气器2连通，而所述大波纹管10与后集气器11连通；所述旁通单元包括旁通管8、旁通阀3，所述旁通管8一端通过旁通阀3与前集气器2连接，另一端直接与后集气器11连接。

所述自动控制装置包括监测传感单元、控制处理单元以及执行单元，所述监测传感单元包括温度传感器51和压力传感器52，所述温度传感器51和压力传感器52均安装在前集气器2内，而所述温度传感器51用于检测未净化尾气的温度，并将该温度信号传送给控制变送器，而所述压力传感器52用于检测未净化尾气的压力，并将该压力信号传送给控制变送器；所述执行单元包括电加热器53和旁通阀控制器31，所述电加热器53安装于加热组件5内，而所述旁通阀控制器31与旁通阀3相连接；所述控制处理单元包括控制变送器和PLC控制器，控制接口电路，输入显示端，所述输入显示端用于输入控制参数，所述控制参数包括催化组件7工作温度及第一预设压差和第二预设压差，同时显示测量的温度和压差；所述控制接口电路控制电加热器53的启动关闭以及旁通阀控制器31的开关。所述控制变送器用于将K型热电偶51检测的温度信号转换为数字型的温度信号，并传送给PLC控制器，同时用于将压力传感器52检测的压力信号转换为数字型的压力信号，并传送给PLC控制器；所述PLC控制器接收通过输入端输入的控制参数、接收控制变送器发送的温度信号和压力信号，且将温度信号与控制参数进行比较，若温度信号不在控制参数内，则启动电加热器53加热；同时将压力信号与控制参数进行比较，若压力信号不在控制参数内，则控制旁通阀控制器31打开旁通阀3。

当柴油发电机组刚起动时，尾气温度低于DOC的工作温度时，启动电加热器辅助加热，温度升至DOC工作温度时停止；柴油发电机组正常工作时，尾气温度较高，能够维持催化剂的正常工作，电加热器不运行。

预设压差一设置为7kPa，预设压差二设置为12kPa。当尾气进、出口压差达到7kPa时，滤芯堵塞但并不严重时，自动起动电加热器进行催化再生，压差回落到7kPa以下时，停止电加热器；尾气进、出口压差达到预设压差：12kPa，滤芯堵塞严重时，自动起动电加热器进行催化再生，同时打开旁通阀，避免柴油机背压过大，损坏发电机，压差回落到12kPa以下时，关闭旁通阀，压差回落到7kPa以下时，停止电加热器。

该装置用于350kw发电机组，黑烟去除率达到93％；HC去除率达到90％，CO去除率 达到87％。

实施例3

柴油发电机组尾气净化系统，如图4、2所示，包括尾气净化装置和自动控制装置，所述尾气净化装置包括进气口组件、两个净化单元、旁通单元以及出气口组件，所述进气口组件包括前集气器2和两个进气口1；所述后气口组件包括后集气器11和一个出气口12；所述进气口1设置于前集气器2上；所述出气口12设置于后集气器11上，所述净化单元包括沿尾气流出方向依次设置的加热组件5、催化组件7、颗粒捕集器9以及大波纹管10，且所述加热组件5与前集气器2连通，而所述大波纹管10与后集气器11连通；所述旁通单元包括旁通管8、旁通阀3和小波纹管4，所述旁通管8一端通过旁通阀3与前集气器2连接，另一端通过小波纹管4与后集气器11连接。

所述自动控制装置包括监测传感单元、控制处理单元以及执行单元，所述监测传感单元包括温度传感器51和压力传感器52，所述温度传感器51和压力传感器52均安装在前集气器2和后集气器11内，而所述温度传感器51用于检测尾气的温度，并将该温度信号传送给控制变送器，而所述压力传感器52用于检测尾气的压力，并将该压力信号传送给控制变送器；所述执行单元包括电加热器53和旁通阀控制器31，所述电加热器53安装于加热组件5内，而所述旁通阀控制器31与旁通阀3相连接；所述控制处理单元包括控制变送器和PLC控制器，控制接口电路，输入显示端，所述输入显示端用于输入控制参数，所述控制参数包括催化组件7工作温度及第一预设压差和第二预设压差，同时显示测量的温度和压差；所述控制接口电路控制电加热器53的启动关闭以及旁通阀控制器31的开关。所述控制变送器用于将K型热电偶51检测的温度信号转换为数字型的温度信号，并传送给PLC控制器，同时用于将压力传感器52检测的压力信号转换为数字型的压力信号，并传送给PLC控制器；所述PLC控制器接收通过输入端输入的控制参数、接收控制变送器发送的温度信号和压力信号，且将温度信号与控制参数进行比较，若温度信号不在控制参数内，则启动电加热器53加热；同时将压力信号与控制参数进行比较，若压力信号不在控制参数内，则控制旁通阀控制器31打开旁通阀3。

当柴油发电机组刚起动时，尾气温度低于DOC的工作温度时，启动电加热器辅助加热，温度升至DOC工作温度时停止；柴油发电机组正常工作时，尾气温度较高，能够维持催化剂的正常工作，电加热器不运行。

预设压差一设置为15kPa，预设压差二设置为20kPa。当尾气进、出口压差达到15kPa 时，滤芯堵塞但并不严重时，自动起动电加热器进行催化再生，压差回落到15kPa以下时，停止电加热器；尾气进、出口压差达到预设压差：当尾气进、出口压差达到20kPa时，滤芯堵塞严重，自动起动电加热器进行催化再生，同时打开旁通阀，避免柴油机背压过大，损坏发电机，压差回落到20kPa以下时，关闭旁通阀，压差回落到15kPa以下时，停止电加热器。

该装置用于600kw发电机组，黑烟去除率达到93％；HC去除率达到88％，CO去除率达到87％。

实施例4

柴油发电机组尾气净化系统，如图5、2所示，包括尾气净化装置和自动控制装置，所述尾气净化装置包括进气口组件、两个净化单元、旁通单元以及出气口组件，所述进气口组件包括前集气器2和两个进气口1；所述后气口组件包括后集气器11和三个出气口12；所述进气口1设置于前集气器2上；所述出气口12设置于后集气器11上，所述净化单元包括沿尾气流出方向依次设置的加热组件5、催化组件7、颗粒捕集器9以及大波纹管10，且所述加热组件5与前集气器2连通，而所述大波纹管10与后集气器11连通；所述旁通单元包括旁通管8、旁通阀3和小波纹管4，所述旁通管8一端通过旁通阀3与前集气器2连接，另一端通过小波纹管4与后集气器11连接。

如图2所示，所述自动控制装置包括监测传感单元、控制处理单元以及执行单元，所述监测传感单元包括温度传感器51和压力传感器52，所述温度传感器51和压力传感器52均安装在前集气器2和加热组件5内，而所述温度传感器51用于检测未净化尾气的温度，并将该温度信号传送给控制变送器，而所述压力传感器52用于检测未净化尾气的压力，并将该压力信号传送给控制变送器；所述执行单元包括电加热器53和旁通阀控制器31，所述电加热器53安装于加热组件5内，而所述旁通阀控制器31与旁通阀3相连接；所述控制处理单元包括控制变送器和PLC控制器，控制接口电路，输入显示端，所述输入显示端用于输入控制参数，所述控制参数包括催化组件7工作温度及第一预设压差和第二预设压差，同时显示测量的温度和压差；所述控制接口电路控制电加热器53的启动关闭以及旁通阀控制器31的开关。所述控制变送器用于将K型热电偶51检测的温度信号转换为数字型的温度信号，并传送给PLC控制器，同时用于将压力传感器52检测的压力信号转换为数字型的压力信号，并传送给PLC控制器；所述PLC控制器接收通过输入端输入的控制参数、接收控制变送器发送的温度信号和压力信号，且将 温度信号与控制参数进行比较，若温度信号不在控制参数内，则启动电加热器53加热；同时将压力信号与控制参数进行比较，若压力信号不在控制参数内，则控制旁通阀控制器31打开旁通阀3。

当柴油发电机组刚起动时，尾气温度低于DOC的工作温度时，启动电加热器辅助加热，温度升至DOC工作温度时停止；柴油发电机组正常工作时，尾气温度较高，能够维持催化剂的正常工作，电加热器不运行。

预设压差一设置为9kPa，预设压差二设置为16kPa。当尾气进、出口压差达到9kPa时，滤芯堵塞但并不严重时，自动起动电加热器进行催化再生，压差回落到9kPa以下时，停止电加热器；尾气进、出口压差达到预设压差：16kPa，滤芯堵塞严重时，自动起动电加热器进行催化再生，同时打开旁通阀，避免柴油机背压过大，损坏发电机，压差回落到16kPa以下时，关闭旁通阀，压差回落到9kPa以下时，停止电加热器。

该装置用于1200kw发电机组，黑烟去除率达到94％；HC去除率达到90％，CO去除率达到88％。