一种铁路工程机械发动机尾气净化装置的制作方法

本实用新型涉及一种铁路工程机械发动机尾气净化装置，具体而言，涉及一种可以在真实工况下对铁路柴油发动机启动后排出的尾气进行净化处理的装置。

背景技术：

柴油机具有高的热效率和燃油经济性，但柴油的扩散燃烧会存在混合气浓度不均匀的问题，容易产生黑炭，并且高温和富氧燃烧条件也使柴油机的nox排放浓度升高（郭刚,徐立峰,张少君.汽车尾气净化处理技术[m].北京:机械工业出版社,2018:4）。此外，还会排放一部分的co和碳氢化合物。如何在保证经济性的基础上重点解决柴油车nox、co、碳氢化合物和颗粒物的尾气管排放问题成为近年来柴油机排放控制技术的最主要工作。

选择催化氧化还原（selectivecatalyticoxidation,cr）具有装置简单、脱除效率高等优点，是目前柴油机尾气脱除nox的主流方法。scr方法以氨（nh3）为还原剂，通过催化过程将nox转化成无害的氮气和水。scr催化剂通常以二氧化钛（tio2）为载体，以氧化钒（v2o5）为主活性组分，并加入wo3或moo3等助剂。

氧化型催化转化器（dieseloxidationcatalyst，doc）是在蜂窝陶瓷载体或蜂窝金属载体上涂覆贵金属催化剂（pt、pd等），降低柴油机排气中的碳氢化合物、co和颗粒物中可溶性有机物的化学反应活化能，与氧气反应，转化为二氧化碳和水。

催化型颗粒捕集器（particleoxidationcatalyst，poc）是在柴油颗粒捕集器（dieselparticulatefilter，dpf）载体上涂覆贵金属催化剂（pt、pb、rh等），可有效降低颗粒物（pm）起燃温度，在柴油机正常工作的250~500℃排气温度范围内就可以实现颗粒捕集器的催化再生（谭丕强,张晓锋,胡志远,等.doc+cdpf对生物柴油燃烧颗粒排放特性的影响[j].中国环境科学,2015,35(10):2978-2984）。目前最成功的柴油颗粒捕集器是壁流式捕集器，poc是公认的净化柴油机颗粒排放最为有效的方法之一。

现有的尾气净化scr+doc+poc装置已在柴油发动机车辆上成熟安装应用。但铁路大机柴油发动机尾气净化处理装置还存在各种问题，在隧道等封闭性空间进行作业时，尾气的排放会严重影响作业环境和危害工作人员健康。

现有的铁路大机柴油发动机尾气处理装置存在的问题主要是：

（1）仅安装氧化型催化转化器和颗粒物捕集器。所述的氧化型催化转化器和颗粒物捕集器只能对尾气中的碳氢化合物、co、颗粒物、黑烟有一定的消除能力。因未安装选择催化氧化还原装置，不能消除尾气中的氮氧化物。

（2）无尾气加热系统。scr催化剂所需要的温度为250~400℃，doc+poc催化剂所需要的温度为300℃以上。因铁路大机尾气温度较低，难以满足催化剂所需要的温度。加热系统利用点火装置让燃油燃烧，使尾气温度迅速升高，达到整个装置催化剂所需要的温度。

（3）无监控系统。不能及时有效监控装置催化剂活性和背压大小，严重影响铁路大机发动机性能。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种铁路工程机械发动机尾气净化装置，可以克服现有技术的不足之处，在真实工况下对铁路柴油大机尾气进行净化处理。

本实用新型的一种铁路工程机械发动机尾气净化装置，其特征在于，包括：

尾气进气管；

混合器，用于氨气和进入系统尾气的混合；

选择性催化还原反应器（scr），用于催化氮氧化物和氨气的反应，提高反应效率；

催化氧化转化器（doc），用于完全氧化燃烧发动机未完全燃烧的碳氢化合物和一氧化碳；

催化型颗粒捕集器（poc），用于捕集较大的颗粒污染物；

plc控制器；

所述尾气进气管、混合器、选择性催化还原反应器、催化氧化转化器和催化型颗粒捕集器之间通过法兰连接。

优选地，所述装置还包括尾气加热系统，包括：油箱、油泵和点火器，所述尾气加热系统与尾气进气管连接，用于尾气温度的补偿。

优选地，所述装置还包括尿素喷洒系统，包括：尿素溶液箱、尿素溶液气动泵和尿素溶液喷嘴，所述尿素溶液喷洒系统与混合器连接，用于提供尾气处理过程所需的氨气。

进一步优选地，所述装置还包括控制监测系统，包括：

至少三个温度传感器，分别设置于尾气进气管，选择性催化还原反应器和催化型过滤捕集器上，用于温度的检测；

至少一个压力传感器，设置于催化氧化转化器上；

至少两个nox传感器，分别设置于尾气进气管和选择性催化还原反应器上；

数据显示器；

所述控制监测系统与plc控制器连接，plc控制器获得温度传感器、压力传感器和nox传感器数据，并在数据显示器上在线显示。

优选地，选择性催化还原反应器是由不锈钢材料制成的圆柱筒体，里面装有蜂窝状钒基催化剂。

进一步优选地，所述尾气进气管的温度为100~400℃。

与现有技术相比，本实用新型的铁路柴油大机尾气净化装置具有以下显著优点：

采用三级净化处理技术：第一级为选择性催化还原技术，有效去除尾气中的nox污染物；第二级为催化氧化燃烧技术，有效氧化碳氢化合物、co和部分颗粒物；第三级为催化型颗粒过滤捕集技术，有效过滤去除颗粒物。

每段反应管的前后部设有传感器连接至在线分析系统（plc），用于氮氧化物浓度、尾气实时温度和背压值的在线分析。

plc控制器通过nox传感器和温度传感器反馈信号，准确调解尿素溶液喷洒量，有效去除氮氧化物。

设有远程监控系统，可远程实时查看数据和调试参数值。

附图说明

图1是本实用新型的一种铁路工程机械发动机尾气净化装置的结构示意图。

图中：1-尾气进气管；2-混合器；3-选择性催化还原反应器；4-催化氧化转化器；5-催化型过滤捕集器；6-烟囱；7-plc控制器；8-数据显示器；9-油箱；10-油泵；11-尿素溶液箱；12-尿素溶液气动泵；13a、13b、13c-温度传感器；14a、14b-nox传感器；15-点火器；16-尿素溶液喷嘴；17-压力传感器；18-法兰。

图2是本实用新型实施例提供的一种铁路工程机械发动机尾气净化控制系统流程示意图。

具体实施方式

图1为本实用新型实施例提供的一种铁路工程机械发动机尾气净化装置的结构示意图。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的一种铁路工程机械发动机尾气净化装置，包括：

尾气进气管1；

混合器2，用于氨气和进入系统尾气的混合；

选择性催化还原反应器3，用于催化氮氧化物和氨气的反应，提高反应效率；

催化氧化转化器4，用于完全氧化燃烧发动机未完全燃烧的碳氢化合物和一氧化碳；

催化型颗粒捕集器5，是一种富含催化剂的壁流式过滤捕集陶瓷，其结构具有过滤捕集较大颗粒污染物作用；

plc控制器7；

所述尾气进气管1、混合器2、选择性催化还原反应器3、催化氧化转化器4和催化型颗粒捕集器5之间通过法兰18连接，但其前后顺序不做具体的限定。

所述装置还包括尾气加热系统，包括油箱9、油泵10和点火器15，所述尾气加热系统与尾气进气管1连接，用于尾气温度的补偿。尾气温度未达到系统所需要的温度设定值时，通过燃油点燃氧化燃烧方式加热温度，在具体应用中，油箱9里的燃油经油泵10抽取后经点火器15点火充分燃烧，以达到催化反应所需的温度，可以有效解决现有技术中存在的温度低影响催化剂去除污染物效果的问题。

在催化反应过程中，尾气进气管1的温度在100~400℃之间就可以满足后续选择性催化还原反应器3、催化氧化转化器4的反应温度，但是为了满足更好的催化效果，尾气进气管1内的温度最好位于180-300℃，以最大程度的去除尾气中的氮氧化物、碳氢化合物和co。

所述装置还包括尿素喷洒系统，包括尿素溶液箱11、尿素溶液气动泵12和尿素溶液喷嘴16，所述尿素溶液喷洒系统与混合器2连接，用于提供尾气处理过程所需的氨气。在具体应用中，尿素溶液气动泵12抽取尿素溶液箱11里的尿素溶液后，经尿素溶液喷嘴16以雾状形态喷淋到混合器2中。尿素溶液在混合器2中加热分解生成氨气和水，可以有效供给选择性催化还原反应器3去除nox污染物所需要的反应物。

所述装置还包括控制监测系统，包括：

至少三个温度传感器（13a、13b、13c），分别设置于尾气进气管1，选择性催化还原反应器3和催化型过滤捕集器5上，用于温度的检测；

至少一个压力传感器17，设置于催化氧化转化器4上，用于尾气压力的检测；

至少两个nox传感器（14a、14b），分别设置于尾气进气管1和选择性催化还原反应器3上；

数据显示器8；

所述控制监测系统与plc控制器7连接，plc控制器7获得温度传感器（13a、13b、13c）、压力传感器17和nox传感器（14a、14b）数据，用于控制尾气加热系统和尿素喷洒系统，并在数据显示器上在线显示。

所述选择性催化还原反应器3是由不锈钢材料制成的圆柱筒体，里面装有蜂窝状钒基催化剂，用于催化氮氧化物和氨气的反应，提高反应效率。

尾气进入本装置后，尾气中的nox和尿素溶液受热分解的nh3在混合器充分混合后，在选择性催化还原反应器3内反应生成氮气和水，尾气再次进入催化氧化转化器4和催化型颗粒捕集器5后，其中未完全燃烧碳氢化合物、一氧化碳、颗粒物经燃烧氧化和过滤捕集。

在本实用新型实施例中，选择性催化还原反应器3在正常工况下可去除尾气中70%-90%的nox，催化氧化转化器4在正常工况下可去除80%的hc与co、10-40%的颗粒物可溶性有机物组分，催化型过滤捕集器5在正常工况下用于过滤捕集废气中的颗粒物，消除黑烟。最后，尾气经烟囱6排出系统。

图2为本实用新型实施例提供的一种铁路工程机械发动机尾气净化控制系统流程示意图，主要包括以下步骤：

步骤201，发动机正常工作；

步骤202，通过设置在尾气净化装置内的压力传感器，plc控制器7确定通过进气管的背压值与设定背压值之间的关系；

步骤203，当plc控制器7根据进气管确定的背压值小于设定的背压值之后，执行步骤205，若根据进气管确定的背压值大于设定的背压值，则执行步骤204；

步骤204，更换新催化型过滤捕集器5；

步骤205，通过设置在尾气净化装置内的多个温度传感器（13a、13b、13c），plc控制器7确定进气管的尾气温度与设定温度值之间的关系；

步骤206，当plc控制器7根据进气管确定的尾气温度小于设定温度值之后，执行步骤207，若根据进气管确定的尾气温度大于设定温度值，则执行步骤209；

步骤207，plc控制器7向加热系统开启信号，加热系统对尾气进行加热；

步骤208，当plc控制器7根据进气管确定的尾气温度达到设定值，则执行步骤209，若进气管确定的尾气温度未达到设定值，则执行步骤207，通过加热系统对尾气继续加热；

步骤209，plc控制器7向加热系统发送关闭信号。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种铁路工程机械发动机尾气净化装置，该装置解决了现有技术中在铁路桥梁、涵洞、隧道、路基、轨道施工过程中，随着碳氢化合物、co、颗粒物、黑烟和氮氧化物积累，严重影响作业环境和危害工作人员健康问题。