一种颗粒物捕捉器零能耗反吹系统的制作方法

1.本发明涉及柴油机尾气处理技术领域，具体涉及一种颗粒物捕捉器零能耗反吹系统。


背景技术：

2.随着货运行业和物流行业的快速发展，以柴油发动机为动力的汽车、轮船逐渐成为货运的主力军。如2018年占汽车保有量7.9%的柴油货车，排放氮氧化物、颗粒排放物占全行业的60.0%和84.6%。相比汽油而言，柴油机是压燃式发动机，压燃式发动机的一个最大的缺陷就是在压燃过程中燃烧不充分，会产生颗粒物和氮氧化物等问题。船用柴油发动机、柴油发电机组等也存在着同样的污染问题。目前柴油机颗粒捕集器是公认的最有效的颗粒物净化装置，也是目前净化技术中商用前景最好的技术之一，柴油机颗粒物在颗粒捕捉器（dpf）内部的沉积会使其两端压降升高，影响发动机性能，因此需要对沉积的颗粒物进行清除，即dpf再生技术。
3.现有的柴油机颗粒物捕捉器反吹装置都是以压缩空气为介质，以空气压缩机消耗电能为源动力，不但消耗电能，还必须配备空气压缩机，运行能耗与初投资均较高；还有以调整过滤器为技术核心，设置多个过滤管，分级过滤器，其成本较高，工艺复杂，需要更换过滤管耗材或者喷油催化燃烧等，均给使用者带来了额外的运行费用。因此，如何实现柴油颗粒物捕捉器的低成本长期稳定运行，提高柴油机运行性能，实现高效率、设备结构简单的维护运行系统成为本领域从业人员迫切需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.技术目的：针对现有颗粒捕捉器反吹依赖外部反吹动力，成本和能耗高的不足，本发明公开了一种利用柴油机自身排气温度，将烟气热能转换为反吹系统空气动能的颗粒物捕捉器零能耗反吹系统。
5.技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：一种颗粒物捕捉器零能耗反吹系统，包括颗粒捕捉器和反吹装置，颗粒捕捉器的两端分别连接有进烟管和排烟管，进烟管与柴油机的排气端连通，在进烟管上设置进烟阀，进烟管在进烟阀和颗粒捕捉器之间的管段上设有集尘装置，排烟管上设置排烟阀，反吹装置包括气压罐、用于获取进烟热量的导热机构，用于向反吹装置内补气的补气组件以及用于进行颗粒捕捉器反吹再生的反吹管，导热机构连接进烟管和气压罐，反吹管一端与气压罐连通，另一端与排烟管连通，在反吹管靠近排烟管的一端设置用于控制反吹管路开闭的反吹阀；导热机构将进烟管内的烟气热量传递到气压罐内，气压罐内的空气受热膨胀，在进行颗粒捕捉器反吹再生时，打开反吹阀，关闭进烟阀和排烟阀，气压罐内的高压气体将颗粒捕捉器内的颗粒物吹至集尘装置中。
6.优选地，本发明的导热机构采用重力热管，气压罐位于进烟管的上方，重力热管设置在气压罐和进烟管之间，重力热管自下而上包括蒸发段、绝热段和冷凝段，其中蒸发段和
冷凝段均采用是翅片管结构，蒸发段位于进烟管内，冷凝段位于气压罐内，重力热管中的工质吸收烟气的热量后汽化，沿绝热段进入冷凝段，遇到气压罐内的低温环境后，在冷凝段冷凝，将热量释放，气压罐内的气体吸收热量，温度升高，压力增加。
7.优选地，本发明的补气组件包括通气管和补气阀，在反吹结束后，打开补气阀，外部气体通过通气管进入气压罐进行补气。
8.优选地，本发明的气压罐上设置泄气管和安全阀，安全阀安装在泄气管上，在气压罐内压力超过设定压力值时，通过安全阀进行泄放，保持气压罐的压力在设定范围内。
9.优选地，本发明的集尘装置通过设置在端口的集尘阀与进烟管连通，在进行反吹再生时，打开集尘阀，收集颗粒捕捉器内的颗粒物。
10.优选地，本发明的气压罐上外部包覆有第一保温层，反吹管上包覆有第二保温层。
11.有益效果：本发明所提供的一种颗粒物捕捉器零能耗反吹系统具有如下有益效果：1、本发明的反吹装置通过导热机构吸收柴油机烟气内的能量，传递至气压罐中，随着气压罐的温度升高，在总容积不变的情况下，压力逐步增大，在进行颗粒捕捉器反吹再生时，使用气压罐内的高压空气进行反向吹除，将颗粒物吹入集尘装置内；利用烟气自身热量转化为气体的动能，实现零能耗反吹，节省能源和成本，同时设置阀门控制管路的开闭，操作简便可靠。
12.2、本发明的导热机构采用重力热管，气压罐位于进烟管的上方，重力热管竖向设置在气压罐和进烟管之间，将二者连通，利用重力热管竖向设置时单向导热的特性，将烟气中的热量传递到气压罐内，重力热管的蒸发段和冷凝段均采用翅片式结构，增加换热面积，提高传热速率，能够更快将烟气中热量传递到气压罐，快速达到反吹状态需求，柴油发动机工作过程中排烟温度低于气压罐内温度时，由于重力热管的单向导热效应，气压罐内的热量不会反向导出至烟气而维持高温状态。
13.3、本发明进烟阀位于重力热管和颗粒物捕捉器之间的管段上，在反吹状态时，关闭进烟阀能够使颗粒物吹至集尘装置内，避免积存在进烟管内。
14.4、本发明气压罐上设置泄气管和安全阀，在气压罐内压力达到设定压力时，通过安全阀自动进行放气，安全性好。
15.5、本发明在气压罐上包覆第一保护层，在反吹管上包覆第二保温层，通过两个保温层降低热力损失，同时保证在气体到达颗粒物捕捉器时，有足够的吹除压力，保证反吹效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
17.图1为本发明整体结构图；其中，1
‑
安全阀，2
‑
泄气管，3
‑
气压罐，4
‑
第一保温层，5
‑
冷凝段，6
‑
通气管，7
‑
补气阀，8
‑
反吹管，9
‑
第二保温层，10
‑
反吹阀，11
‑
排烟阀，12
‑
排烟管，13
‑
颗粒物捕捉器，14
‑
集尘阀，15
‑
集尘装置，16
‑
进烟阀，17
‑
进烟管，18
‑
蒸发段，19
‑
绝热段。
具体实施方式
18.下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
19.如图1所示为本发明所公开的一种颗粒物捕捉器零能耗反吹系统，用于柴油机尾气的净化处理，包括颗粒捕捉器1和反吹装置，颗粒捕捉器的两端分别连接有进烟管17和排烟管12，进烟管17与柴油机的排气端连通，在进烟管17上设置进烟阀16，进烟管17在进烟阀16和颗粒捕捉器13之间的管段上设有集尘装置15，排烟管12上设置排烟阀11，反吹装置包括气压罐3、用于获取进烟热量的导热机构，用于向反吹装置内补气的补气组件以及用于进行颗粒捕捉器反吹再生的反吹管8，补气组件包括通气管6和补气阀7，在反吹结束后，打开补气阀7，外部气体通过通气管6进入气压罐3进行补气，在气压罐3上还设置泄气管2和安全阀1，安全阀1安装在泄气管2上，在气压罐3内压力超过设定压力值时，通过安全阀1进行泄放，保持气压罐3的压力在设定范围内。
20.导热机构连接进烟管17和气压罐3，反吹管8一端与气压罐3连通，另一端与排烟管12连通，在反吹管8靠近排烟管12的一端设置用于控制反吹管路开闭的反吹阀10；导热机构将进烟管17内的烟气热量传递到气压罐3内，气压罐3内的空气受热膨胀，在进行颗粒捕捉器反吹再生时，打开反吹阀10，关闭进烟阀16和排烟阀11，气压罐3内的高压气体将颗粒捕捉器内的颗粒物吹至集尘装置15中。
21.本发明的导热机构采用重力热管，利用重力热管的单向导热原理，将气压罐3设置在进烟管17的上方，重力热管设置在气压罐3和进烟管17之间，重力热管自下而上包括蒸发段18、绝热段19和冷凝段5，其中蒸发段18和冷凝段5均采用是翅片管结构，蒸发段18位于进烟管17内，冷凝段5位于气压罐3内，重力热管中的工质吸收烟气的热量后汽化，沿绝热段19进入冷凝段5，遇到气压罐3内的低温环境后，在冷凝段5冷凝，将热量释放，气压罐内的气体吸收热量，温度升高，压力增加，若柴油发动机工作过程中排烟温度低于气压罐3内温度时，由于重力热管的单向导热效应，气压罐3内的热量不会反向导出至烟气而维持高温状态。
22.本发明的集尘装置15通过设置在端口处的集尘阀14与进烟管17连通，在进行反吹再生时，打开集尘阀14，收集颗粒捕捉器13内的颗粒物。
23.本发明的气压罐3上外部包覆有第一保温层4，反吹管8上包覆有第二保温层9，以减少气体与外界环境间的热传递减小热损失和压力损失，保证足够的反吹压力，达到良好的再生效果。
24.进一步地，为保证更加及时的对颗粒物捕捉器的工作状态进行判断，保证对烟气的处理效果，提升系统的智能化程度。本发明还在颗粒物捕捉器13的两端并联有压差传感器，压差传感器与柴油机连锁，并将排烟阀11、进烟阀16、补气阀7、反吹阀10和集尘阀14均采用电磁阀，通过控制程序控制阀门开闭，实现烟气处理和反吹再生两种模式的切换，在颗粒物捕捉器的压差高于设定值时，柴油机自动进行停机，然后打开反吹阀10进行一次清理，如此间歇式的自动进行颗粒物捕捉器的反吹再生，提升系统的智能自动化程度，减小人工参与量，节省人力成本。
25.本发明提供的一种颗粒物捕捉器零能耗反吹系统在使用时，前期检查安全阀1是否处于正常关闭状态，补气阀7处于开启状态，检测气压罐3内空气温度与压力，气压罐3应处于常温状态，压力与外部大气一致；在柴油机开始工作时，进烟阀16与排烟阀11处于开启
状态，补气阀7、反吹阀8和集尘阀14处于关闭状态，高温度烟气从进烟管17进入，经过颗粒捕捉器13，烟气中的颗粒物经过颗粒捕捉器时被拦截下来并积存在颗粒捕捉器内腔，净化后的烟气经排烟管12排出。
26.当高温度烟气经过蒸发段18时，烟气与蒸发段18的翅片管间进行换热，吸热温度升高，由于其传热效应，将热量经绝热段19传递至冷凝段5，高温的冷凝段5向气压罐内3的冷空气释放热量，加热气压罐3里的空气，从而气压罐3内的温度与压力逐渐升高，随着加热时间的增长，气压罐3内的温度逐渐趋于进烟管17内的烟气温度。如在一个大气压下气压罐3内温度从常温20℃加热升高至400℃时，气压罐内压力将增加2.3倍，若柴油发动机工作过程中排烟温度低于气压罐3内温度时，由于重力热管的单向导热效应，气压罐3内的热量不会反向导出至烟气而维持高温状态。
27.当发动机停止工作时，管道开始逐渐冷却，由于重力热管的单向导热的性质，气压罐3的热量不会在重力方向向下传递，即热量不会从冷凝段5传递至蒸发段18，反吹系统工作时，关闭进烟阀16，排烟阀11，打开反吹阀10，集尘阀14；气压罐3内高压气体在颗粒物捕捉器13的前后形成100000pa以上的压差，对颗粒捕捉器进行反吹，进而将颗粒捕捉器内颗粒物吹至集尘装置15中，常规柴油发动机排烟的颗粒捕捉器工作允许压差为3000pa~5000pa，利用20倍以上的反向压差可以很好的起到清理效果；反吹工作结束后开启补气阀7，气压罐3内气体温度与压力逐渐趋于环境状态，颗粒物捕捉器吹除完成，可以再次使用柴油机，保证对烟气的净化效果。
28.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。