内燃机颗粒物排放后处理净化装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了内燃机颗粒物排放后处理净化装置，属于环保【技术领域】，其特点为采取强制流通方式，改变排气通过路径，使排气100％通过过滤体，同时采用具有不同捕集效率(材质、形状、密度)的过滤体组合，使不同粒径的碳烟或/和颗粒物被分别捕集，提高捕集效率，解决目前内燃机颗粒物排放捕集装置中由于碳烟或/和颗粒物迅速堆积引起的排气背压激增问题。颗粒物的再生可以采用任何连续或/和间歇式再生方式进行，如过滤体涂覆催化剂方式，或者与其他再生方式配合实现。整体过滤效率范围较宽，可达到30-90％。可以作为多种内燃机颗粒物排放后处理净化装置使用。装载柴油发动机后颗粒物排放可达到国四以上标准。
【专利说明】内燃机颗粒物排放后处理净化装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机颗粒物排放后处理净化装置【背景技术】
[0002]机动车，尤其是以压燃式发动机(如柴油机)为动力的机车，其排放的废气中含有大量的碳烟，以及黏附在其上的各种有机物质，对人体和环境会造成较大的伤害。对碳烟或微粒物排放的控制是目前机动车排放研究的重点和热点，也是国III排放标准升级到国IV排放标准的关键技术点，国IV标准要求颗粒物相比国III排放标准降低80%。同时其他工业锅炉及替代燃料内燃机也存在颗粒物排放问题，急需高效的颗粒物后处理净化装置。
[0003]针对国IV标准对颗粒物的排放要求，对于重型柴油车，整车企业倾向于以机内净化(高压共轨、多点喷射等)为主，对于轻型车引入DOC加D0C/DPF/P0C的后处理技术。DOC加DOC技术过滤效果有限(30-50% )，对于原排较好机型有一定应用性。但是DOC与DPF只用一级单一过滤体，需要在过滤体上除掉部分或全部颗粒物。由于不存在捕集任务的分担，要求D0C/DPF有足够的过滤效率，同时要求发动机颗粒物排放不能过高，否则会产生颗粒物易堵塞，需要频繁再生的问题。
[0004]目前在应用D0C/DPF进行微粒排放控制时，首现需要对原机排放进行有效控制，以控制颗粒排放量尽量在可过滤状态，这将会增加发动机本身系统的复杂性和成本。另外DPF的应用包括涂覆催化剂进行再生需要清洁柴油，目前国内柴油中硫含量太高(350ppm)，很难达到国IV要求(低于50ppm)。这些都是目前DPF技术推广面临的巨大问题。
[0005]对于柴油车，本系统的优势更加明显，在用柴油车尤其是使用年限接近或超过10年，形式历程接近或超过二三十万公里的在用柴油车，其排放较之新车要恶劣许多。
[0006]实际应用经验早已证明，在这种柴油车安装DPF系统产生问题很多。其原因就在于由于DPF系统仅采用单一的、微小的壁流式过滤体，在单一载体上要讲几乎所有的碳烟等微粒物全部截留，而不存在分担，导致DPF过滤任务负荷过大。DPF容易发生堵塞导致影响发动机功率，无法应用。尤其是发动机冷启动时排放的颗粒物更多。DPF前端进气道被微粒物堵塞后导致过滤壁的过滤作用不能完全发挥。在这中情况下强行进行再生，很有可能导致过多符合的碳烟在DPF上骤然反应放出大量热量，导致DPF被烧裂或者烧融。这是DPF实际应用中最大问题，也是限制DPF推广使用的最大障碍。
[0007]本发明属于以上排放净化技术中的POC结构，主要采用不同捕集效率的过滤体组合，同时强制排气通过该过滤体，实现对组成及粒径不同的颗粒物过滤分担，尤其对于PM2.5及以下的超微小颗粒物可以在最后一级过滤结构中引入高密度的过滤体材料，从而保证PM2.5等颗粒物被定位分担过滤，提高过滤效率，配合再生时可以有效延长再生频率。整体过滤效率根据过滤体组合方式不同范围较宽，可达30-90 %。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种内燃机颗粒物排放后处理净化装置，对柴油机排放污染物中的颗粒物进行分级捕集过滤，从而将废气中的颗粒物部分或全部高效除去，延长颗粒物再生时间间隔。
[0009]本发明的另一目的是提供一种内燃机颗粒物排放后处理净化装置。
[0010]为实现本发明目的，本发明的内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其由3层以上的过滤体构成，每段过滤体的过滤效率不同或相同，用于捕集或过滤不同大小和不同成分的碳烟和/或颗粒物。
[0011]所述不同级别的过滤体的过滤效率从进气端向出气端逐级增加，也即其过滤孔半径逐级减小。从而净化掉30-90 %的颗粒物。
[0012]所述过滤体以2-5层为最佳。或者采用多层卷绕结构，每层过滤体中间留或不留缓冲空间。
[0013]所述过滤体中金属纤维板/毡或/和金属丝网板可以卷制为波浪状、正弦状、三角状、梯形状或者其他形状也可以不卷制直接使用。
[0014]所述的过滤体，包括但不限于各种材质的泡沫、丝网、网孔板、纤维板、纤维毡、颗粒捕集器、颗粒过滤器、滤烟器、滤尘带及各种形式的整体式或球状碳烟、颗粒收集器等。
[0015]所述的过滤体的材质包括但不限于:金属或其合金比如铁铬铝、镍镉铝、不锈钢、陶瓷、氧化物或氧化物复合体、堇青石、碳化硅、钛酸铝、氧化铝、莫莱石、各种织物及各种无机或有机化合物等。
[0016]所述的过滤体的过滤机理包括但不限于:表面截流、深层截流、碰撞、节流、吸附、离心和聚沉等等。
[0017]所述的内燃机颗粒物排放后处理净化装置各层过滤体的形状、大小、尺寸、折痕密集程度可以根据排放标准需要调整。与前后端底板固定方式、过滤体中板材连接形式(焊接、钎焊、卡箍)等，可根据实际安装要求而定。
[0018]所述的过滤体上可以负载上各种用途的催化剂或吸附剂，或对过滤体进行升温加热(如电阻丝或微波加热器)等，从而在过滤颗粒的同时净化废气中的各种有害气体或微生物体。
[0019]本发明的净化装置前后可以根据需要增设压力传感器，所有压力传感器均与一压力信号显示和处理装置相连。
[0020]所述的内燃机颗粒物排放后处理净化装置可以根据过滤体前后压力传感器感应的值计算显示过滤体的背压，从而决定是否进行再生。
[0021]所述的内燃机颗粒物排放后处理净化装置可以采用任何连续的或/和间歇式的再生形式对过滤体进行再生。
[0022]所述的再生形式可以是强制的(外加热)，也可以是自发的(催化剂提供燃烧热
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[0023]所述的再生方法包括但不限于:反吹再生、加热再生、清洗再生、催化再生、尾管喷射燃油再生、微波再生及其他各种形式的物理的或化学的再生方式，这些再生方式均为本领域技术人员所熟知。
[0024]本发明采用分级过滤的方式，在气体入口端采用过滤孔径较大、过滤效率较低的初级过滤体；其后采用过滤孔径相对较小、过滤效率相对较高的次级过滤体；逐级减小过滤孔半径、提高过滤效率从而达到分摊过滤任务的目的，充分发挥每段过滤体效率、最大限度进行微粒捕集，不会导致过滤体被完全堵死。
[0025]由于每级过滤体均发挥过滤作用，总的过滤效率要高于于DPF，所以过滤体的体积相对DPF可以做的更小一点，而根据需要，可在最外层安装壁流式过滤体，从而滤掉剩下的所有细小颗粒，完全净化除去废气中的所有颗粒物。由于壁流式过滤器仅承担对细小颗粒的过滤任务，负荷很小，不可能被立即堵死，有足够的时间进行再生，其相对容积也不必如DPF那么大。
[0026]根据需要，可以采用多种方式对本发明所述的内燃机颗粒物排放后处理净化装置进行间歇式或连续式再生。如进行加热再生，反吹再生乃至水洗。由于每段过滤体只分担一小部分过滤任务，工作负荷并不大，再生的间隔要远大于DPF。若在这种后处理净化装置入口处或某段过滤体的入口处，或整个装置的外部安装上在线加热装置(如电阻丝或微波加热器、等离子加热器)等，则可对其进行连续再生。由于每段的负荷并不重，每段捕集到的颗粒物总量并不多，且相对均匀。因此很容易再生，一般不会产生局部过热的现象，从而能有效防止过滤体被烧损。
[0027]根据需要可以在其中某一级或某几级乃至整个过滤体上负载上相同或不同成分的催化剂。例如可以负载上不同组分的氧化催化剂，从而可促进被捕集的颗粒进行氧化燃烧，实现连续再生。或涂上有机废气VOC催化剂，在过滤颗粒的同时，对废气中的有机物或/和微生物进行催化燃烧，从而提供无菌洁净空气。
[0028]同样原理，本发明内燃机颗粒物排放后处理净化装置可用于各种工业和民用场所，用于对工业或民用废气(固定污染源)中的颗粒物进行净化处理。
[0029]使用本发明的内燃机颗粒物排放后处理净化装置，可以不必考虑发动机的原始排放和燃油的问题，由于采用多级过滤，可以充分发挥每级过滤体的最大过滤效率，并且其各层过滤体的形状和尺寸也可因地制宜的改变，因此其实际安装尺寸及对空间的适应性要远优于DOC及DPF。
[0030]相对于目前的DPF或类似装置，本发明装置的另一个特点就是成本较低。该装置是将不同规格或类型的常规的过滤体进行组合，对过滤体本身的要求并不高，采用成熟产品，本地采购。
[0031]本发明的内燃机颗粒物排放后处理净化装置可用于使用各种燃料的在用或新生产的发动机、汽车、摩托车、柴油车、船舶、发电机组、工程机械、园林机械及各种非道路机械和火车机车等废气处理。该装置尤其适用于燃用柴油(包括生物柴油和各种柴油待用燃料)的各种发动机、动力机械、机动车、机车、船舶、舰艇、工程机械、发电机组、工业锅炉、VOC燃烧装置和非道路机械等。用于净化排气废气中的碳烟等固体和/或液体颗粒物。
[0032]本发明的内燃机颗粒物排放后处理净化装置的另一个重要应用是在工业和民用除尘领域。用于各种窑、炉、锅、灶、生产线、生产机械(如筛分机、掘进机)等、生产装置等的废气净化和烟尘、灰尘处理；用于各种坑、井、地下室、爆炸腔、无尘室及各种封闭或半封闭空间的进、排气风口以净化进排气。
[0033]本发明的内燃机颗粒物排放后处理净化装置还可用于生物制药、无尘实验室等对环境气氛要求较严格的领域。根据应用需要，在过滤体上负载各种用途的催化剂、吸附剂或对其进行升温加热，从而在过滤颗粒的同时，净化废气中的各种有害气体或微生物体。用于进气系统，从而提供无尘无菌的洁净环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置结构示意简图；
[0035]其中4为丝网板；5为金属纤维毡；6为丝网板
[0036]图2为本发明所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置常见横截面及气体流动途径不意图；
[0037]其中I为第一层过滤体；2为第2层过滤体；3为第3层过滤体；
[0038]图3为过滤体结构示意简图；
[0039]其中4为丝网板；5为金属纤维租；6为丝网板
[0040]图4为前段添加氧化型催化剂的颗粒物后处理装置的气体流动途径示意图；
[0041]图5为实施例1中剖面结构示意图；
[0042]图6为实施例2中剖面结构示意图；
【具体实施方式】
[0043]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0044]实施例1
[0045]本实施例为本发明内燃机颗粒物排放后处理净化装置与前段DOC组合使用所制作样品，见简图5。
[0046]采用发动机台架试验测试颗粒物转化效率，工况采用怠速到额定转速的13个状态点，稳定后测量尾气中PM浓度，采集完成后折算成PM总排放量。发动机采用国产某款
1.8L柴油发动机。
[0047]为提高起燃温度前段DOC采用400目2.0L金属载体，后段颗粒物净化部分采用3层过滤体结构，由气流方向分别为分别为捕集效率逐渐提高的不同密度的铁铬铝纤维毡，支撑部分采用金属网孔板。
[0048]整个装置前后放置压力传感器，所有压力传感器均与压力信号显示和处理装置相连，可根据前后压力传感器感应的值，计算、显示出净化装置的背压，从而决定是否对整体装置进行再生。
[0049]网孔板与筒体采用焊接方式固定，所有连接处采用满焊工艺，防止气流流向变动或者不经过过滤体流出净化装置。外筒体上采用箭头表明安装方向。
[0050]将该装置放置在发动机排气系统中，由安装前后PM排放量计算转化效率为55.7%。最大排气背压为IOkPa0
[0051]表1实施例1中内燃机颗粒物排放后处理净化装置过滤体相关参数
[0052]
【权利要求】
1.内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于，其由3层或3层以上过滤体构成。
2.根据权利要求1所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于过滤体过滤性能由进气方向向出气方向逐级递增。也可以根据实际情况采用单一规格过滤体。
3.根据权利要求1所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于，每层过滤体可折叠、卷绕或者滚压以及以其他方式制成各种形状结构以增加过滤面积，折痕密集程度可以根据排放标准需要调整。每层过滤体折叠卷绕方式可以根据需要改变，也可简单卷绕不留缓冲空间做成流通式或者部分流通式或者壁流式载体结构。
4.根据权利要求1所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于过滤体由多种具有过滤效果的材料组合而成，包括但不仅限于金属纤维板、金属纤维毡、丝网、泡沫陶瓷、多孔陶瓷、DPF、颗粒捕集器、颗粒收集器等组合而成。
5.根据权利要求1所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于所述的过滤体的材质包括但不限于:金属或其合金如铁铬铝、镍镉铝、不锈钢、陶瓷、氧化物或氧化物复合体、堇青石、碳化硅、钛酸铝、氧化铝、莫莱石、各种织物及各种无机或有机化合物等。
6.根据权利要求1所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于所述的过滤体的过滤机理包括但不限于:表面截流、深层截流、碰撞、节流、吸附、离心和聚沉等等。
7.根据权利要求1所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于当过滤体使用金属纤维板时，金属纤维板卷成各种形状的过滤体后，由不锈钢丝网板固定于金属纤维板两侧或一侧并起支撑作用。也可使用组合式的由丝网板和金属纤维板压制成的复合板材结构做成各种形状或者平板状卷绕使用。
8.根据权利要求1所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于过滤体上可以涂覆氧化型催化剂进行再生或者与其他催化器联合使用以提高尾气净化效果，也可以不涂覆催化剂与其它主动或者被动再生装置/方式组合使用，也可以在POC前段增加DOC作为碳烟和颗粒物再生的热量来源。
9.根据权利要求1所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于可以在净化装置前后端口各设一压力传感器，便于随时监控颗粒物堆积情况，做出再生指令，所有压力传感器均与压力信号显示和处理装置相连。
10.根据权利要求1所述内燃机颗粒物排放后处理净化装置，其特征在于可以作为多种内燃机颗粒物排放后处理净化装置使用，包括但不仅限于工业锅炉、柴油发电设备、柴油发动机、替代燃料发动机、废气燃烧装置。
【文档编号】B01D46/24GK103861396SQ201210544631
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月17日 优先权日:2012年12月17日
【发明者】王健, 潘陆陆 申请人:北京英泰世纪环境科技有限公司