柴油发电机组烟羽微粒捕集装置及方法与流程

本发明涉及一种柴油机的尾气烟羽处理装置，具体涉及一种有效滤除柴油机烟羽中的碳烟颗粒并降低烟羽温度的金属纤维毡微粒捕集系统，还涉及微粒处理方法，属于红外抑制技术领域。

背景技术：

柴油发电机组具有良好的动力性和燃油经济性，在发电装备中得到广泛的应用。柴油机在工作过程中，柴油燃烧时产生的总热量只有三分之一左右转化为有效功，35%～40%的热量从发动机排气管中以废气形式带走，其余热量被散热器和机体表面带走。由于大部分热量是通过排气系统带走，导致其尾气排放系统及尾喷流成为最突出的红外辐射源。柴油机正常工作下的尾气温度一般为250～500⁰c，其内含有大量高温碳烟颗粒，形成了羽毛状漂浮的烟羽。柴油机碳烟微粒排放是汽油机的30～80倍，微粒（pm）含量达到0.15g/m³～0.30g/m³，这些碳烟颗粒污染环境危害人体健康，柴油机排放的尾气是粒径小于2.5µm碳烟颗粒的主要排放源，这些小颗粒容易被人体吸入，形成慢性病变甚至致癌。而且化石燃料燃烧形成的烟气中，气体辐射并不占主要地位，占主要地位的是炭黑粒子(0.01～0.5µm)与灰粒（10～20um)的辐射，这些高温碳烟颗粒是尾喷流的主要红外辐射源。此外，碳烟颗粒与空气形成的气溶胶形成所谓的黑烟，可见光目标信号特征明显。在军事领域，含碳烟颗粒的高温尾喷流成为柴油机及其所配属柴油发电机组装备的重要目标信号特征源，导致其很容易被敌发现、识别和精确打击，从而大大降低了柴油发电机组及其保障系统装备的战场生存能力和作战效能的发挥。如何滤除柴油机尾喷流中的高温碳烟颗粒已成为柴油机发电机组隐身的关键问题。

柴油机微粒捕集器dpf(dieselparticulatefilter)是目前国际上公认的最实用有效和接近商品化的柴油机排气微粒后处理技术。dpf系统一般由过滤装置、再生装置和控制装置三部分组成，其关键技术是过滤材料和过滤体再生。对过滤体材料的要求是：高的微粒过滤效率；低的排气阻力；高的机械强度和抗振动性；具备抗高温氧化性的耐热冲击性与耐腐蚀性。以材料基体划分，当前国内外正在研究和应用的捕集器滤芯材料，可以分为陶瓷基材料和金属基材料两类。陶瓷基过滤材料是目前应用较多的一种过滤材料，主要包括壁流式蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷和陶瓷纤维毡等。壁流式蜂窝陶瓷过滤体为目前国际公认的综合性能最优，使用最广泛的微粒捕集器过滤体。但陶瓷基过滤材料在强度、韧性、导热性、抗振动性比金属基过滤材料差，再生过程中受热不均匀,易发生热应力损坏。正在研究和应用的金属基过滤材料主要有编织金属丝网、烧结金属多孔材料、泡沫合金和金属纤维毡。其中金属纤维毡具有高强度、使用寿命长、高容尘量等特点；与丝网过滤材料相比，具有过滤精度高、透气性好、表面积大等优点，尤其适于在高温、有腐蚀介质等恶劣条件下的使用，因此是一种很有前途的柴油机微粒过滤材料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、可有效滤除柴油发动机烟羽中的碳烟颗粒并降低烟羽温度的柴油发电机组烟羽微粒捕集装置。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种柴油发电机组烟羽微粒捕集装置，包括第一电控截止阀、第二电控截止阀、金属纤维毡微粒捕集器、电自加热再生装置、控制器和烟气混合冷却通道，柴油机排烟管与分成两路的连接管相连，一路连接管通过第一电控截止阀通向金属纤维毡微粒捕集器的输入端，金属纤维毡微粒捕集器的输出端通过管道与烟气混合冷却通道相通；另一路连接管通过第二电控截止阀与烟气混合冷却通道相通；电自加热再生装置的加热电源两端分别顺次通过连接线、绝缘接头与对应的金属纤维毡微粒捕集器的连接端相连，控制器的信号控制线分别与第一电控截止阀控制端、第二电控截止阀控制端相连，控制器的信号采集线分别与设置在柴油机排烟管及金属纤维毡微粒捕集器内对应的传感器相连。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的，所述金属纤维毡微粒捕集器包括壳体、紧固环、数个支撑骨架、金属纤维毡过滤体和后盖，数个支撑骨架间隔设置在呈筒形的金属纤维毡过滤体内，插进壳体内的金属纤维毡过滤体前端通过紧固环锁紧，金属纤维毡过滤体后端嵌入后盖一侧中心轴向延伸的限位套内，后盖固定在壳体一端上；加热电源两端分别通过绝缘接头与金属纤维毡过滤体相连。

进一步的，所述后盖另一侧中心轴向延伸出端面带有连接法兰的后连接管。壳体另一端先通过圆锥管收缩后再轴向延伸出端面带有连接法兰的前连接管。

进一步的，所述壳体和后盖均采用不锈钢板加工而成。

进一步的，所述电自加热再生装置的加热电源为蓄电池。

一种柴油发电机组烟羽微粒捕集装置的方法，包括步骤1）和步骤2）,其中，步骤1）包括以下两种不同的工作模式：

1.1尾气经金属纤维毡微粒捕集器捕集微粒后再进入烟气混合冷却通道冷却后排出

柴油机排出的尾气进入排烟管后的连接管中，连接管中的尾气颗粒浓度传感器检测到尾气颗粒浓度，并将检测到的尾气颗粒浓度信号通过对应的信号采集线反馈给控制器；当控制器检测出尾气颗粒浓度大于设定值时，发出指令通过第一电控截止阀控制端关闭第一电控截止阀，通过第二电控截止阀控制端开启第二电控截止阀；柴油机排出的尾气经过第二电控截止阀进入金属纤维毡微粒捕集器捕集微粒，经过捕集微粒后达到排放要求的尾气进入烟气混合冷却通道，高温尾气被柴油发电机组内排出的温度相对较低的冷却风冷却、混合并稀释后不高于85℃的尾气通过混合排风口排出；

1.2尾气直接进入烟气混合冷却通道冷却后排出

柴油机排出的尾气进入柴油机排烟管后的连接管中，柴油机排烟管中的尾气颗粒浓度传感器检测到尾气颗粒浓度，并将检测到的尾气颗粒浓度信号通过对应的信号采集线反馈给控制器；当控制器检测出尾气颗粒浓度小于设定值时，控制器发出指令通过第二电控截止阀控制端关闭第二电控截止阀，通过第一电控截止阀控制端开启第一电控截止阀；尾气经过第一电控截止阀直接排入烟气混合冷却通道，高温尾气被柴油发电机组内排出的温度相对较低的冷却风冷却、混合并稀释后不高于85℃的尾气通过混合排风口排出；

步骤2）电自加热再生装置启动燃烧碳烟颗粒

当控制器通过对应位置的压力传感器检测到金属纤维毡微粒捕集器前后端压差大于电自加热再生装置启动设定值时，控制器指令启动电自加热再生装置，并通过金属纤维毡过滤体表面的检测温度调节加热电源的加热电流；金属纤维毡过滤体通电后产生高温烧毁吸附在其表面的碳烟颗粒，然后排出燃烧后生成的二氧化碳气体，从而减小金属纤维毡过滤体气体通过的阻力；当金属纤维毡过滤体前后压差下降到电自加热再生装置的压力设定值时，控制器指令自加热再生装置停止加热再生。

本发明通过金属纤维毡微粒捕集器捕集柴油机排放尾气中的微粒，再通过电自加热再生装置烧毁微粒，从而排放符合排放标准的尾气，可以有效滤除柴油发电机组尾气中的碳烟颗粒，同时能够降低尾气温度，有效抑制了由尾气烟羽引起的红外和可见光目标信号特征。本发明通过连接管中的尾气颗粒浓度传感器的检测，确定尾气能否直接排放，并通过第一电控截止阀和第一电控截止阀的切换选择排放模式。控制器根据实时采集的颗粒浓度信号和压力信号自动控制微粒捕集器的和电自加热再生装置的启用，从而有效减轻金属纤维毡微粒捕集器的负荷，缩小了其体积、延长了电自加热再生装置使用间隔时间和使用寿命。本发明还具有结构简单、体积小、坚固耐用且适合野战装备使用，维护保养简单等优点。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的金属纤维毡微粒捕集器立体分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括第一电控截止阀1、第二电控截止阀2、金属纤维毡微粒捕集器3、电自加热再生装置4、控制器5和烟气混合冷却通道6，柴油机排烟管7与分成两路的连接管8相连，一路连接管8通过第一电控截止阀1通向金属纤维毡微粒捕集器3的输入端，金属纤维毡微粒捕集器3的输出端通过管道9与烟气混合冷却通道6相通。另一路连接管8通过第二电控截止阀2与烟气混合冷却通道6相通。电自加热再生装置4的加热电源41两端分别顺次通过连接线42、绝缘接头43与对应的金属纤维毡微粒捕集器3的连接端相连；电自加热再生装置4的加热电源41为蓄电池。

控制器5的信号控制线51分别与第一电控截止阀控制端11、第二电控截止阀控制端21相连，控制器5的信号采集线52分别与设置在柴油机排烟管7及金属纤维毡微粒捕集器3内对应的传感器相连。

如图2所示，金属纤维毡微粒捕集器3包括壳体31、紧固环32、数个支撑骨架33、金属纤维毡过滤体34和后盖35，数个支撑骨架33间隔设置在呈筒形的金属纤维毡过滤体34内，插进壳体31内的金属纤维毡过滤体34前端通过紧固环32锁紧，后端嵌入后盖35右侧中心轴向延伸的限位套351内，后盖35固定在壳体31左端上。后盖左侧中心轴向延伸出端面带有连接法兰的后连接管352，壳体31右端先通过圆锥管收缩后再轴向延伸出端面带有连接法兰的前连接管311，这样的结构便于管道连接。壳体31和后盖35均采用不锈钢板加工而成。金属纤维毡是高导电性能的过滤材料，采用极其精细的金属纤维（直径精确到微米）经无纺铺制、叠配经高温烧结而成，由不同孔径层形成孔梯度，可控制得到极高的过滤精度和更大的纳污量。具有三维网状，多孔结构，孔隙率高，表面积大，孔径大小分布均匀等特点，能连续保持过滤网布的过滤作用，其强度高、抗振动性、韧性、导热性均较强，是要求较高的野战柴油发电机组微粒捕集器最适宜的过滤材料。金属纤维毡过滤体34可以采用结构简单体积小的电自加热再生方式。在金属纤维毡过滤体34通电加热时，不锈钢制成的壳体31和后盖35耐高温、使用寿命较长。

一种柴油发电机组烟羽微粒捕集装置的方法，包括步骤1）和步骤2）,其中，步骤1）包括以下两种不同的工作模式：

1.1尾气经金属纤维毡微粒捕集器3捕集微粒后再进入烟气混合冷却通道6冷却后排出

柴油机排出的尾气如图1中的实线箭头所指方向向右进入柴油机排烟管7后的连接管8中，柴油机排烟管7中的尾气颗粒浓度传感器53检测到尾气颗粒浓度，并将检测到的尾气颗粒浓度信号通过对应的信号采集线52反馈给控制器5。当控制器5检测出尾气颗粒浓度大于设定值时，发出指令通过第一电控截止阀控制端11关闭第一电控截止阀1，通过第二电控截止阀控制端21开启第二电控截止阀2，柴油机排出的尾气如图1中的实线箭头所指方向继续向右经过第二电控截止阀2进入金属纤维毡微粒捕集器3捕集微粒，经过捕集微粒后达到排放要求的尾气进入烟气混合冷却通道6，高温尾气被柴油发电机组内排出的温度相对较低的冷却风（如图1右侧所示向下的空心箭头）冷却、混合并稀释后不高于85℃的尾气通过混合排风口排出。

1.2尾气直接进入烟气混合冷却通道6冷却后排出

柴油机排出的尾气进入柴油机排烟管7后的连接管8中，柴油机排烟管7中的尾气颗粒浓度传感器53检测到尾气颗粒浓度，并将检测到的尾气颗粒浓度信号通过对应的信号采集线52反馈给控制器5。当控制器5检测出尾气颗粒浓度小于设定值时，控制器5发出指令通过第二电控截止阀控制端21关闭第二电控截止阀2，通过第一电控截止阀控制端11开启第一电控截止阀1。尾气如图1中的实线箭头所指方向经过第一电控截止阀1直接排入烟气混合冷却通道6，高温尾气被柴油发电机组内排出的温度相对较低的冷却风冷却、混合并稀释后不高于85℃的尾气通过混合排风口100排出。

步骤2）电自加热再生装置4启动燃烧碳烟颗粒后关闭

当控制器通过对应位置的压力传感器检测到金属纤维毡微粒捕集器3前后端压差大于电自加热再生装置4启动设定值时，控制器5指令启动电自加热再生装置4，并通过检测到的金属纤维毡过滤体34表面温度调节加热电源的加热电流；金属纤维毡过滤体34通电后产生高温烧毁吸附在其表面的碳烟颗粒，然后排出燃烧后生成的二氧化碳气体，从而减小金属纤维毡过滤体34气体通过的阻力。当金属纤维毡过滤体34前后压差下降到电自加热再生装置4的压力设定值时，控制器5指令自加热再生装置4停止加热再生。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。