一种防爆柴油机用尾气净化系统的制作方法

本发明涉及柴油机尾气处理技术领域，尤其涉及一种防爆柴油机用尾气净化系统。

背景技术：

矿用防爆柴油机是一种在地面柴油机基础上增加或者改造原机进排气系统从而能够在爆炸性气体环境中安全使用的柴油机，目前国内大面积使用国二排放标准的防爆柴油机，早在2014年国家就开始强制推行国三排放标准，各大主机厂给予的方案都是更换电喷柴油机，这样一来用户需要格外承担很大一部分费用，而且直接强制报废尚在服役年限内的柴油动力设备对社会资源也是一种极大的浪费。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种防爆柴油机用尾气净化系统，以解决现有技术中的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种防爆柴油机用尾气净化系统，其中，所述防爆柴油机用尾气净化系统包括：

排气分管，所述排气分管设置在防爆柴油机的排气管上，用于将排气管中的尾气进行分流；

氧化催化器，所述氧化催化器与所述排气分管连接，用于对排气管中的尾气进行催化氧化；

碳烟过滤器，所述碳烟过滤器与所述氧化催化器连接，所述碳烟过滤器用于捕集排气管的尾气中的颗粒物；

废气回流电控箱，所述废气回流电控箱与所述排气分管以及防爆柴油机的进气管连接，用于控制所述排气管中的尾气进入所述进气管。

优选地，所述氧化催化器包括：第一保温衬垫、第一减震护套、催化单元、第一定位套和第一水套壳体，所述第一保温衬垫套设在所述催化单元外侧，所述第一保温衬垫和所述催化单元均位于所述第一水套壳体内，所述第一保温衬垫与所述第一水套壳体的内壁之间设置所述第一减震护套，所述催化单元与所述第一水套壳体的一端侧边之间设置第一定位套。

优选地，所述催化单元上设置有多个直通气道和多个旁通气道，所述旁通气道位于所述旁通气道内设置有隔板，所述旁通气道的数量小于所述直通气道的数量。

优选地，所述氧化催化器包括两个第一减震护套，且两个所述第一减震护套分别设置在所述第一保温衬垫的外侧的两端。

优选地，所述碳烟过滤器包括：第二水套壳体、碳烟过滤单元、第二减震护套、第二保温衬垫、第二定位套和旁通阀，所述碳烟过滤单元和所述第二保温衬垫均位于所述第二水套壳体内，且所述第二保温衬垫套设在所述碳烟过滤单元外侧，所述第二保温衬垫与所述第二水套壳体的内壁之间设置有第二减震护套，所述碳烟过滤单元与所述第二水套壳体的一端侧边之间设置第二定位套，所述旁通阀设置在所述第二水套壳体的外侧，且与所述第二水套壳体连接。

优选地，所述碳烟过滤单元包括主体部和设置在主体部上的进气孔道和排气孔道。

优选地，所述碳烟过滤器包括两个所述第二减震护套，且两个所述第二减震护套分别设置在所述第二保温衬垫的外侧的两端。

优选地，所述废气回流电控箱包括冷却器、尾气引入管、阻火器、防爆气门电磁阀、防爆熄火电磁阀、尾气引出管、发动机性能参数采集装置和主控制机构，所述防爆气门电磁阀、所述防爆熄火电磁阀和所述发动机性能参数采集装置均与所述主控制机构电连接，所述防爆气门电磁阀的执行端与所述碳烟过滤器连接，所述防爆熄火电磁阀的执行端与防爆柴油机的发动机连接，所述阻火器与所述主控制机构连接，所述冷却器通过所述尾气引入管与所述阻火器连接，所述冷却器的入口与所述排气分管连接，所述尾气引出管与所述进气管连接，所述发动机性能参数采集装置用于采集发动机的性能参数，所述主控制机构能够对所述发动机的性能参数进行处理得到控制信号，以控制所述防爆气门电磁阀和/或所述防爆熄火电磁阀的工作。

优选地，所述发动机性能参数采集装置包括：防爆油门位置传感器、防爆水温传感器、防爆排温传感器、防爆转速传感器和防爆压力传感器，所述防爆油门位置传感器用于采集发动机的油温位置，所述防爆水温传感器用于采集发动机的水温，所述防爆排温传感器用于采集发动机的排气温度，所述防爆转速传感器用于采集发动机的转速，所述防爆压力传感器用于采集发动机的排气背压。

优选地，所述主控制机构包括防爆腔体、微处理器、废气回流电磁阀、防爆接线端子和防爆呼吸装置，所述防爆腔体的进气口与所述阻火器连接，所述防爆腔体的出气口与所述尾气引出管连接；所述微处理器位于所述防爆腔体内，且与所述防爆气门电磁阀、所述防爆熄火电磁阀和所述发动机性能参数采集装置电连接；所述废气回流电磁阀设置在所述防爆腔体内，且与所述微处理器电连接；所述防爆接线端子设置在所述防爆腔体内，用于将防爆腔体内的接线端口与防爆端口隔开；所述防爆呼吸装置设置在所述防爆腔体内，用于进行气体交换时的灭焰。

本发明提供的防爆柴油机用尾气净化系统，通过在防爆柴油机的排气管上设置排气分管能够实现对排气管中的尾气进行分流，并通过废气回流电控箱进入到防爆柴油机的进气管中，实现废气再循环以降低氮氧化物的排放量，通过氧化催化器降低尾气中的co排放量，通过碳烟过滤器降低尾气中的颗粒物，因此，本发明提供的防爆柴油机用尾气净化系统能够有效提升防爆柴油机的排放性能，使得氮氧化物、co以及颗粒物的排放达到国家标准，且本发明提供的防爆柴油机用尾气净化系统具有结构简单且易于实现的优势。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的防爆柴油机用尾气净化系统的结构示意图。

图2为本发明提供的氧化催化器的分解示意图。

图3为本发明提供的氧化催化器的剖视图。

图4为本发明提供的催化单元的剖视图。

图5为本发明提供的催化单元的侧视图。

图6为本发明提供的碳烟过滤器的分解示意图。

图7为本发明提供的碳烟过滤器的剖视图。

图8为本发明提供的碳烟过滤单元的剖视图。

图9为本发明提供的过滤壁面的放大示意图。

图10为本发明提供的废气回流电控箱的结构示意图。

图11为本发明提供的主控制机构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的第一个方面，提供一种防爆柴油机用尾气净化系统，其中，如图1所示，所述防爆柴油机用尾气净化系统包括：

排气分管110，所述排气分管110设置在防爆柴油机200的排气管210上，用于将排气管210中的尾气进行分流；

氧化催化器120，所述氧化催化器120与所述排气分管110连接，用于对排气管210中的尾气进行催化氧化；

碳烟过滤器130，所述碳烟过滤器130与所述氧化催化器120连接，所述碳烟过滤器130用于捕集排气管210的尾气中的颗粒物；

废气回流电控箱140，所述废气回流电控箱140与所述排气分管110以及防爆柴油机200的进气管220连接，用于控制所述排气管210中的尾气进入所述进气管220。

本发明提供的防爆柴油机用尾气净化系统，通过在防爆柴油机的排气管上设置排气分管能够实现对排气管中的尾气进行分流，并通过废气回流电控箱进入到防爆柴油机的进气管中，实现废气再循环以降低氮氧化物的排放量，通过氧化催化器降低尾气中的co排放量，通过碳烟过滤器降低尾气中的颗粒物，因此，本发明提供的防爆柴油机用尾气净化系统能够有效提升防爆柴油机的排放性能，使得氮氧化物、co以及颗粒物的排放达到国家标准，且本发明提供的防爆柴油机用尾气净化系统具有结构简单且易于实现的优势。

需要说明的是，所述氧化催化器120与所述碳烟过滤器130之间通过第一连接管150连接，所述碳烟过滤器130通过第二连接管160连接至水洗箱。

作为氧化催化器120的具体实施方式，如图2和图3所示，所述氧化催化器120包括：第一保温衬垫121、第一减震护套122、催化单元123、第一定位套124和第一水套壳体125，所述第一保温衬垫121套设在所述催化单元123外侧，所述第一保温衬垫121和所述催化单元123均位于所述第一水套壳体125内，所述第一保温衬垫121与所述第一水套壳体125的内壁之间设置所述第一减震护套122，所述催化单元123与所述第一水套壳体125的一端侧边之间设置第一定位套124。

具体地，如图4和图5所示，所述催化单元123上设置有多个直通气道1231和多个旁通气道1232，所述旁通气道1232位于所述旁通气道1231内设置有隔板1233，所述旁通气道1232的数量小于所述直通气道1231的数量。

具体地，所述氧化催化器120包括两个第一减震护套122，且两个所述第一减震护套122分别设置在所述第一保温衬垫121的外侧的两端。

具体地，所述第一保温衬垫121的作用是当尾气通过催化单元123时阻隔温度对外扩散，保证催化单元123内芯的作用温度。第一减震护套122的作用是杜绝由于设备和发动机的震动导致催化单元123碎裂的可能。催化单元123由陶瓷制造，陶瓷表面均匀涂附上贵金属催化层，催化单元123上密布很多直通气道1231（即直通的小气道）和旁通气道1232（即若干旁通大气道），具体结构如图4和图5所示。参见图4和图5，当尾气通过催化单元,123时产生氧化催化反应，将发动机尾气中的一氧化碳（co）和碳氢化合物（hc）转化成无害的水（h20）和二氧化碳（co2）；在极端情况下直通小孔会出现堵塞，此时发动机排气背压升高，当升高到设定值后会冲破旁通大气道的隔板1233，此时尾气由旁通气道1232排出。第一定位套124的作用是防止催化单元123在第一水套壳体125内产生相对位移。第一水套壳体125主要由两个筒体组成，筒体之间为水套层，保证装置表面温度不超过安标许可值150℃。

作为所述碳烟过滤器130的具体实施方式，如图6和图7所示，所述碳烟过滤器130包括：第二水套壳体131、碳烟过滤单元132、第二减震护套133、第二保温衬垫134、第二定位套135和旁通阀136，所述碳烟过滤单元132和所述第二保温衬垫134均位于所述第二水套壳体131内，且所述第二保温衬垫134套设在所述碳烟过滤单元132外侧，所述第二保温衬垫134与所述第二水套壳体131的内壁之间设置有第二减震护套133，所述碳烟过滤单元132与所述第二水套壳体131的一端侧边之间设置第二定位套135，所述旁通阀136设置在所述第二水套壳体131的外侧，且与所述第二水套壳体131连接。

具体地，如图8所示，所述碳烟过滤单元132包括主体部1321和设置在主体部1321上的进气孔道1322和排气孔道1323。

具体地，所述碳烟过滤器130包括两个所述第二减震护套133，且两个所述第二减震护套133分别设置在所述第二保温衬垫134的外侧的两端。

防爆柴油机用碳烟过滤器130的作用是捕集尾气中的颗粒物pm。参见图6和图7，第二定位套135的作用是防止碳烟过滤单元132在第二水套壳体131内产生相对位移。第二减震护套133的作用是杜绝由于设备和发动机的震动导致碳烟过滤单元132碎裂的可能。第二保温衬垫134的作用是当尾气通过碳烟过滤单元132时阻隔温度对外扩散，保证碳烟过滤单元132内芯的作用温度。碳烟过滤单元132由陶瓷制造，碳烟过滤单元132上密布很多非直通的小气道，具体结构如图8所示。当含有碳烟颗粒的尾气由进气孔道1322进入，进气孔道1322末端堵住，尾气只能通过过滤壁面渗透进入相邻的排气孔道1323内，再由排气孔道1323出，过滤壁面是微孔陶瓷，如图9所示，具有很强的透气性，超过2.5um（可设定）的颗粒将被阻隔在进气孔道1322内，从而对尾气中的碳烟颗粒进行吸附过滤。第二水套壳体131主要由两个筒体组成，筒体之间为水套层，保证装置表面温度不超过安标许可值150℃。旁通阀136在碳烟过滤单元132捕集满碳烟颗粒后在不再生或完全堵塞的情况下由防爆柴油机用废气回流电控箱控制打开，此时尾气通过旁通阀136排入大气，是一种发动机排气背压保护装置。

如图10所示，所述废气回流电控箱140包括冷却器141、尾气引入管142、阻火器143、防爆气门电磁阀144、防爆熄火电磁阀145、尾气引出管146、发动机性能参数采集装置147和主控制机构148，所述防爆气门电磁阀144、所述防爆熄火电磁阀145和所述发动机性能参数采集装置147均与所述主控制机构148电连接，所述防爆气门电磁阀144的执行端与所述碳烟过滤器130连接，所述防爆熄火电磁阀145的执行端与防爆柴油机200的发动机连接，所述阻火器143与所述主控制机构148连接，所述冷却器141通过所述尾气引入管142与所述阻火器143连接，所述冷却器141的入口与所述排气分管110连接，所述尾气引出管146与所述进气管220连接，所述发动机性能参数采集装置147用于采集发动机的性能参数，所述主控制机构148能够对所述发动机的性能参数进行处理得到控制信号，以控制所述防爆气门电磁阀144和/或所述防爆熄火电磁阀145的工作。

具体地，所述发动机性能参数采集装置147包括：防爆油门位置传感器1471、防爆水温传感器1472、防爆排温传感器1473、防爆转速传感器1474和防爆压力传感器1475，所述防爆油门位置传感器1471用于采集发动机的油温位置，所述防爆水温传感器1472用于采集发动机的水温，所述防爆排温传感器1473用于采集发动机的排气温度，所述防爆转速传感器1474用于采集发动机的转速，所述防爆压力传感器1475用于采集发动机的排气背压。

具体地，如图11所示，所述主控制机构148包括防爆腔体1481、微处理器1482、废气回流电磁阀1483、防爆接线端子1484和防爆呼吸装置1485，所述防爆腔体1481的进气口与所述阻火器143连接，所述防爆腔体1481的出气口与所述尾气引出管146连接；所述微处理器1482位于所述防爆腔体1481内，且与所述防爆气门电磁阀144、所述防爆熄火电磁阀145和所述发动机性能参数采集装置147电连接；所述废气回流电磁阀设置1483在所述防爆腔体内，且与所述微处理器1482电连接；所述防爆接线端子1484设置在所述防爆腔体1481内，用于将防爆腔体1481内的接线端口与防爆端口隔开；所述防爆呼吸装置1485设置在所述防爆腔体1481内，用于进行气体交换时的灭焰。

具体地，在所述废气回流电控箱140中，冷却器141的作用是降低分流出来的尾气的温度，使其不超过120℃。尾气引入管142由金属波纹软管制作，用于引导尾气流向。阻火器143的作用是灭烟去除尾气中的火花，或防止装置隔爆腔失效或发动机回火导致的火花外溢。防爆气门电磁阀144由电缆连接主机，属于执行元件，由主机控制，当排气压力超高时电磁阀收缩，防爆柴油机用碳烟过滤器上的气门打开，降低排气背压，使发动机不至于降扭、降功甚至熄火。防爆直流稳压电源箱149为整套装置供电，供电电压24v。防爆熄火电磁阀145由电缆连接主机，属于执行元件，由主机控制，当发动机超温、超压时电磁阀开启，拽拉发动机熄火拉线，发动机熄火停机。防爆油门位置传感器1471、防爆水温传感器1472、防爆排温传感器1473、防爆转速传感器1474、防爆压力传感器1475由信号线连接主机，属于信号采集元件，采集发动机的油门、温度、转速、排气背压几大参数，由主机内的微处理器分析后控制废气回流电磁阀1483、防爆气门电磁阀144、防爆熄火电磁阀145进行相关动作。尾气引出管146由金属波纹软管制作，用于引导尾气流向。主机控制机构148为装置的核心部件，拥有停机保护、废气回流控制、超压脱机等功能，内部结构如图11所示，由防爆腔体1481、微处理器1482、废气回流电磁阀1483、防爆接线端子1484和防爆呼吸装置1485组成。隔爆腔体1481是根据国家矿用安全标准及相关企业标准设计的，满足相关的性能要求及安全要求。微处理器1482的作用是分析各传感器采集的数据后控制进气阀的开口大小。废气回流电磁阀1483是执行元件，采用蜗轮蜗杆的单向传动方式，可以在实现微动的同时杜绝因发动机吸气负压产生的误操作。防爆接线端子1484的作用是将接线端口与隔爆端口隔开，是一种安全保护策略。防爆呼吸装置1485的作用是当废气回流装置主机与外界进行气体交换时进行灭焰作用，防止在极端情况下废气回流装置主机产生的火花传递到外大气中。

优选地，所述微处理器1482包括电控单元ecu。

下面对本发明提供的防爆柴油机用尾气净化系统的工作过程进行详细说明。

运用废气再循环方式降低nox：在原防爆柴油机排气总管上增开一个分气口，分流出一部分尾气，这部分尾气通过冷却器冷却降温后进入废气回流装置主机，废气回流装置主机内的微处理器读取发动机运行参数后再控制废气回流电磁阀，根据发动机的实际工况相应的控制进入进气总管中尾气量的大小，分流的尾气再次参与燃烧，在燃烧过程中降低了燃烧室内氧气的浓度和温度，实测可以降低55%的nox的排放量。

运用氧化催化方式降低co：原机废气通过排气歧管合流后立即通过防爆柴油机用氧化催化器，氧化催化器主要由含有贵金属涂层的陶瓷载体、隔热层、外金属壳体组成，尾气在通过防爆柴油机用氧化催化器时产生氧化催化反应，将尾气中的co、ch转化为无害的水和二氧化碳。实测可以降低66%的co的排放量。

运用物理捕集方式降低颗粒物pm：通过防爆柴油机用氧化催化器后的尾气经导管引入防爆柴油机用碳烟过滤器，碳烟过滤器主要由壁流式蜂窝陶瓷载体、隔热层、外金属壳体组成，尾气在通过防爆柴油机用碳烟过滤器时由于壁流式蜂窝陶瓷自身的物理结构特性pm会被阻隔吸附在碳烟过滤器内。实测可以降低99.9%的pm的排放量。

本发明提供的防爆柴油机用尾气净化系统具有以下优点：

1、改造方便，对原设备的进排气管道进行改造即可实现；

2、全程电控，同时具有报警停机功能；

3、可取代传统的防爆柴油机保护装置，全方位的监控发动机的运行状态；

4、拥有排气背压保护措施；

5、可以极大的降低防爆柴油机尾气中nox、co、pm的排放。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。