一种非道路移动机械复合再生颗粒后处理装置

1.本实用新型涉及非道路移动机械排放控制的后处理技术领域，尤其是涉及一种基于分区涂覆和压力传感的非道路移动机械复合再生颗粒后处理装置。


背景技术：

2.非道路移动机械包括工程机械、农业机械、小型通用机械、铁路机车等，广泛应用于工业、农业、建筑业等生产领域。但非道路移动机械的柴油动力污染物排放严重，近年来随着产业转型升级、燃煤和机动车污染防治力度的加大，非道路移动源排放逐渐凸显，2019年非道路移动源排放的颗粒物就达到24万吨，针对非道路机械的颗粒物治理迫在眉睫，必须借助尾气后处理技术使其能够满足日益严格的排放法规。非道路移动机械的颗粒后处理技术一般参照柴油车的尾气后处理技术方案进行设计，目前柴油车最为常用的颗粒后处理技术方案为氧化催化转化器doc耦合催化性颗粒捕集器cdpf而成的催化性连续再生颗粒捕集器，该技术方案成熟可靠，在柴油车领域应广泛应用。但是由于非道路移动机械类型众多、排气温度相对较低，运行工况复杂多变、车型老旧、搭载的柴油动力的原排较差，目前尚无成熟统一的颗粒后处理系统方案。
3.中国专利cn201910127774.3公开了一种尾气净化设备设计方法及其装置、系统和存储介质，通过获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度类型、及颗粒物排放污染程度类型，并进一步确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的配置参数。该专利并未给出具体的适用于非道路移动机械的颗粒后处理技术方案。
4.中国专利cn201911305001.6公开了一种非道路柴油机颗粒捕集器碳载量计算方法及系统，通过计算非道路柴油机裸机排放的碳颗粒值、dpf载体内部发生的被动再生反应消耗掉的碳颗粒值、dpf载体内部发生的主动再生反应消耗掉的碳颗粒值；精确得出非道路柴油机颗粒捕集器碳载量，该专利仅仅提供了一种适用于非道路移动机械颗粒捕集器的碳载量计算方法，并未对颗粒后处理系统给出具体设计方案。
5.中国专利cn201920572388.0公开了一种应用于非道路移动机械的颗粒捕集器，该捕集器包括筒体总成，筒体总成的底部固定安装有排水管，筒体总成的左侧固定套接有密封圈，密封圈的另一侧固定套接有环形卡箍，环形卡箍的内腔固定套接有dpf总成，dpf总成的内腔固定套接有丝网垫。该颗粒捕集器必须搭配氧化器集成使用，并且没有设置背压传感器，无法判断dpf再生时机。
6.中国专利cn201811316106.7公开了一种非道路移动机械用尾气黑烟处理净化系统及净化方法，该专利主要通过耦合氧化催化器doc和催化型颗粒捕集器cdpf组成颗粒后处理系统，并且在系统的前端设置电加热系统，具有良好的抗老化性和主被动复合再生能力，由于doc的使用会大大增加后处理系统的成本和封装复杂度，并且会给后期的维护带来诸多不便。
7.中国专利cn201821199859.x公开了一种非道路柴油机的尾气净化装置，主要由氧
化催化器和颗粒捕集器组成，可以大幅度提高了尾气的净化性能，但采用纯被动再生形式会造成颗粒后处理系统再生不彻底，背压增大，带来非道路移动机械动力性和燃油经济性下降。
8.以上针对非道路移动机械颗粒后处理技术的专利基本采用doc耦合cdpf的技术方案，再生方法多是以纯被动再生为主；涉及到主被动再生结合的方案也是在doc耦合cdpf的装置上设计的，大大增大后处理系统的设计成本和系统复杂度。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种非道路移动机械复合再生颗粒后处理装置，实现颗粒后处理系统的高效捕集和复合再生。
10.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
11.一种非道路移动机械复合再生颗粒后处理装置，包括燃烧器、催化型颗粒捕集器(cdpf)和集成封装壳体，所述燃烧器和催化型颗粒捕集器设于集成封装壳体内，所述催化型颗粒捕集器的后端延伸出集成封装壳体外，所述燃烧器的一端与非道路移动机械的发动机尾气管相连，另一端通过连接管与催化型颗粒捕集器连接，所述催化型颗粒捕集器上设有前置涂覆区和后置涂覆区，所述前置涂覆区上设有高负载量的贵金属催化剂，所述后置涂覆区涂覆有减量化的贵金属催化剂。
12.所述前置涂覆区上贵金属负载量相对较高，在完成颗粒高效捕集的同时，具备氧化污染物的功能。
13.所述后端涂覆区采用贵金属减量化涂覆，减少贵金属用量，实现颗粒的捕集。
14.所述催化型颗粒捕集器的前后端设有压力传感器，前后端压力传感器采集的前后压差超过设置阈值时，触发燃烧器工作，对cdpf进行高效主动再生。
15.进一步地，所述位于前端的压力传感器设于连接管上。
16.进一步地，所述位于后端的压力传感器设于集成封装壳体外。
17.所述集成封装壳体的外侧设有保温层，保温层的厚度为4
‑
6mm。
18.进一步地，所述保温层具体为编织状的玄武岩纤维保温材料。
19.进一步地，所述保温层的外侧设有一体化封装壳体，提升颗粒后处理装置的保温特性，提升颗粒后处理装置的被动再生特性以及复合再生效率。
20.所述一体化封装壳体的厚度为1
‑
3mm，所述集成封装壳体的厚度为4
‑
6mm。
21.所述燃烧器内设有喷油嘴和点火器，通过喷油点火燃烧。
22.所述连接管的长度为9
‑
11cm。
23.所述前置涂覆区和后置涂覆区通过浸渍法涂覆贵金属催化剂。
24.所述前置涂覆区和后置涂覆区上贵金属催化剂的贵金属配比相同。
25.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
26.1.本实用新型中催化型颗粒捕集器采用分区涂覆，前置涂覆区和后置涂覆区通过贵金属的负载量进行功能分区，提高了贵金属催化剂的利用率，通过前后区域的耦合协同作用，保证了颗粒物的高效捕集和可靠再生，有效减少了主动再生频率。
27.2.本实用新型使用单一的催化型颗粒捕集器cdpf，无须耦合氧化催化器doc，结构简单、安装方便、维护便捷，有效解决了目前非道路移动机械尾气后处理安装空间不足的现
状。
28.3.本实用新型基于催化型颗粒捕集器两端的压力传感器进行燃烧器主动再生触发，提高了再生精度，同时与被动再生耦合使用形成复合再生模式，提高了颗粒后处理系统的再生可靠性和再生经济性。
附图说明
29.图1为本实用新型的结构示意图；
30.图2为本实用新型实施例中对主要污染物的减排性能的测试结果示意图，其中图2(a)为co排放因子的示意图，图2(b)为hc排放因子的示意图，图2(c)为pm排放因子的示意图，图2(d)为pn排放因子的示意图。
31.附图标记：
[0032]1‑
非道路移动机械；2
‑
燃烧器；3
‑
连接管；4
‑
前置涂覆区；5
‑
后置涂覆区；6
‑
保温层；7
‑
一体化封装壳体；8
‑
压力传感器；9
‑
集成封装壳体；10
‑
催化型颗粒捕集器。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0034]
实施例一
[0035]
如图1所示，一种非道路移动机械复合再生颗粒后处理装置，提高贵金属催化剂的利用率，保证颗粒物的高效捕集和可靠再生，有效减少主动再生频率，包括燃烧器2、催化型颗粒捕集器10和集成封装壳体9，燃烧器2和催化型颗粒捕集器10设于集成封装壳体9内，催化型颗粒捕集器10的后端延伸出集成封装壳体9外，燃烧器2的一端与非道路移动机械1的发动机尾气管相连，另一端通过连接管3与催化型颗粒捕集器10连接，催化型颗粒捕集器10上设有前置涂覆区4和后置涂覆区5，前置涂覆区4上设有高负载量的贵金属催化剂，后置涂覆区5涂覆有减量化的贵金属催化剂。
[0036]
催化型颗粒捕集器10的体积根据非道路移动机械1的柴油动力排量进行选型，催化型颗粒捕集器10的匹配体积为发动机排量的1.5倍。
[0037]
本实施例中，催化型颗粒捕集器10的载体壁厚为15mil，孔密度为100目，孔隙率为50％。
[0038]
连接管2的长度为9
‑
11cm。
[0039]
前置涂覆区4上贵金属负载量相对较高，在完成颗粒高效捕集的同时，具备氧化污染物的功能。
[0040]
后端涂覆区5采用贵金属减量化涂覆，减少贵金属用量，实现颗粒的捕集。
[0041]
催化型颗粒捕集器10的前后端设有压力传感器8，量程为100kpa，前后端压力传感器采集的前后压差超过设置阈值时，触发燃烧器工作，对cdpf进行高效主动再生。
[0042]
位于前端的压力传感器8设于连接管3上。
[0043]
位于后端的压力传感器8设于集成封装壳体9外。
[0044]
集成封装壳体9的外侧设有保温层6，本实施例中，保温层6的厚度为4
‑
6mm。
[0045]
保温层6具体为编织状的玄武岩纤维保温材料。
[0046]
保温层6的外侧设有一体化封装壳体7。
[0047]
本实施例中，一体化封装壳体7和集成封装壳体9的材料为不锈钢。
[0048]
一体化封装壳体7的厚度为1
‑
3mm，集成封装壳体9的厚度为4
‑
6mm。
[0049]
燃烧器2内设有喷油嘴和点火器，通过喷油点火燃烧，生成热量传递到催化型颗粒捕集器10。
[0050]
本实用新型采用基于玄武岩纤维的燃烧器耦合催化型颗粒捕集器一体化封装方式，催化型颗粒捕集器前后设有压力传感器，用于监测排气背压，基于设定阈值进行再生时机控制，当排气背压未超过设定阈值时，催化型颗粒捕集器10通过前置涂覆区4和后置涂覆区5进行被动再生，当排气背未超过设定阈值时，燃烧器工作，与被动再生配合形成复合再生，保证颗粒物的高效捕集和可靠再生。
[0051]
前置涂覆区4和后置涂覆区5通过浸渍法涂覆贵金属催化剂，前置涂覆区4。上贵金属催化剂的负载量为15g/ft3，贵金属pt、pd的配比为5:1；后置涂覆区5上贵金属催化剂的贵金属配比与前置涂覆区4相同，贵金属催化剂的负载量为5g/ft3。
[0052]
如图2所示，经过本实用新型的cdpf的处理后，发动机排放物中的颗粒物如co排放因子、hc排放因子、pm排放因子和pn排放因子均有着较大比例的减少，其中如图2(d)所示，pn排放因子的排放比例降低了96％，说明本实用新型在处理非道路移动机械的颗粒物上有着显著效果，保证颗粒物的高效捕集和可靠再生，有效减少主动再生频率。
[0053]
此外，需要说明的是，本说明书中描述的具体实施例，其零部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所做的举例说明。凡依据本实用新型构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。