一种大功率柴油机台架黑烟过滤再生装置的制作方法

1.本实用新型涉及大型柴油机排气净化处理技术领域，尤其涉及一种大功率柴油机台架黑烟过滤再生装置。


背景技术：

2.柴油机pm通常由sof、碳烟(c)和灰分三类物质组成。sof在合适的温度下(温度＞230℃)较容易被氧化成co2和h2o；碳烟(c)颗粒需要极高温度(温度＞550℃)才能被氧化成co2，通常柴油机排气温度在200℃～500℃之间，因此不能实现碳烟的氧化；灰分在pm中占比极小，主要成分为金属盐或氧化物，该物质不能氧化、不可燃烧。
3.常规的柴油机pm处理技术主要有doc、poc和dpf三种技术方案。
4.doc主要是氧化掉pm中的可溶性有机组分(sof)，可降低15％～30％的pm排放，poc 对pm的过滤效率通常在40％～60％之间，dpf对pm的过滤效率通常高于90％。dpf对pm 的过滤效率最高，但是背压也高，维护保养周期短。实际匹配过程中需要根据柴油机本体pm 排放水平、效率需求、综合评估背压要求、按照尽量减少维护保养工作量的原则，进行方案优选。
5.对于poc和dpf而言，核心问题是pm被过滤以后再生技术，poc通常采取被动再生的方式，dpf有主动再生和被动再生两种方式。两中再生技术一般都与doc配合使用，才能更好的发挥效果。
6.被动再生：理论上250℃左右碳烟(c)可以与no2快速反应生成co2和no。除了温度以外，no2/c的质量比是实现被动再生的另一个条件。柴油机燃烧产生的nox中90％以上为 no，被动再生doc+dpf系统在doc内实现no到no2的转化，为dpf的再生创造条件，在合适的的温度no2和dpf内过滤下的碳烟(c)反应，实现dpf连续被动再生。目前 doc+dpf/poc被动再生系统在车用发动机(功率＜500kw)上可以实现较高的被动再生效果，延长dpf维护保养的周期。车用发动机的nox比排放通常在10g/kw.h左右，而车机pm 排放通常＜0.01g/kw.h，nox/pm的质量比＞1000，经过doc后no2/pm的比值＞500，满足上述条件，且温度高于325℃才能实现好的被动再生效果。
7.对于大功率柴油机(功率＞560kw)而言，pm排放比车用发动机高出一个数量级，且 nox排放较车用发动机低，因此no2/c的质量比很小，不具备被动再生的条件。doc+dpf 被动再生系统在大功率柴油机上dpf会很快堵塞，导致背压急剧升高。因此，被动再生方案不适合大功率柴油机应用。
8.常规主动再生需要较高的温度才能实现，通常需要热管理系统将温度提升到550℃左右才能通过o2将dpf内过滤的c反应掉。dpf主动再生技术难度极高，再生时刻和再生过程的控制尤为复杂，需要准确的模型对dpf内部碳载量进行预测，且需要长时间的台架标定、验证才有可能大致判断再生的时刻，且再生过程中需要柴油机工况的配合才能避免dpf内部大量碳同时燃烧引起内部温度急剧升高导致dpf损坏。该项目技术目前车用柴油机领域趋于成熟，处于产业化的初始阶段。
9.对于大功率柴油机台架而言，pm排放较车用柴油机高出一个数量级，且dpf不具备被动再生的能力，因此pm在dpf内部累积速率非常快，导致dpf迅速堵塞、背压急剧增加。如果采用常规的方式实现dpf主动再生，需要频繁将烟气温度提升到550℃以上，甚至需要持续维持烟气温度在550℃以上，才能保证dpf不被堵塞；由于大功率柴油机烟气量大，提升烟气温度需要巨大的外部能源，系统的运行成本极高。dpf的热再生是一个复杂的过程，除了需要较高的烟气温度，还需要精确的控制策略和大量的标定验证，才能避免dpf烧熔或其它以外事情的发生。
10.随着排放标准的不断加严，发动机台架也成为环保监测的重点对象，尤其是一些大功率柴油机开发台架或出厂试验台架，由于柴油机本身燃烧组织较差，台架试验过程中冒黑烟成为环保行业急需解决的问题。虽然dpf过滤和再生技术在车用小功率发动机上已经趋于成熟，但是在大功率柴油机上应用面临许多新问题，需要开发一套适用于大功率台架的黑烟过滤装置。


技术实现要素：

11.本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提出了一种大功率柴油机台架黑烟过滤再生装置，利用高压空气自动反吹实现dpf载体主动再生，过程安全、成本低，避免了频繁人工清理的复杂工作。
12.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
13.一种大功率柴油机台架黑烟过滤再生装置，包括进气口，所述进气口通过进气管连接过滤腔；
14.所述过滤腔内设有dpf载体，所述dpf载体的前部为前腔，后部为后腔；后腔连接出气口；
15.所述过滤腔的一侧设有能向所述dpf载体的后端面吹风的吹灰装置；
16.所述过滤腔的下部设有清灰装置。
17.所述进气管与前腔之间设有导流装置。
18.所述进气管上还设有直接与后腔连通的旁通管；所述旁通管上设有旁通阀。
19.所述清灰装置包括设置在所述过滤腔下部的积灰槽；
20.所述积灰槽的下部设有卸料电机；
21.所述卸料电机的出料口设有卸料盖板。
22.所述积灰槽设置在前腔的下部，连通前腔。
23.所述前腔的顶部设有可打开的前腔盖板。
24.所述dpf载体的顶部设有可打开的dpf载体盖板。
25.所述后腔的顶部设有可打开的后腔盖板。
26.所述吹灰装置包括设置在所述过滤腔一侧的压缩气罐，所述压缩气罐设有压缩空气进气口和多个吹灰管，所述吹灰管上设有开关电磁阀，所述开关电磁阀与控制箱连接。
27.所述吹灰管的末端设有空气喷嘴，所述空气喷嘴朝向所述dpf载体的后端面。
28.本实用新型的有益效果是：
29.(1)利用高压空气自动反吹实现dpf载体主动再生，过程安全、成本低，避免了频繁人工清理的复杂工作。
30.(2)过滤装置上分别设计了可拆的前腔盖板和后腔盖板，人工维护时，拆开后腔盖板即可在后腔对dpf载体进行高压反吹清理，弥补自动反吹清理不彻底的弊端，该过程无需拆下 dpf载体，方便快捷；拆开前腔盖板即可对前腔和积灰槽内的碳烟进行彻底清理，人工维护过程较方便。
31.(3)针对pm排放好的柴油机可实现烟气旁通，减缓dpf内黑烟累积速率，延长装置维护周期。
附图说明
32.图1为本实用新型的整体结构示意图；
33.图2为从出气口方向看向本实用新型的结构示意图；
34.其中，1.进气口、2.旁通管、3.旁通阀、4.导流装置、5.前腔盖板、6.dpf载体盖板、7. 后腔盖板、8.出气口、9.前腔、10.dpf载体、11.后腔、12.控制箱、13.积灰槽、14.卸料电机、 15.卸料盖板、16.压缩空气进气口、17.压缩气罐、18.开关电磁阀、19.吹灰管、20.空气喷嘴。
具体实施方式：
35.下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：
36.如图1-图2所示，一种大功率柴油机台架黑烟过滤再生装置，包括进气口1，所述进气口1通过进气管连接过滤腔；
37.所述过滤腔内设有dpf载体10，所述dpf载体10的前部为前腔9，后部为后腔11；后腔11连接出气口8；
38.所述过滤腔的一侧设有能向所述dpf载体10的后端面吹风的吹灰装置；
39.所述过滤腔的下部设有清灰装置。
40.所述进气管与前腔9之间设有导流装置4。
41.所述进气管上还设有直接与后腔11连通的旁通管2；所述旁通管2上设有旁通阀3。
42.所述清灰装置包括设置在所述过滤腔下部的积灰槽13；
43.所述积灰槽13的下部设有卸料电机14；
44.所述卸料电机14的出料口设有卸料盖板15。
45.所述积灰槽13设置在前腔9的下部，连通前腔9。
46.所述前腔9的顶部设有可打开的前腔盖板5。
47.所述dpf载体10的顶部设有可打开的dpf载体盖板6。
48.所述后腔11的顶部设有可打开的后腔盖板7。
49.如图2所示，所述吹灰装置包括设置在所述过滤腔一侧的压缩气罐17，所述压缩气罐17 设有压缩空气进气口16和多个吹灰管19，所述吹灰管19上设有开关电磁阀18，所述开关电磁阀18与控制箱12连接；控制箱12设置在后腔11内的下部。
50.所述吹灰管19的末端设有空气喷嘴20，所述空气喷嘴20朝向所述dpf载体10的后端面。为了更好地实现空气喷嘴20高速的吹向dpf载体10的后端面，可以将所述吹灰管倾斜向所述dpf载体的后端面，使得吹灰管末端的空气喷嘴朝向所述dpf载体的后端面；也可以单独的设置空气喷嘴朝向所述dpf载体的后端面。
51.本实用新型的工作过程包括：
52.发动机的烟气从进气口1流入过滤腔，在导流装置4的作用下在前腔9内形成流速均匀的气流，流过dpf载体10时，烟气中的碳烟颗粒被过滤下来，干净的烟气通过出气口8流出。碳烟颗粒在dpf载体10内不断累积，使得排气背压逐渐升高，影响发动机的正常运行。
53.为了避免dpf载体10内部碳烟颗粒累积影响发动机的正常运行，每次发动机停机时可通过控制箱12开启dpf自动吹灰装置，原理如下：
54.远程开启控制箱12的吹灰开关，开关电磁阀18在控制系统驱动下逐个开启和关闭。当某个开关电磁阀18开启时，压缩气罐17内的高压空气依次流过开关电磁阀18、吹灰管19，最后通过空气喷嘴20高速吹向dpf载体10的后端面，dpf载体10内累积的碳烟颗粒被高速空气吹出，进入前腔9，落入积灰槽13内，实现过滤器再生。
55.积灰槽13内的碳烟颗粒积累到一定量时，需要手动拆下卸料盖板15，启动卸料电机14，将积灰槽13内的碳烟清理出来。
56.如果单独的dpf吹灰装置不能从根本上解决dpf载体10被堵塞的问题时，需要人工清洁的方式加以辅助。打开后腔盖板7，人可以进入后腔11，采用高压气枪，从dpf载体10 后端面进行反向吹扫。
57.当台架发动机pm排放浓度较低，无可见黑烟时，可通过远程控制开关打开旁通阀3，发动机的烟气经旁通管2直接进入后腔11排入空气中。在满足排放的前提下，减缓dpf内黑烟的累积速率，延长维护保养的周期。
58.上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。