复合冷却集成式防爆柴油机尾气后处理装置及温控方法

本发明涉及一种防爆温控系统，具体涉及一种复合冷却集成式防爆柴油机尾气后处理装置及温控方法。

背景技术：

1、防爆柴油机以压缩比高、输出功率大、动力性强等优点，成为煤矿井下无轨胶轮车、单轨吊等辅助运输车辆的主要动力源之一，在煤矿生产中发挥着至关重要的作用。2020年12月28日，生态环境部正式批准发布《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求（发布稿）》，规定了第四阶段非道路柴油移动机械及其装用的柴油机污染物排放控制技术要求，并明确非道路柴油机自2022年12月起实施国iv排放标准。为满足煤矿井下的特殊环境和防爆要求，防爆柴油机在普通柴油机的结构基础上，增加了进/排气阻火器、水洗箱等防爆部件，增加了进排气阻力，使发动机进气量减少，排气严重受阻，缸内燃烧恶化，导致防爆柴油机排放性能劣化。

2、柴油机尾气污染物成分主要包括：co、hc、nox、碳烟颗粒物等，为消除或净化这些污染物，目前国内外主流高压共轨柴油机多采用“三元”催化尾气后处理工艺，其由氧化催化器（doc）、颗粒捕集器（dpf）与选择性催化还原器（scr）三大部件组成，可满足非道路国iv排放要求。但根据《煤矿安全规程》规定：防爆柴油机任何一处的表面温度不得超过150℃，排气出口温度不得超过77℃。然而，doc、scr、dpf等尾气后处理单元通常需要高温反应环境，在高负荷时其表面温度及排气温度均远高于防爆要求值，因此，现有技术无法解决由此带来的高反应温度（200°c~350°c）与尾气后处理装置外壳低表面温度（150℃）之间的矛盾。

3、煤矿井下运行工况较为恶劣，防爆柴油机需经常更换尾气后处理装置内芯，而现有尾气后处理装置多为一体式焊接结构，拆装困难，无法满足多次更换需求。例如：cn202022305984.8授权了一种矿用防爆柴油机尾气净化装置，提出采用水冷夹套的方式对doc、dpf和scr反应器进行防爆降温处理，但该方法中的水冷夹套与原有反应器为一体结构，结构可靠性差，也并未提及水冷循环系统；cn202211413706.1公开了一种防爆柴油机用尾气处理系统及方法，对于尾气后处理系统的尾气净化技术进行了改进，但并未提及具体的井下防爆方法；cn202220020733.1公开了一种防爆柴油机尾气处理箱，仅在原有柴油机排气管增加水洗箱结构，也存在净化效率低的问题。为了降低尾气后处理装置壳体表面温度，现有技术多采用防爆水冷夹套布置于尾气后处理装置壳体外部，导致尾气后处理装置出现结构复杂、更换与拆装困难的技术难题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种复合冷却集成式防爆柴油机尾气后处理装置及温控方法，装置结构简单，集成度高，即保证了尾气后处理装置内部高反应温度同时又满足了煤矿井下防爆需求。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种复合冷却集成式防爆柴油机尾气后处理装置，包括防爆水冷壳体、端盖组件、尾气后处理装置散热系统、防爆尿素系统、催化组件、防爆电控箱和防爆废气水洗系统，防爆水冷壳体与端盖组件连接；

3、尾气后处理装置散热系统、防爆尿素系统、催化组件和防爆电控箱设置在防爆水冷壳体中，催化组件位于防爆水冷壳体的中部，尾气后处理装置散热系统位于催化组件的一侧，防爆尿素系统和防爆电控箱位于催化组件的另一侧；

4、防爆废气水洗系统包括废气水洗箱壳体、废气水洗箱盖板、进气管、排气管、防爆水冷循环水泵、防爆水泵流速阀、水循环管路水温传感器、进水口和防爆排气温度传感器，废气水洗箱设置在废气水洗箱壳体底面，废气水洗箱的前侧面设有进气管、防爆水冷循环水泵和进水口，废气水洗箱的后侧面设有排气管，防爆水泵流速阀设置在防爆水冷循环水泵上；

5、催化组件包括doc催化剂壳体、dpf催化剂壳体和scr催化剂壳体，doc催化剂壳体、dpf催化剂壳体、scr催化剂壳体之间通过法兰安装盖依次连接，doc催化剂壳体的前端穿过防爆水冷壳体的前侧壁，scr催化剂壳体的后端分别穿过防爆水冷壳体的后侧壁、废气水洗箱壳体的前侧壁后与进气管连通；

6、尾气后处理装置散热系统包括金属散热管、进气防爆风扇、排气防爆风扇和防爆壳体温度传感器，金属散热管通过安装卡扣设置在防爆水冷壳体内部一侧侧壁和顶壁，金属散热管的两端均穿过防爆水冷壳体的后侧壁、废气水洗箱壳体的前侧壁后分别与进水口、防爆水泵流速阀连接，进气防爆风扇设置在端盖组件和防爆废气水洗箱盖板上，排气防爆风扇设置在防爆水冷壳体和防爆废气水洗系统的顶壁上；

7、防爆尿素系统包括防爆尿素喷射泵、尿素喷嘴、尿素箱体和nox传感器，尿素箱体通过尿素箱位置固定板设置在防爆水冷壳体内部底面，防爆尿素喷射泵设置在尿素箱体顶面，防爆尿素喷射泵与尿素喷嘴通过喷射连接软管连接，尿素喷嘴与喷嘴安装板连接，喷嘴安装板设置在催化剂壳体外壁；

8、nox传感器、防爆壳体温度传感器设置在scr催化剂壳体外壁上，水循环管路水温传感器设置在防爆水冷循环水泵与防爆水泵流速阀连接的管路上，防爆排气温度传感器设置在排气管的外壁上；

9、防爆电控箱包括电控箱壳体、电控箱端盖和防爆温控系统嵌入式控制器，电控箱壳体通过电控箱位置固定板设置在防爆水冷壳体内部底面，防爆温控系统嵌入式控制器设置在电控箱壳体中，电控箱端盖设置在电控箱壳体的上部。

10、进一步的，所述端盖组件包括端盖，端盖的四个边角分别设有一个端盖螺钉安装孔，端盖中部设有防爆显示屏、启动按钮、防爆电缆接头和供进气防爆风扇安装的防爆风扇安装孔。

11、进一步的，所述防爆水冷壳体内部上方设有散热孔板，防爆水冷壳体前侧壁开设供doc催化剂壳体穿过的进气口，防爆水冷壳体后侧壁分别开设供scr催化剂壳体、金属散热管穿过的排气口、水冷管进水口、水冷管排水口，防爆水冷壳体前侧壁、上壁开设供排气防爆风扇安装的防爆风扇安装孔。

12、进一步的，所述废气水洗箱壳体顶壁上表面设有补水箱，补水箱通过补水管与废气水洗箱连接。

13、进一步的，所述doc催化剂壳体、dpf催化剂壳体和scr催化剂壳体内部均安装有催化剂多孔状芯体，法兰安装盖的凸台处设有催化剂芯体压板。

14、进一步的，所述废气水洗箱壳体底部设有排渣口。

15、一种复合冷却集成式防爆柴油机尾气后处理装置的温控方法，在防爆温控系统嵌入式控制器中设置壳体温度临界值、水循环温度临界值与排气温度临界值，防爆壳体温度传感器、水循环管路传感器和防爆排气温度传感器实时将采集的数据传递至防爆温控系统嵌入式控制器中：

16、当防爆壳体温度传感器监测到壳体温度超过临界值后，防爆温控系统嵌入式控制器控制防爆水泵流速阀大开度运行，控制防爆水冷循环水泵高速运行；

17、在防爆壳体温度传感器监测到壳体温度超过临界值的前提下，当水循环管路传感器监测到金属散热管中温度超过临界值或防爆排气温度传感器监测到排气温度大于临界值后，此时，防爆温控系统嵌入式控制器控制进气防爆风扇与排气防爆风扇高速运行。

18、与现有技术相比，本发明以催化组件为核心，通过催化作用可降低尾气中的co、hc、nox与pm颗粒物的排放量；采用了集成式机构，在不改变催化组件结构的前提下，将催化组件、防爆电控箱、防爆尿素系统、尾气后处理装置散热系统集成在防爆水冷壳体内，提高了系统的集成度；本发明采用了复合冷却系统，由防爆水冷壳体与尾气后处理装置散热系统组成，将废气水洗箱的废水循环注入金属散热管中进行水冷，同时防爆水冷壳体内安装的进、排气防爆风扇进行风冷，可实现高效复合冷却，降低了催化组件的壳体表面温度、废水温度与排气温度，即保证了尾气后处理装置内部高反应温度同时又满足了煤矿井下防爆需求；催化组件为内部独立可拆卸结构，通过法兰安装盖内壁的安装螺纹可调节催化剂芯体压板与催化剂多孔状芯体之间间隙，保证在催化剂多孔状芯体到达使用寿命后快速拆卸；防爆电控箱内的防爆温控系统嵌入式控制器可通过防爆壳体温度传感器、水循环管路水温传感器、防爆排气温度传感器实时监测与控制尾气后处理装置内关键位置温度，提高了系统可靠性。