本實用新型涉及尾氣凈化領域，特別涉及一種具有熱回收功能的柴油機尾氣凈化系統(tǒng)。

背景技術：

柴油機以其動力大、熱效率高等優(yōu)點，而被廣泛應用于交通運輸、工程及農(nóng)林機械等領域。但是柴油機由于其排放污染物較多，一般柴油機廢氣有害物排放水平在以下范圍：CO濃度50-5000ppm；NOx濃度：直噴式100-3000ppm，分隔式100-1500ppm；HC濃度10-1500ppm，煙度0.2-2.0波許單位，顆粒物濃度0.01-0.8g/m³，SO₂濃度0-200ppm，醛類濃度10-200ppm，苯芘0.5-30微克/m³。二氧化碳、氮氧化物和煙塵等有害物質(zhì)，如果直接排放，這些污染物極大地污染了我們的生活的環(huán)境，對我們?nèi)祟惖慕】禈嫵闪藰O大地威脅，出于此，極大地制約著柴油機的進一步發(fā)展。此外，工業(yè)用大功率柴油機、柴油發(fā)電機及動力設備等排出的煙氣蘊含大量的熱量，其值約占燃油總熱量的18％左右，排出的煙氣溫度可高達700攝氏度以上，這部分能量的浪費使得柴油機整體的經(jīng)濟性有所降低，如果對這部分能量進行回收利用，將極大地提高柴油機的經(jīng)濟性，同時也可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟價值。另外排除煙氣中含有的二氧化碳、氮氧化物和煙塵等有害物質(zhì)(如：碳煙顆粒物、烴類、CO和NOx等)，如果直接排放，將會對個人和環(huán)境產(chǎn)生巨大危害。同時也制約著柴油機的進一步發(fā)展及應用。

柴油機廢氣排放近年來一直是人們關注的焦點之一，也是環(huán)境工程學和內(nèi)燃機學中的非常具有挑戰(zhàn)性的課題，對柴油機的發(fā)展以及柴油機的進一步推廣普及應用具有重大意義。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種具有熱回收功能的柴油機尾氣凈化系統(tǒng)，能夠有效實現(xiàn)柴油機尾氣的凈化，同時能夠將熱能進行回收利用，節(jié)約熱能損耗。

本實用新型的具有熱回收功能的柴油機尾氣凈化系統(tǒng)，包括沿尾氣流動方向依次設置的催化氧化裝置、脫硫裝置、熱能回收裝置及脫硝裝置；所述催化氧化裝置包括殼體Ⅰ及設在殼體Ⅰ內(nèi)的蜂窩狀陶瓷載體，所述蜂窩狀陶瓷載體包括具有平行并列排布的多個氣道的蜂窩體和對應任意相鄰兩個氣道之間錯位式固定于每個氣道內(nèi)的擋板；蜂窩體內(nèi)分隔于任意相鄰兩氣道之間的部分設有堇青石過濾體；所述堇青石過濾體上設有催化劑涂層。

進一步，所述殼體Ⅰ設有位于下端的進氣口Ⅰ及位于上端的排氣口Ⅰ，所述蜂窩狀陶瓷載體設在進氣口Ⅰ與排氣口Ⅰ之間；所述脫硫裝置包括殼體Ⅱ及設在殼體Ⅱ中的固體狀的鈉堿吸收劑層；所述殼體Ⅱ設有位于上端的進氣口Ⅱ及位于下端的排氣口Ⅱ，所述進氣口Ⅱ與排氣口Ⅰ通過通氣管Ⅰ相連通，所述鈉堿吸收劑層設在進氣口Ⅱ與排氣口Ⅱ之間。

進一步，所述殼體Ⅱ內(nèi)從上往下設有多層鈉堿吸收劑層，每一鈉堿吸收劑層均由位于該鈉堿吸收劑層上方的上金屬網(wǎng)及位于該鈉堿吸收劑層下方的下金屬網(wǎng)夾持固定，且對應同一鈉堿吸收劑層的上金屬網(wǎng)的網(wǎng)孔與下金屬網(wǎng)的網(wǎng)孔錯位分布；任一鈉堿吸收劑層的下金屬網(wǎng)與相鄰鈉堿吸收劑層的上金屬網(wǎng)緊密接觸。

進一步，所述熱能回收裝置包括第一換熱器，所述第一換熱器包括管殼及換熱管，管殼內(nèi)部設有換熱腔，換熱管呈蛇形且兩端分別設有進水口和出水口；所述換熱管貫穿在換熱腔中，且穿過所述管殼的頂端面，使換熱管的兩端分別與管殼的外部相通；所述管殼設有位于左端的進氣口Ⅲ及位于右端的排氣口Ⅲ，所述進氣口Ⅲ與排氣口Ⅱ通過通氣管Ⅱ相連通。

進一步，所述熱能回收裝置還包括第二換熱器；所述第二換熱器包括隔板以及隔板分割成的互不相通的上腔和下腔，所述上腔和下腔平行設置；所述隔板上固定裝有熱管，所述熱管為內(nèi)部充有工質(zhì)兩端密封的石墨管，其兩端分別處在上腔和下腔中，所述熱管外壁上安裝有翅片；所述上腔的左右兩端分別設有進液口和出液口，所述下腔的左右兩端分別設有進氣口Ⅳ和排氣口Ⅳ，所述進氣口Ⅳ與排氣口Ⅲ相連通。

進一步，所述脫硝裝置為設有反應腔的尿素溶液反應池，所述反應腔與排氣口Ⅳ通過通氣管Ⅲ相連通；所述通氣管Ⅲ伸入反應腔下端，使得尾氣與反應腔中的尿素溶液反應。

進一步，所述進水口設有用于控制水流量的第一控制閥，所述進液口設有用于控制冷流體流量的第二控制閥，所述排氣口Ⅳ中設有用于實時探測廢氣溫度的溫度傳感器；所述溫度傳感器的信號輸出端與自動控制系統(tǒng)的控制器的信號輸入端相連，所述第一控制閥的信號輸入端、第二控制閥的信號輸入端分別與控制器的第一信號輸出端、第二信號輸出端相連。

本實用新型的有益效果：本實用新型的具有熱回收功能的柴油機尾氣凈化系統(tǒng)，共有四級結構，催化氧化裝置用于去除碳顆粒和碳氫化合物，脫硫裝置用于除去二氧化硫，熱能回收裝置將熱能進行回收，脫硝裝置用于去除氮氧化合物，從而能夠有效實現(xiàn)柴油機尾氣的凈化，同時能夠將熱能進行回收利用，節(jié)約熱能損耗。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述：

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為圖1中A-A剖視圖；

圖3為圖2中B-B剖視圖；

圖4為圖1中C處放大圖；

圖5為本實用新型的自動控制系統(tǒng)給的原理框圖。

具體實施方式

如圖1至圖4所示：本實施例的具有熱回收功能的柴油機尾氣凈化系統(tǒng)，包括沿尾氣流動方向依次設置的催化氧化裝置、脫硫裝置、熱能回收裝置及脫硝裝置；所述催化氧化裝置包括殼體Ⅰ11及設在殼體Ⅰ11內(nèi)的蜂窩狀陶瓷載體12，所述蜂窩狀陶瓷載體12包括具有平行并列排布的多個氣道13的蜂窩體12a和對應任意相鄰兩個氣道13之間錯位式固定于每個氣道13內(nèi)的擋板14；蜂窩體12a內(nèi)分隔于任意相鄰兩氣道13之間的部分設有堇青石過濾體15；所述堇青石過濾體15上設有催化劑涂層；殼體Ⅰ11可呈圓柱形；蜂窩狀陶瓷載體12具有三維立體過濾結構，其過濾面積相對平面過濾材料可成幾何倍數(shù)的增長，過濾效率高；擋板14位于氣道13的一端，“錯位式”即在相鄰的兩個氣道13中，擋板14分別位于兩個氣道13的兩端；這樣，半封閉的氣道13可收納一定的粉塵，因此其容塵量比傳統(tǒng)的平面過濾材料大幅度提高，可大幅延長清灰周期，減少維護頻率；擋板14還能夠截斷相應氣道13內(nèi)氣流的流通，因此進入蜂窩體12a內(nèi)的氣流在擋板14的阻擋作用下穿過相鄰兩氣道13之間的堇青石過濾體15進入相鄰氣道13，實現(xiàn)對全部氣流進行有效的過濾，凈化效率高，氣道13內(nèi)可設置多個擋板14，使氣流多次經(jīng)過相鄰氣道13之間的壁面進行過濾，利用擴散、攔截和慣性碰撞機理，將微粒沉淀于蜂窩狀陶瓷載體12之內(nèi)；催化氧化裝置、脫硫裝置、熱能回收裝置及脫硝裝置可通過法蘭結構連接在一起，便于安裝和拆卸，每部分獨立工作效率高，共同工作可實現(xiàn)相互促進；催化氧化裝置用于去除碳顆粒和碳氫化合物，脫硫裝置用于除去二氧化硫，熱能回收裝置將熱能進行回收，脫硝裝置用于去除氮氧化合物，從而能夠有效實現(xiàn)柴油機尾氣的凈化，同時能夠將熱能進行回收利用，節(jié)約熱能損耗。

本實施例中，所述催化劑涂層包括γ-Al₂O₃、稀土-過渡金屬復合氧化物和貴金屬活性組分；所述貴金屬活性組分包括Pt、Rh及Pd；所述催化劑涂層包括附著在所述堇青石過濾體15上的γ-Al₂O₃涂層，附著在γ-Al₂O₃涂層表面上的Pt涂層，附著在Pt涂層上的Pd、Rh、γ-Al₂O₃及稀土-過渡金屬復合氧化物混合涂層，附著在Pd、Rh、γ-Al₂O₃及稀土-過渡金屬復合氧化物混合涂層上的Rh、γ-Al₂O₃、稀土-過渡金屬復合氧化物混合涂層；γ-Al₂O ₃為貴金屬活性組分提供高的比表面積及增強對載體的附著性，因此需要所述γ-Al₂O ₃的比表面積＞280m²/g，所述γ-Al₂O ₃涂層的厚度優(yōu)選在20～40μm之間；稀土-過渡金屬復合氧化物作為儲氧材料，優(yōu)選為含鈰鋯的復合氧化物；所述貴金屬活性組分的成分及含量為Pt15-25重量份，Rh4-6重量份及Pd15-20重量份；所述稀土-過渡金屬復合氧化物包括30-70重量份的ZrO₂，30-80重量份的CeO₂，15-25重量份的La₂O₃、Y₂O₃、Pr₆O₁₁、Nd₂O₃中的一種或幾種；所述Pd、Rh、γ-Al₂O₃及稀土-過渡金屬復合氧化物混合涂層中的稀土-過渡金屬復合氧化物包括50-60重量份的ZrO₂，25-35重量份的CeO₂，15-25重量份的La₂O₃、Y₂O₃、Pr₆O₁₁、Nd₂O₃中的一種或幾種；所述Rh、γ-Al₂O₃、稀土-過渡金屬復合氧化物混合涂層中的稀土-過渡金屬復合氧化物包括25-75重量份的ZrO₂，25～35重量份的CeO₂，20-30重量份的La₂O₃、Y₂O₃、Pr₆O₁₁、Nd₂O₃中的一種或幾種；該催化劑通過對多孔陶瓷載體、γ-Al₂O ₃的性質(zhì)進行選擇，能夠使貴金屬活性組分保持高度分散性并保持穩(wěn)定的催化效果，進一步的通過貴金屬活性組分的成分及比例的合理調(diào)控，配合稀土-過渡金屬復合氧化物進行不同涂層的組合，既能滿足儲氧能力，也能保證催化還原氮氧化合物的高活性和貴金屬活性組分的抗高溫老化能力，達到更好的催化效果，從而使得應用該催化劑的產(chǎn)品能滿足高標準排放要求。

本實施例中，所述殼體Ⅰ11設有位于下端的進氣口Ⅰ11a及位于上端的排氣口Ⅰ11b，所述蜂窩狀陶瓷載體12設在進氣口Ⅰ11a與排氣口Ⅰ11b之間；所述脫硫裝置包括殼體Ⅱ21及設在殼體Ⅱ21中的固體狀的鈉堿吸收劑層22；所述殼體Ⅱ21設有位于上端的進氣口Ⅱ21a及位于下端的排氣口Ⅱ21b，所述進氣口Ⅱ21a與排氣口Ⅰ11b通過通氣管Ⅰ81相連通，所述鈉堿吸收劑層22設在進氣口Ⅱ21a與排氣口Ⅱ21b之間；進氣口Ⅰ11a與柴油機的尾氣排放口9相連；鈉堿吸收劑層22主要采用Na₂CO₃作為起始吸收劑，與尾氣中的SO₂和H₂O發(fā)生化學反應生成Na₂SO₃，然后再與SO₂反應生成NaHSO₃；運用鈉堿法，采用固體吸收劑，堿的來源限制小，便于運輸、儲存，而且由于陽離子為非揮發(fā)性的，不存在吸收劑在洗滌氣體過程中的揮發(fā)，產(chǎn)生銨霧問題，因而堿耗?。煌瑫r，由于液體吸收劑會吸收尾氣的熱量，從而降低后續(xù)尾氣熱回收的效率，而使用固體的鈉堿吸收劑就避免了這個問題，與使用鉀堿的方法相比，鈉堿比鉀堿來源豐富且價格要便宜的多；鈉堿吸收劑吸收能力大，吸收劑用量少，可獲得較好的處理效果。

本實施例中，所述殼體Ⅱ21內(nèi)從上往下設有多層鈉堿吸收劑層22，每一鈉堿吸收劑層22均由位于該鈉堿吸收劑層22上方的上金屬網(wǎng)23及位于該鈉堿吸收劑層22下方的下金屬網(wǎng)24夾持固定，且對應同一鈉堿吸收劑層22的上金屬網(wǎng)23的網(wǎng)孔與下金屬網(wǎng)24的網(wǎng)孔錯位分布；任一鈉堿吸收劑層22的下金屬網(wǎng)24與相鄰鈉堿吸收劑層22的上金屬網(wǎng)23緊密接觸；鈉堿吸收劑層22例如可為5-8層；殼體Ⅱ21呈圓筒狀，鈉堿吸收劑層22垂直于殼體Ⅱ21的軸線設置；鈉堿吸收劑層22固定在上金屬網(wǎng)23與下金屬網(wǎng)24之間，實現(xiàn)有效固定，且防止固體狀的鈉堿吸收劑脫落；本實施例中，所述鈉堿吸收劑層22中的吸收劑可包括以下重量份的原料組分：石灰石35-42份、碳酸鈉15-18份、乙醇胺化合物6-10份、堿性硫酸鋁4-8份、氧化鈣0.5-2.5份、氧化鎂6-8份。優(yōu)選地，該組分可為石灰石38份、碳酸鈉16份、乙醇胺化合物8份、堿性硫酸鋁6份、氧化鈣1.5份、氧化鎂7份。制造時，只需將各組分研磨，粒度小于5mm，攪拌均勻即可；石灰石、碳酸鈉在高溫下分解為氧化鈣和氧化鈉，這兩種物質(zhì)均能與硫結合，成為吸收硫份的主要物質(zhì)；乙醇胺化合物作為緩蝕劑，減少對金屬的腐蝕；氧化鎂具有對含硫物質(zhì)進行包容的性質(zhì)。該吸收劑具有表面活性，催化氧化脫硫能力強，能包容硫物質(zhì)。

本實施例中，所述熱能回收裝置包括第一換熱器，所述第一換熱器包括管殼31及換熱管32，管殼31內(nèi)部設有換熱腔33，換熱管32呈蛇形且兩端分別設有進水口32a和出水口32b；所述換熱管32貫穿在換熱腔33中，且穿過所述管殼31的頂端面，使換熱管32的兩端分別與管殼31的外部相通；所述管殼31設有位于左端的進氣口Ⅲ31a及位于右端的排氣口Ⅲ31b，所述進氣口Ⅲ31a與排氣口Ⅱ21b通過通氣管Ⅱ82相連通；蛇形的換熱管32換熱面積較大，換熱效果較佳；為提高傳熱分系數(shù)，換熱腔33內(nèi)可設置若干擾流板，增強尾氣湍流程度，迫使尾氣多次與換熱管32相接觸。

本實施例中，所述熱能回收裝置還包括第二換熱器；所述第二換熱器包括隔板41以及隔板41分割成的互不相通的上腔42和下腔43，所述上腔42和下腔43平行設置；所述隔板41上固定裝有熱管44，所述熱管44為內(nèi)部充有工質(zhì)兩端密封的石墨管，其兩端分別處在上腔42和下腔43中，所述熱管44外壁上安裝有翅45片；所述上腔42的左右兩端分別設有進液口42a和出液口42b，所述下腔43的左右兩端分別設有進氣口Ⅳ43a和排氣口Ⅳ43b，所述進氣口Ⅳ43a與排氣口Ⅲ31b相連通；熱管44依靠相變傳熱，因此熱管44的內(nèi)部熱阻很小，所以能以較小的溫差獲得較大的傳熱率；石墨有良好的導熱性，而且具有良好的化學穩(wěn)定性、可塑性和抗熱震性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕；翅片45可以增加換熱的面積，提升換熱的效果。

本實施例中，所述脫硝裝置為設有反應腔52的尿素溶液反應池51，所述反應腔52與排氣口Ⅳ43b通過通氣管Ⅲ83相連通；所述通氣管Ⅲ伸入反應腔52下端，使得尾氣與反應腔52中的尿素溶液反應；尿素溶液的反應溫度在30℃-40℃，選用尿素除去NO_x的效率可高達99.95％，進行熱交換之后廢氣的溫度具有與之適應的溫度，從而提高反應效率；尿素溶液為還原劑，在反應池中與廢氣充分反應，廢氣中的氮氧化物通過氧化還原反應形成氮氣和水；在經(jīng)過熱管44對廢氣熱能的回收利用之后，尾氣通過通氣管Ⅲ通入尿素溶液中兩者發(fā)生氧化還原反應，生成氮氣和水,氣體排入大氣。

本實施例中，所述進水口32a設有用于控制水流量的第一控制閥61，所述進液口設有用于控制冷流體流量的第二控制閥62，所述排氣口Ⅳ43b中設有用于實時探測廢氣溫度的溫度傳感器63；所述溫度傳感器63的信號輸出端與自動控制系統(tǒng)的控制器64的信號輸入端相連，所述第一控制閥61的信號輸入端、第二控制閥62的信號輸入端分別與控制器64的第一信號輸出端、第二信號輸出端相連；控制器64為單片機；第一控制閥61、第二控制閥62均為電控閥結構；溫度傳感器63實時探測排氣口Ⅳ43b處廢氣的溫度，當溫度超出控制器64預設值時，控制器64向第一控制閥61及第二控制閥62發(fā)出增大流量的信號，以迅速降低廢氣溫度；當廢氣溫度低于控制器64預設值時，控制器64向第一控制閥61及第二控制閥62發(fā)出降低流量的信號，以提高廢氣溫度，使廢氣適于在尿素溶液反應池51進行反應。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。