一種大型柴油機的尾氣處理裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及柴油機尾氣的凈化處理領(lǐng)域，尤其涉及一種大型柴油機的尾氣處理裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，柴油機以其動力大、效率高而得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在航海船只領(lǐng)域，為人類社會的發(fā)展，航海事業(yè)的進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)。相比于汽油機，柴油機燃料燃燒所產(chǎn)生的尾氣中含有較多的固體顆粒和NOx等有害成分。目前，在常見的柴油機尾氣排放處理技術(shù)中，通常是將尾氣經(jīng)過簡單的凈化處理之后直接排放至大氣中，大氣中的有害氣體成分不斷增加，固體顆粒PM也成為當(dāng)今對環(huán)境造成危害的一種新污染，不僅對環(huán)境產(chǎn)生危害、浪費能源，同時也威脅了人類的健康。
[0003]目前，對于柴油機尾氣污染的處理方法主要分為機內(nèi)處理與機外處理。機內(nèi)處理主要是對燃料進(jìn)行處理，使燃料更充分燃燒，如噴霧技術(shù)。而機外處理則主要是通過一些技術(shù)手段對排放的尾氣進(jìn)行處理，如EGR、SCR、WHR等。在柴油機系統(tǒng)中，往往使用某一種技術(shù)手段進(jìn)行處理，對尾氣中的有害成分不能徹底清除；同時，處理裝置一般與柴油機系統(tǒng)配套使用，在通用性方面程度不高，在處理技術(shù)上也有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種大型柴油機的尾氣處理裝置及其方法。能夠分別對尾氣中的余熱、NOx、固體顆粒等進(jìn)行處理，經(jīng)過處理后的廢氣再排放至大氣中。
[0005]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種大型柴油機的尾氣處理裝置，包括連接在氣缸尾氣出口端的尾氣處理箱，所述尾氣處理箱內(nèi)通過管路依次連接斯特林發(fā)電機和顆粒分離器；在斯特林發(fā)電機與顆粒分離器之間的管路上還連接有一個EGR系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)通過EGR循環(huán)回路將部分尾氣再反饋至氣缸的進(jìn)氣端。
[0007]所述顆粒分離器包括用于氣固分離的固體顆粒離心機和用于收集固體顆粒的金屬過濾網(wǎng)；通過固體顆粒離心機的旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生離心力將氣體中攜帶的固體顆粒進(jìn)行二相分離，固體顆粒被甩至設(shè)置在顆粒分離器的管壁上的金屬過濾網(wǎng)上，固體顆粒被金屬過濾網(wǎng)吸附、收集。
[0008]—種大型柴油機的尾氣處理方法如下:
[0009]在氣缸進(jìn)氣口處通入純氧和惰性氣體的組合，并根據(jù)需要條件調(diào)節(jié)氧氣的濃度；
[0010]氣缸中的尾氣由排氣口進(jìn)入尾氣處理箱內(nèi)，進(jìn)入尾氣處理箱內(nèi)的尾氣，先經(jīng)過斯特林發(fā)動機，斯特林發(fā)動機對尾氣中的余熱進(jìn)行收集并用來發(fā)電，給外部設(shè)備提供電能；
[0011]流出斯特林發(fā)動機的一部分尾氣通過EGR循環(huán)回路反饋至氣缸內(nèi)，使其在氣缸內(nèi)進(jìn)行二次燃燒；由于流出斯特林發(fā)動機的尾氣中的熱量低于流入斯特林發(fā)動機前的熱量，從而減少了 NOx的生成；流出斯特林發(fā)動機后的尾氣接著進(jìn)入顆粒分離器，通過顆粒分離器的固體顆粒離心機旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生的離心力，將尾氣中攜帶的固體顆粒進(jìn)行二相分離，分離后的固體顆粒在慣性的作用下，被甩在顆粒分離器的管壁上并被金屬過濾網(wǎng)吸附，完成尾氣的第一次過濾；
[0012]經(jīng)過第一次過濾后的尾氣，再經(jīng)過設(shè)置在顆粒分離器出口的一層過濾網(wǎng)，使尾氣得到第二次過濾后，并排放至大氣中，實現(xiàn)尾氣的凈化處理。
[0013]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0014]1、本發(fā)明與傳統(tǒng)方法所處理的模式不同。在傳統(tǒng)的技術(shù)方法中，主要是針對排放尾氣中的某一類成分處理，或者是幾種處理裝置分別操作，相對獨立。而本發(fā)明通過將斯特林發(fā)電機、EGR系統(tǒng)和顆粒分離器集成于一個尾氣處理箱中，在尾氣通過尾氣處理箱的過程中，分別對尾氣中的余熱、NOx、顆粒等進(jìn)行處理后再排放。因此，對排放的尾氣經(jīng)過了比較全面的處理。
[0015]2、本發(fā)明在尾氣處理箱中首先對尾氣中的余熱進(jìn)行利用。由于在尾氣中含有大量的熱量，斯特林發(fā)電機的原理即是利用外部熱源的作用帶動發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電，所得到的電能可以用來供外部設(shè)備，如發(fā)動機使用。
[0016]3、本發(fā)明在使用EGR系統(tǒng)對尾氣中所含有的NOx氣體進(jìn)行處理。與傳統(tǒng)方法不同的是，由于NOx與固體顆粒之間存在此消彼長的關(guān)系，本發(fā)明所采用的是在柴油機的進(jìn)氣處通入純氧和惰性氣體的組合，其中，可以根據(jù)需要條件調(diào)節(jié)氧氣的濃度，相比于傳統(tǒng)方法，可以提高EGR率，氧氣濃度的提高有助于顆粒的減少，并且此方法對于NOx的生成可以從源頭上減少。
[0017]4、本發(fā)明的顆粒分離與傳統(tǒng)方法中直接進(jìn)行過濾不同，本發(fā)明采用兩道分離綜合使用，首先尾氣通過高速旋轉(zhuǎn)的葉片可以將大部分固體顆粒甩在管壁并被金屬濾網(wǎng)過濾，完成第一道離心力凈化過濾；經(jīng)過第一道離心力凈化過濾后的尾氣再經(jīng)過一層過濾網(wǎng)，使尾氣得到二次過濾，并排放至大氣中，實現(xiàn)尾氣的凈化處理。
[0018]5、本發(fā)明將斯特林發(fā)電機、EGR系統(tǒng)和顆粒分離器集成于一個尾氣處理箱中，能夠?qū)ε欧诺奈矚鈱崿F(xiàn)多方面的利用與處理。同時，各個部分可以根據(jù)情況單獨進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠?qū)γ恳粋€功能模式進(jìn)行單獨管理與維護(hù)。
[0019]6、本發(fā)明技術(shù)手段簡便易行，它的應(yīng)用將有利于尾氣處理技術(shù)的進(jìn)一步提高，更有利于環(huán)境保護(hù)。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為EGR循環(huán)回路示意圖。
[0022]圖3為尾氣經(jīng)過第一次過濾和第二次過濾示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0024]實施例
[0025]如圖1至3所示。本發(fā)明公開了一種大型柴油機的尾氣處理裝置，包括連接在氣缸尾氣出口端的尾氣處理箱，所述尾氣處理箱內(nèi)通過管路依次連接斯特林發(fā)電機和顆粒分離器；在斯特林發(fā)電機與顆粒分離器之間的管路上還連接有一個EGR系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)通過EGR循環(huán)回路將部分尾氣再反饋至氣缸的進(jìn)氣端，使未燃盡的尾氣重新返回氣缸進(jìn)行二次燃燒。
[0026]所述顆粒分離器包括用于氣固分離的固體顆粒離心機和用于收集固體顆粒的金屬過濾網(wǎng)；通過固體顆粒離心機的旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生離心力將氣體中攜帶的固體顆粒進(jìn)行二相分離，固體顆粒被甩至設(shè)置在顆粒分離器的管壁上的金屬過濾網(wǎng)上，固體顆粒被金屬過濾網(wǎng)吸附、收集。
[0027]本發(fā)明通過管路將斯特林發(fā)電機、EGR系統(tǒng)和顆粒分離器連接，并集成于一個尾氣處理箱中，它們彼此是可以單獨控制，也可以根據(jù)尾氣的實際情況對它們進(jìn)行調(diào)整，具有良好的獨立性，可以分別進(jìn)行拆卸、維護(hù)。此外，尾氣處理箱對尾氣處理后所產(chǎn)生的有害物質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)一收集，每隔一段時間再對尾氣處理箱進(jìn)行集中清洗、物質(zhì)清除等維護(hù)。尾氣處理箱與柴油機的排氣口通過管道相連，實現(xiàn)整體的可操作性。
[0028]采用本發(fā)明大型柴油機的尾氣處理裝置，對尾氣處理凈化的過程可通過如下方法實現(xiàn):
[0029]在氣缸進(jìn)氣口處通入純氧和惰性氣體的組合(代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法所采用的空氣)，并根據(jù)需要條件調(diào)節(jié)氧氣的濃度；
[0030]氣缸中的尾氣由排氣口進(jìn)入尾氣處理箱內(nèi)，進(jìn)入尾氣處理箱內(nèi)的尾氣，先經(jīng)過斯特林發(fā)動機，斯特林發(fā)動機對尾氣中的余熱進(jìn)行收集并用來發(fā)電，給外部設(shè)備提供電能；
[0031]流出斯特林發(fā)動機的一部分尾氣通過EGR循環(huán)回路反饋至氣缸內(nèi)，使其在氣缸內(nèi)進(jìn)行二次燃燒；由于流出斯特林發(fā)動機的尾氣中的熱量低于流入斯特林發(fā)動機前的熱量，從而減少了 NOx的生成；流出斯特林發(fā)動機后的尾氣接著進(jìn)入顆粒分離器，通過顆粒分離器的固體顆粒離心機旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生的離心力，將尾氣中攜帶的固體顆粒進(jìn)行二相分離，分離后的固體顆粒在慣性的作用下，被甩在顆粒分離器的管壁上并被金屬過濾網(wǎng)吸附，完成尾氣的第一次過濾；
[0032]經(jīng)過第一次過濾后的尾氣，再經(jīng)過設(shè)置在顆粒分離器出口的一層過濾網(wǎng)，使尾氣得到第二次過濾后，并排放至大氣中，實現(xiàn)尾氣的凈化處理。
[0033]如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。
[0034]本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種大型柴油機的尾氣處理裝置，其特征在于，包括連接在氣缸尾氣出口端的尾氣處理箱，所述尾氣處理箱內(nèi)通過管路依次連接斯特林發(fā)電機和顆粒分離器；在斯特林發(fā)電機與顆粒分離器之間的管路上還連接有一個EGR系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)通過EGR循環(huán)回路將部分尾氣再反饋至氣缸的進(jìn)氣端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型柴油機的尾氣處理裝置，其特征在于，所述顆粒分離器包括用于氣固分離的固體顆粒離心機和用于收集固體顆粒的金屬過濾網(wǎng)；通過固體顆粒離心機的旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生離心力將氣體中攜帶的固體顆粒進(jìn)行二相分離，固體顆粒被甩至設(shè)置在顆粒分離器的管壁上的金屬過濾網(wǎng)上，固體顆粒被金屬過濾網(wǎng)吸附、收集。3.一種大型柴油機的尾氣處理方法，其特征在于采用權(quán)利要求1或2所述的大型柴油機的尾氣處理裝置實現(xiàn)，具體步驟如下: 在氣缸進(jìn)氣口處通入純氧和惰性氣體的組合，并根據(jù)需要條件調(diào)節(jié)氧氣的濃度； 氣缸中的尾氣由排氣口進(jìn)入尾氣處理箱內(nèi)，進(jìn)入尾氣處理箱內(nèi)的尾氣，先經(jīng)過斯特林發(fā)動機，斯特林發(fā)動機對尾氣中的余熱進(jìn)行收集并用來發(fā)電，給外部設(shè)備提供電能； 流出斯特林發(fā)動機的一部分尾氣通過EGR循環(huán)回路反饋至氣缸內(nèi)，使其在氣缸內(nèi)進(jìn)行二次燃燒；由于流出斯特林發(fā)動機的尾氣中的熱量低于流入斯特林發(fā)動機前的熱量，從而減少了 NOx的生成；流出斯特林發(fā)動機后的尾氣接著進(jìn)入顆粒分離器，通過顆粒分離器的固體顆粒離心機旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生的離心力，將尾氣中攜帶的固體顆粒進(jìn)行二相分離，分離后的固體顆粒在慣性的作用下，被甩在顆粒分離器的管壁上并被金屬過濾網(wǎng)吸附完成尾氣的第一次過濾； 經(jīng)過第一次過濾后的尾氣，再經(jīng)過設(shè)置在顆粒分離器出口的一層過濾網(wǎng)，使尾氣得到第二次過濾后，并排放至大氣中，實現(xiàn)尾氣的凈化處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型柴油機的尾氣處理裝置及其方法，包括連接在氣缸尾氣出口端的尾氣處理箱，尾氣處理箱內(nèi)通過管路依次連接斯特林發(fā)電機和顆粒分離器；在斯特林發(fā)電機與顆粒分離器之間的管路上還連接有一個EGR系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)通過EGR循環(huán)回路將部分尾氣再反饋至氣缸的進(jìn)氣端。通過將斯特林發(fā)電機、EGR系統(tǒng)和顆粒分離器集成于一個尾氣處理箱中，它們彼此是可以單獨控制，也可根據(jù)尾氣的實際情況對它們進(jìn)行調(diào)整，具有良好的獨立性，可分別進(jìn)行拆卸、維護(hù)。此外，尾氣處理箱對尾氣處理后所產(chǎn)生的有害物質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)一收集，每隔一段時間再對尾氣處理箱進(jìn)行集中清洗、物質(zhì)清除等維護(hù)。尾氣處理箱與柴油機的排氣口通過管道相連，實現(xiàn)整體的可操作性。
【IPC分類】F02M26/00, F02G1/043, F01N5/02, F01N3/037, F01N3/022
【公開號】CN105257369
【申請?zhí)枴緾N201510700703
【發(fā)明人】謝小鵬, 黃恒, 龔瑞卿
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月23日