CN112943424A - 一种颗粒捕集再生***及其控制方法 - Google Patents

一种颗粒捕集再生***及其控制方法 Download PDF

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涂世恩
张西兆
陈伟
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朱良兵
张圆飞
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Abstract

本发明提供一种颗粒捕集再生***及其控制方法，所述颗粒捕集再生***包括：颗粒捕集器，所述颗粒捕集器内设有催化剂，所述催化剂将所述颗粒捕集器间隔为燃烧室和吹灰室，所述燃烧室设有进气口，所述吹灰室设有出气口；监测单元，所述监测单元设于所述颗粒捕集器的所述进气口和所述出气口，用于监测所述进气口和所述出气口的气体情况；燃烧装置，所述燃烧装置连接于所述燃烧室；压缩空气气源，所述压缩空气气源连接所述吹灰室。所述颗粒捕集再生***能够对颗粒捕集器及时清理，实现颗粒捕集器的再生，延长颗粒捕集器及颗粒捕集再生***的寿命。

Description

一种颗粒捕集再生***及其控制方法
技术领域
本申请涉及尾气处理领域，特别涉及船舶柴油机中的一种颗粒捕集再生***及其控制方法。
背景技术
目前，柴油机排放的颗粒物的净化措施主要为机前、机内和机后；机前净化主要包括改善燃油品质和替代燃料；机内净化主要是通过控制喷油、混气和燃烧室优化等措施抑制高温和缺氧条件；机后净化主要为湿式除颗粒法和过滤除颗粒法。目前，依靠机前净化和机内净化来降低船舶柴油机颗粒物排放已经趋于极限，而且机内净化往往会使NOx的排放上升，或增加对人体危害更大的小粒径颗粒物数目等。湿式除颗粒法是用液体洗涤含颗粒气流，结构简单、除颗粒效率高，可处理高温、高湿及带粘性颗粒的排气。但易产生腐蚀性液体，且需对产生的废液或污泥进行处理。过滤除颗粒法中的袋式除颗粒法主要是利用纤维织物的过滤作用，将颗粒污染物捕集在滤料表面，结构简单、效率高但占地面积大、过滤材料损耗大、不宜处理高温含颗粒气体。
目前，过滤除颗粒法中的颗粒捕集器(DPF，Diesel Particulate Filter)是目前国内外普遍认为是最有效的柴油机颗粒物净化技术，其结构简单、除颗粒效率高，能处理高温烟气。目前，已有国外公司已开始研发适用于船舶的颗粒捕集器；但颗粒捕集器设计使用不当会造成排气背压增加，油耗相应增大等问题，尤其是燃烧重油的低速机，燃料含硫、碳和杂质较多，颗粒物生成量大，且粘性高，使用颗粒捕集器时很容易堵塞捕集通道，且不易于再生，严重缩短了捕集器的寿命。
发明内容
本发明一个方面的目的在于提供一种颗粒捕集再生***及其控制方法，颗粒捕集再生***的监测单元监测颗粒捕集器的进气口和出气口的气体情况，通过气体情况推断颗粒捕集器的状态，若颗粒捕集器需要清理，则颗粒捕集器的再生，延长颗粒捕集器及颗粒捕集再生***的寿命。
本发明其它方面的目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
本发明一个方面提出如下技术方案：
一种颗粒捕集再生***，用于过滤排气气源的尾气，其包括：颗粒捕集器，所述颗粒捕集器内设有催化剂，所述催化剂将所述颗粒捕集器间隔为燃烧室和吹灰室，所述燃烧室设有进气口，所述吹灰室设有出气口；监测单元，所述监测单元设于所述颗粒捕集器的所述进气口和所述出气口，用于监测所述进气口和所述出气口的气体情况；燃烧装置，所述燃烧装置连接于所述燃烧室；压缩空气气源，所述压缩空气气源连接所述吹灰室。其中，当所述监测单元监测到所述颗粒捕集器的所述进气口和所述出气口之间的压差大于预设的阈值时或所述出气口的颗粒浓度大于预设的阈值时，所述压缩空气气源输入压缩空气进入所述吹灰室，所述压缩空气在经由所述催化剂时将所述催化剂内的沉积颗粒吹扫至所述燃烧室，所述燃烧装置将所述沉积颗粒燃烧并去除。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，所述燃烧室设有导流器，所述催化剂设有面向所述导流器的第一端面，所述导流器可使柴油机排气均匀分布于所述催化剂第一端面。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，所述吹灰室设有吹灰器，所述催化剂设有面向所述吹灰器的第二端面，所述吹灰器包括多个吹气口且所述吹气口喷射的压缩空气能均匀分布于所述第二端面。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，所述进气口与所述排气气源之间设有第一开关阀，所述第一开关阀用于控制所述排气气源的所述尾气是否通入所述颗粒捕集器。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，所述监测单元包括进出口压差传感器，所述进出口压差传感器设于所述进气口和所述出气口，用于监测所述进气口和所述出气口之间的压差。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，所述监测单元包括颗粒物传感器，所述颗粒物传感器设于所述进气口和出气口。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，所述燃烧装置设有燃油喷头组，所述燃油喷头组对应设置于所述入气口。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，所述燃烧装置进一步设有风机和点火器，所述点火器设于所述风机和所述燃油喷头组之间。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，所述吹灰室与所述压缩空气气源之间设有第二开关阀，所述第二开关阀用于控制所述压缩空气能否通入所述吹灰室。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，所述颗粒捕集再生***还包括旁通管道，所述排气气源的所述尾气通过所述旁通管道连接大气，且所述旁通管道设有第三开关阀，所述第三开关阀用于控制所述旁通管道的连通和关闭。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，该颗粒捕集再生***还包括控制器，所述控制器分别与所述监测单元、所述压缩空气气源和所述燃烧装置连接，所述控制器根据所述监测单元监测出的所述压差或所述颗粒物浓度进行判断，并根据判断结果控制所述压缩空气是否进入所述吹灰室，以及控制所述燃烧装置是否工作。
本发明另一方面还提供了一种颗粒捕集再生***的控制方法，提供一具有催化剂的颗粒捕集器，一监测单元，一压缩空气气源，以及一燃烧装置，所述监测单元设于所述颗粒捕集器，所述压缩空气气源连接于所述颗粒捕集器的出气口端，所述燃烧装置连接于所述颗粒捕集器的进气口端；当监测单元监测到的所述颗粒捕集器的进气口和出气口之间的压差大于预设的阈值时或所述出气口的颗粒浓度大于预设的阈值时，控制单元控制所述压缩空气气源输入压缩空气进入所述颗粒捕集器并吹扫所述催化剂，所述燃烧装置工作并将吹扫出的沉积颗粒吹扫进入所述燃烧器，并经所述燃烧器燃烧后去除；当监测单元监测到的所述颗粒捕集器的进气口和出气口之间的压差小于预设的阈值时且所述出气口的颗粒浓度小于预设的阈值时，所述压缩空气停止通入所述颗粒捕集器，所述燃烧装置停止工作。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，当监测单元监测到的所述颗粒捕集器的进气口和出气口之间的压差大于预设的阈值时或所述出气口的颗粒浓度大于预设的阈值时，所述压缩空气通入所述颗粒捕集器并吹扫所述催化剂，达到额定吹扫时间后，所述压缩空气停止通入所述颗粒捕集器，燃油通入颗粒捕集再生***，风机和点火器工作。
可选地，依据本发明一个方面的实施例，当所述燃烧装置工作过程中熄火，则停止通入所述燃油，所述点火器停止工作，并保持所述风机工作。
本发明通过进出口压差监测器监测颗粒捕集器进气口和出气口的压差，或通过颗粒物传感器监测颗粒捕集器出气口的颗粒物浓度，若压差或颗粒物浓度大于最大的预设的阈值，则控制器控制再生，清理颗粒捕集器，实现颗粒捕集器的再生，延长颗粒捕集器及颗粒捕集再生***的寿命的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种颗粒捕集再生***的***框图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本实施例中提供了一种颗粒捕集再生***100，其能够实现颗粒捕集器的再生，延长颗粒捕集器及颗粒捕集再生***100的寿命，下面结合说明书附图对本申请作进一步的说明。
图1为本发明的***框图，如图1所示，该颗粒捕集再生***100包括颗粒捕集器5、监测单元和燃烧装置50。颗粒捕集器5设有第一开关阀2和第五开关阀11；颗粒捕集器5中设有导流器6、催化剂7。监测单元包括进出口压差传感器9、颗粒物传感器3，以及温度传感器4。燃烧装置50包括风机13、第六开关阀14、点火器16、火焰检测器15、燃油喷头组23、第四开关阀17以及油泵18。该***还包括吹灰器8、第二开关阀20、旁通管道24、第三开关阀10、控制器22。
颗粒捕集器5设有进气口及出气口，进气口通过第一开关阀2与排气气源1连接，即发动机的尾气通过第一开关阀2的通闭控制未经处理的排气是否通入颗粒捕集器5；出气口通过第五开关阀11与大气12连接，通过控制第五开关阀11的通闭控制颗粒捕集器5过滤后的排气是否通入大气12。颗粒捕集器5中部设有催化剂7，催化器的作用在于过滤排气，催化剂7将颗粒捕集器5分隔为燃烧室25和吹灰室26，进气口的一侧为燃烧室25，出气口的一侧为吹灰室26。燃烧室25内设有导流器6，导流器6的排气口均匀分布于催化剂7的第一端面，导流器6将高温排气均匀分布于催化剂7，从而提高再生效率并减少因局部过热导致的催化剂7损坏。
第一开关阀2与进气口之间依次设有颗粒物传感器3、温度传感器4、进出口压差传感器9，出气口与第五开关阀11之间依次设有同一个进出口压差传感器9、颗粒物传感器3、温度传感器4。颗粒物传感器3分别监测进气口与出气口的颗粒物浓度，若出气口的颗粒物浓度大于最大的预设的阈值，控制器22接到颗粒物传感器3的传输信号后，控制吹灰器8和燃烧装置50工作；进出口压差传感器9分别监测进气口与出气口的压差，若压差大于最大的预设的阈值，控制器22接收到进出口压差的传输信号后，控制吹灰器8和燃烧装置50工作，进行再生过程，以防止颗粒捕集器5被压过大。
排气气源1的尾气通过旁通管道24直接与大气12连通，旁通管道24上设有第三开关阀10，当进入再生过程，控制器22控制第一开关阀2关闭，防止反吹扫出的颗粒碳通过第一开关阀2吹出颗粒捕集器5；控制器22打开第三开关阀10，排气直接通过旁通管道24通入大气12。
吹灰室26设有吹灰器8，吹灰器8的吹气口均匀分布于催化剂7的第二端面，压缩空气气源21通过第二开关阀20连接吹灰器8，第二开关阀20控制压缩空气的通闭，使用压缩空气对催化剂7进行反吹扫，使沉积在催化剂7孔道中的颗粒碳从催化剂7吹扫至第一端面。
燃烧装置50的燃油喷头组23均匀分布于导流器6的入气口，导流器6的形状和布置于燃油喷头组23的数量个位置相匹配，使得再生过程中产生的高温烟气能够均匀分布于催化剂7的第一端面，从而提高再生效率，并减少因局部过热导致的催化剂7损坏。
油泵18通过第四开关阀17与燃油喷头组23连通，油泵18连通汽油源19，第四开关阀17通过控制开度控制喷油量，风机13通过第六开关阀14与燃油喷头组23连通，第六开关阀14通过控制开度控制风机13的通风量，第六开关阀14与第四开关阀17之间设有点火器16，点火器16用于点燃燃油。风机13将点燃的燃油通过燃油喷头组23喷出，并燃烧颗粒碳。
温度传感器4监测进气口和出气口的温度，再生过程中，若进出口温度高于最大的预设的阈值，通过控制连接风机13的第六开关阀14的开度控制风量，通过控制连接油泵18的第四开关阀17的开度减小喷油量，从而控制风油比，以保证小喷油量下的正常燃烧，防止发生脱火。当进出口温度低于最小的预设的阈值时，通过控制器22控制第六开关阀14的开度控制风量，通过控制连接油泵18的第四开关阀17增大喷油量，保证大喷油量下的正常燃烧，防止风油比过小产生炭黑。
燃油喷头组23还设有火焰检测器15，火焰检测对燃烧室25内的燃烧火焰进行实时监测，若发生熄火，立即关闭油泵18、第四开关阀17，并保持风机13和第六开关阀14开启，将未燃烧的燃油吹扫出去，防止再次点火时发生油爆。
再生完成后，控制器22控制第一开关阀2开启，第三开关阀10关闭，排气继续通过颗粒捕集器5进行过滤。
温度传感器4、颗粒物传感器3、进出口压差传感器9、风机13、点火器16、火焰检测器15、油泵18，和所述的六个开关阀分别与控制器22连接，控制器22控制这些部件的通闭或工作。
在本实施例中，通过进出口压差监测器监测颗粒捕集器5进气口和出气口的压差，或通过颗粒物传感器3监测颗粒捕集器5出气口的颗粒物浓度，若压差或颗粒物浓度大于最大的预设的阈值，则控制器22控制颗粒捕集器再生，清理颗粒捕集器5，实现颗粒捕集器5的再生，延长颗粒捕集器5及颗粒捕集再生***100的寿命。
本发明还在于提供一种颗粒捕集再生***100的控制方法，在本实施例中，该控制方法包括：
监测过程：打开颗粒捕集器5的第一开关阀2，排气通过颗粒捕集器5进行过滤，一个进出口压差监测器监测颗粒捕集器5的进气口和出气口的气体压差值，两个颗粒物传感器3分别监测进气口和出气口的颗粒物浓度，两个温度传感器4分别监测进气口和出气口的温度。
再生过程：若压差值大于最大的预设的阈值，或出气口的颗粒物浓度大于最大的预设的阈值，控制器22控制第一开关阀2关闭并打开旁通管道24的第三开关阀10，排气通过旁通管道24直接排入大气12。第二开关阀20开启，压缩空气通过吹灰器8均匀反向吹扫催化剂7的第二端，吹扫10S后，关闭第二开关阀20，依次打开第六开关阀14、风机13和点火器16，再依次打开第四开关阀17和油泵18，燃油通过燃油喷嘴组喷入燃烧室25，被点火器16点燃，产生高温烟气，经导流器6均匀分布于催化剂7的第一端面，使催化剂7表面和孔道中沉积的颗粒碳燃烧除去，保持燃烧30s，并重复本步骤。当进出口的压差值和颗粒物浓度均达到设定标准时，控制器22控制第一开关阀2开启并关闭第三开关阀10，控制器22依次关闭油泵18、第四开关阀17、点火器16风机13、第六开关阀14。
若再生过程发生熄火，立即关闭油泵18、第四开关阀17，并保持风机13和第六开关阀14开启，将未燃烧的燃油吹扫出去，防止再次点火时发生油爆。
若进出口温度高于最大的预设的阈值，通过控制第六开关阀14的开度控制风量，通过控制第四开关阀17的开度减小喷油量，从而控制风油比，以保证小喷油量下的正常燃烧，防止发生脱火。当进出口温度低于最小的预设的阈值时，通过控制器22控制第六开关阀14的开度控制风量，通过控制第四开关阀17增大喷油量，保证大喷油量下的正常燃烧，防止风油比过小产生炭黑。
在本实施例中，通过进出口压差传感器9、颗粒物传感器3和温度传感器4对颗粒捕集装置进行全面的实时监测，若压差或颗粒物浓度大于最大的预设的阈值，则启动再生过程，清理颗粒捕集器5，实现颗粒捕集器5的再生，延长颗粒捕集器5及颗粒捕集再生***100的寿命。
本申请已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本申请的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本申请的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本申请的范围内。

Claims (14)

1.一种颗粒捕集再生***，用于过滤排气气源的尾气，其特征在于，包括：
颗粒捕集器，所述颗粒捕集器内设有催化剂，所述催化剂将所述颗粒捕集器间隔为燃烧室和吹灰室，所述燃烧室设有进气口，所述吹灰室设有出气口；
监测单元，所述监测单元设于所述颗粒捕集器的所述进气口和所述出气口，用于监测所述进气口和所述出气口的气体情况；
燃烧装置，所述燃烧装置连接于所述燃烧室；
压缩空气气源，所述压缩空气气源连接所述吹灰室；
其中，当所述监测单元监测到所述颗粒捕集器的所述进气口和所述出气口之间的压差大于预设的阈值时或所述出气口的颗粒浓度大于预设的阈值时，所述压缩空气气源输入压缩空气进入所述吹灰室，所述压缩空气在经由所述催化剂时将所述催化剂内的沉积颗粒吹扫至所述燃烧室，所述燃烧装置将所述沉积颗粒燃烧并去除。
2.如权利要求1所述的一种颗粒捕集再生***，其特征在于，所述燃烧室设有导流器，所述催化剂设有面向所述导流器的第一端面，所述导流器可使柴油机排气均匀分布于所述催化剂第一端面。
3.如权利要求1所述的一种颗粒捕集再生***，其特征在于，所述吹灰室设有吹灰器，所述催化剂设有面向所述吹灰器的第二端面，所述吹灰器包括多个吹气口且所述吹气口喷射的压缩空气能均匀分布于所述第二端面。
4.如权利要求1所述的一种颗粒捕集再生***，其特征在于，所述进气口与所述排气气源之间设有第一开关阀，所述第一开关阀用于控制所述排气气源的所述尾气能否通入所述颗粒捕集器。
5.如权利要求1所述的一种颗粒捕集再生***，其特征在于，所述监测单元包括进出口压差传感器，所述进出口压差传感器设于所述进气口和所述出气口，用于监测所述进气口和所述出气口之间的压差。
6.如权利要求1所述的一种颗粒捕集再生***，其特征在于，所述监测单元包括颗粒物传感器，所述颗粒物传感器设于所述进气口和出气口。
7.如权利要求1所述的一种颗粒捕集再生***，其特征在于，所述燃烧装置设有燃油喷头组，所述燃油喷头组对应设置于所述入气口。
8.如权利要求7所述的一种颗粒捕集再生***，其特征在于，所述燃烧装置进一步设有风机和点火器，所述点火器设于所述风机和所述燃油喷头组之间。
9.如权利要求1所述的一种颗粒捕集再生***，其特征在于，所述吹灰室与所述压缩空气气源之间设有第二开关阀，所述第二开关阀用于控制所述压缩空气是否通入所述吹灰室。
10.如权利要求1所述的一种颗粒捕集再生***，其特征在于，还包括旁通管道，所述排气气源的所述尾气通过所述旁通管道连接大气，且所述旁通管道设有第三开关阀，所述第三开关阀用于控制所述旁通管道的连通和关闭。
11.一种如权利要求1所述的颗粒捕集再生***，该颗粒捕集再生***还包括控制器，其特征在于，所述控制器分别与所述监测单元、所述压缩空气气源和所述燃烧装置连接，所述控制器根据所述监测单元监测出的所述压差或所述颗粒物浓度进行判断，并根据判断结果控制所述压缩空气是否进入所述吹灰室，以及控制所述燃烧装置是否工作。
12.一种如权利要求1所述的颗粒捕集再生***的控制方法，其特征在于，
提供一具有催化剂的颗粒捕集器，一监测单元，一压缩空气气源，以及一燃烧装置，所述监测单元连接于所述颗粒捕集器，所述压缩空气气源连接于所述颗粒捕集器的出气口端，所述燃烧装置连接于所述颗粒捕集器的进气口端；
当监测单元监测到所述颗粒捕集器的进气口和出气口之间的压差大于预设的阈值时或所述出气口的颗粒浓度大于预设的阈值时，控制单元控制所述压缩空气气源输入压缩空气进入所述颗粒捕集器并吹扫所述催化剂，所述燃烧装置工作并将吹扫出的沉积颗粒吹扫进入所述燃烧器，并经所述燃烧器燃烧后去除；
当监测单元监测到的所述颗粒捕集器的进气口和出气口之间的压差小于预设的阈值时且所述出气口的颗粒浓度小于预设的阈值时，所述压缩空气停止通入所述颗粒捕集器，所述燃烧装置停止工作。
13.如权利要求12所述的颗粒捕集再生***的控制方法，其特征在于，当监测单元监测到的所述颗粒捕集器的进气口和出气口之间的压差大于预设的阈值时或所述出气口的颗粒浓度大于预设的阈值时，所述压缩空气通入所述颗粒捕集器并吹扫所述催化剂，达到额定吹扫时间后，所述压缩空气停止通入所述颗粒捕集器，燃油通入颗粒捕集再生***，风机和点火器工作。
14.如权利要求13所述的颗粒捕集再生***的控制方法，其特征在于，当所述燃烧装置工作过程中熄火，则停止通入所述燃油，所述点火器停止工作，并保持所述风机工作。
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