一种重型柴油机试验站尾气净化一体化装置的制作方法

1.本发明属于发动机尾气处理技术领域，尤其涉及固定源柴油发动机尾气净化，具体为一种重型柴油机试验站尾气净化一体化装置。


背景技术：

2.柴油机动力性强，适应能力好，工作可靠，广泛应用于各种非道路车辆和中、重型汽车。柴油机的排放特点为低co、hc排放而高颗粒物（pm）和nox排放，因此柴油机尾气净化的关键在于对颗粒物（pm）和nox的高效净化。此外，重型柴油机还具有大体积、大功率、低燃烧效率的特点，发动机启动阶段尾气中含有大量未燃烧的油分。大型柴油机研究或制造类企业建有发动机试验站，可同时对多台柴油机进行性能试验，试验站尾气排量大，可达到每小时数万立方米，需将所有尾气汇集后集中净化，最终达标排放。
3.现有柴油机尾气净化技术主要包括：氧化催化转化技术（doc）、微粒捕集技术（dpf）和选择性催化还原技术（scr）。doc技术是通过催化剂进行氧化反应，能同时降低排气中co、hc和颗粒物中可溶性有机物组分（sof）。doc技术目前存在的主要缺点包括催化剂易中毒、易高温老化、净化效率不高。dpf技术利用壁流式陶瓷滤芯，相邻的蜂窝孔道两端交替堵孔，迫使气流通过多孔的壁面，而颗粒物被捕集在壁面孔内以及入口壁面上，对颗粒物净化效率高。dpf技术目前存在的主要缺点是陶瓷滤芯易被堵塞颗粒物，阻力升高快，甚至影响发动机的正常使用。scr技术是通过尿素喷射系统，将32.5%尿素水溶液喷入尾气中，尿素在高温下热解形成nh3与尾气中的nox进行反应，将nox还原成n2和h2o，从而达到降低nox的目的。
4.目前，柴油机尾气净化装置多采用以上净化技术的组合工艺，如doc dpf、doc dpf scr等，并且主要应用于各种非道路车辆和中、重型汽车。但对于大型柴油机试验站尾气集中净化装置的应用未见报道。


技术实现要素：

5.本发明需要解决的技术问题是提供一种固定源柴油机尾气净化装置，特别适用于重型柴油机试验站的尾气集中净化，能够高效去除尾气中的油分、pm和nox等主要污染物，适应大风量的尾气净化需求；装置采用一体化结构设计，具有可连续运行、占地小，投资少、运行成本低、安装和运输便捷等特点，满足用户对柴油机尾气净化的长效稳定运行特点，实用性强，方便推广应用。
6.本发明是采用如下的技术方案实现的：一种重型柴油机试验站尾气净化一体化装置，包括壳体，壳体的一端设置装置进口，壳体的另一端设置装置出口，壳体内空间按照尾气流动方向依次分为沉降室、集尘室和脱硝室，沉降室内设置有油气分离器，集尘室入口处设置有集尘室前置气密阀，集尘室出口设置有dpf过滤单元，dpf过滤单元出口设置有出口气动密闭阀，脱硝室内设置有喷氨格栅和scr脱硝单元，喷氨格栅上设置有喷嘴，喷嘴连接外部的尿素溶液计量泵。
7.柴油机试验站尾气经过管道汇集后送入净化装置的装置进口，尾气经装置进口进入沉降室。在沉降室内设置有油气分离器，可以高效去除尾气中的油分，而大颗粒的pm则可以在沉降室中沉降净化。然后，尾气由集尘室前置气密阀和集尘室，进入dpf过滤单元。通过dpf陶瓷滤芯的壁流式过滤，尾气中pm被去除。然后，尾气由dpf过滤单元出口气动密闭阀流出，流经喷氨格栅，到达scr脱硝单元。喷氨格栅向尾气中喷入适量的尿素溶液。尿素在高温下热解形成nh3，并与尾气混合均匀，在scr脱硝单元催化剂的作用下，nh3与尾气中的nox进行反应，将nox还原成n2和h2o，从而去除尾气中的nox，最后，净化后的尾气流经装置出口，送至烟囱达标排放。
8.上述的一种重型柴油机试验站尾气净化一体化装置，壳体上在装置进口的后面位置设置前扩散器，在装置出口之前的位置设置后扩散器。
9.上述的一种重型柴油机试验站尾气净化一体化装置，dpf过滤单元的出口还连接有压缩空气管路，压缩空气管路上设置有压缩空气反吹气密阀，压缩空气管路连接外部的气泵，dpf过滤单元的入口和出口位置都还设置有压力传感器，压力传感器的数据传至外部自控系统，由此形成dpf过滤单元在线反吹再生结构。一体化装置dpf过滤单元前后设置压力传感器，实时监测尾气流经dpf过滤单元的压降情况。当差压达到设定值时，说明dpf滤芯出现堵塞，自控系统启动dpf过滤单元的在线再生。在线再生过程由集尘室前置气密阀、出口气动密闭阀、压缩空气反吹气密阀相互配合完成。当在线再生启动后，出口气动密闭阀关闭，集尘室的前置气密阀关闭，压缩空气反吹气密阀打开，对dpf滤芯进行反向反吹再生。压缩空气从dpf滤芯尾端流入、前端流出，将滤芯中堵塞的pm带出，达到dpf过滤单元反吹再生的目的。从dpf滤芯中反吹出的pm在集尘室底部聚集，定期清理即可。
10.上述的一种重型柴油机试验站尾气净化一体化装置，集尘室在竖直方向上分为若干个集成室单元，每个集成室单元的入口都设置有集尘室前置气密阀，出口都设置有dpf过滤单元，集成室单元和dpf过滤单元组成一个过滤单元，壳体内设置若干组过滤单元，当第一组过滤单元在线再生时，其他组过滤单元可以正常工作，第一组在线再生后，再对第二组过滤单元在线再生，依次完成所有过滤单元的在线再生。
11.上述的一种重型柴油机试验站尾气净化一体化装置，壳体内装置进口、装置出口都还设置有尾气流量传感器、温度传感器、压力传感器、nox含量测定传感器，喷氨格栅由自控系统控制，通过对尾气流量、温度、压力、nox含量、氧含量参数的实时监测，外部自控系统计算出脱硝所需消耗尿素的量，控制尿素溶液计量泵向尾气中喷入适量的尿素溶液。
12.本发明具有以下优点：1、本发明提供了一种适用于重型柴油机试验站尾气集中净化的一体化装置，能够适应大风量的尾气净化需求。该一体化装置集成了沉降、叶片分离、dpf微粒捕集、scr脱硝等技术，能够高效去除尾气中的油分、pm和nox等主要污染物。
13.2、该装置将沉降室与叶片分离器有机结合，高效净化尾气中油分，提高了装置的安全性，同时保障后端dpf过滤单元的长期稳定运行。
14.3、该装置设计了dpf过滤单元在线反吹再生结构，反吹再生效率高，可有效解决dpf滤芯碳载量低、维保周期短的缺点，保障了设备长期稳定运行。
15.4、该装置采用一体化结构设计，结构紧凑，占地小，投资少，运行成本低，安装和运输便捷。
16.5、该一体化装置可以根据柴油机试验站尾气气量、污染物含量等具体情况，对dpf过滤单元、scr脱硝单元进行模块化调整，缩减了产品设计加工周期，能够快速响应不同规模的试验站的使用需求。
附图说明
17.图1所示为一体化装置整体结构图。
18.图中：1
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装置进口，2
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前扩散器，3
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沉降室，4
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分离器，5
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集尘室前置气密阀，6
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集尘室，7
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dpf过滤单元，8
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dpf单元出口气动密闭阀，9
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压缩空气反吹气密阀，10
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压缩空气管路，11
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喷氨格栅，12
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scr脱硝单元，13
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后扩散器，14
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装置出口。
具体实施方式
19.根据重型柴油机试验站尾气排量大，尾气中颗粒物（pm）和nox含量高，且含未充分燃烧的油分等特点，设计了一套专用的一体化尾气净化装置。如附图1所示，一体化装置包括装置进口1、前扩散器2、沉降室3、分离器4、集尘室前置气密阀5、集尘室6、dpf过滤单元7及出口气动密闭阀8、压缩空气反吹气密阀9、压缩空气管路10、喷氨格栅11、scr脱硝单元12、后扩散器13、装置出口14。
20.柴油机试验站尾气经过管道汇集后送入净化装置的装置进口1，尾气经前扩散器2均匀进入沉降室3。在沉降室内设置有两层叶片式油气分离器4，可以高效去除尾气中的油分，而大颗粒的pm则可以在沉降室中沉降净化。然后，尾气由集尘室前置气密阀5和集尘室6，进入dpf过滤单元7。通过dpf陶瓷滤芯的壁流式过滤，尾气中99%以上的pm被去除。然后，尾气由dpf过滤单元出口气动密闭阀8流出，流经喷氨格栅11，到达scr脱硝单元12。喷氨格栅由自控系统控制，通过对尾气流量、温度、压力、nox含量、氧含量等参数的实时监测，自控系统计算出脱硝所需消耗尿素的量，控制尿素溶液计量泵向尾气中喷入适量的尿素溶液。尿素在高温下热解形成nh3，并与尾气混合均匀，在scr脱硝催化剂的作用下，nh3与尾气中的nox进行反应，将nox还原成n2和h2o，从而去除尾气中的nox，scr脱硝单元设置两层催化剂层以保障脱硝效率。最后，净化后的尾气流经后扩散器13和出口管道14，送至烟囱达标排放。
21.一体化装置dpf过滤单元7前后设置压力传感器，实时监测尾气流经dpf过滤单元的压降情况。当差压达到设定值时，说明dpf滤芯出现堵塞，自控系统启动dpf过滤单元的在线再生。在线再生过程由集尘室前置气密阀、出口气动密闭阀8、压缩空气反吹气密阀9相互配合完成。一体化装置dpf过滤单元分为3组，每组dpf过滤单元共用一个集尘室，每个集尘室设置一个集尘室前置气密阀，每个dpf过滤单元尾部设有出口气动密闭阀和压缩空气反吹气密阀。当在线再生启动后，第一组dpf单元的出口气动密闭阀关闭，对应集尘室的集尘室前置气密阀关闭，第一组dpf单元的压缩空气反吹气密阀打开，对dpf滤芯进行反向反吹再生。压缩空气从dpf滤芯尾端流入、前端流出，将滤芯中堵塞的pm带出，达到dpf过滤单元反吹再生的目的。从dpf滤芯中反吹出的pm在集尘室底部聚集，定期清理即可。一组dpf过滤单元再生完成后，关闭压缩空气反吹气密阀，打开集尘室前置气密阀和dpf单元出口气动密闭阀，dpf过滤单元重新投入使用，然后开始下一组dpf过滤单元的在线反吹再生。
22.该装置将沉降、叶片分离、dpf微粒捕集、scr脱硝等技术集成一体，实现柴油机尾气多种污染物协同净化，装置结构紧凑，占地小，投资少，运行成本低，安装和运输便捷。通
过调整沉降室尺寸和叶片分离器、dpf过滤单元、scr脱硝单元的数量，使装置能够适用于不同规模柴油机试验站的尾气净化需求。通过dpf过滤单元在线再生结构的设计，使装置能够连续稳定运行，满足企业连续生产需求。