一種大型柴油機的尾氣處理裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及柴油機尾氣的凈化處理領域，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】
[0002]近幾年來，柴油機以其動力大、效率高而得到了廣泛的應用，尤其是在航海船只領域，為人類社會的發展，航海事業的進步做出了巨大的貢獻。相比于汽油機，柴油機燃料燃燒所產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中，通常是將尾氣經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也成為當今對環境造成危害的一種新污染，不僅對環境產生危害、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處理與機外處理。機內處理主要是對燃料進行處理，使燃料更充分燃燒，如噴霧技術。而機外處理則主要是通過一些技術手段對排放的尾氣進行處理，如EGR、SCR、WHR等。在柴油機系統中，往往使用某一種技術手段進行處理，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配套使用，在通用性方面程度不高，在處理技術上也有待改進。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，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、固體顆粒等進行處理，經過處理后的廢氣再排放至大氣中。
[0005]本發明通過下述技術方案實現:
[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，所述尾氣處理箱內通過管路依次連接斯特林發電機和顆粒分離器；在斯特林發電機與顆粒分離器之間的管路上還連接有一個EGR系統，EGR系統通過EGR循環回路將部分尾氣再反饋至氣缸的進氣端。
[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；通過固體顆粒離心機的旋轉葉片產生離心力將氣體中攜帶的固體顆粒進行二相分離，固體顆粒被甩至設置在顆粒分離器的管壁上的金屬過濾網上，固體顆粒被金屬過濾網吸附、收集。
[0008]—種大型柴油機的尾氣處理方法如下:
[0009]在氣缸進氣口處通入純氧和惰性氣體的組合，并根據需要條件調節氧氣的濃度；
[0010]氣缸中的尾氣由排氣口進入尾氣處理箱內，進入尾氣處理箱內的尾氣，先經過斯特林發動機，斯特林發動機對尾氣中的余熱進行收集并用來發電，給外部設備提供電能；
[0011]流出斯特林發動機的一部分尾氣通過EGR循環回路反饋至氣缸內，使其在氣缸內進行二次燃燒；由于流出斯特林發動機的尾氣中的熱量低于流入斯特林發動機前的熱量，從而減少了 NOx的生成；流出斯特林發動機后的尾氣接著進入顆粒分離器，通過顆粒分離器的固體顆粒離心機旋轉葉片產生的離心力，將尾氣中攜帶的固體顆粒進行二相分離，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吸附，完成尾氣的第一次過濾；
[0012]經過第一次過濾后的尾氣，再經過設置在顆粒分離器出口的一層過濾網，使尾氣得到第二次過濾后，并排放至大氣中，實現尾氣的凈化處理。
[0013]本發明相對于現有技術，具有如下的優點及效果:
[0014]1、本發明與傳統方法所處理的模式不同。在傳統的技術方法中，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。而本發明通過將斯特林發電機、EGR系統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、顆粒等進行處理后再排放。因此，對排放的尾氣經過了比較全面的處理。
[0015]2、本發明在尾氣處理箱中首先對尾氣中的余熱進行利用。由于在尾氣中含有大量的熱量，斯特林發電機的原理即是利用外部熱源的作用帶動發電裝置進行發電，所得到的電能可以用來供外部設備，如發動機使用。
[0016]3、本發明在使用EGR系統對尾氣中所含有的NOx氣體進行處理。與傳統方法不同的是，由于NOx與固體顆粒之間存在此消彼長的關系，本發明所采用的是在柴油機的進氣處通入純氧和惰性氣體的組合，其中，可以根據需要條件調節氧氣的濃度，相比于傳統方法，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、本發明的顆粒分離與傳統方法中直接進行過濾不同，本發明采用兩道分離綜合使用，首先尾氣通過高速旋轉的葉片可以將大部分固體顆粒甩在管壁并被金屬濾網過濾，完成第一道離心力凈化過濾；經過第一道離心力凈化過濾后的尾氣再經過一層過濾網，使尾氣得到二次過濾，并排放至大氣中，實現尾氣的凈化處理。
[0018]5、本發明將斯特林發電機、EGR系統和顆粒分離器集成于一個尾氣處理箱中，能夠對排放的尾氣實現多方面的利用與處理。同時，各個部分可以根據情況單獨進行調節，能夠對每一個功能模式進行單獨管理與維護。
[0019]6、本發明技術手段簡便易行，它的應用將有利于尾氣處理技術的進一步提高，更有利于環境保護。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明結構示意圖。
[0021]圖2為EGR循環回路示意圖。
[0022]圖3為尾氣經過第一次過濾和第二次過濾示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述。
[0024]實施例
[0025]如圖1至3所示。本發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，所述尾氣處理箱內通過管路依次連接斯特林發電機和顆粒分離器；在斯特林發電機與顆粒分離器之間的管路上還連接有一個EGR系統，EGR系統通過EGR循環回路將部分尾氣再反饋至氣缸的進氣端，使未燃盡的尾氣重新返回氣缸進行二次燃燒。
[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；通過固體顆粒離心機的旋轉葉片產生離心力將氣體中攜帶的固體顆粒進行二相分離，固體顆粒被甩至設置在顆粒分離器的管壁上的金屬過濾網上，固體顆粒被金屬過濾網吸附、收集。
[0027]本發明通過管路將斯特林發電機、EGR系統和顆粒分離器連接，并集成于一個尾氣處理箱中，它們彼此是可以單獨控制，也可以根據尾氣的實際情況對它們進行調整，具有良好的獨立性，可以分別進行拆卸、維護。此外，尾氣處理箱對尾氣處理后所產生的有害物質進行統一收集，每隔一段時間再對尾氣處理箱進行集中清洗、物質清除等維護。尾氣處理箱與柴油機的排氣口通過管道相連，實現整體的可操作性。
[0028]采用本發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:
[0029]在氣缸進氣口處通入純氧和惰性氣體的組合(代替傳統方法所采用的空氣)，并根據需要條件調節氧氣的濃度；
[0030]氣缸中的尾氣由排氣口進入尾氣處理箱內，進入尾氣處理箱內的尾氣，先經過斯特林發動機，斯特林發動機對尾氣中的余熱進行收集并用來發電，給外部設備提供電能；
[0031]流出斯特林發動機的一部分尾氣通過EGR循環回路反饋至氣缸內，使其在氣缸內進行二次燃燒；由于流出斯特林發動機的尾氣中的熱量低于流入斯特林發動機前的熱量，從而減少了 NOx的生成；流出斯特林發動機后的尾氣接著進入顆粒分離器，通過顆粒分離器的固體顆粒離心機旋轉葉片產生的離心力，將尾氣中攜帶的固體顆粒進行二相分離，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吸附，完成尾氣的第一次過濾；
[0032]經過第一次過濾后的尾氣，再經過設置在顆粒分離器出口的一層過濾網，使尾氣得到第二次過濾后，并排放至大氣中，實現尾氣的凈化處理。
[0033]如上所述，便可較好地實現本發明。
[0034]本發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明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
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，所述尾氣處理箱內通過管路依次連接斯特林發電機和顆粒分離器；在斯特林發電機與顆粒分離器之間的管路上還連接有一個EGR系統，EGR系統通過EGR循環回路將部分尾氣再反饋至氣缸的進氣端。2.根據權利要求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；通過固體顆粒離心機的旋轉葉片產生離心力將氣體中攜帶的固體顆粒進行二相分離，固體顆粒被甩至設置在顆粒分離器的管壁上的金屬過濾網上，固體顆粒被金屬過濾網吸附、收集。3.一種大型柴油機的尾氣處理方法，其特征在于采用權利要求1或2所述的大型柴油機的尾氣處理裝置實現，具體步驟如下: 在氣缸進氣口處通入純氧和惰性氣體的組合，并根據需要條件調節氧氣的濃度； 氣缸中的尾氣由排氣口進入尾氣處理箱內，進入尾氣處理箱內的尾氣，先經過斯特林發動機，斯特林發動機對尾氣中的余熱進行收集并用來發電，給外部設備提供電能； 流出斯特林發動機的一部分尾氣通過EGR循環回路反饋至氣缸內，使其在氣缸內進行二次燃燒；由于流出斯特林發動機的尾氣中的熱量低于流入斯特林發動機前的熱量，從而減少了 NOx的生成；流出斯特林發動機后的尾氣接著進入顆粒分離器，通過顆粒分離器的固體顆粒離心機旋轉葉片產生的離心力，將尾氣中攜帶的固體顆粒進行二相分離，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吸附完成尾氣的第一次過濾； 經過第一次過濾后的尾氣，再經過設置在顆粒分離器出口的一層過濾網，使尾氣得到第二次過濾后，并排放至大氣中，實現尾氣的凈化處理。
【專利摘要】本發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，尾氣處理箱內通過管路依次連接斯特林發電機和顆粒分離器；在斯特林發電機與顆粒分離器之間的管路上還連接有一個EGR系統，EGR系統通過EGR循環回路將部分尾氣再反饋至氣缸的進氣端。通過將斯特林發電機、EGR系統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，也可根據尾氣的實際情況對它們進行調整，具有良好的獨立性，可分別進行拆卸、維護。此外，尾氣處理箱對尾氣處理后所產生的有害物質進行統一收集，每隔一段時間再對尾氣處理箱進行集中清洗、物質清除等維護。尾氣處理箱與柴油機的排氣口通過管道相連，實現整體的可操作性。
【IPC分類】F02M26/00, F02G1/043, F01N5/02, F01N3/037, F01N3/022
【公開號】CN105257369
【申請號】CN201510700703
【發明人】謝小鵬, 黃恒, 龔瑞卿
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月23日