發動機后處理系統的余熱回收裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發動機后處理系統的余熱回收裝置及方法，屬于發動機尾氣后處理的技術領域。
【背景技術】
[0002]現有的尾氣處理技術中包括氧化催化器(D0C)、顆粒捕集器(DPF)以及選擇性催化還原器(SCR)組合的方案。在一定的使用程度之后，所述顆粒捕集器會發生堵塞，從而影響系統的背壓，因此顆粒捕集器則需要解決其如何再生的問題。目前，顆粒捕集器再生的方案有兩種:被動再生和主動再生，其中被動再生的效果不太理想，應用上會受到很多的限制；目前主流的方案是主動再生。主動再生的原理是通過燃燒的方式去除碳顆粒。
[0003]現有技術中已經揭示了利用朗肯循環(Rankine Cycle)來回收廢熱的系統。通常，朗肯循環主要包括增壓裝置(例如栗)、熱交換裝置(例如蒸發器)、能量轉化裝置(例如膨脹機)以及冷卻裝置(例如冷凝器)。使用時，所述栗將一種介質(例如水)升壓之后與高溫的發動機尾氣在所述蒸發器上進行熱交換，該介質被加熱汽化，直至成為過熱蒸汽后，進入膨脹機中做功，做功后的低壓蒸汽進入冷凝器被冷卻凝結成液態，再回到栗中，完成一個循環。經過此過程之后，相當于將發動機尾氣的廢熱轉化成可以利用的機械能，以實現能量的回收與利用。
[0004]發動機在正常工作時的排氣溫度通常較高，這其中有許多熱能值得回收利用，特別是在顆粒捕集器主動再生時，會產生非常高的熱量。但是，這種高溫會對下游的選擇性催化還原器產生影響。一般而言，現有的選擇性催化還原器一般選擇銅基、鐵基或者釩基選擇性催化還原器。銅基、鐵基選擇性催化還原器的溫度適應較釩基選擇性催化還原器要高。另夕卜，釩基選擇性催化還原器在500攝氏度以上溫度條件下，將會分解失效。考慮到顆粒捕集器主動再生時會產生非常高的熱量，在設計時，一般均選用耐高溫的銅基或者鐵基選擇性催化還原器，以降低失效風險。但是，這種類型的選擇性催化還原器比釩基的要貴很多，成本較高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種優化的發動機后處理系統的余熱回收裝置及方法，一方面能夠回收發動機的廢熱，另一方面能夠降低對下游的選擇性催化還原器的影響。
[0006]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種發動機后處理系統的余熱回收裝置，其包括用以連接于發動機排氣端下游的氧化催化器、位于所述氧化催化器下游的顆粒捕集器、位于所述顆粒捕集器下游的選擇性催化還原器、以及用以控制所述余熱回收裝置的控制器，所述余熱回收裝置還包括位于所述顆粒捕集器下游或者至少部分位于所述顆粒捕集器外圍的第一熱交換器、以及位于所述選擇性催化還原器下游的第二熱交換器。
[0007]作為本發明進一步改進的技術方案，所述余熱回收裝置包括朗肯循環系統，所述朗肯循環系統包括順序連接的集液箱、用以從所述集液箱中向外抽液的增壓裝置、熱交換裝置、能量轉化裝置以及冷卻裝置，其中所述熱交換裝置包括所述第一熱交換器以及所述第二熱交換器。
[0008]作為本發明進一步改進的技術方案，所述第一熱交換器與所述第二熱交換器并聯布置，其中所述第二熱交換器在所述余熱回收裝置啟動后一直處于工作狀態，所述第一熱交換器根據所述顆粒捕集器的出口處的溫度選擇性地打開或者閉合。
[0009]作為本發明進一步改進的技術方案，所述朗肯循環系統包括連接在所述增壓裝置與所述熱交換裝置之間的控制閥，以控制是否將所述集液箱中的介質經過所述第一熱交換器。
[0010]作為本發明進一步改進的技術方案，所述控制閥是三通閥，其包括進口、第一出口以及第二出口，其中所述進口與所述增壓裝置相通，所述第一出口與所述第一熱交換器相通，所述第二出口與所述第二熱交換器相通。
[0011]作為本發明進一步改進的技術方案，所述朗肯循環系統包括連接在所述第一熱交換器下游的開關閥，以防止介質回流。
[0012]作為本發明進一步改進的技術方案，所述余熱回收裝置包括安裝在所述顆粒捕集器的出口處的第一溫度傳感器以及安裝在所述選擇性催化還原器的入口處的第二溫度傳感器，所述第一、第二溫度傳感器均與所述控制器相連。
[0013]作為本發明進一步改進的技術方案，所述選擇性催化還原器為釩基選擇性催化還原器。
[0014]本發明還涉及如下技術方案:一種余熱回收方法，其包括:
51:判斷所述顆粒捕集器的出口處的排氣溫度是否高于第一設定值，如果高于，則執行步驟S2 ;如果不尚于，則執彳丁步驟S3 ；
52:使所述第一熱交換器與所述第二熱交換器均處于工作狀態，其中所述第一熱交換器對所述顆粒捕集器的熱量進行回收；所述第二熱交換器對所述選擇性催化還原器下游的熱量進行回收；
53:使所述第一熱交換器處于非工作狀態，而使所述第二熱交換器均處于工作狀態，所述第二熱交換器對所述選擇性催化還原器下游的熱量進行回收。
[0015]作為本發明進一步改進的技術方案，所述余熱回收方法還包括如下步驟:
SO:判斷所述選擇性催化還原器的入口處的排氣溫度是否高于第二設定值，如果高于，直接執行步驟S2 ;如果不高于，則執行步驟SI。
[0016]相較于現有技術，本發明通過設置第一熱交換器以及第二熱交換器，來進行余熱回收；另外，通過啟動所述第一熱交換器，能夠降低進入下游的選擇性催化還原器的排氣溫度，從而降低對所述選擇性催化還原器的影響。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明發動機后處理系統的余熱回收裝置的原理圖。
[0018]圖2是本發明發動機后處理系統的余熱回收裝置在第一、第二換熱器均開啟時的原理圖。
[0019]圖3是本發明發動機后處理系統的余熱回收裝置僅在第二換熱器開啟時的原理圖。
【具體實施方式】
[0020]請參圖1所示，本發明揭示了一種發動機后處理系統的余熱回收裝置100，其包括發動機1、與所述發動機的前端相連的發動機進氣端11、與所述發動機的后端相連的發動機排氣端12、連接在所述發動機排氣端12下游的氧化催化器2、位于所述氧化催化器2下游的顆粒捕集器3、位于所述顆粒捕集器3下游的選擇性催化還原器4、用以控制所述余熱回收裝置100的控制器5、以及用以回收廢熱的朗肯循環系統6。鑒于這種尾氣處理技術的原理對所屬技術領域的技術人員是熟知的，本發明在此不再贅述。
[0021]為了實現溫度檢測，本發明的余熱回收裝置100還包括安裝在所述顆粒捕集器3的出口處的第一溫度傳感器71以及安裝在所述選擇性催化還原器4的入口處的第二溫度傳感器72。所述第一、第二溫度傳感器71、72均與所述控制器5相連，以將檢測到的溫度信號發動給所述控制器5。
[0022]請參圖1所示，在本發明圖示的實施方式中，所述朗肯循環系統6包括順序連接的集液箱61、用以從所述集液箱61中向外抽液的增壓裝置62 (例如栗)、熱交換裝置63 (例如換熱器)、能量轉化裝置64 (例如膨脹機)以及冷卻裝置65 (例如冷凝器)，其中所述熱交換裝置63包括位于所述顆粒捕集器3與所述選擇性催化還原器4之間的第一熱交換器631以及位于所述選擇性催化還原器4下游的第二熱交換器632。所述第一熱交換器631與所述第二熱交換器632并聯布置。在本發明圖示的實施方式中，所述第一熱交換器631位于所述顆粒捕集器3與所述選擇性催化還原器4之間，用以收集所述顆粒捕集器3的熱量。可以理解，在其他實施方式中，也可以將所述第一熱交換器631全部或者部分包圍于所述顆粒捕集器3的外圍。
[0023]另外，所述朗肯循環系統包括連接在所述增壓裝置62與所述熱交換裝置63之間的控制閥66，以控制是否將所述集液箱61中的介質經過所述第一熱交換器631。在本發明圖示的實施方式中，所述控制閥66是三通閥，其包括進口 661、第一出口 662以及第二出口663，其中所述進口 661與所述增壓裝置62相通，所述第一出口 662與所述第一熱交換器631相通，所述第二出口 663與所述第二熱交換器632相通。所述第二出口 663 —直處于導通狀態，以使所述第二熱交換器632 —直處于工作狀態。所述第一出口 662需要根據所述第一