一种柴油机尾气颗粒捕捉器及尾气后处理系统的制作方法

本技术涉及柴油机尾气后处理，具体涉及一种柴油机尾气颗粒捕捉器及尾气后处理系统。

背景技术：

1、柴油机作为汽车和非道路移动机械的主动力为社会提供便利的同时，也逐渐变成了空气污染的主要原因之一。根据《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国第三、四阶段)》(gb 20891-2014)及其《修改单》中第四阶段的相关要求，要求中提到柴油机的排气污染物包含颗粒物和气态污染物。颗粒物对人体健康和环境空气质量有直接影响，其粒径大小关乎其对呼吸系统和心脑血管疾病发病率的影响程度。同时，气态污染物，如一氧化碳(co)、碳氢化合物(hc)和氮氧化物(nox)，会在空气中进行光化学反应，生成二次有机气溶胶，降低大气能见度，恶化空气质量。

2、为了减少柴油机尾气中的颗粒物和气态污染物的排放，目前国内绝大多数柴油机生产厂商为了保证自己生产的柴油机的排放达到现行国家标准，都采用了以德国博世公司产品为代表柴油机尾气后处理技术路线来实现满足国家标准对污染物限值的要求，就是采用氧化催化器(doc)、颗粒捕捉器(dpf)和还原型催化器(scr)组合的技术路线。这条技术路线是氧化催化器位于颗粒捕捉器前面，在氧化催化器通过氧化的方式去除一氧化碳和碳氢化合物，同时利用氧化时产生的热量对尾气进行加热增温，对后续的颗粒捕捉器利用烧蚀颗粒物的方法进行再生，热量也会对还原型催化器去除nox产生促进作用。

3、目前使用此条技术路线处理柴油机尾气后虽然能完全达标排放，但是也产生了一些严重的技术瑕疵，产生严重技术瑕疵的表现就是排气背压大幅度增加，使柴油机油耗大幅度增加、输出功率显著下降，甚至完全憋停柴油机。其中以德国博世公司产品为代表的由碳化硅或堇青石材料为原料制成的壁流式多孔蜂窝陶瓷颗粒捕捉器(dpf)是造成的这样严重的技术瑕疵的主要原因，通过对其结构和工作原理(参见说明书附图1和附图2)的分析，溯其产生严重的技术瑕疵的原因：其结构是通过交替堵住蜂窝状陶瓷孔的两端(前堵和后堵)，利用陶瓷的孔壁来滤除颗粒物。所谓壁流式就是气体从侧壁穿透过滤，在比较小的体积内获得较大的过滤面积，实现过滤颗粒物的作用。但是这种结构存在以下技术问题：(1)这种过滤形式属于含尘气体从过滤器内部过滤前通道进入，通过过滤层后从过滤器过滤后通道排出干净气体的内滤形式，这种形式造成被滤除的颗粒物存储在过滤层所包围的过滤前通道空间，极不易清除；(2)由于过滤层之间距离太短(在1.5毫米左右，拐角处更小)，又是四面过滤层，被滤除的颗粒物又不能脱离过滤层，使过滤前通道变成颗粒物仓库(或称灰仓)，积灰的累积造成过滤层堵塞从而导致过滤层内外产生极大的压力差，这个极大的压力差大幅度增加柴油机的排气背压，使柴油机油耗急剧增加、输出功率急剧下降，甚至完全憋停柴油机。被滤除的颗粒物达到该空间的50％左右过滤层就失去了过滤功能，如在重型卡车上这种颗粒捕集器失效时间大约在30小时左右，在工程机械使用方面，因很多工程机械处于怠速运行，产生的颗粒物远超常态运行的重型卡车，因此。这种颗粒捕集器在工程机械上失效时间一般只有十几个小时，甚至是几个小时。据柴油机厂家的设定，当过滤层内外(含尘区和洁净区)之间压差达到20kpa的阈值，就需要进行再生处理。这样的设定从初始状态到阈值的工作区间，颗粒捕捉器过滤层内外的压差的平均值将达到10kpa以上，使柴油机的油耗增加2.3～6.7％之间，大大增加了柴油机运行的环境成本。当过滤层内外(含尘区和洁净区)之间压差达到20kpa的阈值时，壁流式多孔蜂窝陶瓷颗粒捕捉器(dpf)就开始进行颗粒捕捉器再生的操作。操作的目的是清除过滤前通道中的被滤除的颗粒物，解决过滤前通道堵塞而造成的过滤器失效的问题。由于结构缺陷，在空气过滤技术领域非常有效的再生手段如机械振动、脉冲反吹清灰等手段在壁流式多孔蜂窝陶瓷颗粒捕捉器根本就没有作用，只能采用将柴油喷入(柴油机生产厂家通过设置的控制程序，在柴油机控制系统中，将未压燃的柴油喷到堵塞过滤前通道内，然后高速运行柴油机，并借助其前端的氧化催化器(doc)氧化作用产生的热量，将尾气加热到600℃以上，通过高温引燃并烧蚀掉堵塞在滤前通道中的颗粒物实现颗粒捕捉器的过滤功能再生。从结构上看，过滤前通道是多条1.5×1.5毫米且长达200毫米左右的狭长通道，向狭长通道喷柴油，每一次喷油量有限，因此烧蚀一次再生的距离很短，必须多次喷、烧才能完成再生过程，据柴油机厂家的使用规范要求需45分钟到一个小时驻车空挡高速运行柴油机，这种再生方式不仅因长时间驻车空挡高速无效运行柴油机和喷油到颗粒物聚集区域，白白浪费了宝贵的油料，同时长时间驻车使再生过程繁杂，耗时长，因此，这种再生方式是高耗能和低效的。还存在的严重问题是，短时间的烧是稍不掉的，会钻入过滤层的缝隙之中，破坏过滤层。所以每烧一次，再生的效果就会打折扣，据有关资料介绍壁流式多孔蜂窝陶瓷颗粒捕捉器的再生次数也就是15次左右，15次以后再生的效果就会打折扣到颗粒捕捉器无法继续使用的程度。

4、由于其再生要借助其前端的氧化催化器(doc)氧化作用产生的热量，只能把氧化催化器(doc)置放在柴油机尾气颗粒捕捉器前级，这样就使氧化催化器(doc)的贵金属涂层就不得不在含尘气体中工作，造成贵金属涂层被含尘气体冲刷掉而失去氧化催化功能，此外再生时未压燃的柴油首先经过氧化催化器(doc)方能到达柴油机尾气颗粒捕捉器，这对氧化催化器(doc)的贵金属涂层产生覆盖使氧化催化效果降低，同时未压燃的柴油污染贵金属涂层也会导致氧化催化器中毒，降低氧化催化器(doc)的使用寿命。

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的不足，本实用新型的第一个目的是提供一种柴油机尾气颗粒捕捉器，该柴油机尾气颗粒捕捉器能够解决现有技术中颗粒捕捉器过滤时过滤层极易堵塞和再生能耗高、效率低、及柴油机尾气颗粒捕捉器使用寿命短的技术问题。

2、本实用新型的第二个目的是提供一种尾气后处理系统，该尾气后处理系统能够解决尾气细微颗粒去除不充分、氧化催化器不耐用、使用效率低的问题。

3、为了实现上述目的，本实用新型首先公开一种柴油机尾气颗粒捕捉器，包括颗粒捕捉器壳体、尾气进气管和滤筒，尾气进气管内部设置有止逆阀；颗粒捕捉器壳体的尾气进气端安装有灰斗，用于存放过滤后的灰尘，颗粒捕捉器壳体与灰斗可拆卸连接；颗粒捕捉器壳体的尾气出气端内侧安装有连接板，连接板上设置有通气孔，滤筒安装在连接板上，滤筒的开口端部与连接板的通气孔相对应，滤筒的过滤部朝向颗粒捕捉器壳体内部；在颗粒捕捉器壳体的尾气出气端安装有中空的引射架，颗粒捕捉器壳体的尾气出气端外部有压缩空气进气管，引射架的进气端与压缩空气进气管连接，在引射架上安装有引射喷嘴，引射喷嘴与连接板上的通气孔相对应，压缩气体通过压缩空气进气管进入引射架，通过引射喷嘴射向通气孔并进入滤筒内部；压缩空气进气管上安装脉冲阀。

4、进一步的，滤筒为多层不锈钢滤网卷制烧结后制成的圆柱形筒体。

5、进一步的，滤筒的开口端部安装有滤筒端套，滤筒端套侧面设有外螺纹的套筒，连接板的通气孔设置有与滤筒端套外螺纹相配合的内螺纹，连接板与滤筒端套通过螺纹固定连接。

6、进一步的，滤筒端套与连接板底面间设置有密封垫。

7、进一步的，滤筒的封闭侧端部还设置有滤筒底托，滤筒底托为圆环状，滤筒底托与滤筒封闭侧端部固定连接，滤筒底托上设置有工具连接端，工具连接端用于外部工具旋转安装滤筒。

8、进一步的，滤筒底托上的工具连接端为方孔，方孔上插入有方柱。

9、进一步的，引射架分为直管部和半圆环管部，引射架的直管部和半圆环管部焊接固定，引射架的直管部和半圆环管部内部相通，引射架上焊接有引射喷嘴，引射架与引射喷嘴内部相通，引射喷嘴与半圆环管部的径向垂直，引射喷嘴的中心轴与滤筒的中心轴重合并朝向滤筒内部。

10、进一步的，引射架的直管部为一根直径为3/4英寸、壁厚为2mm的不锈钢直管，引射架的半圆环管部为两根中心直径为120mm圆环形不锈钢管，引射架的直管部和圆环管部焊接后组成空心器件，半圆环管不锈钢管的直径为19mm，壁厚为1.5mm；引射喷嘴为外径6mm、壁厚为1mm的不锈钢管，引射架的直管部上的引射喷嘴的长度为13mm，引射架的半圆环管上的引射喷嘴的长度为18mm。

11、进一步的，还包括压差监测器，压差监测器包括前气嘴、前气管、压差变送器、后气嘴和后气管，前气嘴设置在颗粒捕捉器壳体的尾气进气端的侧壁上，前气嘴与颗粒捕捉器壳体内部相通，前气管一端与前气嘴连接，前气管另一端与压差变送器连接，后气嘴设置在颗粒捕捉器壳体的尾气出气端的侧壁上，后气嘴与壳体内部相通，后气管的一端与后气嘴连接，后气管的另一端与压差变送器连接。

12、进一步的，在灰斗侧壁上部设置光电开关和灰仓充满报警灯，光电开关和灰仓充满报警灯电连接。

13、进一步的，压缩空气进气管上设置减压阀，减压阀设定为0.3～0.5mpa。

14、进一步的，还包括控制器，控制器与脉冲阀电连接，控制器上设置压差阈值报警灯、开阀时长调整器和手动喷吹启动按钮。

15、进一步的，尾气进气管设置在颗粒捕捉器壳体的尾气进气端的端部，设置第一卡箍将尾气进气管与颗粒捕捉器壳体连接；颗粒捕捉器壳体的尾气进气端侧壁与灰斗通过第二卡箍连接。

16、进一步的，尾气进气管设置在颗粒捕捉器壳体的尾气进气端侧壁上；颗粒捕捉器壳体的尾气进气端的端部与灰斗通过第二卡箍连接。

17、根据本实用新型的第二个方面，还提供一种尾气后处理系统，包括上述的柴油机尾气颗粒捕捉器，颗粒捕捉器壳体的尾气出气端连接有氧化催化器壳体，氧化催化器壳体内部空间设置有氧化催化器。

18、进一步的，颗粒捕捉器壳体的尾气出气端设置翻边，氧化催化器壳体端部设置翻边，设置第三卡箍，通过第三卡箍将颗粒捕捉器壳体和氧化催化器壳体连接。

19、本实用新型具有如下有益效果：

20、1、与壁流式多孔蜂窝陶瓷颗粒捕捉器相比，本实用新型的柴油机尾气颗粒捕捉器由于因采取外滤的过滤方式，被滤除的颗粒物在过滤层外堆积，过滤层之间距离较大，有足够的存灰空间，同时在柴油车辆的行驶中的颠簸，会使部分被滤除的颗粒物自动脱离过滤层，形成自然再生，因此，过滤层两侧的压差随过滤工作时间延长而增高的幅度显著降低。在同样工作时长可大幅度减少再生的次数、柴油机尾气捕捉器使用寿命长；

21、2、由于再生方式采用压缩空气脉冲引射反吹膨爆清灰的方式，再生操作简单迅速，可在几秒钟的时间内高效完成，同时再生过程仅消耗几升压缩空气，消耗的能源极少，而且再生效果显著；

22、3、在尾气后处理系统中，把氧化催化器置放在颗粒捕捉器的后级，使柴油机尾气去除颗粒物后再通过氧化催化器，这样就能避免氧化催化器的贵金属涂层就被含尘气体冲刷和油品覆盖污染中毒，提高氧化催化器的使用寿命；

23、4、在尾气后处理系统中，过滤后残存的颗粒物是平均粒径非常小且比表面积很大的颗粒物，把氧化催化器置放在过滤后，使氧化催化器更能发挥其氧化反应烧蚀掉部分颗粒物的作用，可进一步提高柴油机尾气后处理系统对颗粒物的净化效率。再生时也不需要未压燃的柴油，延长了氧化催化器的使用寿命，且节省了柴油。