CN105240093B - 一种柴油机尾气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油机尾气净化装置，包括顺次相连的气态氨生成系统、前处理系统和催化还原反应系统；气态氨生成系统的前端与柴油机尾气排放口相连，气态氨生成系统采用气流式喷头将尿素溶液喷成极细微的雾状，在高温尾气的作用下产生气态氨；所述前处理系统用于截留柴油机尾气中固体杂质和燃烧未尽的油滴；所述固体杂质包括固态颗粒物和/或类沥青物质；经过所述前处理系统处理后的尾气在所述催化还原反应系统中与所述气态氨进行反应，得到净化后的气体。本发明能够解决现有的尾气处理装置无法解决的因燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物甚至粘度极高的类沥青物质进入多孔陶瓷催化单元后，而引起的多孔陶瓷催化单元失效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别是涉及一种柴油机尾气净化装置。
背景技术
柴油机的尾气排放的废气中包含有气态及固态的污染物，气态污染物中主要为NOX、SO2、CO、HC及含硫混合物等；固态污染物最主要的是碳化颗粒物。在现有技术中，净化上述气态污染物的方法主要采用选择性催化还原法净化气态污染物中的NOX和CO；采用这种方法时，反应物是气态氨NH3，通常获得气态氨的方法是：通过气流喷雾或高压喷雾将尿素-水溶液变为微液滴状态并与高温尾气充分混合，在高温尾气的作用下尿素-水溶液中的尿素迅速被加热至160℃以上分解，产生氨气NH3和缩二脲CONH，其中氨气NH3中的一部分作为脱除SO2的反应物，另一部分与尾气混合进入多孔陶瓷催化单元中，作为选择性催化还原法的反应物，在高温和催化的环境下去除尾气中的氮氧化物。
但是这种方法应用在船用柴油机尾气净化装置中会产生很多问题。产生这些问题的原因是因为船用柴油机用的燃料是普通柴油或者燃料油，尤其是一些海船使用的是馏分燃料油或者残渣燃料油，都属于原油蒸馏后最重的部分，这些油品的硫含量大约为车用柴油的几百倍，其中其它的杂质也比车用柴油高得多。这就造成了在船用柴油机尾气中不仅存在上述的气态和固态污染物，而且还含有大量的燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物甚至还有很多粘度极高的类沥青物质，这些物质在进入多孔陶瓷催化单元后，很快会沉积在多孔陶瓷催化单元的内壁上，形成极难清理的隔离层，造成陶瓷催化器的内壁上的催化剂与尾气隔离，使多孔陶瓷催化单元失去了催化作用，使多孔陶瓷催化单元永久失效。一般车用柴油机尾气净化设备上的多孔陶瓷催化单元的寿命在15000-20000小时左右，而在船用柴油机尾气净化设备上，使用时间大约100-200个小时就会因沉积形成隔离层造成多孔陶瓷催化单元彻底失效报废。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何解决现有的尾气处理装置无法解决的因燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物甚至粘度极高的类沥青物质进入多孔陶瓷催化单元后，而引起的多孔陶瓷催化单元失效的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种柴油机尾气净化装置，包括顺次相连的气态氨生成系统、前处理系统和催化还原反应系统；
所述气态氨生成系统的前端与柴油机尾气排放口相连，所述气态氨生成系统采用气流式喷头将尿素溶液喷成极细微的雾状，在高温尾气的作用下产生气态氨；
所述前处理系统的前端与所述气态氨生成系统的后端相连，所述前处理系统的后端与所述催化还原反应系统的前端相连，所述前处理系统用于截留柴油机尾气中固体杂质和燃烧未尽的油滴；所述固体杂质包括固态颗粒物和/或类沥青物质；
所述催化还原反应系统内设置有多个多孔陶瓷催化单元，所述多孔陶瓷催化单元的内壁上涂覆还原反应所需的催化剂，经过所述前处理系统处理后的尾气在所述催化还原反应系统中与所述气态氨进行反应，得到净化后的气体。优选地，所述柴油机尾气净化装置还包括顺次连接且贯通的尾气进管、进口变径管、第一壳体、出口变径管和净化尾气出管；
所述尾气进管与柴油机尾气排放口相连；
所述气态氨生成系统设置在所述进口变径管内；
所述前处理系统设置在所述第一壳体内腔前部，所述催化还原反应系统设置在所述第一壳体内腔后部。
优选地，所述前处理系统和所述催化还原反应系统相距预设距离，所述述前处理系统和所述催化还原反应系统之间形成静压室。
优选地，所述静压室的侧面设置有检修门。
优选地，所述前处理系统包括：前处理框架、前挡板、稀土分子筛模块、后档板和角钢导轨；
所述前处理框架包括上下设置的多个空间，每个空间底部的矩形钢管上设置多条角钢导轨，所述角钢导轨之间的间距与所述稀土分子筛模块的尺寸相适应；所述前挡板和所述后挡板上下交错地设置，以堵住所述前处理框架的水平空间，使得柴油机尾气在所述前处理框架流动时只能绕行稀土分子筛模块方能前后通过；
其中，所述稀土分子筛模块包括第二壳体和稀土分子筛颗粒，所述稀土分子筛颗粒装于所第二述壳体内，所述稀土分子筛颗粒用于截留柴油机尾气中燃烧未尽的油滴和固体杂质。
优选地，所述第二壳体由菱形钢板网和模块槽型框架组成；
所述模块槽型框架为槽型四方框体，所述模块槽型框架内侧两边分别与所述菱形钢板网焊接连接，形成中空的第二壳体。
优选地，所述稀土分子筛颗粒为由氯化稀土、沸矿石粉、膨润土、水泥和石膏粉制成的颗粒。
优选地，所述柴油机尾气净化装置还包括：智能测控系统；
所述智能测控系统包括温度传感器、液位传感器、氮氧化物传感器、声光报警器和触摸屏微处理器；所述温度传感器，用于采集所述柴油机尾气排放口的尾气的温度；
所述氮氧化物传感器，用于采集所述净化尾气出管出口处的氮氧化物含量；
所述液位传感器，用于采集所述气态氨生成系统中的用于盛放尿素-水溶液的尿素罐中的尿素水溶液的液位；
所述触摸屏微处理器，用于根据所述温度传感器获取的温度信号控制所述气态氨生成系统开始或停止工作；
所述触摸屏微处理器，还用于根据所述氮氧化物传感器获取的氮氧化物含量信号控制所述气态氨生成系统生成气态氨量的多少；
所述触摸屏微处理器，还用于根据所述液位传感器获取的液位信号控制所述声光报警器是否报警。
优选地，所述气态氨生成系统包括气流式喷头，以及与气流式喷头的接口分别相连的气路供应单元和液路供应单元；
所述气路供应单元，包括依次相连的压缩空气源、压缩空气减压阀、喷头供气管；所述喷头供气管与所述气流式喷头相连；
所述液体供应单元，包括依次相连的尿素罐、泵前尿素供液管、变频机械隔膜泵、泵后尿素供液管隔膜式蓄能器和喷头供液管；
其中，所述隔膜式蓄能器处于所述泵后尿素供液管和所述喷头供液管之间，用于将从所述变频机械隔膜泵发出的脉动尿素液流变成连续尿素液流；
所述喷头供液管与所述气流式喷头相连；
所述气路供应单元提供的高速压缩气流与所述液路供应单元提供的尿素液流在所述气流式喷头中混合，使得尿素液流形成雾态尿素液滴。
优选地，所述催化还原反应系统还包括十字形隔板和防震玻璃纤维毡；
所述多孔陶瓷催化单元设置在由所述十字形隔板形成的多个矩形空间内，每个所述多孔陶瓷催化单元四周裹附有所述防震玻璃纤维毡，防止所述多孔陶瓷催化单元在震动情况下受损。
(三)有益效果
本发明提供的柴油机尾气净化装置，利用前处理系统对柴油机尾气中燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物甚至粘度极高的类沥青物质进行截留，使得柴油机尾气通过前处理装置后，形成只有NOX、SO2、CO、HC等气体污染物的尾气和气态氨生成系统产生的气态氨共同进入催化还原反应系统，催化还原反应系统对尾气中的NOX和CO进行净化，由于该尾气不再含有重油微液滴、碳化、硫化颗粒物甚至粘度极高的类沥青物质，因此该尾气不会堵塞催化还原反应系统，因而大大提高了柴油机尾气净化装置的催化还原反应系统的使用效果和使用寿命。
本发明提供的尾气净化装置，解决了因燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物甚至还有很多粘度极高的类沥青物质进入多孔陶瓷催化单元后造成多孔陶瓷催化单元的使用寿命大大下降且在短时间失效报废的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的柴油机尾气净化装置的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的柴油机尾气净化装置的结构示意图；
图3是图2中的A-A剖面图；
图4是图2中的B-B剖面图；
图5是图2中的C-C剖面图；
图6是多孔陶瓷催化单元的立体示意图；
图7是本发明其他实施例提供的稀土分子筛模块的结构示意图；
图8是图7中的D-D剖面图；
图9是本发明其他实施例提供的柴油机尾气净化装置的结构示意图；
图10和图11是本发明其他实施例提供的智能测控系统的工作原理示意图；
其中：1：支腿；2：第一壳体；3：前处理框架；4：前挡板；5：稀土分子筛模块；6：气流式喷头；7：喷头供液管；8：喷头供气管；9：尾气进管；10：温度传感器；11：温度传感器信号线；12：进口紧固螺栓组；13：进口变径管；14：压缩空气减压阀；15：隔膜式蓄能器；16：泵后尿素供液管；17：变频机械隔膜泵；18：液位传感器信号线；19：液位传感器；20：尿素-水溶液；21：尿素罐；22：泵前尿素供液管；23：控制柜；24：触摸屏微处理器；25：氮氧化物传感器信号线；26：后挡板；27：检修门；28：陶瓷催化单元；29：防震玻璃纤维毡；30：出口变径管；31：出口紧固螺栓组；32：净化尾气出管；33：氮氧化物传感器；34：角钢导轨；35：壳体外板；36：保温玻璃纤维棉块；37：壳体内板；38：壳体框架；39：十字形隔板；40：稀土分子筛颗粒；41：菱形钢板网；42：模块槽型框架；43：声光报警器信号线；44：声光报警器；45：变频器输入信号线；46：变频器；47：变频器输出线；48：电源线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提供的柴油机尾气净化装置可以应用在使用普通柴油、燃料油或其他含杂质较多的柴油作为燃料的交通工具的尾气净化上，例如，可以应用在使用馏分燃料油或者残渣燃料油的海船上。
本发明实施例提供了一种柴油机尾气净化装置，参见图1，包括顺次相连的气态氨生成系统100、前处理系统200和催化还原反应系统300；
所述气态氨生成系统100的前端与柴油机尾气排放口相连，所述气态氨生成系统100采用气流式喷头将尿素溶液喷成极细微的雾状，在高温尾气的作用下产生气态氨；
所述前处理系统200的前端与所述气态氨生成系统100的后端相连，所述前处理系统200的后端与所述催化还原反应系统300的前端相连，所述前处理系统200用于截留柴油机尾气中固体杂质和燃烧未尽的油滴；所述固体杂质包括固态颗粒物和/或类沥青物质；
所述催化还原反应系统300内设置有多个多孔陶瓷催化单元，所述多孔陶瓷催化单元的内壁上涂覆还原反应所需的催化剂，经过所述前处理系统200处理后的尾气在所述催化还原反应系统300中与所述气态氨进行反应，得到净化后的气体。
本实施例所述的柴油机尾气净化装置，利用前处理系统对柴油机尾气中燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物甚至粘度极高的类沥青物质进行截留，使得柴油机尾气通过前处理装置后，形成只有NOX、SO2、CO、HC等气体污染物的尾气和气态氨生成系统产生的气态氨共同进入催化还原反应系统，催化还原反应系统对尾气中的NOX和CO进行净化，由于该尾气不再含有重油微液滴、碳化、硫化颗粒物甚至粘度极高的类沥青物质，因此该尾气不会堵塞催化还原反应系统，因而大大提高了柴油机尾气净化装置的催化还原反应系统的使用效果和使用寿命。
本实施例提供的尾气净化装置，解决了因燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物甚至还有很多粘度极高的类沥青物质进入多孔陶瓷催化单元后造成多孔陶瓷催化单元的使用寿命大大下降且在短时间失效报废的问题。
在上述实施例的基础之上，参见图2，本发明另一实施例提供了一种柴油机尾气净化装置，还包括顺次连接且贯通的尾气进管9、进口变径管13、第一壳体2、出口变径管30和净化尾气出管32；
所述尾气进管9与柴油机尾气排放口相连；
其中，所述气态氨生成系统100设置在所述进口变径管13内；
所述前处理系统200设置在所述第一壳体2内腔前部，所述催化还原反应系统300设置在所述第一壳体2内腔后部。
其中，图2所示的尾气净化装置为最高转速为柴油机最大转速900rpm，最大功率3000kW的低速船用柴油机的尾气净化装置，其基本外形尺寸为：长×宽×高＝4000mm×2200mm×2200mm，该装置的结构如图2所示，其中图3是图2中的A-A剖面图；图4是图2中的B-B剖面图；图5是图2中的C-C剖面图。图2-图5中各附图标记的含义如下：1：支腿；2：第一壳体；3：前处理框架；4：前挡板；5：稀土分子筛模块；6：气流式喷头；7：喷头供液管；8：喷头供气管；9：尾气进管；10：温度传感器；11：温度传感器信号线；12：进口紧固螺栓组；13：进口变径管；14：压缩空气减压阀；15：隔膜式蓄能器；16：泵后尿素供液管；17：变频机械隔膜泵；18：液位传感器信号线；19：液位传感器；20：尿素-水溶液；21：尿素罐；22：泵前尿素供液管；23：控制柜；24：触摸屏微处理器；25：氮氧化物传感器信号线；26：后挡板；27：检修门；28：多孔陶瓷催化单元；29：防震玻璃纤维毡；30：出口变径管；31：出口紧固螺栓组；32：净化尾气出管；33：氮氧化物传感器；34：角钢导轨；35：壳体外板；36：保温玻璃纤维棉块；37：壳体内板；38：壳体框架；39：十字形隔板；40：稀土分子筛颗粒；41：菱形钢板网；42：模块槽型框架；43：声光报警器信号线；44：声光报警器；45：变频器输入信号线；46：变频器；47：变频器输出线；48：电源线。
为了增大第一壳体2内部的空间，优选地，所述第一壳体2为矩形。
为了确保尾气均匀流动，使所述前处理系统200和所述催化还原反应系统300相距预设距离，在所述第一壳体2内，所述述前处理系统200和所述催化还原反应系统300之间形成静压室。
由上面描述可知，本实施例所述的柴油机尾气净化装置，包括顺次连接且贯通的尾气进管9、进口变径管13、第一壳体2和出口变径管30和净化尾气出管32。所述尾气进管9为不锈钢制成的管道，一端与柴油机尾气排口相连，另一端与进口变径管13相连接。进口变径管13为不锈钢制成的变径管道，内设置气态氨生成系统100，同时其另一端与第一壳体2通过进口紧固螺栓组12相连接。
优选地，所述第一壳体2为一前后贯通的矩形通道，其前端通过进口紧固螺栓组12与进口变径管13相连接，其后端通过出口紧固螺栓组31与出口变径管30相连接；其四周外壁层由不锈钢矩形钢管焊制的壳体框架38，壳体框架38内敷满由304不锈钢板制成的壳体内板37，框架外敷满由冷轧钢板制成的壳体外板35，在壳体内板37和壳体外板35之间填满保温玻璃纤维棉块36；第一壳体2下部由多个矩形钢管制成的支腿1支撑。
其中，参见图2，所述气态氨生成系统100包括气流式喷头6，以及与气流式喷头6的接口分别相连的气路供应单元和液路供应单元；
所述气路供应单元，包括依次相连的压缩空气源、压缩空气减压阀14、喷头供气管8；所述喷头供气管8与所述气流式喷头6相连；
所述液体供应单元，包括依次相连的尿素罐21、泵前尿素供液管22、变频机械隔膜泵17、泵后尿素供液管16隔膜式蓄能器15和喷头供液管7；
其中，所述隔膜式蓄能器15处于所述泵后尿素供液管16和所述喷头供液管7之间，用于将从所述变频机械隔膜泵17发出的脉动尿素液流变成连续尿素液流；
所述喷头供液管7与所述气流式喷头6相连；
所述气路供应单元提供的高速压缩气流与所述液路供应单元提供的尿素液流在所述气流式喷头6中混合，使得所述尿素液流形成雾态尿素液滴。
其中，尿素(CON2H4)-水溶液20在变频机械隔膜泵17的抽吸作用下，从尿素罐21通过泵前尿素供液管22、变频机械隔膜泵17、泵后尿素供液管16、隔膜式蓄能器15和喷头供液管7进入气流式喷头6内部与通过压缩空气减压阀14和喷头供气管8进入气流式喷头6内部的压缩空气混合，因高速流动的压缩空气与液流间存在着巨大的速度差，高速流动的压缩空气会将尿素-水溶液20的液膜撕裂，使其变为微液滴状态并喷射出与高温尾气充分混合，在高温尾气的作用下尿素-水溶液20中的尿素迅速被加热至160℃以上分解，产生氨气(NH3)和缩二脲(CONH)，其中氨气(NH3)中的一部分作为脱除SO2的反应物，另一部分作为选择性催化还原法的反应物；隔膜式蓄能器15的作用是使变频机械隔膜泵17输出的脉动式液流变成连续性液流。
其中，所述催化还原反应系统300还包括十字形隔板39和防震玻璃纤维毡29；
所述多孔陶瓷催化单元28设置在由所述十字形隔板39分割形成的多个矩形空间内，每个所述多孔陶瓷催化单元28四周裹附有所述防震玻璃纤维毡29，防止所述多孔陶瓷催化单元28在震动情况下受损。
具体地，所述催化还原反应系统300设置在所述第一壳体2内腔后部。其中，所述催化还原反应系统300包括十字形隔板39、防震玻璃纤维毡29和多个多孔陶瓷催化单元28；十字形隔板39由304不锈钢板制成，将第一壳体2内腔分成100个(10行*10列)等尺寸的矩形空间，在每个等尺寸空间内设置一个多孔陶瓷催化单元28，参见图6。每个多孔陶瓷催化单元28四周裹附有玻纤防震毡29，防止多孔陶瓷催化单元28在震动情况下受损。
其中，所述多孔陶瓷催化单元28为一沿其纵向开设多个方形通道、且在其方形通道的内壁上涂覆催化剂的陶瓷催化剂载体。
本发明又一实施例提供了上述实施例二所述的前处理系统的一种具体结构。其中，所述前处理系统200包括：前处理框架3、前挡板4、稀土分子筛模块5、后档板26和角钢导轨34；所述前处理框架3包括上下设置的多个空间，每个空间底部的矩形钢管上设置多条角钢导轨34，所述角钢导轨34之间的间距与所述稀土分子筛模块5的尺寸相适应；前挡板4和后挡板26均为304不锈钢板制成，前挡板4和后挡板26上下交错地设置，以堵住所述前处理框架3的水平空间，使得柴油机尾气在所述前处理框架3内流动时只能绕行稀土分子筛模块5方能前后通过，确保所有气流在通过前处理系统200时，必须通过稀土分子筛模块5的处理，方能进入下一级。
其中，所述稀土分子筛模块5包括第二壳体和稀土分子筛颗粒，所述稀土分子筛颗粒装于所第二述壳体内，所述稀土分子筛颗粒用于截留柴油机尾气中燃烧未尽的油滴和固体杂质。
优选地，所述第二壳体由菱形钢板网和模块槽型框架组成，所述模块槽型框架为槽型四方框体，所述模块槽型框架内侧两边分别与所述菱形钢板网焊接连接，形成中空的第二壳体。
其中，稀土分子筛模块5是前处理系统200的核心。参见图7-8，稀土分子筛模块5包括稀土分子筛颗粒40、菱形钢板网41、模块槽型框架42；其中，模块槽型框架42为槽型四方框体；模块槽形框架42内侧两边分别与菱形钢板网41焊接连接，形成中空的稀土分子筛模块5的壳体，将所述稀土分子筛颗粒40装在所述稀土分子筛模块5的壳体(即第二壳体)中。
其中，在本发明的一个优选实施例中，在所述静压室处第一壳体的侧面，设置一检修门27，供前处理系统中的稀土分子筛模块在使用一段时间后取出清洗复用，同时也可供多孔陶瓷催化单元在到达使用寿命后的更换。
其中，上述稀土分子筛颗粒40为由氯化稀土、沸矿石粉、膨润土、水泥和石膏粉制成的颗粒。
其中，柴油机尾气中携带的大量的燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物、粘度极高的类沥青物质进入稀土分子筛模块5后，会在稀土分子筛颗粒40间流动，这种流动必然造成这些粒子与稀土分子筛颗粒碰撞减速、同时，由于稀土分子筛颗粒是由具有强烈吸附作用的沸石分子筛制成，会将这些粒子吸附在其间，同时由于沸石分子筛复合了稀土元素，对尾气中的氮氧化物也具有一定的催化还原作用，相当于第一级选择性催化还原。通过前处理系统200处理后，形成只有NOX、SO2、CO、HC等气体污染物的尾气和氨气进入多孔陶瓷催化单元28，当混合气体穿过多孔陶瓷催化单元28的孔洞内壁上涂覆催化剂方形通道时，在高温和催化条件下，尾气混合气中的气态氨与氮氧化物(包括NO和NO2)发生下列化学反应：
4NH3+4NO+O2＝4N2+6H2O；8NH3+6NO2＝7N2+12H2O；
同时在高温和催化条件下，尾气混合气中的一氧化碳与氮氧化(包括NO和NO2)发生下列化学反应：
2CO+2NO+O2＝2CO2+N2；4CO+2NO2＝4CO2+N22；
通过上述化学反应，将柴油机尾气中的一氧化碳与氮氧化物生成对环境无害的氮气、二氧化碳和水。综上，通过以上三级净化，将柴油机排放的主要气态污染物(NOX、SO2、CO)及燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物、粘度极高的类沥青物质去除。
进一步地，上述稀土分子筛颗粒40可以通过以下步骤制作而成，当然下面只是该稀土分子筛颗粒40的一种制作方法，并不限于此，任何由上述材料制成的只有具有吸附或截留柴油机尾气中燃烧未尽的油滴和固体杂质功能的稀土分子筛颗粒都属于本发明保护的范围。
S1：制备颗粒：将沸矿石粉、膨润土、水泥和石膏加水混合均匀后制成直径6-8mm的颗粒；将制成的颗粒在炉窑中进行焙烧和烘干：从常温加热到450-500℃，保持温度3个小时，停止加热，待其自然冷却到250℃时出炉。
S2：将颗粒浸泡在氯化稀土的水溶液中，浸泡2～3分钟，出水后进行空气干燥。
S3：将空气干燥后的颗粒放到烘干箱中，加热到150℃，保温1个小时，停止加热，随炉冷却到40℃以下出炉。
前处理系统中的稀土分子筛颗粒40可以提前将柴油机尾气中大量的燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物、粘度极高的类沥青物质拦截，形成只有NOX、SO2、CO、HC等气体污染物和氨气的柴油机的尾气，这样的混合气体在进入多孔陶瓷催化单元28后，能够有效地在多孔陶瓷催化单元28的催化作用下发生反应，使净化尾气。从而不会像现有的尾气净化装置一样，由于无法处理柴油机尾气中大量的燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物、粘度极高的类沥青物质，而使得这些物质进入多孔陶瓷催化单元28，然后这些物质很快会沉积在多孔陶瓷催化单元28的内壁上，形成极难清理的隔离层，造成多孔陶瓷催化单元28的内壁上的催化剂与尾气隔离，使得多孔陶瓷催化单元28失去了催化作用，造成多孔陶瓷催化单元28永久失效。
本发明实施例四还提供了一种柴油机尾气净化装置，参见图9，该尾气净化装置除了包含上面的气态氨生成系统100、前处理系统200和催化还原反应系统300之外，还包括：智能测控系统400；
所述智能测控系统400包括温度传感器、液位传感器、氮氧化物传感器、声光报警器和触摸屏微处理器；
所述温度传感器，用于采集所述柴油机尾气排放口的尾气的温度；
所述氮氧化物传感器，用于采集所述净化尾气出管出口处的氮氧化物含量；
所述液位传感器，用于采集所述气态氨生成系统中的用于盛放尿素-水溶液的尿素罐中的尿素水溶液的液位；
所述触摸屏微处理器，用于根据所述温度传感器获取的温度信号控制所述气态氨生成系统开始或停止工作；
所述触摸屏微处理器，还用于根据所述氮氧化物传感器获取的氮氧化物含量信号控制所述气态氨生成系统生成气态氨量的多少；
所述触摸屏微处理器，还用于根据所述液位传感器获取的液位信号控制所述声光报警器是否报警。
其中，声光报警器可以采用一个报警器实现，也可以采用一个声音报警器和一个光报警器实现。
其中，所述触摸屏微处理器可以用具有通讯、显示、计算与控制的HNI触摸屏微处理器24实现。其中，所述智能测控系统400的工作原理示意图可参见图10和图11所示。
所述智能测控系统400由温度传感器10、温度传感器信号线11、液位传感器信号线18、液位传感器19、控制柜23、触摸屏微处理器24、氮氧化物传感器信号线25、氮氧化物传感器33、声光报警器信号线43、声光报警器44、变频器输入信号线45、变频器46、变频器输出线47、电源线48组成。其中，触摸屏微处理器24、变频器46安装在控制柜23中。
所述智能测控系统400的核心器件是具有通讯、显示、计算与控制的触摸屏微处理器24，智能测控系统400的工作原理为：
当柴油机尾气净化装置进口处尾气的温度低于200℃时，因温度低喷射的尿素无法热解析成氨气(NH3)和缩二脲(CONH)，会造成尿素在排气管内结晶，堵塞陶瓷催化单元；此时通过温度传感器10感知并通过温度传感器信号线11传输的信号到触摸屏微处理器24中的CPU，CPU发出指令关停变频机械隔膜泵17。当柴油机尾气净化装置进口处尾气的温度高于460℃时，尿素喷进去直接被氧化成NOx，不但不减少NOx排放，反而增加NOx排放，此时也通过温度传感器10感知并通过温度传感器信号线11传输的信号到触摸屏微处理器24中的CPU，CPU发出指令关停变频机械隔膜泵17停止向液态氨生成系统提供尿素-水溶液20从而保障气态氨生成系统100始终工作在200℃到460℃的净化温度窗口。
当柴油机尾气净化装置出口处的氮氧化物传感器33感知氮氧化物含量(浓度)高于设定的数值时，通过氮氧化物传感器信号线25传输的信号到触摸屏微处理器24中的CPU，CPU发出指令，通过变频器输入信号线45调整变频器46频率，又通过变频器输出信号线47增加变频机械隔膜泵17的转速，提高输入到净化器内部的尿素-水溶液20的量，以提高净化效率。反之当柴油机尾气净化装置出口处的氮氧化物传感器33感知氮氧化物含量(浓度)低于设定的数值时，通过氮氧化物传感器信号线25传输的信号到触摸屏微处理器24中的CPU，CPU发出指令，通过变频器输入信号线45调整变频器46频率，又通过变频器输出信号线47降低变频机械隔膜泵17的转速，减少输入到净化器内部的尿素-水溶液20的量，这样可以避免氨逃逸并减少尿素-水溶液消耗量。
当柴油机尾气净化装置使用的尿素罐21中的尿素-水溶液20快要用尽时，为了确保柴油机尾气净化装置正常运行，安装在尿素罐21底部的液位传感器19感知并通过液位传感器信号线18传输的信号到触摸屏微处理器24中的CPU，CPU发出指令，声光报警器44发出声光信号，提醒操作者添加尿素-水溶液20，确保柴油机尾气净化装置正常运行。其中所述控制柜23是将触摸屏微处理器24、变频器46安置的器具；所述电源线48是向测控系统提供电源。通过以上测控，完成装置整体的智能化控制。
综上所述，在本发明提供的尾气净化装置中，所述气态氨生成系统前端与柴油机尾气排放口相连，后端与前处理系统相连，气态氨生成系统以气流式的方式将尿素溶液喷成极细微的雾状，在高温尾气的作用下产生气态氨；所述前处理系统设置在气态氨生成系统和催化还原反应系统之间，由一套稀土分子筛颗粒床净化器(稀土分子筛模块)构成，其将柴油机尾气中大量的燃烧未尽的重油微液滴、碳化、硫化颗粒物、粘度极高的类沥青物质及固态颗粒物截留在稀土分子筛颗粒床上。通过前处理系统后，形成只有NOX、SO2、CO、HC等气体污染物的船用柴油机的尾气，进入由多孔陶瓷催化单元组成的催化还原反应系统，净化气态污染物中的NOX和CO，从而大大提高用柴油机尾气净化设备中多孔陶瓷催化单元的使用寿命。
另外，本发明所述的尾气净化装置还可以具有智能控制功能，所述智能测控系统通过装在尾气进口的温度传感器的数据，确定变频机械隔膜泵的启停，能确保气态氨生成系统始终工作在200℃到460℃的净化温度窗口。通过装在净化尾气出口氮氧化物传感器的数据经运算控制变频源的频率，来改变变频机械隔膜泵的转速，从而精确控制输入到气态氨生成系统的尿素溶液量，确保装置不仅达到满足设定的净化效率，又可避免出现氨逃逸的现象，从而避免尿素溶液的浪费，降低使用成本；通过装在尿素罐上的液位传感器提醒是否应向尿素罐加注尿素溶液，以确保柴油机尾气净化装置正常运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种柴油机尾气净化装置，其特征在于，所述柴油机尾气净化装置包括顺次相连的气态氨生成系统、前处理系统和催化还原反应系统；
所述气态氨生成系统的前端与柴油机尾气排放口相连，所述气态氨生成系统采用气流式喷头将尿素溶液喷成极细微的雾状，在高温尾气的作用下产生气态氨；
所述前处理系统的前端与所述气态氨生成系统的后端相连，所述前处理系统的后端与所述催化还原反应系统的前端相连，所述前处理系统用于截留柴油机尾气中固体杂质和燃烧未尽的油滴；所述固体杂质包括固态颗粒物和/或类沥青物质；
所述催化还原反应系统内设置有多个多孔陶瓷催化单元，所述多孔陶瓷催化单元的内壁上涂覆还原反应所需的催化剂，经过所述前处理系统处理后的尾气在所述催化还原反应系统中与所述气态氨进行反应，得到净化后的气体；
其中，所述前处理系统包括：前处理框架、前挡板、稀土分子筛模块、后挡板和角钢导轨；
所述前处理框架包括上下设置的多个空间，每个空间底部的矩形钢管上设置多条角钢导轨，所述角钢导轨之间的间距与所述稀土分子筛模块的尺寸相适应；所述前挡板和所述后挡板上下交错地设置，以堵住所述前处理框架的水平空间，使得柴油机尾气在所述前处理框架流动时只能绕行稀土分子筛模块方能前后通过；
其中，所述稀土分子筛模块包括第二壳体和稀土分子筛颗粒，所述稀土分子筛颗粒装于所述第二壳体内，所述稀土分子筛颗粒用于截留柴油机尾气中燃烧未尽的油滴和固体杂质；
所述柴油机尾气净化装置还包括：智能测控系统；
所述智能测控系统包括温度传感器和触摸屏微处理器；
所述温度传感器，用于采集柴油机尾气排放口的尾气的温度；
所述触摸屏微处理器，用于根据所述温度传感器获取的温度信号控制所述气态氨生成系统开始或停止工作，以确保所述气态氨生成系统始终工作在200℃到460℃的净化温度窗口。
2.如权利要求1所述的柴油机尾气净化装置，其特征在于，所述柴油机尾气净化装置还包括顺次连接且贯通的尾气进管、进口变径管、第一壳体、出口变径管和净化尾气出管；
所述尾气进管与柴油机尾气排放口相连；
所述气态氨生成系统设置在所述进口变径管内；
所述前处理系统设置在所述第一壳体内腔前部，所述催化还原反应系统设置在所述第一壳体内腔后部。
3.如权利要求2所述的柴油机尾气净化装置，其特征在于，所述前处理系统和所述催化还原反应系统相距预设距离，所述前处理系统和所述催化还原反应系统之间形成静压室。
4.如权利要求3所述的柴油机尾气净化装置，其特征在于，所述静压室的侧面设置有检修门。
5.如权利要求1～4任一项所述的柴油机尾气净化装置，其特征在于，所述第二壳体由菱形钢板网和模块槽型框架组成；
所述模块槽型框架为槽型四方框体，所述模块槽型框架内侧两边分别与所述菱形钢板网焊接连接，形成中空的第二壳体。
6.如权利要求1～4任一项所述的柴油机尾气净化装置，其特征在于，所述稀土分子筛颗粒为由氯化稀土、沸矿石粉、膨润土、水泥和石膏粉制成的颗粒。
7.如权利要求2所述的柴油机尾气净化装置，其特征在于，所述智能测控系统还包括液位传感器、氮氧化物传感器和声光报警器；
所述氮氧化物传感器，用于采集所述净化尾气出管出口处的氮氧化物含量；
所述液位传感器，用于采集所述气态氨生成系统中的用于盛放尿素-水溶液的尿素罐中的尿素水溶液的液位；
所述触摸屏微处理器，还用于根据所述氮氧化物传感器获取的氮氧化物含量信号控制所述气态氨生成系统生成气态氨量的多少；
所述触摸屏微处理器，还用于根据所述液位传感器获取的液位信号控制所述声光报警器是否报警。
8.如权利要求2所述的柴油机尾气净化装置，其特征在于，所述气态氨生成系统包括气流式喷头，以及与气流式喷头的接口分别相连的气路供应单元和液路供应单元；
所述气路供应单元，包括依次相连的压缩空气源、压缩空气减压阀、喷头供气管；所述喷头供气管与所述气流式喷头相连；
所述液路供应单元，包括依次相连的尿素罐、泵前尿素供液管、变频机械隔膜泵、泵后尿素供液管、隔膜式蓄能器和喷头供液管；
其中，所述隔膜式蓄能器处于所述泵后尿素供液管和所述喷头供液管之间，用于将从所述变频机械隔膜泵发出的脉动尿素液流变成连续尿素液流；
所述喷头供液管与所述气流式喷头相连；
所述气路供应单元提供的高速压缩气流与所述液路供应单元提供的尿素液流在所述气流式喷头中混合，使得尿素液流形成雾态尿素液滴。
9.如权利要求1所述的柴油机尾气净化装置，其特征在于，所述催化还原反应系统还包括十字形隔板和防震玻璃纤维毡；
所述多孔陶瓷催化单元设置在由所述十字形隔板形成的多个矩形空间内，每个所述多孔陶瓷催化单元四周裹附有所述防震玻璃纤维毡，防止所述多孔陶瓷催化单元在震动情况下受损。
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