DE4431569B4 - Process for the gentle regeneration of a soot filter - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur schonenden Regeneration eines Rußfilters im Nebenstrom, das zum Abbrennen des Rußbelages von einem Oxidatorgas bestimmter Temperatur durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstantem, hohem Durchsatz des Oxidatorgases dessen Sauerstoffgehalt zur Steuerung des Regenerationsprozesses so eingestellt wird, daß die zulässige Temperatur des Rußfilters (2) nicht überschritten wird.Process for the gentle regeneration of a soot filter in the bypass flow through which an oxidizing gas of a certain temperature flows in order to burn off the soot coating, characterized in that, at a constant, high throughput of the oxidizing gas, its oxygen content is set to control the regeneration process so that the permissible temperature of the soot filter ( 2) is not exceeded.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schonenden Regeneration eines Rußfilters im Nebenstrom, das zum Abbrennen des Rußbelages von einem Oxidatorgas bestimmter Temperatur durchströmt wird.The invention relates to a method for the gentle regeneration of a soot filter in the bypass to burn off the soot coating is flowed through by an oxidizer gas of a certain temperature.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur schonenden Regeneration eines Rußfilters anzugeben, das unabhängig von dessen Beladungszustand mit Ruß funktioniert.The invention is based on the object Specify a method for the gentle regeneration of a soot filter that is independent of whose loading condition works with soot.
Der Erfindung liegt zusammenfassend folgende Erkenntnis zugrunde: Das Kernproblem jeder filterschonenden Regenerationsmethode, insbesondere bei monolithisch aufgebauten Rußfiltern, ist die Kontrolle der Geschwindigkeit des Rußabbrands. Dies ist durch Steuerung der Oxidatorgastemperatur oder durch Begrenzung der zur Verfügung gestellten Sauerstoffmenge sowie durch eine Kombination beider Einflussgrößen möglich. Eine Kontrolle durch die Temperatur ist schwierig, da die Geschwindigkeit einer kinetisch bestimmten Reaktion exponentiell von der Temperatur abhängt. Ein solches Verfahren ist nur sicher, wenn im Ver gleich zur Energie des eingelagerten Rußes entweder die Wärmekapazität des Filterkörpers oder der mögliche Wärmeaustrag aus dem Filterkörper groß sind. Diese Forderungen sind bei Einlagerung realistisch großer Rußmengen und Regeneration im Nebenstromverfahren im allgemeinen nicht erfüllbar. In einem solchen Fall ist es also sinnvol, die Geschwindigkeit des Rußabbrands zumindest überwiegend durch die zur Verfügung gestellte Sauerstoffmenge zu kontrollieren. Bei bekannten Nebenstromregenerationsverfahren wird diese Kontrolle durch Begrenzung der Menge des eingesetzten Oxidatorgases erreicht. Solche Verfahren weisen eine Reihe von Nachteilen auf, z.B. eine Ober- und Untergrenze für eine verfahrensverträgliche Rußbeladung und eine Überlastung des Filtermaterials durch die durchlaufende Zone stark überhöhter Temperatur.The invention is in summary based on the following knowledge: The core problem of any filter-friendly Regeneration method, especially for monolithic ones soot filters, is the control of the speed of soot burn-up. This is through control the oxidizer gas temperature or by limiting the amount of oxygen provided as well as a combination of both factors. A check through the temperature is difficult because the speed is kinetic particular reaction depends exponentially on temperature. On Such a process is only safe if compared to energy of the stored soot either the heat capacity of the filter body or the possible heat output out of the filter body are great. When storing large amounts of soot, these requirements are realistic and regeneration in the bypass process generally not feasible. In In such a case it makes sense to change the speed of the Rußabbrands at least predominantly through the available control the amount of oxygen. With known sidestream regeneration processes this control is done by limiting the amount of used Oxidizer gas reached. Such methods have a number of disadvantages on, e.g. an upper and lower limit for a process-compatible soot loading and an overload of the filter material through the continuous zone of extremely high temperature.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei konstantem, hohem Durchsatz des Oxidatorgases dessen Sauerstoffgehalt zur Steuerung des Regenerationsprozesses so eingestellt wird, dass die zulässige Temperatur des Rußfilters nicht überschritten wird. Der konstante, hohe Durchsatz des Oxidatorgases bewirkt eine interne Kühlung des Rußfilters. Durch die Verminderung des Sauerstoffgehalts des Oxidatorgases wird die Intensität des Rußabbrands und damit die thermische Belastung des Rußfilters so begrenzt, dass dessen hohe Lebensdauer sichergestellt ist.The task is thereby solved that with constant, high throughput of the oxidizer gas, its oxygen content to control the regeneration process is set so that the permissible Soot filter temperature not exceeded becomes. The constant, high throughput of the oxidizer gas causes one internal cooling of the soot filter. By the reduction in the oxygen content of the oxidizer gas becomes the intensity soot burning and so that the thermal load on the soot filter is limited so that whose long lifespan is ensured.
Durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, bei der der Sauerstoffgehalt des Oxidatorgases am Beginn und Ende der Regeneration höher als während der Regeneration eingestellt ist, ergibt sich, dass eine sichere Einleitung der Regeneration und deren kompletter Abschluss verwirklicht werden.Through advantageous further training the invention, in which the oxygen content of the oxidizer gas at Start and end of regeneration set higher than during regeneration , it follows that safe initiation of regeneration and their complete completion can be realized.
Die erfindungsgemäße Verwendung von Luft als Oxidatorgas hat niedrige Regenerationskosten zur Folge.The use of air according to the invention as Oxidizer gas results in low regeneration costs.
Durch das Zumischen von Inertgas wie Wasserdampf oder Kohlenstoffdioxid wird der Sauerstoffgehalt des Oxidatorgases vermindert. Da es sich bei Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid um dreiatomige Gase mit hoher spezifischer Wärme handelt, wird außerdem ein grober Wärmeaustrag bei geringer Temperaturüberhöhung im Partikelfilter erreicht. In dieser Hinsicht wäre die Verwendung von Inertgasen noch höherer Atomzahl von Vorteil.By adding inert gas The oxygen content becomes like water vapor or carbon dioxide of the oxidizer gas reduced. Since it is water vapor and carbon dioxide is also a tri-atomic gas with high specific heat rough heat discharge at a slight temperature increase in Particulate filter reached. In this regard, the use of inert gases would be even higher Atomic number is an advantage.
Durch eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung, bei der der Sauerstoffgehalt des Oxidatorgases durch Entfernen von Sauerstoff mittels Absorbtion oder durch ein Membrantrennverfahren eingestellt wird, erübrigt sich die Mitnahme von Inertgas, wodurch sich der Regenerationsbetrieb vor allem im Fahrzeug vereinfacht.Through advantageous training of the invention in which the oxygen content of the oxidizer gas by Removal of oxygen by absorption or by a membrane separation process is discontinued the entrainment of inert gas, which affects the regeneration operation simplified especially in the vehicle.
Doch auch der Weg über sauerstoffverbrauchende, chemische Reaktionen, bei denen der Sauerstoffgehalt des Oxidatorgases durch Verbrennen von gasförmigem oder flüssigem Brennstoff im Oxidatorgas eingestellt wird, hat Vorteile, da hierbei das Oxidatorgas zugleich aufgeheizt wird.But also the way about oxygen-consuming, chemical reactions in which the oxygen content of the oxidizer gas by burning gaseous or liquid Setting fuel in the oxidizer gas has advantages because of this the oxidizer gas is heated at the same time.
In bestimmten Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn der Sauerstoffgehalt des Oxidatorgases durch Verbrennen von gasförmigem oder flüssigem Brennstoff und durch Zumischen von Inertgas, wie Wasserdampf oder Kohlenstoffdioxid eingestellt wird, da sich hierdurch der gewünschte Sauerstoffgehalt und die gewünschte Temperatur des Oxidatorgases unabhängig voneinander regulieren lassen.In certain use cases it is advantageous if the oxygen content of the oxidizer gas through Burn gaseous or liquid Fuel and by admixing inert gas, such as water vapor or Carbon dioxide is adjusted because this changes the desired oxygen content and the one you want Regulate the temperature of the oxidizer gas independently to let.
Es ist von Vorteil, daß die Temperatur des Oxidatorgases am Rußfiltereintritt durch Wassereinspritzung und/oder Wärmetausch eingestellt wird. Die Wassereinspritzung hat gegenüber der Wasserdampfeinblasung den Vorteil, daß die Temperatur des Oxidatorgases durch Erhöhung von dessen Wärmekapazität und durch die Verdampfungswärme des Wassers gesenkt wird. Der Einbau eines Wärmetauschers vor dem Partikelfilter bietet den Vorteil, daß keinerlei zusätzliche Betriebsmittel zur Einstellung von Sauerstoffgehalt und Temperatur des Oxidatorgases ertorderlich sind. Für die Anwendung bei fest eingebauten Rußfiltern müßte der Wärmetauscher im normalen dieselmotorischen Betrieb wegschwenkbar ausgebildet werden, es sei denn, bei beiden Betriebsarten wäre ein Nutzwärmebedart vorhanden.It is advantageous that the temperature of the oxidizer gas at the soot filter inlet is set by water injection and / or heat exchange. The water injection has the advantage over the water vapor injection that the temperature of the oxidizer gas is reduced by increasing its heat capacity and by the heat of vaporization of the water. The installation of a heat rope Schers in front of the particle filter has the advantage that no additional resources are required to adjust the oxygen content and temperature of the oxidant gas. For use with permanently installed soot filters, the heat exchanger would have to be designed to be pivoted away in normal diesel engine operation, unless there would be a need for useful heat in both operating modes.
Für besondere Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, mit Wassereinspritzung und einem dann entsprechend kleinen Wärmetauscher zu arbeiten.For special applications it can be beneficial with water injection and then one correspondingly small heat exchanger to work.
Zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Regenerationsverfahrens ist es vorteilhaft, daß eine Regenerationsvorrichtung mit einem vom Oxidatorgas durchströmten, mit Luftüberschuß arbeitenden, regelbaren Brenner für gasförmigen oder flüssigen Brennstoff vorgesehen ist und daß zwischen der Regenerationsvorrichtung und dem Rußfilter ein vom aufgeheizten Oxidatorgas durchströmter Wärmetauscher angeordnet ist. Der Brenner erlaubt die Einstellung des gewünschten Sauerstoffgehalts durch zum Beispiel Variation der Brennstoffmenge und den sich daraus ergebenden Betriebspunkt im Luftüberschußbereich. Die dabei sich einstellende Oxidatorgastemperatur kann über der gewünschten liegen. Diese wird dann mit Hilfe des Wärmetauschers ohne zusätzliche Betriebsmittel eingestellt. Da dieser Wärmetauscher nur im Regenerationsbetrieb benötigt wird, müßte er bei einem fest am Dieselmotor angebauten Rußfilter wegschwenkbar ausgebildet werden. Seine Anwendung kommt daher in erster Linie bei einem ortsfesten Regenerationsapparat für Wechselfilter in Frage.To implement the regeneration process according to the invention it is advantageous that a regeneration device with a controllable, flowed through by the oxidant gas, working with excess air Burner for gaseous or liquid fuel is provided and that between the regeneration device and the soot filter one of the heated Flow through oxidizer gas heat exchangers is arranged. The burner allows the setting of the desired one Oxygen content by, for example, varying the amount of fuel and the resulting operating point in the excess air area. The resulting oxidizer gas temperature can be above the desired lie. This is then done with the help of the heat exchanger without additional Equipment set. Because this heat exchanger is only in regeneration mode is needed he would have to a soot filter attached to the diesel engine is designed to be pivoted away become. Its application therefore comes primarily to a fixed one Regeneration apparatus for easy-change filters in question.
Für bestimmte, stationäre Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, wenn die Regenerationsvorrichtung einen Inertgasanschluß und/oder einen Wasseranschluß aufweist. Der Inertgasanschluß gestattet zusätzliche Einflußnahme auf Sauerstoffgehalt und Temperatur des Oxidatorgases durch Einblasung von Inertgas, wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid. Der Anschluß für Wassereinspritzung bietet neben der Beeinflussung des Sauerstoffgehalts die Möglichkeit einer Kühlung des Oxidatorgases durch die Verdampfungswärme und die spezifische Wärme de;. Wassers. Dies kann mit oder ohne Wärmetauscher erfolgen.For certain, stationary Use cases can it may be advantageous if the regeneration device has an inert gas connection and / or has a water connection. The inert gas connection is permitted additional influence on oxygen content and temperature of the oxidant gas by blowing of inert gas, such as carbon dioxide. The connection for water injection offers the possibility in addition to influencing the oxygen content a cooling of the oxidant gas by the heat of vaporization and the specific heat de ;. Water. This can be done with or without a heat exchanger.
Zum funktionsgerechten Betrieb der Regenerationsvorrichtung ist von Vorteil, daß ein elektronisches Steuergerät vorgesehen ist, das mit einer Temperaturmeßstelle zum Messen der Oxidatorgastemperatur am Rußfiltereintritt und mit einer Druckmeßstelle zum Messen des Oxidatorgasdrucks vor dem Rußfilter sowie mit der Regenerationsvorrichtung in Wirkverbindung steht. Die Temperaturmeßstelle gestattet die Messung der Oxidatorgaseintrittstemperatur und ermöglicht die Steuerung der gegebenenfalls erforderlichen Abkühlung des Oxidatorgases. Dies Messung des Oxidatorgasdrucks bei konstantem Durchsatz und konstanter Temperatur des Oxidatorgases gestattet die Beurteilung des Beladungszustands des Rußfilters und damit seine mögliche Regenerationsgeschwindigkeit und seine thermische Regenerationsfähigkeit. Der Sauerstoffgehalt des Oxidatorgases kann bei bekanntem Luft-, Brennstoff- und Inertgasdurchsatz berechnet werden oder mittels Sauerstoffsonde gemessen werden. Deren Meßsignal könnte über die elektronische Steuervorrichtung zum Steuern der Regenerationsvorrichtung dienen.For the functional operation of the Regeneration device is advantageous in that an electronic control unit is provided is that with a temperature measuring point for measuring the oxidizer gas temperature at the soot filter inlet and with a pressure measurement for measuring the oxidizer gas pressure upstream of the soot filter and with the regeneration device is in operative connection. The temperature measuring point allows the measurement the oxidizer gas inlet temperature and enables control of any required cooling down of the oxidizer gas. This measures the oxidizer gas pressure at constant throughput and constant temperature of the oxidant gas allows the assessment the loading condition of the soot filter and thus its possible Regeneration rate and its thermal regeneration ability. The oxygen content of the oxidizer gas can be Fuel and inert gas throughput can be calculated or by means of Oxygen probe can be measured. The measurement signal could be via the electronic control device serve to control the regeneration device.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.Further features of the invention result from the following description and the drawing in which an embodiment the invention is shown schematically.
Die einzige Figur zeigt das Schema eines Regenerationsapparates für Wechselfilter. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Regenerationsverfahren für stationären und mobilen Einsatz geeignet. Die Verwendung zusätzlicher Betriebsstoffe wie Wasser, Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid sowie eines zusätzlichen Wärmetauschers nur für den Regenerationsbetrieb legt aber eine Anwendung im Stationärbetrieb und hier in erster Linie bei einem Regenerationsapparat für Wechselfilter nahe.The only figure shows the scheme a regeneration apparatus for AC filter. in principle is the regeneration process according to the invention for stationary and suitable for mobile use. The use of additional operating materials such as water, Water vapor and carbon dioxide as well as an additional one heat exchanger only for the regeneration mode is an application in stationary mode and here primarily with a regeneration apparatus for easy-change filters Near.
Die einzige Figur zeigt einen Regenerationsapparat
In der Regenerationsvorrichtung
In der Vorkammer
Das zu regenerierende Wechselfilter
Bei elektrischer Aufheizung des Oxidatorgases
muß dessen
Sauerstoffgehalt durch Zugabe von Inertgas über den Inertgasanschluß
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Owner name: DEUTZ AKTIENGESELLSCHAFT, 51063 KOELN, DE |
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