發動機尾氣后處理的余熱回收系統及利用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發動機尾氣后處理的余熱回收系統及利用方法，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]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。
[0004]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。
[0005]另外，現有的氧化催化器(DOC)以及選擇性催化還原器(SCR)都有一個合適的工作溫度區間。當發動機在冷啟動的初期時，排氣溫度較低，此時所述氧化催化器(DOC)以及選擇性催化還原器(SCR)的活性沒有被激發，對尾氣的處理效率很差，此時的尾氣污染很大。經過一段時間之后，當發動機的排氣溫度位于該區間內時，所述氧化催化器(DOC)以及選擇性催化還原器(SCR)具備更高的效率。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種優化的發動機尾氣后處理的余熱回收系統及利用方法，不但能夠回收發動機的廢熱，還能夠在發動機的排氣溫度不夠時，提高排氣溫度。
[0007]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種發動機尾氣后處理的余熱回收系統，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系統的控制器，所述余熱回收系統還包括能量回收裝置以及與所述能量回收裝置相連且用以對所述發動機的尾氣進行加熱的加熱單元。
[0008]作為本發明進一步改進的技術方案，所述能量回收裝置包括蓄電池以及安裝在所述顆粒捕集器與所述選擇性催化還原器之間的熱電模塊，所述熱電模塊用以收集所述發動機尾氣的余熱以對所述蓄電池進行充電。
[0009]作為本發明進一步改進的技術方案，所述加熱單元包括位于所述氧化催化器上游的第一加熱單元及/或位于所述選擇性催化還原器上游的第二加熱單元，所述蓄電池通過放電對所述第一加熱單元及/或所述第二加熱單元進行加熱。
[0010]作為本發明進一步改進的技術方案，所述加熱單元包括所述第一加熱單元及所述第二加熱單元；所述余熱回收系統還包括與所述蓄電池的正極相連的第一繼電器以及第二繼電器，其中所述第一繼電器與所述第一加熱單元相連，用以開啟或者斷開所述第一加熱單元；所述第二繼電器與所述第二加熱單元相連，用以開啟或者斷開所述第二加熱單元。
[0011]作為本發明進一步改進的技術方案，所述余熱回收系統還包括連接在所述顆粒捕集器與所述選擇性催化還原器之間的控制閥，所述控制閥能夠在所述控制器的控制下選擇將所述發動機的尾氣經過所述熱電模塊或者不經過所述熱電模塊。
[0012]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顆粒捕集器相通，所述第一出口與所述熱電模塊相通，所述第二出口與一個用以旁通所述熱電模塊的旁通管路相通。
[0013]作為本發明進一步改進的技術方案，所述余熱回收系統包括安裝在所述氧化催化器的入口處的第一溫度傳感器、安裝在所述顆粒捕集器的出口處的第二溫度傳感器、以及安裝在所述選擇性催化還原器的入口處的第三溫度傳感器，所述第一、第二、第三溫度傳感器均與所述控制器相連。
[0014]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溫度使用范圍在120攝氏度到450攝氏度之間的選擇性催化還原器。
[0015]本發明還涉及如下技術方案:一種利用方法，其包括如下步驟:
S1: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，則所述控制器控制所述余熱回收系統，使所述發動機的尾氣經過所述能量回收裝置以進行熱量回收；如果不高于，則所述控制器控制所述余熱回收系統，使所述發動機的尾氣不經過所述能量回收裝置；
S2:判斷所述氧化催化器的入口處的排氣溫度是否低于第二設定值，如果低于，則啟動所述加熱單元以對所述發動機的尾氣進行加熱；及/或判斷所述選擇性催化還原器的入口處的排氣溫度是否低于第三設定值，如果低于，則啟動所述加熱單元以對所述發動機的尾氣進行加熱。
[0016]本發明還涉及如下技術方案:一種利用方法，其包括如下步驟:
在所述發動機冷啟動時，利用上次循環中已經存儲在所述能量回收裝置中的電能啟動所述加熱單元，以對所述發動機的尾氣進行加熱。
[0017]相較于現有技術，本發明通過能量回收裝置將所述發動機的尾氣進行熱能回收，提高了能源的利用率；另外，通過加熱單元，能夠在發動機的排氣溫度不夠時，對所述發動機的尾氣進行加熱，提高了對尾氣的處理效率。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明發動機尾氣后處理的余熱回收系統的原理圖。
[0019]圖2是本發明發動機尾氣后處理的余熱回收系統在旁通能量回收裝置時的原理圖。
[0020]圖3是本發明發動機尾氣后處理的余熱回收系統在啟動能量回收裝置時的原理圖。
[0021]圖4是本發明發動機尾氣后處理的余熱回收系統在啟動加熱單元時的原理圖。
[0022]圖5是本發明利用方法及其應用的流程不意圖。
【具體實施方式】
[0023]請參圖1所示，本發明揭示了一種發動機尾氣后處理的余熱回收系統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系統100的控制器5、能量回收裝置6、以及與所述能量回收裝置6相連且用以對所述發動機的尾氣進行加熱的加熱單元7。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。
[0024]為了實現溫度檢測，本發明的余熱回收系統100還包括安裝在所述氧化催化器2的入口處的第一溫度傳感器81、安裝在所述顆粒捕集器3的出口處的第二溫度傳感器82、以及安裝在所述選擇性催化還原器4的入口處的第三溫度傳感器83。所述第一、第二、第三溫度傳感器81、82、83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。
[0025]請參圖1所示，在本發明圖示的實施方式中，所述能量回收裝置6包括蓄電池61以及安裝在所述顆粒捕集器3與所述選擇性催化還原器4之間的熱電模塊62 ο所述熱電模塊62中還包括一個供低溫介質流動的管道63。當啟動所述熱電模塊62時，高溫的發動機尾氣與低溫的介質在經過所述熱電模塊時會產生電壓差，這個電壓差能夠用以對所述蓄電池61進行充電。鑒于熱電模塊62本身的技術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。經過上述這個過程，相當于將發動機的廢熱轉化成了電能，并存儲在所述蓄電池61中。優選地，所述管道63中低溫介質的流動方向與所述尾氣的排放方向相反，以提高所述熱電模塊62的轉化性能。
[0026]當然，在其他實施方式中，也可以借用現有技術中的熱交換裝置(例如蒸發器)以及能量轉化裝置(例如膨脹機)，將發動機的廢熱轉化成機械能，然后再將所述機械能通過發電機轉化成電能，存儲在所述蓄電池61中。
[0027]所述加熱單元7包括位于所述氧化催化器2上游的第一加熱單元71及/或位于所述選擇性催化還原器4上游的第二加熱單元72。優選地，在本發明圖示的實施方式中，所述加熱單元7包括上述第一加熱單元71以及上述第二加熱單元72。當所述第一溫度傳感器81檢測到所述發動機的排氣溫度低于第二設定值時(即所述氧化催化器2的正常工作溫度范圍)，所述蓄電池61放電，啟動所述第一加熱單元71對發動機的尾氣進行加熱。類似地，當所述第三溫度傳感器83檢測到所述發動機的排氣溫度低于第三設定值時(即所述選擇性催化還原器4的正常工作溫度范圍)，所述蓄電池61放電，啟動所述第二加熱單元72對發動機的尾氣進行加熱。
[0028]具體地，在