基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统及方法，系统包括壳体以及与壳体相连通的高温脉冲反吹单元，壳体设有传感器及颗粒计数器采样口，传感器包括温度传感器和压力传感器；壳体内设有主通道和分通道，主通道内设有预荷电单元，分通道内设有过滤单元，分通道包括A通道和B通道，A通道、B通道为并联布置的交替运行通道。本发明通过切换通道实现过滤单元的交替运行，结合高温高压脉冲反吹清灰方式，可根据压差变化自动进行交替反吹清灰，实现系统运行的灵活智能调控，同时延长系统的使用寿命并实现高含硫烟气复杂运行工况下船舶黑碳的长期高效稳定捕集。

权利要求

1.一种基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统，其特征在于：所述系统包括壳体以及与壳体相连通的高温脉冲反吹单元，所述壳体设有传感器及颗粒计数器采样口，所述传感器包括温度传感器和压力传感器；所述壳体内设有主通道和分通道，所述分通道包括A通道和B通道，所述主通道内设有预荷电单元，所述A通道、B通道为并联布置的交替运行通道，所述分通道内设有过滤单元，所述过滤单元包括相互独立的第一过滤单元和第二过滤单元，所述第一过滤单元设置在A通道内，第二过滤单元设置在B通道内；

所述预荷电单元为双极性预荷电装置，双极性预荷电装置与壳体入口相连通，双极性预荷电装置入口处设有气流均布板；所述双极性预荷电装置包括荷电段外壳、绝缘子、放电电极、收尘板；所述绝缘子包含带有内腔的穿墙套管和绝缘子压板，所述绝缘子上端具有绝缘子反吹口；所述放电电极为双极性电极，包含放电电极圆杆和电极线，所述放电电极圆杆与高压电源相连，所述预荷电单元的平均电场强度为6 10 kV/cm；

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所述过滤单元包含DOC载体、DPF载体和载体的快速拆装装置；所述DPF载体形状由大小相同的正六边形结构的七孔蜂窝孔道紧密排布组成或由非对称矩形结构单元组成，DPF载体形状为七孔蜂窝孔道紧密排布组成时，每七个蜂窝管形成闭合蜂窝环的中心蜂窝管为堵孔，其余孔道均为通孔；DPF载体形状为非对称矩形结构单元组成时，所述非对称矩形结构单元由上下左右共四个孔道组成，四个孔道为二通孔与二堵孔交替不相邻排布组成，且堵孔尺寸小于通孔尺寸；

所述快速拆装装置由套筒和法兰与管道连接构成，DPF和DOC载体内置于套筒内，套筒与烟气管道通过同轴密封固定法兰连接，连接处内置有密封垫圈；

所述高温脉冲反吹单元包括储气包、废气包、压差检测控制器、流量计、脉冲电磁阀、换向阀和反吹加热装置，所述储气包通过压差检测控制器将脉冲电磁阀和换向阀与第一过滤单元、第二过滤单元相连通，所述储气包与脉冲电磁阀相连的管道上设有流量计，所述废气包与第一脉冲反吹出气口、第二脉冲反吹出气口相连通；所述反吹加热装置安装在过滤单元外部管道内部，通过对过滤单元进行高温加热实现沉积黑碳的快速脱除，所述反吹加热装置的温度为550 650 ℃，反吹压力为8 12 bar，反吹脉冲时间间隔为100 200 ms。

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2.根据权利要求1基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统，其特征在于：壳体管道截面为矩形，所述主通道长度为0.8 2m，所述A通道、B通道长度为0.8 2m；所述A通道与~ ~主通道的管路衔接段与主通道的夹角为45°60°，B通道与主通道的管路衔接段与主通道的~

夹角为45°60°；所述A通道对应的壳体上设有第一压力传感器、第一脉冲反吹进气口、第一~脉冲反吹出气口，所述第一压力传感器设置在第一过滤单元的两侧；B通道对应的壳体上设有第二压力传感器、第二脉冲反吹进气口、第二脉冲反吹出气口，所述第二压力传感器设置在第二过滤单元的两侧。

3.根据权利要求1基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统，其特征在于：所述气流均布板为多孔筛板，筛板开孔率为40 50%。

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4.一种基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除方法，其特征在于：采用权利要求

1‑3任一种系统，包括下述步骤：

（1）预先手动调整换向板使A通道内的第一过滤单元率先运行，船舶柴油机尾部的废气系统排出的尾气进入带有预荷电单元的主通道预捕集空间，废气中的大量大粒径船舶黑碳在流场和电场的综合作用下在预荷电单元中被捕集，少量黑碳在双极电凝并的作用下聚合成大粒径黑碳被捕集，其余纳米级黑碳则随废气进入A通道中的第一过滤单元；

（2）废气经DOC载体催化氧化后进入DPF载体并在交替通孔和堵孔的作用下错流流动，荷电后的黑碳在多层壁流式过滤过程中被DPF载体内腔孔道捕集，洁净气体则从DPF载体的通孔中排出；

（3）当长时间运行后A通道中的第一过滤单元两侧的压差大于4 mbar时，压差检测控制器通过调整换向板使B通道的第二过滤单元开始运行，同时控制打开A通道的第一脉冲反吹进气口、第一脉冲反吹出气口及反吹加热装置，高温脉冲反吹单元开始工作；

（4）当B通道中的除尘单元两侧的压差大于4 mbar时，压差检测控制器调整换向板使A通道的第一过滤单元开始运行，同时打开B通道的第二脉冲反吹进气口、第二脉冲反吹出气口及反吹加热装置，高温脉冲反吹单元开始工作。

5.根据权利要求4所述基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除方法，其特征在于：

所述放电电极分别与包含负脉冲高压和正脉冲高压电源相连，所述脉冲高压电源的电压范围为40 120 kV，输出波形为尖脉冲。

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说明书

基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于船舶尾气颗粒物控制技术领域，具体涉及一种基于荷电强化过滤的船舶尾气中的黑碳深度脱除系统及方法。

背景技术

[0002] 近年来，船舶柴油机排放的废气已成为大气的重要污染源。颗粒物是柴油机尾气排放中的主要污染物之一，可长期悬浮在大气中，并随空气流动远距离传播，对人体的呼吸及血液循环系统造成极大危害。我国是世界航运和港口大国，港口多集中在人口稠密地区，船机排气中的颗粒物带来的污染危害更加严重，治理颗粒物排放已成当务之急。

[0003] 在船舶排放的颗粒物中，黑碳是其中重要的组成部分，被认为是继CO2后造成全球变暖的第二大根源。船舶黑碳的大规模排放已经对气候、环境和公共卫生健康造成了显著影响，船舶排放的黑碳会逐渐沉降冰川的表面，吸收太阳光热量传递至冰川表面，使得冰川表面对太阳光的反射能力降低，最终加剧冰川融化。目前，全球黑碳排放量仍在不断的增加，船舶黑碳的深度脱除关键技术的自主创新研发及应用已成为我国的重点研究方向。然而，黑碳具有易吸附疏水性有机物，比电阻低，粒径分布呈核膜态等复杂特性，脱除难度大。黑碳的性质还与船舶发动机容量、燃油含硫量、运行工况、尾气温度等因素密切相关。大型船舶通常燃用重油，含硫量高，使得尾气颗粒物中产生大量灰分和无机盐等不可燃物质，难以有效脱除。此外，船舶空间紧凑，传统减排装置在船舶应用受到空间尺寸限制，如何实现复杂条件和受限空间下黑碳的长期高效稳定脱除是目前亟待解决的难题。

[0004] 中国专利CN211924288U公开了一种用于船舶尾气中颗粒物去除的装置，该装置主要包括尾气处理单元和调节阀，通过调节阀调节尾气进入填料段流量，可以根据船舶的不同工况灵活调整颗粒物脱除装置的减排效果，延长其中的颗粒捕集器载体的使用寿命。然而该装置具有以下不足：忽略了实际船舶排放的大量颗粒物引起装置堵塞和压降升高的情况，同时，未考虑该装置在使用后如何清灰或再生，无法在船上长期稳定使用。

[0005] 因此，针对现有技术的不足，亟需开发一种高效率、低阻力且能够在高含硫等复杂烟气条件下实现长期稳定运行的船舶黑碳减排装置。

发明内容

[0006] 针对现有船舶黑碳减排困难的问题，本发明提出了一种基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统及方法。本发明可实现船舶受限空间下高含硫烟气下复杂船舶颗粒物尤其是纳米级颗粒物和黑碳的长期高效稳定捕集。

[0007] 一种基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统，所述系统包括壳体以及与壳体相连通的高温脉冲反吹单元，所述壳体设有传感器及颗粒计数器采样口，所述传感器包括温度传感器和压力传感器，温度和压力传感器，用于监测船舶颗粒物捕集前后温度及压力的变化，颗粒计数器用于衡量颗粒物的脱除效果；所述壳体内设有主通道和分通道，所述分通道包括A通道和B通道，所述主通道内设有预荷电单元，所述A通道、B通道为并联布置的交替运行通道，所述分通道内设有过滤单元，所述过滤单元包括相互独立的第一过滤单元和第二过滤单元，所述第一过滤单元设置在A通道内，第二过滤单元设置在B通道内。

[0008] A、B双通道结构，主通道中包含共有的预荷电单元，双通道为并联布置的交替运行通道，可通过调节换向板切换工作烟气通道，每个通道包含单独的过滤单元。

[0009] 壳体两端分别与船舶排气系统和船舶脱硝装置相连。作为优选，所述壳体为易拆装不锈钢结构，壳体管道截面为矩形，所述主通道与分通道长度均为0.8～2m，所述A通道与主通道的管路衔接段与主通道的夹角为45°～60°，B通道与主通道的管路衔接段与主通道的夹角为45°～60°，防止主通道荷电后的船舶黑碳在衔接管道段过量堆积，不利于荷电黑碳顺利进入过滤单元进行二次脱除；所述A通道对应的壳体上设有第一压力传感器、第一脉冲反吹进气口、第一脉冲反吹出气口，所述第一压力传感器设置在第一过滤单元的两侧；B通道对应的壳体上设有第二压力传感器、第二脉冲反吹进气口、第二脉冲反吹出气口，所述第二压力传感器设置在第二过滤单元的两侧。

[0010] 本发明长度设置可根据船舶受限空间大小进行调节。

[0011] 作为优选，所述预荷电单元为双极性预荷电装置，双极性预荷电装置与壳体入口相连通，双极性预荷电装置入口处设有气流均布板；所述双极性预荷电装置包括荷电段外壳、绝缘子、放电电极、收尘板；所述绝缘子包含带有内腔的穿墙套管和绝缘子压板，可增加黑碳爬电距离的同时节省绝缘子安装尺寸；所述绝缘子中的穿墙套管和绝缘子压板均为陶瓷材质，绝缘子内腔高度为16～30cm，根据实际需求做加高处理，可防止高浓度颗粒物堆积造成的绝缘子击穿；所述绝缘子上端具有绝缘子反吹口，当脱除系统长时间运行后可打开反吹口对绝缘子进行热风吹扫，防止烟气湿度过高造成电晕封闭；所述放电电极为双极性电极，包含放电电极圆杆和电极线，所述放电电极圆杆与高压电源相连，使空气电离并实现黑碳的荷电捕集；放电电极线为针刺电极，每根电极含有四排针刺，针刺长度可根据实际黑碳脱除效果进行调节，针刺位置朝向迎风面布置，增加放电点以强化黑碳荷电。

[0012] 所述收尘板的入口烟气侧布置气流均布板使黑碳等颗粒物荷电过程更加充分稳定。

[0013] 作为优选，所述气流均布板为多孔筛板，筛板开孔率为40～50％。

[0014] 作为优选，所述过滤单元包含DOC(催化器)载体、DPF(颗粒捕集器)载体和载体的快速拆装装置，所述DOC载体布置在前侧，DPF载体布置在后侧，两载体前后设有压力传感器，用以检测荷电黑碳在过滤后的压降变化；

[0015] 所述DOC载体与DPF载体尺寸一致，DOC载体全部为通孔，DPF载体由带有通孔和堵孔的新型孔道结构组成。所述DPF新型孔道结构由大小相同的正六边形结构的七孔蜂窝孔道紧密排布组成或由非对称矩形结构单元组成，DPF新型孔道结构为七孔蜂窝孔道紧密排布组成时，每七个蜂窝管形成闭合蜂窝环的中心蜂窝管为堵孔，其余孔道均为通孔；DPF新型孔道结构为非对称矩形结构单元组成时，所述非对称矩形结构单元由上下左右共四个孔道组成，四个孔道为二通孔与二堵孔交替不相邻排布组成，且堵孔尺寸小于通孔尺寸；设计成所述载体结构可极大程度的缩减DPF载体体积的同时增大DPF载体的储灰能力，有利于减小DPF压降并减缓在船舶黑碳排放量过高时DPF的堵塞程度；

[0016] 所述快速拆装装置由套筒和法兰与管道连接构成，DPF和DOC载体内置于套筒内，套筒与烟气管道通过同轴密封固定法兰连接，连接处内置有密封垫圈，以防止烟气中的黑碳逃逸。

[0017] 作为优选，所述高温脉冲反吹单元包括储气包、废气包、流量计、压差检测控制器、脉冲电磁阀、换向阀和反吹加热装置，其主要用于所述脱除系统的快速清灰过程；所述储气包通过压差检测控制器将脉冲电磁阀和换向阀与第一过滤单元、第二过滤单元相连通，所述储气包与脉冲电磁阀相连的管道上设有流量计，所述废气包与第一脉冲反吹出气口、第二脉冲反吹出气口相连通；所述储气包与废气包的体积均为200～300L；所述反吹加热装置安装在过滤单元外部管道内部，通过对过滤单元进行高温加热实现沉积黑碳的快速脱除，所述反吹加热装置的温度为550～650℃。

[0018] 当A或B通道过滤单元的压力传感器检测到两侧压差较大时，所述压差检测控制器将先改变换向板位置对工作通道进行切换，随后自动打开脉冲电磁阀、换向阀以及A或B通道的脉冲反吹进气口，同时控制反吹加热装置开始工作，脉冲气流从所述储气包经脉冲电磁阀和换向阀射流进入已长时间运行的过滤单元尾部，高压反吹气流会将黏附在DPF和DOC孔道上的黑碳从脉冲反吹出气口吹出，同时高温加热可加速高含硫沉积黑碳进入废气包储存回收。

[0019] 一种基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除方法，采用上述系统，包括下述步骤：

[0020] (1)预先手动调整换向板使A通道内的第一过滤单元率先运行，船舶柴油机尾部的废气系统排出的尾气进入带有预荷电单元的主通道预捕集空间，废气中的大量大粒径船舶黑碳在流场和电场的综合作用下在预荷电单元中被捕集，少量黑碳在双极电凝并的作用下聚合成大粒径黑碳被脱除，其余纳米级黑碳则随废气进入A通道中的第一过滤单元；

[0021] (2)废气经DOC载体催化氧化后进入DPF载体并在交替通孔和堵孔的作用下错流流动，荷电后的黑碳在多层壁流式过滤过程中被DPF载体内腔孔道捕集，洁净气体则从DPF载体的通孔中排出；

[0022] (3)当长时间运行后A通道中的第一过滤单元两侧的压差大于4mbar时，压差检测控制器通过调整换向板使B通道的第二过滤单元开始运行，同时控制打开A通道的第一脉冲反吹进气口、第一脉冲反吹出气口及反吹加热装置，高温脉冲反吹单元开始工作；

[0023] (4)当B通道中的除尘单元两侧的压差大于4mbar时，压差检测控制器调整换向板使A通道的第一过滤单元开始运行，同时打开B通道的第二脉冲反吹进气口、第二脉冲反吹出气口及反吹加热装置，高温脉冲反吹单元开始工作。

[0024] 通过切换通道实现过滤单元的交替运行和再生，以此实现船舶黑碳高效的长期稳定运行。

[0025] 作为优选，所述预荷电单元的平均电场强度为6～10kV/cm。

[0026] 作为优选，所述放电电极分别与包含负脉冲高压和正脉冲高压电源相连，所述脉冲高压电源的电压范围为40～120kV，输出波形为尖脉冲。黑碳在两个电极形成的电晕通道中进行荷电混合凝并，在荷电凝并后黑碳通过所述气流均布板进入A或B通道的过滤单元。

[0027] 作为优选，所述过滤单元两侧的压力传感器的范围为0～50mbar，反吹压力为8～12bar，反吹脉冲时间间隔为100～200ms，反吹加热温度为550～650℃，反吹加热时间为
20min。

[0028] 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

[0029] 1、基于荷电强化过滤强化纳米级船舶颗粒物尤其是黑碳的脱除，通过在颗粒捕集器前加装预荷电装置实现纳米级黑碳的预荷电，实现对于部分黏附在一起的大粒径黑碳的预捕集；同时将双极性电极与极性相反的高压电源相连使纳米级黑碳凝在电晕通道中进行荷电混合凝并成大粒径黑碳，提高其脱除效率；

[0030] 2、通过预荷电强化黑碳在颗粒捕集器中的壁流式过滤捕集过程，大幅削减高废气流量工况下黑碳在颗粒捕集器中的堵塞程度，减小DPF过滤压降的同时提高DPF的过滤效率，增加DPF载体的使用寿命；与不加装预荷电装置的独立颗粒捕集器在船舶上的应用相比，本发明的黑碳脱除效率可提高20％，达到99.5％以上，DPF的压降降低1kPa以上，DPF使用寿命可增加1倍以上；

[0031] 3、采用一种新型的DPF载体结构，其结构由七孔蜂窝管状或非对称矩形结构单元组成，采用该载体结构可增大DPF通孔的过滤面积的同时减小DPF的体积，增大黑碳的储灰能力，提高DPF的使用寿命；与传统DPF相比，本发明所述载体结构可将储灰能力提高1倍以上；

[0032] 4、采用一种新型颗粒捕集器载体的快速拆装装置，套筒与烟气管道通过同轴密封固定法兰连接，内置密封垫圈以防止烟气中的黑碳逃逸，当载体达到使用寿命后可进行快速更换；

[0033] 5、采用A、B侧并行双通道布置，通过调节换向板切换选择A通道或B通道运行，实现双通道过滤单元的间歇式交替运行；结合高温高压脉冲反吹清灰方式，并通过压差检测控制器根据压差变化进行自动交替反吹清灰，实现系统运行的灵活智能调控，同时延长脱除系统的使用寿命并实现高含硫烟气复杂运行工况下船舶黑碳的长期高效稳定脱除。

附图说明

[0034] 图1为本发明基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统的结构示意图；

[0035] 图2为本发明船舶黑碳的荷电过滤脱除过程示意图；

[0036] 图3为本发明高温脉冲反吹单元工作时的反吹过程示意图；

[0037] 图4为本发明两种新型颗粒捕集器载体的结构示意图；

[0038] 图5为本发明预荷电装置的结构示意图及电极布置方式图；

[0039] 图6为本发明实施例2中不同类型DPF随负荷加载过程中黑碳的数目浓度变化对比图；

[0040] 图7为实施例3中不同负载条件下DPF在静电强化前后的脱除效率变化趋势图；

[0041] 图8为本发明实施例3中不同废气流量下DPF在静电强化前后的压降变化趋势图；

[0042] 图9为本发明实施例4中最大负荷下A通道和B通道交替运行清灰前后黑碳脱除效率的变化趋势图；

[0043] 其中附图标记说明如下：

[0044] 图1中：1、脱除系统壳体；2、主通道；3、温度传感器；4、气流均布板；5、预荷电单元；6、管道换向板挡边条；7、第一换向板；8、分通道中的A通道；9、第一压力传感器(A通道过滤单元中的压力传感器)；10、第一过滤单元(A通道过滤单元)；11、分通道中的B通道；12、第二压力传感器(B通道过滤单元中的压力传感器)；13、第二过滤单元(B通道过滤单元)；14、第二换向板；15、高温脉冲反吹单元；16、换向阀；17、第一脉冲反吹进气口(A通道反吹脉冲入口)；18、第一脉冲反吹出气口(A通道反吹脉冲出口)；19、第二脉冲反吹进气口(B通道反吹脉冲入口)；20、第二脉冲反吹出气口(B通道反吹脉冲出口)；21、废气包；22、颗粒采样计数口；

[0045] 图2中：4、气流均布板；5‑1、荷电段外壳；5‑2、绝缘子压板；5‑3、绝缘子穿墙套管；5‑4、荷电电极杆；5‑5、电极针刺；5‑6、收尘板；10‑1、过滤单元中的DOC载体；10‑2、过滤单元中的DPF载体；10‑3、过滤单元固定套筒；10‑4、密封垫圈；

[0046] 图3中：5‑7、绝缘子反吹口；9、第一压力传感器；15‑1、储气包；15‑2、质量流量计；15‑3、压差检测控制器；15‑4、脉冲电磁阀、15‑5、反吹加热装置；17、第一脉冲反吹进气口；
18、第一脉冲反吹出气口；

[0047] 图4中：10‑2‑1、DPF蜂窝管通孔；10‑2‑2、DPF蜂窝管堵孔；13‑2‑1、DPF非对称矩形单元通孔；13‑2‑2、DPF非对称矩形单元堵孔。

具体实施方式

[0048] 为了加深对本发明的理解，下面将结合附图对本发明的实施例进一步描述，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0049] 实施例1

[0050] 参照图1～5，一种基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统，包括壳体1以及与壳体相连通的高温脉冲反吹单元15，所述壳体1设有传感器及颗粒计数器采样口22，所述传感器包括温度传感器3和压力传感器；所述壳体1内设有主通道2和分通道，所述分通道包括A通道8和B通道11，所述主通道内设有预荷电单元5，所述A通道8、B通道11为并联布置的交替运行通道，所述分通道内设有过滤单元，所述过滤单元包括相互独立的第一过滤单元10和第二过滤单元13，所述第一过滤单元10设置在A通道8内，第二过滤单元13设置在B通道11内。

[0051] 所述脱除系统的壳体1为易拆装不锈钢结构，管道截面为矩形。所述壳体上预留温度传感器3、第一压力传感器9、第二压力传感器12、第一脉冲反吹进气口17、第二脉冲反吹进气口19、第一脉冲反吹出气口18、第二脉冲反吹出气口20和颗粒计数采样口22。所述壳体内部具有主通道2和A通道8、和B通道11，A、B双通道平行布置，所述双通道与主通道的管路衔接段与主通道的夹角为45～60°，防止主通道荷电后的船舶黑碳在衔接管道段过量堆积，不利于荷电黑碳顺利进入过滤单元进行二次脱除；所述主通道长度为0.8～2m，A、B双通道长度分别为0.8～2m。

[0052] 所述预荷电单元5为双极性预荷电装置，与壳体前端相连，布置于所述主通道2内。含有黑碳的废气经气流均布板4进入预荷电单元，可使黑碳的预荷电捕集更加均匀。所述气流均布板4为多孔筛板，筛板开孔率为40～50％。所述双区预荷电装置由荷电段外壳5‑1、绝缘子5‑2，5‑3、放电电极5‑4，5‑5、收尘板5‑6组成。所述绝缘子包含带有内腔的绝缘子压板
5‑2和穿墙套管5‑3，绝缘子内腔高度为16～20cm，可增加黑碳爬电距离的同时节省绝缘子安装尺寸。所述放电电极为双极性电极，包含放电电极圆杆5‑4和电极线5‑5，所述放电电极圆杆5‑4与高压电源相连使空气电离并实现黑碳的荷电捕集。所述放电电极线5‑5为针刺电极，每根电极含有四排针刺，针刺长度为3～5mm，针刺位置为迎风面布置，增加放电点以强化黑碳荷电，所述双极放电电极分别与包含负脉冲高压和正脉冲高压电源，所述脉冲高压电源的电压范围为40～120kV，输出波形为尖脉冲。黑碳在两个电极形成的电晕通道中进行荷电混合凝并，在荷电凝并后黑碳通过气流均布多孔筛板进入A通道8或B通道11。所述收尘板5‑6为金属外壳，入口烟气侧布置气流均布多孔筛板使黑碳等颗粒物荷电过程更加充分稳定。所述预荷电单元的平均电场强度为6～10kV/cm。

[0053] 所述过滤单元包含DOC载体10‑1、DPF载体10‑2和载体的快速拆装装置。所述DOC载体10‑1布置在前侧，所述DPF载体10‑2布置在后侧，两载体前后设有压力传感器，用以检测荷电黑碳在过滤后的压降变化，所述过滤单元两侧的压力传感器的范围为0～50mbar。所述DOC载体10‑1与DPF载体10‑2尺寸一致，DOC载体全部为通孔，DPF载体由带有通孔和堵孔的新型孔道结构组成。所述新型孔道结构可由大小相同的正六边形结构的七孔蜂窝孔道紧密排布组成，每七个蜂窝管形成闭合蜂窝环的中心蜂窝管10‑2‑2为堵孔，其余孔道10‑2‑1均为通孔。所述新型孔道结构也可由非对称矩形结构单元组成，所述非对称矩形结构单元由上下左右共四个孔道组成。四个孔道为二通孔13‑2‑1与二堵孔13‑2‑2交替不相邻排布组成，且堵孔尺寸小于通孔尺寸。设计成所述载体结构可极大程度的缩减DPF载体体积的同时增大DPF载体的储灰能力，有利于减小DPF压降并减缓在船舶黑碳排放量过高时DPF的堵塞程度。所述快速拆装装置由套筒10‑3和法兰与管道连接构成，DPF和DOC载体内置于套筒内，套筒与烟气管道通过同轴密封固定法兰连接，内置密封垫圈10‑4以防止烟气中的黑碳逃逸。

[0054] 所述高温脉冲反吹单元15由储气包15‑1、质量流量计15‑2、压差检测控制器15‑3、脉冲电磁阀15‑4、反吹加热装置15‑5、换向阀16和废气包21组成，其主要用于所述脱除系统的快速清灰过程。所述储气包与废气包的体积均为200～300L。当所述压差检测控制器检测到过滤单元两侧的压差大于4mbar时，首先切换换向板7或14，随后自动开启脉冲电磁阀15‑4、反吹加热装置15‑5、换向阀16、A或B通道的脉冲反吹进气口17，19和反吹出气口18，20。脉冲气流从所述储气包经脉冲电磁阀和换向阀射流进入已长时间运行的过滤单元尾部，高压反吹气流会将黏附在DPF和DOC孔道上的黑碳从脉冲反吹出气口吹出，进入废气包储存回收。

[0055] 上述脱除系统用于船舶黑碳深度脱除时，包括的具体过程如下：

[0056] 预先将第一换向板7打到B1位置，将第二换向板14打到B2位置，使得A通道8内的过滤单元率先运行。船舶柴油机尾部的废气系统排出的尾气进入所述主通道2和预荷电单元5，废气中的大量大粒径船舶黑碳在流场和电场的综合作用下在预荷电装置中被捕集，少量黑碳在双极电凝并的作用下聚合成大粒径黑碳被捕集，其余纳米级黑碳则随废气进入A通道8中。废气经催化器载体10‑1催化氧化后进入颗粒捕集器载体10‑2并在交替通孔10‑2‑1和堵孔10‑2‑2的作用下错流流动，荷电后的黑碳则在多层壁流式过滤过程中被DPF内腔孔道10‑2‑2捕集，洁净气体则从DPF的通孔中排出。

[0057] 当长时间运行后，压差检测控制器15‑3检测到A通道8中的除尘单元两侧的第一压力传感器9示数差值大于4mbar时，自动控制第一换向板7打到A1(管道换向板挡边条6)位置，第二换向板14打到A2位置使B通道11的过滤单元开始运行，同时控制打开A通道的脉冲反吹进气口17和脉冲反吹出气口18，绝缘子反吹口5‑7，再开启储气包15‑1、脉冲电磁阀15‑4和反吹加热装置15‑5，高温脉冲反吹单元开始工作，并通过质量流量计15‑2检测脉冲反吹流量，储气包与废弃包的体积均为200～300L，反吹压力为8～12bar，反吹脉冲时间为
20min。高温高压反吹气流会将黏附在颗粒捕集器载体10‑2和催化器载体10‑1孔道上的黑碳以及堆积在绝缘子上的黑碳从脉冲反吹出气口18吹出，进入废气包21储存回收。

[0058] 当压差检测控制器15‑3检测到B通道11中的过滤单元两侧的第二压力传感器12示数差值大于4mbar时，自动控制第一换向板7打到B1位置，第二换向板14打到B2位置，使得A通道8内的过滤单元重新运行，同时自动打开B通道的脉冲反吹进口19、脉冲反吹出口20和反吹加热装置15‑5，高温脉冲反吹单元开始工作。高温高压反吹气流会将黏附在颗粒捕集器载体10‑2和催化器载体10‑1上的黑碳以及堆积在绝缘子上的黑碳从脉冲反吹出气口18吹出，进入废气包21储存回收。通过上述根据运行压差变化自动切换通道过程实现过滤单元的交替运行和再生，实现系统运行的智能灵活调控，从而实现船舶黑碳的脱除效率始终维持在95％以上。

[0059] 实施例2

[0060] 本实施例以小型船舶柴油机黑碳排放场景为例，探究本发明中新型DPF载体对于黑碳储灰能力及运行时间的影响效果。该船舶柴油机排量为9.7L，发动机功率最大150kW，3
废气流量可达650m/h，两种新型的DPF载体结构参照图4所示。首先需根据发动机排量确定DPF体积，DPF载体体积应该为发动机排量的1.5～2倍为宜。选取DPF体积在14.55～19.4L，并根据实际测得的排气流速，由下式计算DPF横截面积：

[0061]

[0062] 其中，S为过滤体横截面积，Qf为废气流量，v为过滤体内排气流速；

[0063] 经计算，所选DPF尺寸应为 为方便其与本发明套筒及矩形截面管道装配，将其尺寸加工为220mm×220mm×304mm。参照图4，分别将具有蜂窝管结构的DPF 10‑2和非对称矩形单元结构的DPF 13‑2安装于本发明黑碳脱除系统中，并与传统具有对称结构单元的DPF在本脱除系统中的储灰能力随系统运行时间的变化进行了对比。图6为不同类型DPF随负荷加载过程中黑碳的数目浓度变化，结果表明相比于传统DPF，具有蜂窝管结构和非对称单元结构的DPF可以将黑碳的数目浓度控制在更低水平，同时随着运行时间和负荷的逐渐增大，使用新型DPF载体结构可以有效抑制DPF脱除效率衰减，证明其具有
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更好的储灰能力和运行稳定行，可将黑碳排放数目浓度始终控制在10个/cm以下。

[0064] 实施例3

[0065] 本实施例以小型船舶柴油机黑碳排放场景为例，探究本发明静电对于DPF脱除过程中的效率和压降作用效果。采用与实施例2相同的船舶黑碳排放场景，DPF尺寸也与实施例2相同，载体结构为具有蜂窝管结构的DPF 10‑2。图7为预荷电单元工作前后黑碳的脱除效率随时间变化，结果表明加装预荷电单元可有效提高黑碳的脱除效率，尤其对于高负荷长时间工况条件下作用明显，可有效抑制DPF脱除效率的衰减，黑碳脱除效率可达99.5％。图8为预荷电单元工作前后DPF的背压随负载的变化，结果表面加装预荷电单元可大幅降低DPF的工作背压，尤其在高负载条件下，背压可降低50％以上，有利于DPF脱除黑碳的长期稳定运行。

[0066] 实施例4

[0067] 本实施例以大型船舶柴油机高含硫烟气下的黑碳排放场景为例，探究本发明双通道过滤单元的间歇式交替运行对于大烟气量复杂运行工况下黑碳的长期脱除效果。该船舶3
柴油机单缸排量为119L，发动机功率最大为1520kW，废气流量可达6800m /h，DPF尺寸为需进行5个DPF联用。载体结构为具有蜂窝管结构的DPF 10‑2。首
先将A通道中的过滤单元运行120分钟后(此时过滤单元已堵塞且脱除效率已最低)切换到B通道中的过滤单元运行，并对已经运行的A通道过滤单元进行反吹脉冲清灰，等B通道中的过滤单元运行120分钟后再次切换到A通道过滤单元运行，并将B通道中的过滤单元进行反吹脉冲清灰，如此反复循环实现双通道间歇式工作。图9为最大负荷下A通道和B通道交替运行清灰前后黑碳脱除效率的变化趋势图，结果表明本发明双通道交替间歇式运行过滤单元可有效保证船舶黑碳的脱除效率始终维持在95％以上，可实现船舶黑碳的长期高效稳定脱除。

[0068] 以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的简单变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。