CN108252769B - 一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置。该试验装置中的排气管为圆柱形管道，下部设有导流槽，导流槽与水平方向有一定夹角，便于颗粒和粘结液流入收集管道。控制系统根据车辆油门踏板位置，对粘结液的喷射量进行调控，实现生物柴油燃烧颗粒的加速粘结；排气管颗粒在粘结液的作用下，沉降到排气管槽中，与粘结液一起流入收集管道，经过颗粒滤芯、泵的作用，将颗粒集中收集，粘结液重新进入粘结液箱，可以循环使用。控制单元通过监测排气温度，对冷却液的循环流量等进行调控；通过液位传感器监测粘结液箱中的粘结液量，当粘结液量不足时及时添加；当粘结液中的离子浓度减少时，及时补充离子表面活性剂。

Description

一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置

技术领域

本发明专利涉及一种颗粒粘结的领域，特别涉及加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置。

背景技术

颗粒物污染是我国最主要的大气污染之一，汽车颗粒排放已成为大气可吸入颗粒物的主要来源，严重危害人类健康。近年来，大气中小粒径颗粒(PM2.5，直径＜2.5μm)浓度的增加，造成能见度降低，灰霾天气频繁出现，引起了广泛关注。汽车尾气中的细颗粒是PM2.5的主要来源之一。生物柴油的十六烷值高、硫含量低、生命周期短，能够减少柴油机排放污染物，是优质的绿色环保可再生能源。2015年，我国生物柴油产能已达到332.7万吨。现有研究表明，与柴油相比，柴油机燃用生物柴油的颗粒有机物组分的比例增加、团聚程度提高、粒径减小、活化能降低。

柴油机排气后处理技术中应用较多的是氧化性催化转化器(DOC)与颗粒物捕集器(DPF)。DOC主要用来处理排气中的HC、CO和颗粒物中的可溶性有机成分，但是对颗粒物中的干碳烟却无能为力。DPF能有效捕集排气中的颗粒物，但存在价格昂贵、再生困难等缺点。现有颗粒捕集技术是基于柴油燃烧颗粒进行设计，柴油机燃用生物柴油燃烧颗粒的组分、粒径、活化能等特性均发生变化，因此，本发明针对生物柴油燃烧颗粒的特点，采用低成本、高效率的加速颗粒粘结装置和智能控制方法，有效降低了颗粒捕集成本，减少柴油机颗粒物到大气中的排放量。

发明内容

1、本发明针对生物柴油燃烧颗粒粒径小的特点，以及现有柴油机颗粒后处理装置价格高、再生困难等缺点，提供一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置及方法，加速生物柴油颗粒的粘结，提高生物柴油颗粒的捕集效率，降低捕集成本。本发明的装置包括冷却系统、粘结液喷射系统、离子表面活性剂补充系统、颗粒收集系统、粘结液回收再利用系统、控制系统。冷却系统在排气管的前部，用于降低排气温度；粘结液喷射系统位于冷却系统后面、排气管上部，用于喷射粘结液；离子表面活性剂补充系统位于排气管上部，用于向粘结液中添加离子表面活性剂；颗粒收集系统位于喷射系统后面、排气管下部，用于收集沉降后的颗粒和粘结液；粘结液回收再利用系统位于排气管下部，用于对使用过的粘结液处理后回收利用；控制系统与其他各系统相连，用于对其他各系统进行实时检测和调控。

进一步的，冷却系统采用水冷的方式，安装在排气管前部，对排气温度进行降温，使粘结液喷射器附近的温度控制在200℃以下，一方面可以使颗粒运动速度降低、提高粘结效率，另一方面，可以使粘结液保持液态，便于收集。

进一步，粘结液喷射系统的喷射器在安装时，应沿着排气方向，与水平方向的夹角为锐角，并通调整喷射器的角度，使粘结液的喷雾尽可能多的覆盖排气管的横截面，便于粘结液与排气中的颗粒充分作用。

进一步，颗粒在排气管中做高速布朗运动，由于电荷和极性的作用，小颗粒逐渐粘结成大颗粒并溶于粘结液，随着颗粒质量逐渐增大，在重力和粘结液作用的作用下，颗粒沉降到排气管下部的导流槽中。

进一步，流入到回收管道中的颗粒和粘结液，在颗粒滤芯的作用下，收集到的颗粒与粘结液分离，颗粒进入收集箱中，粘结液在泵的作用下进入粘结液回收箱中循环使用。

进一步，颗粒收集系统中排气管下部设有导流槽，导流槽与水平方向有一定夹角，便于沉降后的颗粒和粘结液一起沿导流槽流入收集管道，流入收集管道后经过颗粒滤芯过滤，将颗粒集中收集。

进一步，粘结液是包含有机带电粘结促进剂的溶液，粘结液的沸点应高于200℃，使粘结液在使用过程中保持液态，便于沉降收集和循环利用；粘结液含有一定浓度的离子表面活性剂，使生物柴油颗粒在电荷、颗粒极性的共同作用下实现快速粘结并溶于粘结液。

2、本发明提出的一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的方法，工作原理如下：

(1)排气温度过高会导致颗粒运动速度过快，粘结液也可能由于高温以气态的形式从排气管排出，因此，在粘结液喷射器前对排气进行冷却。喷射器将粘结液喷入排气管道，排气管中的颗粒在电荷的作用下互相碰撞粘结长大，并会溶解到粘结液中，在重力的作用下，粘结液和颗粒沉降到排气管下部的导流槽中。由于导流槽沿排气方向有一斜度，沉降的颗粒和粘结液流入收集管道中。经过颗粒滤芯的过滤和泵的作用，颗粒被集中收集，使用过的粘结液被重新回收到粘结液箱中，供循环使用。

(2)柴油机不同工况排气中的颗粒浓度、运动情况不同。控制系统根据实时监测的排气管温度、油门踏板位置、粘结液液面位置、粘结液离子浓度，对粘结液的喷射量等进行实时调控，当粘结液的量、离子浓度减少时，进行及时补充。高负荷时颗粒数量较多，粒径较大；排气温度高也会使颗粒运动速度加快，因此根据温度传感器、油门踏板位置传感器的监测，对喷射液进行实时调整。例如，当油门踏板踩下的量程过小(例如：小于20％)或过大(例如：大于80％)、排气温度较低(例如：低于150℃)时，应增大喷射液的喷射量。

进一步，控制系统根据采集到的车辆油门踏板位置，对粘结液的喷射量进行调控。

进一步，控制单元通过液位传感器监测粘结液箱中的粘结液的量，当粘结液的量不足时及时添加。

进一步，粘结液中的离子表面活性剂浓度通过离子浓度检测仪实时监测，控制单元根据粘结液中的离子浓度及时向粘结液箱中补充离子表面活性剂。

本发明的有益效果为：

1、本发明提出的一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置及方法，针对生物柴油燃烧颗粒粒径小、难捕集的特点，以及现有柴油机颗粒后处理装置价格高、再生困难等缺点，通过在排气管中喷射粘结剂，加速生物柴油颗粒的粘结，提高生物柴油颗粒的捕集效率，降低捕集成本。

2、粘结液中包含有机带电粘结促进剂，粘结液含有一定浓度的离子表面活性剂，使生物柴油颗粒在电荷、颗粒极性的共同作用下，经历粘结长大、沉降、过滤、收集的过程，实现收集生物柴油颗粒的目的。

3、在排气管前端的冷却系统可以降低排气管温度，且冷却水可以循环使用。排气温度降低可以让粘结液保持液体状态，一方面减少粘结液排放到空气中对环境的污染，另一方面还可以使粘结液经过回收系统，实现粘结液的回收再利用，减少粘结液的使用量

附图说明

图1为该生物柴油颗粒粘结装置中各部件位置示意图。

图2为该生物柴油颗粒粘结装置的控制单元。

图3为排气管左视图。

图中，1-温度传感器；2-粘结液箱；3-离子表面活性剂添加箱；4-离子表面活性剂；5-离子浓度测试仪；6-液位传感器；7-粘结液；8-喷射器；9-控制单元；10-油门踏板位置传感器；11-油门踏板；12-颗粒滤芯；13-粘结液收集泵；14-收集管道；15-颗粒收集箱；16-排气管导流槽；17-冷却液；18-冷却水套；19-水泵；20-冷却水箱；21-排气管。

具体实施方式

如图1-3所示，该装置包括冷却系统、粘结液喷射系统、离子表面活性剂补充系统、颗粒收集系统、控制系统；冷却系统在排气管的前部，用于降低排气温度；粘结液喷射系统位于冷却系统后面、排气管上部，用以喷射粘结液；离子表面活性剂补充系统位于排气管上部，用以向粘结液中添加离子表面活性剂；颗粒收集系统位于喷射系统后面、排气管下部，用以收集沉降后的颗粒和粘结液；粘结液回收再利用系统位于排气管下部，用以对使用过的粘结液处理后回收利用；控制系统与其他各系统相连，用于对其他各系统进行实时检测和调控。

上述冷却系统包括冷却液17、冷却水套18、水泵19、冷却水箱20、排气管21，初始状态下，冷却液17置于冷却水箱20中，冷却水箱下面连接水泵19，水泵19与冷却水套18相连，冷却水套18包裹在排气管上。上述粘结液喷射系统包括粘结液7、粘结液箱2、喷射器8，粘结液7置于粘结液箱2中，粘结液箱2下面连接喷射器8。上述粘结液喷射系统的喷射器8在安装时，应沿着排气方向，与水平方向的夹角为锐角，并通调整喷射器8的角度，使粘结液7的喷雾尽可能多的覆盖排气管的横截面，便于粘结液7与排气中的颗粒充分作用；所述粘结液喷射系统中粘结液7是包含有机带电粘结促进剂的溶液，粘结液7的沸点应高于200℃，使粘结液7在使用过程中保持液态；粘结液7含有一定浓度的离子表面活性剂4，使生物柴油颗粒在电荷、颗粒极性的共同作用下实现快速粘结并溶于粘结液。

上述离子表面活性剂补充系统包括离子表面活性剂添加箱3、离子表面活性剂4、离子浓度测试仪5，离子表面活性剂4和离子浓度测试仪5置于离子表面活性剂添加箱3中，离子浓度测试仪5用于测量离子表面活性剂添加箱3中离子表面活性剂的量。

上述颗粒收集系统包括颗粒滤芯12、粘结液收集泵13、收集管道14、颗粒收集箱15、排气管导流槽16，排气管导流槽16下部开孔，与收集管道14相连，收集管道14先接颗粒滤芯12，然后分别接粘结液收集泵13和粒收集箱15；

所述颗粒收集系统中排气管下部设有导流槽16，导流槽16与水平方向有一定夹角，便于粘结沉降后的颗粒以及排气管中的粘结液沿导流槽16流入收集管道14；

所述颗粒收集系统中，沉降后的颗粒和粘结液7一起流入收集管道14，经过颗粒滤芯12过滤，将颗粒集中收集。

上述控制系统包括控制单元9、温度传感器1、液位传感器6、油门踏板位置传感器10、油门踏板11，控制单元9分别与温度传感器1、液位传感器6、油门踏板位置传感器10相连，油门踏板位置传感器10与油门踏板11相连；

所述控制系统根据采集到的车辆油门踏板11位置，对粘结液7的喷射量进行调控，使颗粒排放达到标准；所述控制单元9通过液位传感器6监测粘结液箱2中的粘结液7的量，当粘结液7的量不足时及时添加；所述粘结液7中的离子表面活性剂4浓度通过离子浓度检测仪5实时监测，并将信号反馈给控制单元9，控制单元9根据粘结液7中的离子浓度及时向粘结液箱2中补充离子表面活性剂4。

上述控制系统根据实时监测的排气管温度、油门踏板位置、粘结液液面位置、粘结液离子浓度，对粘结液的喷射量进行实时调控，当粘结液的量、离子浓度减少时，进行及时补充；排气温度高也会使颗粒运动速度加快，因此根据温度传感器、油门踏板位置传感器的监测，对喷射液进行实时调整，当油门踏板踩下的量程小于20％，大于80％、排气温度低于150℃时，应增大喷射液的喷射量。

上述冷却系统采用水冷的方式，使粘结液喷射器8附近的温度控制在200℃以下，一方面可以使颗粒运动速度降低、提高粘结效率，另一方面，可以使粘结液7保持液态，便于收集。

本发明中，车辆起动后，颗粒粘结控制系统首先检测粘结液箱中的粘结液量是否高于最低警戒线，粘结液中的离子浓度是否减少，当粘结液箱中的粘结液量充足、离子浓度充足时，通过油门踏板传感器、温度传感器监测排气管中颗粒的状态，通过控制系统的分析，对喷射器的喷射量给出信号，喷射液喷入到排气管中。在粘结液的作用下，排气管中的小颗粒逐渐粘结成大颗粒，大颗粒在重力和粘结液的作用下沉降到排气管下部的导流槽中。颗粒收集和粘结液回收系统开始工作，滤芯将收集到的颗粒集中并送入到颗粒收集箱中，粘结液回收泵将去除颗粒后的粘结液送入粘结液箱中。

综上，本发明的一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置。该试验装置中包含了冷却系统、粘结液喷射系统、离子表面活性剂补充系统、颗粒收集系统、粘结液回收再利用系统、控制系统，控制系统对其他各系统进行实时监控和调整。其中，排气管为圆柱形管道，下部设有导流槽，导流槽与水平方向有一定夹角，便于颗粒和粘结液流入收集管道。控制系统根据车辆油门踏板位置，对粘结液的喷射量进行调控，实现生物柴油燃烧颗粒的加速粘结；排气管颗粒在粘结液的作用下，沉降到排气管槽中，与粘结液一起流入收集管道，经过颗粒滤芯、泵的作用，将颗粒集中收集，粘结液重新进入粘结液箱，可以循环使用。控制单元通过监测排气温度，对冷却液的循环流量等进行调控；通过液位传感器监测粘结液箱中的粘结液量，当粘结液量不足时及时添加；当粘结液中的离子浓度减少时，及时补充离子表面活性剂。现有柴油机颗粒捕集方法主要针对柴油颗粒进行设计，且颗粒捕集器存在结构复杂、费用高、再生困难等问题。通过该装置和方法，可以针对生物柴油燃烧颗粒粒径小的特点，实现生物柴油燃烧颗粒的快速粘结和集中处理。该测试方法相比与现有的颗粒捕集器，更加简易、经济、具有可重复性

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置，其特征在于，包括冷却系统、粘结液喷射系统、离子表面活性剂补充系统、颗粒收集系统、控制系统；冷却系统在排气管的前部，用于降低排气温度；粘结液喷射系统位于冷却系统后面、排气管上部，用以喷射粘结液；离子表面活性剂补充系统位于排气管上部，用以向粘结液中添加离子表面活性剂；颗粒收集系统位于喷射系统后面、排气管下部，用以收集沉降后的颗粒和粘结液；粘结液回收再利用系统位于排气管下部，用以对使用过的粘结液处理后回收利用；控制系统与其他各系统相连，用于对其他各系统进行实时检测和调控；

所述冷却系统包括冷却液(17)、冷却水套(18)、水泵(19)、冷却水箱(20)、排气管(21)，初始状态下，冷却液(17)置于冷却水箱(20)中，冷却水箱下面连接水泵(19)，水泵(19)与冷却水套(18)相连，冷却水套(18)包裹在排气管上；

所述粘结液喷射系统包括粘结液(7)、粘结液箱(2)、喷射器(8)，粘结液(7)置于粘结液箱(2)中，粘结液箱(2)下面连接喷射器(8)；

所述粘结液喷射系统的喷射器(8)在安装时，应沿着排气方向，与水平方向的夹角为锐角，并通调整喷射器(8)的角度，使粘结液(7)的喷雾尽可能多的覆盖排气管的横截面，便于粘结液(7)与排气中的颗粒充分作用；所述粘结液喷射系统中粘结液(7)是包含有机带电粘结促进剂的溶液，粘结液(7)的沸点应高于200℃，使粘结液(7)在使用过程中保持液态；粘结液(7)含有一定浓度的离子表面活性剂(4)，使生物柴油颗粒在电荷、颗粒极性的共同作用下实现快速粘结并溶于粘结液；

所述冷却系统采用水冷的方式，使粘结液喷射器(8)附近的温度控制在200℃以下，一方面可以使颗粒运动速度降低、提高粘结效率，另一方面，可以使粘结液(7)保持液态，便于收集。

2.根据权利要求1所述的一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置，其特征在于，所述离子表面活性剂补充系统包括离子表面活性剂添加箱(3)、离子表面活性剂(4)、离子浓度测试仪(5)，离子表面活性剂(4)和离子浓度测试仪(5)置于离子表面活性剂添加箱(3)中，离子浓度测试仪(5)用于测量离子表面活性剂添加箱(3)中离子表面活性剂的量。

3.根据权利要求1所述的一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置，其特征在于，所述颗粒收集系统包括颗粒滤芯(12)、粘结液收集泵(13)、收集管道(14)、颗粒收集箱(15)、排气管导流槽(16)，排气管导流槽(16)下部开孔，与收集管道(14)相连，收集管道(14)先接颗粒滤芯(12)，然后分别接粘结液收集泵(13)和粒收集箱(15)；

所述颗粒收集系统中排气管下部设有导流槽(16)，导流槽(16)与水平方向有一定夹角，便于粘结沉降后的颗粒以及排气管中的粘结液沿导流槽(16)流入收集管道(14)；

所述颗粒收集系统中，沉降后的颗粒和粘结液(7)一起流入收集管道(14)，经过颗粒滤芯(12)过滤，将颗粒集中收集。

4.根据权利要求1所述的一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置，其特征在于，所述控制系统包括控制单元(9)、温度传感器(1)、液位传感器(6)、油门踏板位置传感器(10)、油门踏板(11)，控制单元(9)分别与温度传感器(1)、液位传感器(6)、油门踏板位置传感器(10)相连，油门踏板位置传感器(10)与油门踏板(11)相连；

所述控制系统根据采集到的车辆油门踏板(11)位置，对粘结液(7)的喷射量进行调控，使颗粒排放达到标准；所述控制单元(9)通过液位传感器(6)监测粘结液箱(2)中的粘结液(7)的量，当粘结液(7)的量不足时及时添加；所述粘结液(7)中的离子表面活性剂(4)浓度通过离子浓度测试仪 (5)实时监测，并将信号反馈给控制单元(9)，控制单元(9)根据粘结液(7)中的离子浓度及时向粘结液箱(2)中补充离子表面活性剂(4)。

5.根据权利要求4所述的一种加速生物柴油燃烧颗粒粘结的装置，其特征在于，控制系统根据实时监测的排气管温度、油门踏板位置、粘结液液面位置、粘结液离子浓度，对粘结液的喷射量进行实时调控，当粘结液的量、离子浓度减少时，进行及时补充；排气温度高也会使颗粒运动速度加快，因此根据温度传感器、油门踏板位置传感器的监测，对喷射液进行实时调整，当油门踏板踩下的量程小于20％，大于80％、排气温度低于150℃时，应增大喷射液的喷射量。

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