CN111007104B - 一种机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法 - Google Patents

Abstract

一种机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法，基于碳平衡通过实时计算液体燃料的总碳和尾气中总碳得到颗粒物的总碳，进而获得颗粒物不完全燃烧热损失；基于氢平衡通过实时计算液体燃料总氢和尾气中水蒸气的氢含量得到碳氢化合物的总氢，进而结合CH（以碳计）、CO含量得到碳氢化合物和一氧化碳的不完全燃烧热损失。该方法实现了机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失的在线监测，准确反映了发动机实时的燃烧水平和污染物排放情况。

Description

一种机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法

技术领域

本发明涉及，特别涉及一种机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法。

背景技术

随着经济的快速发展，我国机动车(船)数量也迅速增加，机动车(船)所需的液体燃料以及排放的污染也急剧增加。部分非道路移动机械及柴油货车燃烧效率较低和污染物排放多。未完全燃烧的燃料(包括尾气中CO、碳氢化合物以及颗粒物)是造成低效率和高排放的重要原因之一。降低不完全燃烧热损失是机动车(船)节能减排的重要方向。

目前由于颗粒物含碳量和碳氢化合物的氢含量较难实现在线监测，导致无法实现未完全燃烧热热损失的在线监测。颗粒物中未燃尽的碳需要通过人工采样、样品处理和实验室化验得到。针对碳氢化合物，监测数据主要是以碳计量，氢含量的监测需要收集气体，经GC-MS测出每一种物质的含量，累计求出总氢。上述方法得到的总碳和总氢均为离线数据，并且成本高、周期长。道路状况、燃油品质、操作等因素均会影响燃料的燃烧状况，离线得到的数据无法为机动车的燃烧调整和污染物监管提供实时指导。因此，本发明旨在提供一种机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法和系统。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法。

本发明所采用的技术方案是：一种机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在线监测油箱中剩余液体燃料的体积，实时计算出进入发动机的燃油流量，公式如下：

式中，B为进入发动机的液体燃料的流量，L/h；t为系统采集数据的间隔时间，s；V1和V2分别为上一次采集数据和此次采集数据对应油箱中燃油的体积，L；

步骤2：根据燃油检测报告获取燃油的热值、碳元素、氢元素和水分含量，并在数据采集系统中手动输入；

步骤3：获取发动机尾气中的CO含量、尾气中的CO2含量、尾气中的水蒸气含量、尾气中的碳氢化合物含量(以碳计)及尾气流量；

步骤4：步骤2和步骤3获取的数据，在线计算尾气中总含碳量，公式如下：

式中，M_C，尾气为尾气中的总含碳量，kg/h，；Q_尾气为尾气流量(Nm³/h)，

为烟气中CO2含量(％)，

为烟气中CO含量(ppm)；

为尾气中碳氢化合物含量，以碳计，mg/m³；

步骤5：在线计算颗粒物的总含碳量，公式如下：

式中，M_{C，颗粒物}为颗粒物中的总碳含量，kg/h；

液体燃料的碳含量，g/L；

步骤6：根据液体燃料的氢元素含量、水分含量、尾气中水蒸气含量计算得到碳氢化合物的总氢含量，公式如下：

式中，M_{H，碳氢化合物}为尾气中碳氢化合物的氢碳量，kg/h；

为液体燃料的氢含量，g/L；

为液体燃料的水含量，g/L；

为尾气中水蒸气含量，g/m³；

步骤7：基于尾气颗粒物的碳含量计算出尾气颗粒物不完全燃烧热损失，公式如下：

式中，q1为尾气颗粒物不完全燃烧热损失，％，Q_燃油为燃油的热值，KJ/L；

步骤8：基于尾气中碳氢化合物的碳、氢含量以及CO含量，获取气体不完全燃烧热损失，公式如下：

式中，q2为气体不完全燃烧热损失；

步骤9：获取机动车燃烧过程中总的不完全燃烧热损失，公式如下：

q＝q1+q2

式中，q为机动车燃烧过程中总的不完全燃烧热损失。

本发明的有益效果是：该机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法，基于碳平衡通过实时计算液体燃料的总碳和尾气中总碳得到颗粒物的总碳，进而获得颗粒物不完全燃烧热损失；基于氢平衡通过实时计算液体燃料总氢和尾气中水蒸气的氢含量得到碳氢化合物的总氢，进而结合CH(以碳计)、CO含量得到碳氢化合物和一氧化碳的不完全燃烧热损失。该方法实现了机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失的在线监测，准确反映了发动机实时的燃烧水平和污染物排放情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法框图。

使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中的机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法，由安装在数据采集和计算系统内的软件实现，包括以下步骤：

步骤1：在油箱中安装液体料位计，用来在线监测油箱中剩余液体燃料的体积，实时计算出进入发动机的燃油流量，公式如下：

式中，B为进入发动机的液体燃料的流量，L/h；t为系统采集数据的间隔时间，s；V1和V2分别为上一次采集数据和此次采集数据对应油箱中燃油的体积，L；

步骤2：根据燃油检测报告获取燃油的热值、碳元素、氢元素和水分含量，并在数据采集和计算系统中手动输入，当燃料改变时，需重新输入上述值，并替换之前的数据；本实施例所涉及的燃油检测报告由燃油提供方，也可自行取样化验分析。

步骤3：发动机和排气口之间安装CO、CO2和碳氢化合物三合一在线监测仪、湿度在线监测仪和流量在线监测仪，获取发动机尾气中的CO含量、CO2含量、尾气中的水蒸气含量、尾气中的碳氢化合物含量(以碳计)及尾气流量，并传递给数据采集和计算系统。

步骤4：步骤2和步骤3获取的数据，在线计算尾气中总含碳量，公式如下：

式中，M_C，尾气为尾气中的总含碳量，kg/h，；Q_尾气为尾气流量(Nm³/h)，

烟气中CO2含量(％)，

为烟气中CO含量(ppm)；

为尾气中碳氢化合物含量，以碳计，mg/m³；12为碳的摩尔质量，g/mol；22.4为气体摩尔体积，L/mol；100为百分含量(％)的转化系数；1000000为ppm转化系数。

步骤5：在线计算颗粒物的总含碳量，公式如下：

式中，M_{C，颗粒物}为颗粒物中的总碳含量，kg/h；B为燃油流量，L/h；

液体燃料的碳含量，g/L；0.001为克(g)与千克(kg)的转化系数。

步骤6：根据液体燃料的氢元素含量、水分含量、尾气中水蒸气含量计算得到碳氢化合物的总氢含量，公式如下：

式中，M_{H，碳氢化合物}为尾气中碳氢化合物的氢碳量，kg/h；

为液体燃料的氢含量，g/L；

为液体燃料的水含量，g/L；

为尾气中水蒸气含量，g/m³：2为水中两个氢原子的摩尔质量，g/mol；18为水的摩尔质量，g/mol；0.001为克(g)与千克(kg)的转化系数。

步骤7：基于尾气颗粒物的碳含量计算出尾气颗粒物不完全燃烧热损失，公式如下：

式中，q1为尾气颗粒物不完全燃烧热损失，％，Q_燃油为燃油的热值，KJ/L；32700为每千克纯碳的发热量，kJ/kg。

步骤8：基于尾气中碳氢化合物的碳、氢含量以及CO含量，获取气体不完全燃烧热损失，公式如下：

式中，q2为气体不完全燃烧热损失；142900为每千克纯氢的发热量，kJ/kg；12640为CO的发热量，kJ/m³。

步骤9：获取机动车燃烧过程中总的不完全燃烧热损失，公式如下：

q＝q1+q2

式中，q为机动车燃烧过程中总的不完全燃烧热损失。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种机动车燃烧过程中不完全燃烧热损失在线监测方法，包括以下步骤：

步骤1：在线监测油箱中剩余燃油的体积，实时计算出进入发动机的燃油流量，公式如下：

式中，B为进入发动机的燃油的流量，L/h；t为系统采集数据的间隔时间，s；V1和V2分别为上一次采集数据和此次采集数据对应油箱中燃油的体积，L；

步骤2：根据燃油检测报告获取燃油的热值、碳元素、氢元素和水分含量,并在数据采集系统中手动输入；

其特征在于，还包括：

步骤3:获取发动机尾气中的CO含量、尾气中CO₂含量、尾气中的水蒸气含量、尾气中的碳氢化合物含量及尾气流量,其中碳氢化合物含量以碳计；

步骤4：步骤2和步骤3获取的数据,在线计算尾气中总含碳量，公式如下：

式中，M_C，尾气为尾气中的总含碳量，kg/h；Q_尾气为尾气流量,Nm³/h，

为烟气中CO₂含量,％；

为烟气中CO含量,ppm；

为尾气中碳氢化合物含量，以碳计，mg/m³；

步骤5：在线计算尾气颗粒物的总含碳量，公式如下：

式中，M_{C，颗粒物}为颗粒物中的总碳含量，kg/h；

燃油的碳含量，g/L；

步骤6：根据燃油的氢元素含量、水分含量、尾气中水蒸气含量计算得到碳氢化合物的总氢含量，公式如下：

式中，M_{H，碳氢化合物}为尾气中碳氢化合物的氢碳量，kg/h；

为燃油的氢含量，g/L；

为燃油的水含量，g/L；

为尾气中水蒸气含量，g/m³；

步骤7：基于尾气颗粒物的碳含量计算出尾气颗粒物不完全燃烧热损失，公式如下：

式中，q1为尾气颗粒物不完全燃烧热损失，％，Q_燃油为燃油的热值，KJ/L；

步骤8：基于尾气中碳氢化合物的碳、氢含量以及CO含量，获取气体不完全燃烧热损失，公式如下：

式中，q2为气体不完全燃烧热损失；

步骤9：获取机动车燃烧过程中总的不完全燃烧热损失，公式如下：

q＝q1+q2

式中，q为机动车燃烧过程中总的不完全燃烧热损失。

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