一种极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置，属于碳黑颗粒净化脱除技术领域。
背景技术
在一些极寒的科考站、工作站以及监测站，柴油发电机是其工作的主要能量来源之一。随着国际社会对柴油发电机的污染物排放控制方面的法规逐步完善，柴油发电机排放的颗粒物作为空气污染的重要排放源，对其排放的控制和治理也受到越来越多的重视。目前，传统的柴油颗粒物后处理技术包括过滤捕集、催化转化、静电捕集以及惯性捕集等手段，由于效率不理想、运行成本高、设备复杂等原因，这些技术还没有被人们广泛接受和应用。更重要的是，在这些极寒地区，工作站可能常年处于无人值守的状态，因此，对柴油发电机颗粒捕集装置的运行可靠性提出了更高的要求。现有技术中，亟需一种柴油机碳颗粒脱除装置，能够满足上述的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够适应极寒地区条件，装置可靠性较高的极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置以及工作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置，包括气体分配箱，所述气体分配箱的进气面连有烟气入口管道，所述烟气入口管道上设置有第一风阀，所述气体分配箱的出气面连通有颗粒沉积装置的左侧面，所述颗粒沉积装置的右侧面连有重力沉降室，所述颗粒沉积装置包括包括箱体，所述箱体内设置有若干个沉积管，所述沉积管的进气端与所述气体分配箱连通，所述沉积管的出气端与所述重力沉降室连通，所述重力沉降室上设置有烟气出口管道。
所述气体分配箱的进气面连有空气管道的出气端，所述空气管道的出气端连有空气层泵，所述空气管道上设置有第二风阀，所述颗粒沉积装置内设置有火焰喷射装置，所述火焰喷射装置通过燃料管道与设置在所述颗粒沉积装置外部的燃烧罐相连通，所述箱体的前后侧面分别设置有进气扇和百叶风口。
所述气体分配箱和重力沉降室内分别设置有压力传感器，两个所述压力传感器分别与控制箱电相连，所述控制箱通过信号线分别与第一风阀、第二风阀、燃烧罐和进气扇电连接。
所述烟气入口管道和气体分配箱外部均设置有保温层。
所述第一风阀为高温防火阀。
所述进气扇为可调速进气扇。
一种极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置工作方法，包括以下步骤：
柴油机排出的烟气进入烟气入口管道，第一风阀处于开启状态，第二风阀、空气泵和燃料罐处于关闭状态，烟气通过气体分配箱均匀进入颗粒沉积装置中的沉积管，实现烟气中碳黑颗粒的沉积脱除，烟气离开颗粒沉积装置后，进入重力沉降室，使气流二次夹带的沉积管壁面上颗粒再次沉积；
当沉积管的颗粒沉积到一定厚度后，通过压力传感器反馈的压差信号达到设定的压差值时，控制箱控制关闭第一风阀，开启第二风阀；同时开启空气泵和燃料罐，燃料进入火焰喷射装置，同时控制箱调整进气扇的转速，使燃料充分燃烧。
在火焰喷射装置工作一段时间后，控制箱接收压力传感器反馈的压差信号，达到设定值后关闭燃料罐、空气泵和风阀，第一风阀，为保证沉积管阵列均匀的温度场，控制箱调整进气扇的转速，此时，颗粒沉积装置重新开始颗粒脱除工作。
本发明的有益效果：本发明提供的一种极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置及其工作方法，利用室外低温条件引起的热泳效应，实现柴油发电机尾气中的微小颗粒在颗粒沉积装置中的沉积脱除；通过燃料罐将燃料输送到火焰喷射装置，火焰喷射装置对沉积管内沉积的颗粒进行燃烧，实现沉积管的清理再生，能够实现整个装置的长时间运行且不用对装置进行拆卸检修；气体分配箱和重力沉降室内分别设置有压力传感器，两个压力传感器分别与控制箱电相连，控制箱分别与第一风阀、第二风阀、燃烧罐和进气扇电连接，通过压力传感器的差值判断沉积管是不是需要清理，控制箱能够实现沉积管的自动清理，适用于无人值守的极寒地区，实用性强。
附图说明
图1为本发明的一种极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置的结构示意图；
图2为本发明中颗粒沉积装置的结构示意图，其中(a)、(b)和 (c)分别为图1中颗粒沉积装置的A-A处截图、正视图和后视图。
图中附图标记如下：1-空气泵；2-控制箱；3-燃料罐；4-第二风阀；5-气体分配箱；6-颗粒沉积装置；7-重力沉降室；8-烟气出口管道；9-烟气入口管道；10-信号线；11-空气管道；12-燃料管道；13- 第一风阀；14-压力传感器；61-进气扇；62-百叶风口；63-火焰喷射器；64-沉积管；65-箱体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
热泳效应是指微小颗粒物在具有温度梯度的流体中运动时，由于冷热区分子与其碰撞时传递的动量不同，在总体上表现为受到与温度梯度方向相反的力的作用，驱动微小颗粒朝与温度梯度相反的方向运动，并沉积与低温表面上的过程。柴油发电机排放的尾气具有较高的温度，而在严寒或者极寒地区的室外室温较低，两者之间存在很大的温差，因此可以利用热泳效应实现柴油发电机尾气中颗粒净化。利用热泳效应脱除微小颗粒物的原理和装置简单，具有较高的运行可靠性。本申请基于此原理，设计一种极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置及其工作方法。
如图1和图2所示，本发明公开一种极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置，包括气体分配箱5，气体分配箱5的进气面连有烟气入口管道9，烟气入口管道9上设置有第一风阀13，气体分配箱5的出气面连通有颗粒沉积装置6的左侧面，颗粒沉积装置6的右侧面连有重力沉降室7，颗粒沉积装置6包括包括箱体65，箱体65内设置有若干个沉积管64，沉积管64的进气端与气体分配箱5连通，沉积管64 的出气端与重力沉降室7连通，重力沉降室7上设置有烟气出口管道 8。
颗粒沉积装置6中的沉积管64的尺寸、数量和排列方式可根据处理烟气的颗粒浓度、烟气流量进行调整；所述颗粒沉积装置6中的火焰喷射装置63的数量和排列方式可根据实际积碳燃烧工况进行调整。
气体分配箱5的进气面连有空气管道11的出气端，空气管道11 的出气端连有空气层泵1，空气泵1应能适应极寒-40℃的工作环境。空气管道11上设置有第二风阀4，颗粒沉积装置6内设置有火焰喷射装置63，火焰喷射装置63通过燃料管道12与设置在颗粒沉积装置6外部的燃烧罐3相连通，燃料罐3通过燃料管道12将燃料送入火焰喷射装置63中进行燃烧。箱体65的前后侧面分别设置有进气扇 61和百叶风口62。
气体分配箱5和重力沉降室7内分别设置有压力传感器14，两个压力传感器14分别与控制箱2电相连，控制箱2通过信号线10分别与第一风阀13、第二风阀4、燃烧罐3和进气扇61电连接，控制第一风阀13、第二风阀4和燃烧罐3的启闭以及进气扇61的转速。
烟气入口管道9和气体分配箱5外部均设置有保温层。
为保证沉积管管内较大的温度梯度，烟气入口管道9和气体分配箱5应进行保温，外部设置有保温层，保温材料选用耐高温材料；烟气入口管道9应采用耐高温和耐腐蚀材质；第一风阀13应采用高温防火阀。箱体65无需保温，同时为保证在颗粒沉积时的管内稳定的温度场，进气扇61始终处于工作状态；沉积管64的材料宜选用导热性好，耐高温的材料。
本发明还公开一种极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置工作方法，包括以下步骤：
步骤一，柴油机排出的烟气进入烟气入口管道9，第一风阀13 处于开启状态，第二风阀4、空气泵1和燃料罐3处于关闭状态，烟气通过气体分配箱5均匀进入颗粒沉积装置6中的沉积管64，实现烟气中碳黑颗粒的沉积脱除，烟气离开颗粒沉积装置6后，进入重力沉降室7，使气流二次夹带的沉积管64壁面上颗粒再次沉积；
步骤二，当沉积管64的颗粒沉积到一定厚度后，通过压力传感器14反馈的压差信号达到设定的压差值时，控制箱2控制开启第二风阀4，控制箱2控制关闭第一风阀13；同时开启空气泵1和燃料罐 3，燃料进入火焰喷射装置63，同时控制箱2调整进气扇61的转速，使燃料充分燃烧。
步骤三，在火焰喷射装置63工作一段时间后，控制箱2接收压力传感器14反馈的压差信号，达到设定值后关闭燃料罐3、空气泵1 和风阀4，第一风阀13，为保证沉积管阵列均匀的温度场，控制箱2 调整进气扇61的转速，此时，颗粒沉积装置6重新开始颗粒脱除工作。
本发明中，控制箱2控制开启第二风阀4的同时，第一风阀13 也可处于开启状态。此时，烟气中颗粒可以通过高温再次燃烧进行脱除，其他步骤保持不变。另外，本发明实际使用时，可设置两套装置，一备一用，一套设备燃料罐3工作时，另一套继续进行颗粒脱除工作，可实现柴油机不间断工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
