一种小型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
本发明涉及一种小型极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置及其工作方法，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，装置可靠性较高的小型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：
一种小型极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置，包括荷电箱，所述荷电箱的进气面与渐扩管的大头端连通，所述渐扩管的小头端与烟气管道连通，所述烟气管道上设置有第一风阀，所述荷电箱的出气面与天圆地方部件的方形面连通，所述天圆地方部件的圆形面与沉积管的进气端连通，所述沉积管的出气端与重力沉降室连通，所述重力沉降室上设置有烟气出口管道，所述荷电箱内设置有电极，所述电极与设置在所述荷电箱外部的高压脉冲电源的正极通过导线连接，所述高压脉冲电源的负极通过所述导线与所述沉积管外壁连接。
所述天圆地方部件的侧面上连通有空气管道的出气端，所述空气管道的进气端连有空气泵，所述空气管道上设置有第二风阀，所述天圆地方部件内设置有朝向所述沉积管的火焰喷射器，所述火焰喷射器通过燃料管道与设置在所述天圆地方部件外部的燃料罐相连通。
所述第二风阀和第一风阀分别连有执行器，所述高压脉冲电源和两个所述执行器分别通过信号线与控制箱连接。
所述烟气管道、渐扩管、荷电箱和天圆地方部件外部均设置有保温层。
所述第一风阀为高温防火阀。
所述压脉冲电源的脉冲峰值电压应0-100kV连续可调，脉冲频率10-200Hz连续可调，脉冲宽度300-400ns。
所述电极的材质为不锈钢材质，形状为锯齿状。
一种小型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管道，通过控制箱开启第一风阀和关闭第二风阀，同时开启高压脉冲电源，电源参数处于设定值，空气泵和燃料罐处于关闭状态，烟气进入荷电箱中通过静电场的作用使颗粒荷电，高温烟气携带荷电颗粒进行沉积管，在热泳力和静电力的作用下，被沉积管的内壁面捕集，实现烟气中碳黑颗粒的脱除，然后再次进入重力沉降室，使烟气二次夹带的颗粒再次沉积；
当高压脉冲电源运行时间达到设定值后，控制箱控制关闭第一风阀和高压脉冲电源，开启第二风阀；同时开启燃料罐和空气泵，燃料进入火焰喷射装置，燃烧沉积管内管壁上的积碳。
在火焰喷射装置工作时间达到设定值后，关闭燃料罐、空气泵和第二风阀，开启第一风阀和高压脉冲电源，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：本发明提供的一种小型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和静电效应双重作用，实现柴油发电机尾气中的微小颗粒在装置中的沉积脱除；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，在空气泵出来的空气作用下，将燃烧后的颗粒带走，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；第二风阀和第一风阀分别连有执行器，高压脉冲电源和两个执行器分别通过信号线与控制箱连接，当高压脉冲电源运行时间达到设定值后，控制箱控制关闭第一风阀和高压脉冲电源，开启第二风阀，同时开启燃料罐和空气泵，控制箱能够实现沉积管的自动定时清理，适用于无人值守的极寒地区，实用性强。
附图说明
图1为本发明的一种小型极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置的结构示意图。
图中附图标记如下：1-烟气管道；2-执行器；3-荷电箱；4-天圆地方；5-沉积管；6-重力沉降室；7-烟气出口管道；8-燃料罐；9-空气泵；10-空气管道；11-第二风阀；12-第一风阀；13-高压脉冲电源；14-导线；15-电极；16-燃料管道；17-火焰喷射器；18-渐扩管；19-控制箱；20-信号线。
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。但单纯利用热泳效应脱除微小颗粒物的效率可能不一定满足排放标准。因此采用静电力和热泳力双重作用，最大程度的对柴油机尾气中的颗粒物进行脱除是较为理想的选择。本申请基于此原理，设计一种小型极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置及其工作方法。
如图1所示，本发明公开一种小型极寒环境下柴油机碳颗粒脱除装置，包括荷电箱3，荷电箱3的进气面与渐扩管18的大头端连通，渐扩管18的小头端与烟气管道1连通，烟气管道1上设置有第一风阀12，荷电箱3的出气面与天圆地方部件4的方形面连通，天圆地方部件4的圆形面与沉积管5的进气端连通，沉积管5的出气端与重力沉降室6连通，重力沉降室6上设置有烟气出口管道7，荷电箱3内设置有电极15，电极15与设置在荷电箱3外部的高压脉冲电源13的正极通过导线14连接，高压脉冲电源13的负极通过导线14与沉积管5外壁连接。
天圆地方部件4的侧面上连通有空气管道10的出气端，空气管道10的进气端连有空气泵9，空气泵9应能适应极寒-40℃的工作环境。空气管道10上设置有第二风阀11，天圆地方部件4内设置有朝向沉积管5的火焰喷射器17，火焰喷射器17通过燃料管道16与设置在天圆地方部件4外部的燃料罐8相连通。
第二风阀11和第一风阀12分别连有执行器2，高压脉冲电源13和两个执行器2分别通过信号线20与控制箱19连接。
烟气管道1、渐扩管18、荷电箱3和天圆地方部件4外部均设置有保温层，保温材料选用耐高温材料。第一风阀12为高温防火阀。烟气管道1应采用耐高温和耐腐蚀材质。沉积管5无需保温，宜选用导热导电性好，耐高温的材料。荷电箱3和天圆地方4的材料应选用耐高温的导电材料。
压脉冲电源13的脉冲峰值电压应0-100kV连续可调，脉冲频率10-200Hz连续可调，脉冲宽度300-400ns。高压脉冲电源13的工作参数可根据处理烟气的颗粒浓度、烟气流量进行调整。
电极15的材质为不锈钢材质，形状为锯齿状。
本发明还公开一种小型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管道1，通过控制箱19开启第一风阀12和关闭第二风阀11，同时开启高压脉冲电源13，电源参数处于设定值，空气泵9和燃料罐8处于关闭状态，烟气进入荷电箱3中通过静电场的作用使颗粒荷电，高温烟气携带荷电颗粒进行沉积管5，在热泳力和静电力的作用下，被沉积管5的内壁面捕集，实现烟气中碳黑颗粒的脱除，然后再次进入重力沉降室7，使烟气二次夹带的颗粒再次沉积；
当运行时间达到设定值后，控制箱19控制关闭第一风阀12和高压脉冲电源13，开启第二风阀11；同时开启燃料罐8和空气泵9，燃料进入火焰喷射装置17，燃烧沉积管5内管壁上的积碳。
在火焰喷射装置17工作时间达到设定值后，关闭燃料罐8、空气泵9和第二风阀11，开启第一风阀12和高压脉冲电源13，此时，颗粒沉积装置重新开始颗粒脱除工作。
实际使用时，为满足柴油机不间断工作，可设置两套本发明的装置，一备一用。
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。
