本實(shí)用新型涉及柴油機(jī)汽車尾氣處理裝置領(lǐng)域，特別涉及一種模擬柴油機(jī)蒸發(fā)式灰分氣溶膠的發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)具有較高的熱效率和經(jīng)濟(jì)性，較低的CO2排放等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸業(yè)。但其顆粒物排放量大(排放量為同排量汽油機(jī)的30倍～80倍)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)就要求有效的、可靠的技術(shù)以減少顆粒物排放。從控制技術(shù)上來看，僅靠柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化和改善燃油品質(zhì)已經(jīng)難以滿足目前的排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，滿足“國Ⅳ”排放法規(guī)的柴油機(jī)都普遍需要采用后處理技術(shù)，并且未來更嚴(yán)格的排放法規(guī)將對(duì)后處理技術(shù)提出更高的要求。柴油機(jī)顆粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)是降低柴油機(jī)排氣顆粒物的重要手段，也是目前后處理技術(shù)中商業(yè)應(yīng)用前景最好的技術(shù)之一。其中，壁流式DPF由于其交錯(cuò)式的結(jié)構(gòu)，具有極高的捕集效率(物理捕集柴油機(jī)顆粒，顆粒捕集效率常常高于95％)而得到了廣泛的應(yīng)用。
目前，在實(shí)驗(yàn)室研究DPF中，使用碳黑氣溶膠模擬柴油機(jī)排氣顆粒流是一種比較常用的做法，免去了直接進(jìn)行柴油機(jī)實(shí)驗(yàn)而帶來的資金、人員以及臺(tái)架的消耗。但由于柴油機(jī)排氣顆粒流中含有一定量的灰分，灰分的沉積會(huì)增加DPF的過濾壓降，因此，純粹使用碳黑氣溶膠模擬柴油機(jī)排氣顆粒流的方法不太合理，使得通過使用商業(yè)飛灰模擬柴油機(jī)排氣顆粒流中灰分進(jìn)行灰分氣溶膠發(fā)生顯得很有必要。在粉塵氣溶膠發(fā)生裝置上，國內(nèi)常用的幾款產(chǎn)品多為國外研發(fā)，價(jià)格上普遍偏高，動(dòng)輒上十萬元人民幣。其中，德國PALAS公司RBG系列粉塵氣溶膠發(fā)生裝置通過使用旋轉(zhuǎn)電刷均勻的移除一定粉末從而產(chǎn)生粉塵氣溶膠，其濃度穩(wěn)定，但由于灰分顆粒粒徑及質(zhì)量原因，直接利用灰分與氣體形成氣溶膠后極易沉淀，因此使用粉塵氣溶膠發(fā)生裝置產(chǎn)生灰分氣溶膠的方法達(dá)不到良好的灰分懸浮效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題提供一種模擬柴油機(jī)蒸發(fā)式灰分氣溶膠的發(fā)生裝置，本裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，模擬柴油機(jī)排氣顆粒流中灰分的氣溶膠發(fā)生，通過多種調(diào)節(jié)方式來控制灰分發(fā)生濃度，更真實(shí)地模擬柴油機(jī)排氣顆粒流中灰分。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
一種模擬柴油機(jī)蒸發(fā)式灰分氣溶膠的發(fā)生裝置，包括混合溶液產(chǎn)生段、混合溶液蒸發(fā)段和灰分氣溶膠稀釋沉積段；
混合溶液產(chǎn)生段：灰分盛放杯通過灰分盛放杯閥門連接到混合溶液盛放杯，蒸餾水盛放 杯與氣動(dòng)管三通、蒸餾水盛放杯閥門、混合溶液盛放杯依次相連，所述混合溶液盛放杯設(shè)有混合溶液攪拌器，所述混合溶液攪拌器出口與混合溶液過濾網(wǎng)、漏斗、過濾溶液盛放杯、過濾溶液攪拌器、攪拌器閥門、噴射器三通、溶液噴射器依次相連，在所述過濾溶液盛放杯上設(shè)有過濾溶液攪拌器；
混合溶液蒸發(fā)段：噴射器三通出口連接到溶液噴射器，所述溶液噴射器與混合管、加熱線管、加熱線管三通依次相連，所述混合管還連接到加熱器，還與第一浮子流量計(jì)、空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)依次相連，所述溶液噴射器還連接到用于控制溶液噴射器的噴射量、噴射間隔的單片機(jī)；
灰分氣溶膠稀釋沉積段：所述加熱線管三通一出口與空氣過濾器、第二浮子流量計(jì)、稀釋段三通一入口依次相連，加熱線管三通另一出口通過稀釋段閥門連接到所述稀釋段三通另一個(gè)入口，所述稀釋段三通出口連接到DPF。
根據(jù)上述方案，所述氣動(dòng)管三通另一個(gè)出口通過噴射器清洗閥門連接到噴射器三通另一個(gè)入口。
根據(jù)上述方案，所述混合溶液過濾網(wǎng)由不同孔目數(shù)的304不銹鋼濾網(wǎng)組成，從上到下依次為200目、300目、400目、500目和600目。
根據(jù)上述方案，所述溶液噴射器的噴頭與混合管密封連接。
根據(jù)上述方案，所述空氣過濾器一端通過Ф8mm316不銹鋼鋼管連接加熱管線三通，另一端通過Ф8mm氣動(dòng)管連接。
根據(jù)上述方案，所述稀釋段閥門一端通過Ф8mm316不銹鋼鋼管連接加熱管線三通，另一端通過Ф8mm316不銹鋼鋼管連接稀釋段三通。
根據(jù)上述方案，所述灰分氣溶膠稀釋沉積段還設(shè)置有加熱保溫裝置。
根據(jù)上述方案，所述空氣過濾器采用三級(jí)空氣過濾器，第一級(jí)采用FC級(jí)離心式油水分離器，第二級(jí)采用FT級(jí)主管路過濾器，第三級(jí)采用的是FA微油霧過濾器。
根據(jù)上述方案，所有所述的通路均采用Ф8mm管進(jìn)行連接，Ф8mm管包括氣動(dòng)管與316不銹鋼鋼管。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：1)結(jié)構(gòu)簡單可靠，設(shè)計(jì)獨(dú)特，可長時(shí)間運(yùn)行。使用常用的儀器、設(shè)備即可搭建；2)能連續(xù)提供穩(wěn)定量的灰分。利用電控控制灰分蒸餾水混合溶液高壓噴射器噴出量，具有相同的灰分送出量，能保證穩(wěn)定的灰分濃度并長時(shí)間連續(xù)提供；3)灰分氣溶膠濃度范圍廣。在不改變結(jié)構(gòu)情況下，可以通過調(diào)節(jié)蒸餾水量、灰分蒸餾水混合溶液高壓噴射器噴出量、噴射間隔、空氣量以及氣體分流稀釋比這些方式來改變灰分在出口端的濃度，模擬柴油機(jī)在不同工況下的排氣顆粒流中灰分量，多種方式相互協(xié)調(diào)；4) 混合溶液產(chǎn)生段可單次提供足量的混合溶液實(shí)現(xiàn)溶液定濃度，也可持續(xù)性提供混合溶液實(shí)現(xiàn)溶液變濃度，這樣可模擬柴油機(jī)在定工況或變工況下排氣顆粒流中灰分；5)灰分氣溶膠稀釋沉積段采用了常用的分流稀釋原理，基于一個(gè)平行的灰分氣溶膠流量阻力和旁通的高效過濾系統(tǒng)，稀釋比為總流量與球閥通過流量(總流量減去灰分氣溶膠稀釋沉積段過濾部分流量)的比值；6)本實(shí)用新型裝置具有良好的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保效果。使用商業(yè)飛灰模擬柴油機(jī)排氣顆粒流中灰分進(jìn)行灰分氣溶膠發(fā)生，有利于節(jié)約資金及時(shí)間，整套系統(tǒng)耗電量低，在過濾灰分與蒸餾水的混合溶液時(shí)，過濾網(wǎng)可回收多余灰分循環(huán)再利用，不會(huì)產(chǎn)生排放物質(zhì)，同時(shí)過濾網(wǎng)可拆卸更換、循環(huán)使用，使用三級(jí)過濾方式過濾空氣以及灰分氣溶膠，從而最后排空；7)本實(shí)用新型裝置操作簡單，應(yīng)用性強(qiáng)，由于其灰分氣溶膠濃度范圍廣，除了能用于模擬柴油機(jī)顆粒流中灰分外，也可應(yīng)用其他領(lǐng)域如化工的過濾系統(tǒng)性能測(cè)試、大氣顆粒物研究等。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型一種模擬柴油機(jī)蒸發(fā)式灰分氣溶膠的發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：灰分盛放杯1、蒸餾水盛放杯2、灰分盛放杯閥門3、氣動(dòng)管三通4、蒸餾水盛放杯閥門5、混合溶液盛放杯6、混合溶液攪拌器7、混合溶液過濾網(wǎng)8、漏斗9、過濾溶液盛放杯10、過濾溶液攪拌器11、攪拌器閥門12；單片機(jī)13、噴射器三通14、溶液噴射器15、噴射器清洗閥門16、混合管17、加熱器18、加熱線管19、加熱線管三通20、空氣壓縮機(jī)21、空氣過濾器22、第一浮子流量計(jì)23；空氣過濾器24、第二浮子流量計(jì)25、稀釋段閥門26、加熱保溫裝置27、稀釋段三通28。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，本實(shí)用新型提供的模擬柴油機(jī)蒸發(fā)式灰分氣溶膠的發(fā)生裝置，整個(gè)通路的流動(dòng)方向?yàn)椋夯曳质⒎疟?連接灰分盛放杯閥門3，蒸餾水盛放杯2連接氣動(dòng)管三通4后分別連接蒸餾水盛放杯閥門5與噴射器清洗閥門16，灰分盛放杯閥門3、蒸餾水盛放杯閥門5利用氣動(dòng)管通入混合溶液盛放杯6，混合溶液攪拌器7在混合溶液盛放杯6內(nèi)，混合溶液盛放杯6下端接入混合溶液過濾網(wǎng)8，過濾溶液通過混合溶液過濾網(wǎng)8流經(jīng)漏斗9并進(jìn)入過濾溶液盛放杯10，過濾溶液攪拌器11在過濾溶液盛放杯10內(nèi)，過濾溶液攪拌器11連接攪拌器閥門12，噴射器三通14分別連接攪拌器閥門12、噴射器清洗閥門16與溶液噴射器15，與單片機(jī)13連接傳輸信號(hào)的溶液噴射器15的噴頭與混合管17密封連接，空氣通過空氣壓縮機(jī)21、空氣過濾器22、第一浮子流量計(jì)23進(jìn)入混合管17，混合管17出口連接加熱線管19，加熱線管19出口的加熱線管三通20一路連接空氣過濾器24、第二浮子流量計(jì)25，一路連接稀釋段閥門26，第二浮子流量計(jì)25與稀釋段閥門26之后連接稀釋段三通28，最后稀釋段三通28過管路連接到DPF。
實(shí)驗(yàn)開始前，關(guān)閉噴射器清洗閥門16，打開灰分盛放杯閥門3、蒸餾水盛放杯閥門5、攪拌器閥門12與稀釋段閥門26。打開加熱器18、加熱線管19以及加熱保溫裝置27進(jìn)行預(yù)熱，并打開空氣通過空氣壓縮機(jī)21、第一浮子流量計(jì)23通過少量流量，防止干燒。當(dāng)混合溶液盛放杯6、過濾溶液盛放杯10有一定量的溶液后，加熱器18、加熱線管19以及加熱保溫裝置27基本達(dá)到設(shè)定溫度，打開混合溶液攪拌器7、過濾溶液攪拌器11準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，打開溶液噴射器15、第二浮子流量計(jì)25。完成實(shí)驗(yàn)后，關(guān)閉灰分盛放杯閥門3、蒸餾水盛放杯閥門5、攪拌器閥門12，打開噴射器清洗閥門16，清洗一分鐘后，關(guān)閉噴射器清洗閥門16、溶液噴射器15、加熱器18、加熱線管19以及加熱保溫裝置27，待溫度降至50℃左右時(shí)，關(guān)閉空氣壓縮機(jī)21、第一浮子流量計(jì)23、第二浮子流量計(jì)25以及稀釋段閥門26?？梢钥吹?，上述操作較為真實(shí)地模擬了灰分所處的環(huán)境，并且可以通過后續(xù)的積累，通過單片機(jī)13開發(fā)相關(guān)功能。
混合溶液產(chǎn)生段Ⅰ的各個(gè)部件依據(jù)灰分、蒸餾水以及溶液因重力會(huì)向下流動(dòng)的特點(diǎn)，至上而下依次連接?；曳质⒎疟?與蒸餾水盛放杯2并列放在灰分氣溶膠發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)架頂端。灰分盛放杯1與蒸餾水盛放杯2杯體開孔分別與灰分盛放杯閥門3、蒸餾水盛放杯閥門5，混合溶液盛放杯6杯蓋兩孔同軸?；旌先芤菏⒎疟?、混合溶液過濾網(wǎng)8、漏斗9、過濾溶液盛放杯10以及攪拌器閥門12應(yīng)該中心同軸。噴射器清洗閥門16連接氣動(dòng)管三通4，與攪拌器閥門12并列放置，并處于噴射器三通14正上方，而溶液噴射器15則處于噴射器三通14正下方。單片機(jī)13使用儀表盒安裝固定在灰分氣溶膠發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)架上，并與溶液噴射器15相鄰?；旌瞎?7同樣與溶液噴射器15相鄰，混合管17下方為加熱器18，便于加熱，此時(shí)，加熱器18處于灰分氣溶膠發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)架的最低端，空氣過濾器22、第一浮子流量計(jì)23相鄰連接，放置在灰分氣溶膠發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)架的中部，第一浮子流量計(jì)23通過氣動(dòng)管連接混合管17，并形成向上的氣流，加熱線管19連接混合管17并根據(jù)氣流方向，向上連接加熱線管三通20?？諝膺^濾器24與空氣壓縮機(jī)21，第二浮子流量計(jì)25與第一浮子流量計(jì)23處于同一高度，對(duì)面安裝，用于使灰分氣溶膠發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)架平衡，之后向上連接稀釋段閥門26、加熱保溫裝置27與稀釋段三通28。
進(jìn)一步的，灰分盛放杯1有杯體與杯蓋，杯體下部開孔并固定連接Ф8mm氣動(dòng)管，杯蓋開有Ф1mm小孔，目的是連接大氣，同時(shí)防止杯中的灰分揚(yáng)出。蒸餾水盛放杯2也包括杯體與杯蓋，不同之處在于杯體還包括量程(本裝置選取500mL)以及下部Ф8mm氣動(dòng)管需要使用氣動(dòng)管三通4分別連接蒸餾水盛放杯閥門5與噴射器清洗閥門16，而杯蓋開有一個(gè)Ф1mm小孔，目的是連接大氣，同時(shí)防止杯中的蒸餾水過快揮發(fā)。對(duì)于使用蒸餾水的原因是保證溶液無其他雜質(zhì)成分?；曳质⒎疟y門3、蒸餾水盛放杯閥門5分別為灰分盛放杯1、氣動(dòng)管三 通4連接混合溶液盛放杯6之間的閥門，通過開關(guān)閥門或調(diào)節(jié)閥門開度，可以在混合溶液盛放杯6中得到穩(wěn)定濃度或變濃度的混合溶液。
混合溶液盛放杯6也包括杯體與杯蓋，杯體下部開有一個(gè)混合溶液流出孔并固定連接Ф8mm氣動(dòng)管，杯蓋開有兩個(gè)孔，分別連接灰分盛放杯閥門3、蒸餾水盛放杯閥門5，并且與灰分盛放杯1杯體開孔、蒸餾水盛放杯2杯體開孔同軸?；旌先芤簲嚢杵?置于混合溶液盛放杯6內(nèi)，對(duì)于進(jìn)入混合溶液盛放杯6的灰分與蒸餾水，由于灰分顆粒較重，會(huì)快速沉降在蒸餾水底部，通過混合溶液攪拌器7可以使灰分與蒸餾水充分混合。混合溶液過濾網(wǎng)8使用了不同孔目數(shù)的304不銹鋼濾網(wǎng)組成，從上到下依次為200目、300目、400目、500目以及600目。通過多層濾網(wǎng)，能過濾掉混合溶液中的大顆?；曳忠约安蝗芑曳?，使得過濾溶液均勻。在多次過濾后，可以拆卸、清洗濾網(wǎng)，達(dá)到循環(huán)利用。多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，灰分的過濾通過率在30％左右。
過濾溶液盛放杯10也包括杯體與杯蓋，是通過漏斗9與杯蓋的連接將過濾溶液進(jìn)行收集，漏斗9與杯蓋同軸，杯體下部開孔并固定連接Ф8mm氣動(dòng)管用于連接攪拌器閥門12。過濾溶液攪拌器11置于過濾溶液盛放杯10內(nèi)，對(duì)于過濾溶液盛放杯10內(nèi)的過濾溶液若長時(shí)間不使用，灰分會(huì)靜置在杯底，與蒸餾水分層，通過過濾溶液攪拌器11可以使再次灰分與蒸餾水充分混合。攪拌器閥門12是在整套裝置需要運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)開啟，防止過濾溶液長時(shí)間處在溶液噴射器15內(nèi)，堵塞溶液噴射器15噴孔。單片機(jī)13為自行編碼的單片機(jī)，用于控制溶液噴射器15的噴射量、噴射間隔。
噴射器三通14接兩支溶液進(jìn)口，一支接攪拌器閥門12，一支接噴射器清洗閥門16，目的是關(guān)閉攪拌器閥門12之后，利用蒸餾水清洗溶液噴射器15、防止堵塞溶液噴射器15噴孔，出口接溶液噴射器15。溶液噴射器15的噴頭與混合管17密封連接，使用的是購買的現(xiàn)行產(chǎn)品。混合管17一頭與溶液噴射器15的噴頭密封連接，并且在附近開孔并固定連接Ф8mm316不銹鋼鋼管，另一頭連接加熱線管19。加熱器18用于保持混合管內(nèi)溫度不低于100℃。加熱線管19保持管內(nèi)溫度不低于100℃，在加熱器18與加熱線管19的連接處同樣保證溫度不低于100℃，在加熱管線19的尾端需要使用加熱線管三通20連接灰分氣溶膠稀釋沉積段Ⅲ。
空氣壓縮機(jī)21、空氣過濾器22與第一浮子流量計(jì)23是用于提供壓縮空氣。在第一浮子流量計(jì)23前加裝空氣過濾器22目的是過濾壓縮空氣中的水分及雜質(zhì)。空氣過濾器24一端通過Ф8mm316不銹鋼鋼管連接加熱線管三通20，一端通過Ф8mm氣動(dòng)管連接。由于此處未加熱保溫100℃，其中的水分、灰分會(huì)被空氣過濾器24所過濾。第二浮子流量計(jì)25用于控制稀釋，出口端連接稀釋段三通28?；曳謿馊苣z稀釋沉積段Ⅲ采用了常用的分流稀釋原理，基 于一個(gè)平行的灰分氣溶膠流量阻力和旁通的高效過濾系統(tǒng)，稀釋比為總流量與球閥通過流量(總流量減去灰分氣溶膠稀釋沉積段Ⅲ過濾部分流量)的比值。稀釋段閥門26一端通過Ф8mm316不銹鋼鋼管連接加熱線管三通20，一端通過Ф8mm316不銹鋼鋼管連接稀釋段三通28。從加熱管線三通20到稀釋段閥門26，再到稀釋段三通28使用加熱保溫裝置27保溫。
稀釋段三通28連接DPF?；曳謿馊苣z在通過DPF時(shí)，由于溫度高于100℃，此時(shí)灰分沉積在DPF上，而水分通過DPF在后續(xù)管道中冷凝。由于DPF在柴油機(jī)排氣管中所處溫度常高于200℃，因此此處利用100℃過濾水分是符合情況的。當(dāng)然，通過調(diào)節(jié)加熱器18、加熱線管19、加熱保溫裝置27，也可達(dá)到200℃甚至更高溫度，但不節(jié)能?？諝膺^濾器24采用三級(jí)空氣過濾器，第一級(jí)采用FC級(jí)離心式油水分離器，完全過濾3μ或更大的固態(tài)離子，上游氣體水分負(fù)載允許達(dá)到25000ppm去除99％水分、40％的油霧；第二級(jí)采用FT級(jí)主管路過濾器完全過濾1μ或更大的固態(tài)離子，上游氣體水分負(fù)載允許達(dá)到2000ppm去除100％水分、70％的油霧；第三級(jí)采用的是FA微油霧過濾器，玻璃纖維經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的密度可以過濾0.01μ的固態(tài)粒子、99.9999％的油霧。
零部件除空氣壓縮機(jī)21外全部安裝在在灰分氣溶膠發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)架上?；曳謿馊苣z發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)架安裝有活動(dòng)腳輪，便于移動(dòng)。空氣壓縮機(jī)21流量控制在50～300L/min。所有的通路均采用Ф8mm管進(jìn)行連接，包括氣動(dòng)管與316不銹鋼鋼管。加熱器18、加熱線管19、加熱保溫裝置27的控制儀表均放在灰分氣溶膠發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)架上。
本實(shí)用新型利用濾網(wǎng)過濾大顆?；曳?，之后再形成灰分氣溶膠就有良好的懸浮效果，通過使用溶液蒸發(fā)式灰分發(fā)生、溶液稀釋、控制溶液噴射量稀釋、控制空氣量稀釋以及氣體分流稀釋進(jìn)行多方式結(jié)合、大范圍調(diào)節(jié)，同時(shí)利用濾網(wǎng)回收多余灰分進(jìn)行循環(huán)利用。