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柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究

吴廉巍, 王兴刚, 石帅, 王振, 程建平, 程强

吴廉巍, 王兴刚, 石帅, 等. 柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(1): 269–276. DOI: 10.19693/j.issn.1673-3185.02354
引用本文: 吴廉巍, 王兴刚, 石帅, 等. 柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(1): 269–276. DOI: 10.19693/j.issn.1673-3185.02354
WU L W, WANG X G, SHI S, et al. Experimental research on measurement of soot concentration under spraying on exhaust gas of diesel engine[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(1): 269–276. DOI: 10.19693/j.issn.1673-3185.02354
Citation: WU L W, WANG X G, SHI S, et al. Experimental research on measurement of soot concentration under spraying on exhaust gas of diesel engine[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(1): 269–276. DOI: 10.19693/j.issn.1673-3185.02354
吴廉巍, 王兴刚, 石帅, 等. 柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(1): 269–276. CSTR: 32390.14.j.issn.1673-3185.02354
引用本文: 吴廉巍, 王兴刚, 石帅, 等. 柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(1): 269–276. CSTR: 32390.14.j.issn.1673-3185.02354
WU L W, WANG X G, SHI S, et al. Experimental research on measurement of soot concentration under spraying on exhaust gas of diesel engine[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(1): 269–276. CSTR: 32390.14.j.issn.1673-3185.02354
Citation: WU L W, WANG X G, SHI S, et al. Experimental research on measurement of soot concentration under spraying on exhaust gas of diesel engine[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(1): 269–276. CSTR: 32390.14.j.issn.1673-3185.02354

柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究

基金项目: 国家部委基金资助项目
详细信息
    作者简介:

    吴廉巍,男,1985年生,工程师

    王兴刚,男,1984年生,硕士,高级工程师

    通讯作者:

    王兴刚

  • 中图分类号: U677.6

Experimental research on measurement of soot concentration under spraying on exhaust gas of diesel engine

知识共享许可协议
柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究吴廉巍,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:
      目的  为探讨水喷淋方式对柴油机烟气的烟黑净化处理效果,开展相关实验研究。
      方法  利用Dekati型低压撞击器(DLPI)对烟道中烟黑进行取样,采用在取样枪上包裹加热带并控制其温度的方法防止喷淋后湿烟气冷凝,使湿烟气中烟黑进入DLPI时与其在烟道中的状态相同。实验首先利用烟气分析仪对烟气浓度均匀性进行测量,验证烟气分布基本均匀;然后利用DLPI确定取样时间,进而对不同柴油机负荷、不同喷淋水量下的烟黑净化效率进行测量比较分析。
      结果  结果表明:水喷淋对烟黑的净化效率可达到50%;相同喷淋流量下,柴油机100%负荷下的烟黑净化效率高于50%负荷;当喷淋流量达到一定值后,其烟黑捕集净化效率可能达到极值;烟气在喷淋之后大粒径的烟黑颗粒明显减少,而小颗粒烟黑会发生团聚作用,在50%负荷下由于烟气速度较低,水雾与烟黑接触时间更长,小颗粒烟黑团聚效果比100%负荷中更明显。
      结论  水喷淋可有效降低柴油机烟气烟黑排放。
    Abstract:
      Objective  In this paper, experiments are carried out to investigate the effects of water spray on the soot removal of diesel engine flue gas.
      Method  A Dekati low pressure impactor (DLPI) is used to sample smoke soot in a flue. The sampling gun is wrapped in a heating belt and the temperature is controlled to prevent the condensation of wet flue gas after spraying and maintain the same state of soot in the flue. First, the uniformity of flue gas concentration is measured by a flue gas analyzer to verify that the flue gas distribution is basically uniform, and the sampling time is determined by DLPI. The soot purification efficiency under different diesel engine loads and different water spray volumes is then measured and compared.
      Results  The results show that the efficiency of soot removal can reach 50%. Under the same spray rate, the soot removal efficiency of the diesel engine under 100% load is higher than that under 50% load. When the spray rate reaches a certain value, the efficiency of soot collection and purification may reach the extreme value. Under 50% load, the contact time between water spray and soot is longer, and the agglomeration effect of small particles is more obvious than under 100% load.
      Conclusion  The measurement results show that water spray can effectively reduce the soot emissions of diesel engines.
  • 船舶尾气排放是港口城市和内陆河地区空气污染的主要来源,严重影响区域空气质量,并且对全球空气和人们的居住环境、身体健康带来严重负面影响[1-5]。船舶航行和在港时排放的污染物包括CO2,CH4,黑碳(BC),SO2,NOx和PM2.5[6-7]。柴油机所排出的颗粒物(PM)直径非常小,这种小颗粒能够穿过肺泡壁层,并且含有能够诱导有机体发生突变的物质和致癌物,对人体产生极为严重的危害[8-10]。一份美国国家毒物学报告显示,柴油发动机排放的颗粒物中,有98%的颗粒物直径小于10 μm(PM10),94%颗粒物直径小于2.5 μm(PM2.5),92%颗粒物直径小于1 μm(PM1)。相关环保组织对柴油机所排放的颗粒物进行风险评估,其结果表明,当空气中每增加10 mg/m3颗粒物,由此所引起的癌症死亡率就可能增加1%[11]。此外,依据《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法》,需要对船舶发动机排气污染物进行处理来降低对环境的污染[12]。因此,有必要对柴油机排出的颗粒物进行深入研究,并通过技术手段减少烟气中的烟黑颗粒物[13-17]

    一般来说,船用柴油机颗粒物的粒径分布会存在一定的波峰,对于不同燃油其结果并不统一,主要与燃油性质有关。此外,柴油机类型及运行工况对其粒径分布也有一定的影响。目前针对燃用传统重油的船舶柴油机排放颗粒物粒径分布特征的研究已有了初步认知,然而关于船舶排放颗粒物粒径尺寸的主要范围尚无完全一致的结论[10, 18]。测试仪器能相对准确地测量排气颗粒物数量浓度,但其对于质量的分级测量仍不精确。颗粒物质量粒径分布,可以通过对仪器给定假设密度测量计算得出,也可以采用分级采样称重来确定,后者更为准确。Lapuerta等[19]通过发动机试验发现,燃用含氧燃料能够明显降低柴油机排放颗粒物中大粒径颗粒物的数量,而对小粒径颗粒物数量排放特性的影响不明显。Krahl等[20]却发现,燃用生物柴油导致小粒径颗粒物的粒数排放浓度增加。伏晴艳等[21]对上海港进出的船舶排放情况做了调查,结果显示,上海港的远洋船占船舶总数不足6%,但却排放了颗粒物的92%,这主要是与远洋船的燃料主要为重油有关。然而,关于船舶柴油机排放颗粒物净化的研究相对较少,从环境保护和船员的舒适性考虑而言,需要对船舶柴油机排放颗粒物净化进行深入研究。常见的湿烟气测试采用抽取、加热、稀释技术,将湿烟气中的水滴或蒸汽气化,使之不受水滴或蒸汽干扰,通过散射光测量原理,在线连续测试粉尘浓度[22-27]。无论是从烟道上取样,还是从烟囱上取样,一旦烟气离开烟道进入采样系统,如果不进行相应的技术处理,则会因烟气温度下降,导致烟气中的水气凝结,烟尘与水气结合成粘稠状物质,堵塞采样探头和管道。

    本文拟利用喷淋方式降低柴油机烟气中的烟黑,从而减少对环境的污染,提出一种在湿烟气中测量烟黑的方法,即在连接烟道和Dekati型低压撞击器(DLPI)的取样枪上包裹一层加热带,并控制其加热温度,使得取样枪中的温度和烟道中的温度保持一致,维持湿烟气中烟黑进入DLPI时与其在烟道中的状态相同,从而保证测量的准确性。

    本文的研究对象为船用柴油机在工作时产生的烟气及烟黑颗粒物,主要利用喷淋的方式对柴油机产生的烟黑进行净化。对应的烟道和烟黑取样装置示意图如图1所示。烟道横截面取样孔分布示意图如图2所示,以取样孔1为例,图中标出不同取样深度在烟道横截面内对应的具体位置(取样深度单位为mm)。需要说明的是,为了使喷淋后水与烟气尽量混合均匀、充分换热,保证测量结果的有效性,实验选择在直管处测量,并且取样位置距离喷淋位置大于5 m。

    图  1  烟气及烟黑测试平台示意图
    Figure  1.  Schematic diagram of flue gas and soot test platform
    图  2  烟道横截面取样孔分布示意图
    Figure  2.  Schematic diagram of the distribution of sampling ports in the cross section of the flue

    采用OPTIMA7型手持式烟气分析仪测量烟道中干烟气成分,检测对象包括O2,CO2,CO,NO,NOx以及SO2。烟气中的烟黑由DLPI进行测量,其为级联低压撞击器,基于惯性分类和气溶胶颗粒的重量分析运行,根据空气动力学直径对颗粒进行分类。DLPI采样系统主要包括DLPI、旋风分离器、压力表(LEO-2)、真空泵(SV25B)、加热及温控系统。DLPI主要应用于颗粒物的收集,可以收集空气动力学直径在0.03~10.00 μm范围内的颗粒物。颗粒物粒径共分为13级,从上到下收集的颗粒物粒径逐渐减小,各级收集的颗粒物尺寸范围如表1所示。旋风分离器主要作用是拦截下烟气中大于10 μm的颗粒物,是一种预处理装置,当颗粒物随烟气进入旋风分离器圆锥型入口后,烟气形成一股旋流,使惯性大的颗粒碰撞壁面并沉积到收集室内,惯性小的颗粒则无障碍通过,随烟气流出旋风分离器,进入DLPI测量装置。需要说明的是,为了减小水分对颗粒物测量的影响,DLPI配备了保温加热装置(可加热至125 ℃),使测量过程中水处于气化状态。

    表  1  DLPI颗粒物尺寸分级
    Table  1.  DLPI particle size classification
    级别粒径范围/μm
    第1级0.028 1~0.056 5
    第2级0.056 5~0.094 4
    第3级0.094 4~0.154 0
    第4级0.154 0~0.258 0
    第5级0.258 0~0.377 0
    第6级0.377 0~0.605 0
    第7级0.605 0~0.935 0
    第8级0.935 0~1.580 0
    第9级1.580 0~2.360 0
    第10级2.360 0~3.950 0
    第11级3.950 0~6.600 0
    第12级6.600 0~9.800 0
    第13级9.800 0~10.000 0
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    采用OPTIMA7型手持式烟气分析仪分析喷淋后湿烟气中的烟气成分,为了排除水蒸气对于测量结果的影响,需要及时更换新的干燥装置。

    对于烟道内湿烟气中烟黑的测量,除了上述基本操作,本文提出了一种新的测试方法,即在连接烟道和旋风分离器的取样枪上包裹一层加热带,使得取样枪中的温度和烟道中的温度保持一致。值得注意的是,在测试中,我们在烟道出口位置添加了一个热电偶实时测量烟道内壁温度,测得烟道中的温度约为70 ℃,因此将包裹在取样枪外的加热带的温度上限设为80 ℃(考虑导热温差),在测量过程中其加热带的温度在70~80 ℃变化,这样取样枪内烟气的温度基本上和烟道中烟气的温度一致。需要说明的是,在湿烟气的烟黑浓度测量过程中,旋风分离器还起到沉积水的作用。对于DLPI测得的干烟气和湿烟气烟黑的结果,均需要在50 ℃干燥箱中加热10 min之后,再利用百万分之一天平称测量所收集的烟黑质量。

    烟黑应等速取样,在烟道中取样枪开孔直径与烟气流速的关系可以表示为

    π d24v=V (1)

    式中:d为开孔直径;V = 10 L/min,为DLPI所配泵的抽气量;v 为烟气流速。图3所示为取样枪开孔直径与烟气流速的关系以及定制的4个取样枪。取样枪对应的开孔直径分别为2.0,2.5,4.0,6.0 mm。

    图  3  开孔直径与流速的关系及不同开孔直径的取样枪
    Figure  3.  Relationship between opening diameter and flow rate and sampling guns with different opening diameters

    首先进行烟道中的烟气/烟黑均匀性的实验验证测量。对柴油机在100%负荷下的干烟气以及100%负荷喷淋流量22 t/h的湿烟气,利用OPTIMA7型手持式烟气分析仪对烟气成分进行测量分析,主要包括CO和NOx的浓度,具体工况如表2所示。

    表  2  烟气测量工况、位置和取样深度
    Table  2.  Flue gas measurement conditions, location and sampling depth
    工况取样深度/mm
    取样孔1取样孔2取样孔3取样孔4
    100%负荷,干烟气150, 250, 350, 450, 550150, 250, 350, 450, 550150, 250, 350, 450, 550150, 250, 350, 450, 550
    100%负荷,喷淋流量为22 t/h的湿烟气
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    对于100%负荷的干烟气工况,图4(a)给出了在不同取样孔位置不同烟气成分浓度随取样枪深入烟道中深度的变化规律。由图可见,对于同一取样孔,在取样枪深入烟道中150,250,350,450,550 mm时,CO以及NOx浓度变化不大;当取样孔位置变化时,测量结果显示取样孔开孔直径对烟气成分测量基本没有影响。

    图  4  4个取样孔取样位置横截面处烟气中CO和NOx气体浓度变化规律
    Figure  4.  Variation of CO and NOx gas concentration in flue gas at the cross section of sampling positions for four sampling holes

    对于100%负荷下喷淋流量为22 t/h的湿烟气工况,如图4(b)所示,其气体浓度变化规律与干烟气的相似。由此可见,100%负荷条件下无论干烟气工况还是喷淋流量为22 t/h的湿烟气工况,取样孔所在的烟道横截面烟气浓度都是均匀稳定的,且烟气成分测量结果与取样孔开孔直径无关。因此,在后续实验中,依据烟道中烟气量及其流速,根据等速取样原则,选定取样孔2( d = 2.5 mm)、取样深度350 mm进行DLPI烟黑收集。

    烟黑取样时间对于DLPI取样的测量准确性至关重要。在进行烟黑取样测试之前,需要确定合适的取样时间。一般要求在规定的时间内DLPI取样后每一级上沉积的烟黑质量尽量不超过1 mg,基于此进行取样时间判定实验,确定合适的烟黑取样时间。表3为DLPI取样时间判定实验的参数设置情况。

    表  3  DLPI取样时间判定实验
    Table  3.  DLPI sampling time determination test
    工况取样深度
    /mm
    喷淋取样时间
    /min
    100%负荷,干烟气35040
    100%负荷,喷淋流量为22 t/h的湿烟气35020
    100%负荷,干烟气35010
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    首先,针对100%负荷下的干烟气,将采样时间设置为40 min,用百万分之一天平测得的烟黑数据如图5所示。可以看出,第3,7,8,9,12,13级收集到的烟黑质量都远大于1 mg,可见将取样时间设置为40 min不合理,因为采样时间太长会导致采集到的颗粒物太多,影响各级正常的吸附性能,给测量结果造成较大误差。基于此结果,针对100%负荷喷淋流量为22 t/h的湿烟气测试工况,将采样时间设置为20 min,可以看出第1,2,3级收集到的烟黑质量远超过1 mg。因此取样时间设置为20 min也不太合理。再将100%负荷干烟气测试工况的取样时间设置为10 min,从图5中可以看出,除了第10级的烟黑质量略超过1 mg之外,其他级的烟黑质量均在1 mg之下,证明取样时间为10 min时测得的烟黑结果基本符合DLPI的取样要求。因此,在后续的测试中将DLPI的采样时间设置为10 min。

    图  5  100%负荷下DLPI在取样时间为40,20和10 min时不同工况下烟黑的取样结果
    Figure  5.  DLPI sampling results of soot under different conditions and 100% load with sampling time of 40, 20 and 10 min

    图6(a)给出了柴油机在100%和50%负荷下干烟气中烟黑质量随粒径分布情况。由图可见,柴油机在100%和50%负荷下运行时产生的烟黑质量在第4级和第10级分别存在峰值,即服从典型的双模态分布形式[28-30]图6(b)给出了取样时间为10 min时DLPI收集到的13级烟黑总质量。由图可知,柴油机在100%负荷运行时DLPI收集到的烟黑总量为8.294 mg。根据DLPI抽气泵流量(10 L/min)及取样时间10 min,计算得到烟道内烟黑浓度为82.94 μg/L。作为对比,在50%负荷下运行时的烟黑总量为7.092 mg,其对应的烟黑浓度为70.92 μg/L,测试结果表明柴油机在满负荷下运行时产生更多的烟黑。造成这种现象的主要原因是柴油机负荷增加时,喷油量加大,燃烧室的温度增高,改善了燃烧条件,因此着火延迟期缩短。上述这些因素使得烟气的产生量增大,这使得在100%负荷下的烟黑产生量比在50%负荷下的多。

    图  6  100%和50%负荷下干烟气中烟黑的质量随粒径分布曲线及取样时间为10 min时DLPI收集到的13级烟黑总质量
    Figure  6.  Mass distribution of soot in dry flue gas with particle size under 100% and 50% loads and the total mass of grades 13 soot collected by DLPI with 10 minutes sampling time

    为了确定不同负荷下合理的喷淋流量,比较了不同喷淋流量下烟黑的净化效率。图7(a)给出了100%负荷的干烟气和在不同喷淋流量下的烟气中烟黑质量粒径分布。可见喷淋之后大颗粒的烟黑质量明显减少,而小颗粒的烟黑质量没有明显的减少,甚至在某些工况下出现小粒径烟黑的质量比干烟气略微增多的现象。这是由于喷水使得几纳米粒径的烟黑颗粒发生了团聚[31-32],几十纳米小粒径烟黑的质量增加。图7(b)给出了不同喷淋流量下的13级烟黑总质量,喷淋之后烟黑的质量较干烟气有较大幅度的减小,并且喷淋流量越大,减少的质量越多。定义烟黑净化效率=(干烟气中烟黑质量−喷淋之后湿烟气中的烟黑质量)/干烟气中烟黑质量。据此,得到在100%负荷喷淋流量为17.5,22.0和26.0 t/h时烟黑的净化效率分别为43.1%,50.1%和50.6%。

    图  7  100%负荷下的干烟气烟黑质量随粒径分布曲线以及在不同喷淋流量下的烟黑总质量
    Figure  7.  Mass distribution curve of soot with particle size in dry flue gas under 100% load and the total mass of soot under different spray flow rates

    图8(a)给出了50%负荷的干烟气和在不同喷淋流量下的质量粒径分布。同100%负荷下的结果类似,在给定不同喷淋流量下DLPI收集到的第4~13级烟黑的质量均有明显减少,而第1~3级的小颗粒的烟黑质量没有明显的减少,甚至出现小粒径的烟黑质量比干烟气稍微增多的现象,这同样是由于团聚作用造成的。图8(b)给出了不同喷淋流量下的13级烟黑总质量,喷淋之后烟黑的质量较干烟气有较大幅度的减小,并且喷淋流量越大,减少的质量越多。在50%负荷喷淋流量为17.5,22和26 t/h时烟黑的净化效率分别为42.6%,44.1%和46.9%。

    图  8  50%负荷下的干烟气烟黑质量随粒径分布曲线及以及在不同喷淋流量下的烟黑总质量
    Figure  8.  Mass distribution curve of soot with particle size in dry flue gas under 50% load and the total mass of soot under different spray flow rates

    100%和50%负荷下烟黑净化效率随喷淋水量的变化关系如表4所示。采取烟气喷淋方式,可有效降低烟黑浓度,其中100%负荷下烟黑净化效率可达到50%。总的来说,喷淋水量越大,烟气中烟黑减少的质量越多,烟黑净化效率越大。但是喷淋流量达到一定值后,再继续增加喷淋流量,其烟黑捕集效果有限,捕集净化效率可能达到极值。对比100%和50%负荷时在相同喷淋流量下对烟黑的净化效率,发现100%负荷下的烟黑净化效率大于50%负荷下的烟黑净化效率。

    表  4  100%和50%负荷时在不同喷淋流量下的烟黑净化效率
    Table  4.  Soot purification efficiency under different spray flow rates at 100% and 50% loads
    喷淋流量
    /(t·h−1)
    100%负荷50%负荷
    13级烟黑
    总质量/mg
    净化效率
    /%
    13级烟黑
    总质量/mg
    净化效率
    /%
    17.54.72343.14.07042.6
    22.04.13950.13.96244.1
    26.04.06450.63.76446.9
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    造成这种现象的主要原因如下:首先,根据图9可以看出,100%负荷干烟气质量在粒径较大的6~13级明显高于50%负荷,而喷淋对烟黑的净化效率恰恰对大粒径颗粒更为显著;其次,与干烟气中的烟黑质量相比,喷淋之后,湿烟气某些粒径范围的烟黑质量不降反增,说明有团聚现象发生。由于测量粒径范围为0.03~10.00 μm,粒径小于0.03 μm的烟黑颗粒在湿烟气等多重原因下发生团聚形成更大的烟黑颗粒,从而进入DLPI测量范围并被捕获,导致相应粒径的烟黑质量增加。为了验证这一推断,计算了喷淋前、后绝对烟黑质量(绝对烟黑质量=干烟气的对应级数烟黑质量−喷淋后湿烟气的对应级数烟黑质量),从图9可以明显看出,相比于100%负荷,50%负荷下的烟黑团聚作用更明显,尤其以第2级为甚,这是由于50%负荷时烟气流速没有100%负荷下的速度快,使得50%负荷下的烟气中的小颗粒与水接触的时间长,更容易发生团聚作用。

    图  9  100%和50%负荷在不同喷淋流量下绝对烟黑质量随DLPI级数的变化规律
    Figure  9.  Variation of absolute soot quality with DLPI series under different spray flow rates at 100% and 50% loads

    在本文中,利用喷淋的方式降低柴油机产生的烟黑对环境的污染,提出了一种在连接烟道和DLPI的取样枪上包裹一层加热带来测量湿烟气的方法,并对柴油机在不同负荷、不同喷淋流量下的烟黑净化效率进行了测量比较分析。主要得到如下结论:

    1) 在喷淋条件下,通过热电偶测得的烟道内的平均温度大概为70 ℃,因此包裹在取样枪上的加热带温度上限设置为80 ℃(考虑传热温差),以保持取样枪内的温度和烟道内的温度基本一致,从而准确测量湿烟气下的烟黑浓度。

    2) 通过烟气分析仪实验验证了烟道中CO和NOx含量基本上不随取样孔直径和取样深度的变化而变化。随后通过实验判定DLPI取样时间为10 min。DLPI实验测得在柴油机100%负荷下烟道内干烟气烟黑浓度为82.94 μg/L,50%负荷下烟黑浓度为70.92 μg/L。测试结果表明柴油机在满负荷下运行时会产生更多的烟黑。

    3) 通过采取烟气喷淋方式可有效降低烟黑浓度,烟黑净化效率可达到50%。但是喷淋流量达到一定值后,其烟黑捕集净化效率可能达到极值,并且100%负荷下的烟黑净化效率高于50%负荷下的烟黑净化效率。同时,还发现100%和50%负荷下的干烟气在喷淋之后大粒径的烟黑颗粒明显减少,而小颗粒的烟黑会发生团聚作用。在50%负荷下由于烟气速度较低,水雾与烟黑接触时间更长,使得小颗粒烟黑团聚效果比100%负荷下更明显。

  • 图  1   烟气及烟黑测试平台示意图

    Figure  1.   Schematic diagram of flue gas and soot test platform

    图  2   烟道横截面取样孔分布示意图

    Figure  2.   Schematic diagram of the distribution of sampling ports in the cross section of the flue

    图  3   开孔直径与流速的关系及不同开孔直径的取样枪

    Figure  3.   Relationship between opening diameter and flow rate and sampling guns with different opening diameters

    图  4   4个取样孔取样位置横截面处烟气中CO和NOx气体浓度变化规律

    Figure  4.   Variation of CO and NOx gas concentration in flue gas at the cross section of sampling positions for four sampling holes

    图  5   100%负荷下DLPI在取样时间为40,20和10 min时不同工况下烟黑的取样结果

    Figure  5.   DLPI sampling results of soot under different conditions and 100% load with sampling time of 40, 20 and 10 min

    图  6   100%和50%负荷下干烟气中烟黑的质量随粒径分布曲线及取样时间为10 min时DLPI收集到的13级烟黑总质量

    Figure  6.   Mass distribution of soot in dry flue gas with particle size under 100% and 50% loads and the total mass of grades 13 soot collected by DLPI with 10 minutes sampling time

    图  7   100%负荷下的干烟气烟黑质量随粒径分布曲线以及在不同喷淋流量下的烟黑总质量

    Figure  7.   Mass distribution curve of soot with particle size in dry flue gas under 100% load and the total mass of soot under different spray flow rates

    图  8   50%负荷下的干烟气烟黑质量随粒径分布曲线及以及在不同喷淋流量下的烟黑总质量

    Figure  8.   Mass distribution curve of soot with particle size in dry flue gas under 50% load and the total mass of soot under different spray flow rates

    图  9   100%和50%负荷在不同喷淋流量下绝对烟黑质量随DLPI级数的变化规律

    Figure  9.   Variation of absolute soot quality with DLPI series under different spray flow rates at 100% and 50% loads

    表  1   DLPI颗粒物尺寸分级

    Table  1   DLPI particle size classification

    级别粒径范围/μm
    第1级0.028 1~0.056 5
    第2级0.056 5~0.094 4
    第3级0.094 4~0.154 0
    第4级0.154 0~0.258 0
    第5级0.258 0~0.377 0
    第6级0.377 0~0.605 0
    第7级0.605 0~0.935 0
    第8级0.935 0~1.580 0
    第9级1.580 0~2.360 0
    第10级2.360 0~3.950 0
    第11级3.950 0~6.600 0
    第12级6.600 0~9.800 0
    第13级9.800 0~10.000 0
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    表  2   烟气测量工况、位置和取样深度

    Table  2   Flue gas measurement conditions, location and sampling depth

    工况取样深度/mm
    取样孔1取样孔2取样孔3取样孔4
    100%负荷,干烟气150, 250, 350, 450, 550150, 250, 350, 450, 550150, 250, 350, 450, 550150, 250, 350, 450, 550
    100%负荷,喷淋流量为22 t/h的湿烟气
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    表  3   DLPI取样时间判定实验

    Table  3   DLPI sampling time determination test

    工况取样深度
    /mm
    喷淋取样时间
    /min
    100%负荷,干烟气35040
    100%负荷,喷淋流量为22 t/h的湿烟气35020
    100%负荷,干烟气35010
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    表  4   100%和50%负荷时在不同喷淋流量下的烟黑净化效率

    Table  4   Soot purification efficiency under different spray flow rates at 100% and 50% loads

    喷淋流量
    /(t·h−1)
    100%负荷50%负荷
    13级烟黑
    总质量/mg
    净化效率
    /%
    13级烟黑
    总质量/mg
    净化效率
    /%
    17.54.72343.14.07042.6
    22.04.13950.13.96244.1
    26.04.06450.63.76446.9
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-11
  • 修回日期:  2021-09-10
  • 网络出版日期:  2021-05-25
  • 刊出日期:  2023-02-27

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