康明斯柴油發電機廢氣排放物的測量方法
發布時間：2024-03-29 點擊：160
柴油發電機廢氣排放物的測量方法
柴油發電機待測排放物主要有co、hc、nox、煙度和微粒等，根據需要也可以測量co2和o2。為了統一評價，有關排放測試規范中，對試驗方法及測量設備進行了相關的規定。目前常用的排放分析儀有日本horiba的多組分排放氣體分析儀和avl的多功能排放分析儀，由此測量co、hc、nox、co2和o2等排放氣體。煙度一般用波許煙度計或不透光煙度計來測量。微粒則通過用全稀釋風洞進行精確測量，但其設備昂貴。所以，試驗研究階段通常采用分流稀釋風道，并通過過濾稱重法，測量過濾紙上的顆粒質量進行分析。
1．no的測量
發電用柴油發電機尾氣排放中的nox主要包括no和no2，在排放法規中規定測量nox采用化學發光法（cld）。這種測試方法基于no和o3在反應過程中產生化學發光的原理，通過測量與no含量成正比的發光強度來測量no的含量，而no2是通過催化轉換器將no2轉換為no以后再進行測量的。圖1所示為no測量原理示意圖。其中，在o3發生器上通過對o2高壓放電或采用光分解氧法來產生o3；而在催化轉換器上通過催化反應2no2＝2no＋o2，將no2轉換為no，在排放法規上限定其轉換器效率要大于95％。
no排放測量原理圖
no和o3在反應器中混合發生化學反應，產生激發態的二氧化氮（no2）。這些no2分子衰減到基態二氧化氮（no2）時發射波長為0.6～2.5μm的光子hv。這種反應機理為
no+o3→no* 2+o2
no2→no2+hv..................................... (公式1)
式中，h為普朗克常數；v為光子的頻率。
化學發光強度i與03和no兩個反應物濃度的乘積成正比，即
....................... (公式2)
由于反應器中o3濃度高，反應過程中基本無變化，所以i＝k1cno，其中k1為常數。化學反應發出的光，由光電倍增管接收并放大后送往記錄儀進行檢測。
2．co和co2的測量
在排放法規中，發電機組尾氣排放中的co和co2排放量的測量推薦采用不分光紅外線分析儀（ndir）。不分光紅外線分析儀是利用co和co2等氣體具有吸收某些特定波長的電磁輻射能力來進行測量的。所以，要求被測氣體分子具有電或磁的偶極矩。
被測的co和co2等氣體分子通過電磁輻射作用，從基本能級被激發到較高能級，這時分子中的電子將占據其他軌道，或分子之間的振動或轉動將發生變化。這里，分子激發的重要條件是射入電磁波的能量正好等于能級的能量差。這種共振條件只有電磁譜線上的個別頻率才能滿足，而這個頻率就對應著一定的氣體分子。這種激勵可以是單色光，也可以通過一定波段的混合光來實現。
在氣體樣品中被測成分的含量，通過測量射入光線在經過一定長度的被測氣體后的透射量來測定。其中透射光的輻射強度i和光所通過的被測氣體之間的關系用比爾-郎伯定律（beer-lambert）表示，即
i=i0e-εcs .....................................(公式3)
式中，i為透射光的輻射強度；i0為入射光的輻射強度；ε為吸附系數；c為被測氣體含量；s為透過氣體的長度。
不分光紅外線分析儀由光源、擋光片、試樣管、參比管、過濾室、檢測室及放大器等組成（圖2），其中光源由s1和s2構成，并在800℃溫度下發出同樣的紅外線；擋光片同時斷續地遮擋兩個光源發射的光，其中光源s1發射的光經擋光片和試樣管c1內的氣體后發射到過濾室f1，而光源s2發射的光經擋光片和參比管c2之后發射到過濾室f2。試樣管和參比管內部需高度拋光且鍍金。在試樣管內被測氣體要連續通過，而在參比管內封有不吸收紅外線能量的氮氣。在過濾室內封有過濾氣體，以避免產生干涉現象。檢測室d分為上、下兩個室，用膜片分開，而膜片和固定極構成電容的兩級。
當光源s，發出的紅外線通過試樣管時，管內的被測氣體吸收部分能量，因此當紅外線到達檢測室時，其能量已衰減。而參比管內的氮氣不吸收紅外線能量，因此光源s2發射的紅外線到達檢測室時，其能量沒有變化。在檢測室內封有同種被測氣體，可完全吸收紅外線能量。但因上、下兩個室所接受的紅外線能量不同，而造成其內部溫度和壓力不同。在內部壓差的作用下膜片移動，從而改變電容兩級之間的距離，造成電容量變化，對外輸出的信號發生變化。這種輸出信號的變化與被測氣體的含量成正比，因此通過放大器放大處理輸出信號后送到記錄儀完成檢測。
不分光紅外線分析儀原理圖
3．hc的測量
發電機組尾氣排放物中的hc排放量，在有關排放法規中規定采用氫火焰離子化法（fid）來測量。圖3所示為氫火焰離子化法的測量原理示意圖。其中，當點火器點火以后，在檢測室內產生2000℃的高溫。在該溫度下hc被電離，其正離子向收集極（負極）運動，形成離子電流。該電流強度與被測氣體中hc的個數成正比。因此通過檢測此電流強度可檢測被測氣體中的hc含量。而h2燃料燃燒時只產生高溫而不產生離子，所以不影響hc的測量。這種方法測得的hc含量是以甲烷為當量的。
氫火焰離子化法的測量原理圖
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柴油發電機待測排放物主要有co、hc、nox、煙度和微粒等，根據需要也可以測量co2和o2。為了統一評價，有關排放測試規范中，對試驗方法及測量設備進行了相關的規定。目前常用的排放分析儀有日本horiba的多組分排放氣體分析儀和avl的多功能排放分析儀，由此測量co、hc、nox、co2和o2等排放氣體。煙度一般用波許煙度計或不透光煙度計來測量。微粒則通過用全稀釋風洞進行精確測量，但其設備昂貴。所以，試驗研究階段通常采用分流稀釋風道，并通過過濾稱重法，測量過濾紙上的顆粒質量進行分析。
1．no的測量
發電用柴油發電機尾氣排放中的nox主要包括no和no2，在排放法規中規定測量nox采用化學發光法（cld）。這種測試方法基于no和o3在反應過程中產生化學發光的原理，通過測量與no含量成正比的發光強度來測量no的含量，而no2是通過催化轉換器將no2轉換為no以后再進行測量的。圖1所示為no測量原理示意圖。其中，在o3發生器上通過對o2高壓放電或采用光分解氧法來產生o3；而在催化轉換器上通過催化反應2no2＝2no＋o2，將no2轉換為no，在排放法規上限定其轉換器效率要大于95％。
no排放測量原理圖
no和o3在反應器中混合發生化學反應，產生激發態的二氧化氮（no2）。這些no2分子衰減到基態二氧化氮（no2）時發射波長為0.6～2.5μm的光子hv。這種反應機理為
no+o3→no* 2+o2
no2→no2+hv..................................... (公式1)
式中，h為普朗克常數；v為光子的頻率。
化學發光強度i與03和no兩個反應物濃度的乘積成正比，即
....................... (公式2)
由于反應器中o3濃度高，反應過程中基本無變化，所以i＝k1cno，其中k1為常數。化學反應發出的光，由光電倍增管接收并放大后送往記錄儀進行檢測。
2．co和co2的測量
在排放法規中，發電機組尾氣排放中的co和co2排放量的測量推薦采用不分光紅外線分析儀（ndir）。不分光紅外線分析儀是利用co和co2等氣體具有吸收某些特定波長的電磁輻射能力來進行測量的。所以，要求被測氣體分子具有電或磁的偶極矩。
被測的co和co2等氣體分子通過電磁輻射作用，從基本能級被激發到較高能級，這時分子中的電子將占據其他軌道，或分子之間的振動或轉動將發生變化。這里，分子激發的重要條件是射入電磁波的能量正好等于能級的能量差。這種共振條件只有電磁譜線上的個別頻率才能滿足，而這個頻率就對應著一定的氣體分子。這種激勵可以是單色光，也可以通過一定波段的混合光來實現。
在氣體樣品中被測成分的含量，通過測量射入光線在經過一定長度的被測氣體后的透射量來測定。其中透射光的輻射強度i和光所通過的被測氣體之間的關系用比爾-郎伯定律（beer-lambert）表示，即
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式中，i為透射光的輻射強度；i0為入射光的輻射強度；ε為吸附系數；c為被測氣體含量；s為透過氣體的長度。
不分光紅外線分析儀由光源、擋光片、試樣管、參比管、過濾室、檢測室及放大器等組成（圖2），其中光源由s1和s2構成，并在800℃溫度下發出同樣的紅外線；擋光片同時斷續地遮擋兩個光源發射的光，其中光源s1發射的光經擋光片和試樣管c1內的氣體后發射到過濾室f1，而光源s2發射的光經擋光片和參比管c2之后發射到過濾室f2。試樣管和參比管內部需高度拋光且鍍金。在試樣管內被測氣體要連續通過，而在參比管內封有不吸收紅外線能量的氮氣。在過濾室內封有過濾氣體，以避免產生干涉現象。檢測室d分為上、下兩個室，用膜片分開，而膜片和固定極構成電容的兩級。
當光源s，發出的紅外線通過試樣管時，管內的被測氣體吸收部分能量，因此當紅外線到達檢測室時，其能量已衰減。而參比管內的氮氣不吸收紅外線能量，因此光源s2發射的紅外線到達檢測室時，其能量沒有變化。在檢測室內封有同種被測氣體，可完全吸收紅外線能量。但因上、下兩個室所接受的紅外線能量不同，而造成其內部溫度和壓力不同。在內部壓差的作用下膜片移動，從而改變電容兩級之間的距離，造成電容量變化，對外輸出的信號發生變化。這種輸出信號的變化與被測氣體的含量成正比，因此通過放大器放大處理輸出信號后送到記錄儀完成檢測。
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3．hc的測量
發電機組尾氣排放物中的hc排放量，在有關排放法規中規定采用氫火焰離子化法（fid）來測量。圖3所示為氫火焰離子化法的測量原理示意圖。其中，當點火器點火以后，在檢測室內產生2000℃的高溫。在該溫度下hc被電離，其正離子向收集極（負極）運動，形成離子電流。該電流強度與被測氣體中hc的個數成正比。因此通過檢測此電流強度可檢測被測氣體中的hc含量。而h2燃料燃燒時只產生高溫而不產生離子，所以不影響hc的測量。這種方法測得的hc含量是以甲烷為當量的。
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