新聞主題	柴油發(fā)電機廢氣排放物的測量方法

 

柴油發(fā)電機待測排放物主要有CO、HC、NO_x、煙度和微粒等，根據需要也可以測量CO₂和O₂。為了統一評價(jià)，有關(guān)排放測試規范中，對試驗方法及測量設備進(jìn)行了相關(guān)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、NO_x、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(lái)測量。微粒則通過(guò)用全稀釋風(fēng)洞進(jìn)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(fēng)道，并通過(guò)過(guò)濾稱(chēng)重法，測量過(guò)濾紙上的顆粒質(zhì)量進(jìn)行分析。

 

1．NO的測量

 

發(fā)電用柴油發(fā)電機尾氣排放中的NO_x主要包括NO和NO₂，在排放法規中規定測量NO_x采用化學(xué)發(fā)光法（CLD）。這種測試方法基于NO和O₃在反應過(guò)程中產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光的原理，通過(guò)測量與NO含量成正比的發(fā)光強度來(lái)測量NO的含量，而NO₂是通過(guò)催化轉換器將NO₂轉換為NO以后再進(jìn)行測量的。圖1所示為NO測量原理示意圖。其中，在O₃發(fā)生器上通過(guò)對O₂高壓放電或采用光分解氧法來(lái)產(chǎn)生O₃；而在催化轉換器上通過(guò)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(fā)生化學(xué)反應，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的二氧化氮（NO₂）。這些NO₂分子衰減到基態(tài)二氧化氮（NO₂）時(shí)發(fā)射波長(cháng)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(xué)發(fā)光強度I與0₃和NO兩個(gè)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(guò)程中基本無(wú)變化，所以I＝K₁C_No，其中K₁為常數?；瘜W(xué)反應發(fā)出的光，由光電倍增管接收并放大后送往記錄儀進(jìn)行檢測。

 

2．CO和CO₂的測量

 

在排放法規中，發(fā)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(xiàn)分析儀（NDIR）。不分光紅外線(xiàn)分析儀是利用CO和CO₂等氣體具有吸收某些特定波長(cháng)的電磁輻射能力來(lái)進(jìn)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(guò)電磁輻射作用，從基本能級被激發(fā)到較高能級，這時(shí)分子中的電子將占據其他軌道，或分子之間的振動(dòng)或轉動(dòng)將發(fā)生變化。這里，分子激發(fā)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(xiàn)上的個(gè)別頻率才能滿(mǎn)足，而這個(gè)頻率就對應著(zhù)一定的氣體分子。這種激勵可以是單色光，也可以通過(guò)一定波段的混合光來(lái)實(shí)現。

 

在氣體樣品中被測成分的含量，通過(guò)測量射入光線(xiàn)在經(jīng)過(guò)一定長(cháng)度的被測氣體后的透射量來(lái)測定。其中透射光的輻射強度I和光所通過(guò)的被測氣體之間的關(guān)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(guò)氣體的長(cháng)度。

 

不分光紅外線(xiàn)分析儀由光源、擋光片、試樣管、參比管、過(guò)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(fā)出同樣的紅外線(xiàn)；擋光片同時(shí)斷續地遮擋兩個(gè)光源發(fā)射的光，其中光源S₁發(fā)射的光經(jīng)擋光片和試樣管C₁內的氣體后發(fā)射到過(guò)濾室F₁，而光源S₂發(fā)射的光經(jīng)擋光片和參比管C₂之后發(fā)射到過(guò)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(guò)，而在參比管內封有不吸收紅外線(xiàn)能量的氮氣。在過(guò)濾室內封有過(guò)濾氣體，以避免產(chǎn)生干涉現象。檢測室D分為上、下兩個(gè)室，用膜片分開(kāi)，而膜片和固定極構成電容的兩級。

 

當光源S，發(fā)出的紅外線(xiàn)通過(guò)試樣管時(shí)，管內的被測氣體吸收部分能量，因此當紅外線(xiàn)到達檢測室時(shí)，其能量已衰減。而參比管內的氮氣不吸收紅外線(xiàn)能量，因此光源S2發(fā)射的紅外線(xiàn)到達檢測室時(shí)，其能量沒(méi)有變化。在檢測室內封有同種被測氣體，可完全吸收紅外線(xiàn)能量。但因上、下兩個(gè)室所接受的紅外線(xiàn)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(dòng)，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(fā)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(guò)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(xiàn)分析儀原理圖

 

3．HC的測量

 

發(fā)電機組尾氣排放物中的HC排放量，在有關(guān)排放法規中規定采用氫火焰離子化法（FID）來(lái)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(diǎn)火器點(diǎn)火以后，在檢測室內產(chǎn)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(dòng)，形成離子電流。該電流強度與被測氣體中HC的個(gè)數成正比。因此通過(guò)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(shí)只產(chǎn)生高溫而不產(chǎn)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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