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新闻主题	柴油发电机废气排放物的测量方法

 

柴油发电机待测排放物主要有CO、HC、NO_x、烟度和微粒等，根据需要也可以测量CO₂和O₂。为了统一评价，有关排放测试规范中，对试验方法及测量设备进行了相关的规定。目前常用的排放分析仪有日本HORIBA的多组分排放气体分析仪和AVL的多功能排放分析仪，由此测量CO、HC、NO_x、CO₂和O₂等排放气体。烟度一般用波许烟度计或不透光烟度计来测量。微粒则通过用全稀释风洞进行精确测量，但其设备昂贵。所以，试验研究阶段通常采用分流稀释风道，并通过过滤称重法，测量过滤纸上的颗粒质量进行分析。

 

1．NO的测量

 

发电用柴油发电机尾气排放中的NO_x主要包括NO和NO₂，在排放法规中规定测量NO_x采用化学发光法（CLD）。这种测试方法基于NO和O₃在反应过程中产生化学发光的原理，通过测量与NO含量成正比的发光强度来测量NO的含量，而NO₂是通过催化转换器将NO₂转换为NO以后再进行测量的。图1所示为NO测量原理示意图。其中，在O₃发生器上通过对O₂高压放电或采用光分解氧法来产生O₃；而在催化转换器上通过催化反应2NO₂＝2NO＋O₂，将NO₂转换为NO，在排放法规上限定其转换器效率要大于95％。

 

NO排放测量原理图

 

NO和O₃在反应器中混合发生化学反应，产生激发态的二氧化氮（NO₂）。这些NO₂分子衰减到基态二氧化氮（NO₂）时发射波长为0.6～2.5μm的光子hv。这种反应机理为

NO+O₃→NO* 2+O₂

NO₂→NO₂+hv..................................... (公式1)

式中，h为普朗克常数；v为光子的频率。

化学发光强度I与0₃和NO两个反应物浓度的乘积成正比，即

 

.......................  (公式2)

 

由于反应器中O₃浓度高，反应过程中基本无变化，所以I＝K₁C_No，其中K₁为常数。化学反应发出的光，由光电倍增管接收并放大后送往记录仪进行检测。

 

2．CO和CO₂的测量

 

在排放法规中，发电机组尾气排放中的CO和CO₂排放量的测量推荐采用不分光红外线分析仪（NDIR）。不分光红外线分析仪是利用CO和CO₂等气体具有吸收某些特定波长的电磁辐射能力来进行测量的。所以，要求被测气体分子具有电或磁的偶极矩。

 

被测的CO和CO₂等气体分子通过电磁辐射作用，从基本能级被激发到较高能级，这时分子中的电子将占据其他轨道，或分子之间的振动或转动将发生变化。这里，分子激发的重要条件是射入电磁波的能量正好等于能级的能量差。这种共振条件只有电磁谱线上的个别频率才能满足，而这个频率就对应着一定的气体分子。这种激励可以是单色光，也可以通过一定波段的混合光来实现。

 

在气体样品中被测成分的含量，通过测量射入光线在经过一定长度的被测气体后的透射量来测定。其中透射光的辐射强度I和光所通过的被测气体之间的关系用比尔-郎伯定律（Beer-Lambert）表示，即

I=I₀e^{-εcs .....................................}(公式3)

式中，I为透射光的辐射强度；I₀为入射光的辐射强度；ε为吸附系数；c为被测气体含量；s为透过气体的长度。

 

不分光红外线分析仪由光源、挡光片、试样管、参比管、过滤室、检测室及放大器等组成（图2），其中光源由S₁和S₂构成，并在800℃温度下发出同样的红外线；挡光片同时断续地遮挡两个光源发射的光，其中光源S₁发射的光经挡光片和试样管C₁内的气体后发射到过滤室F₁，而光源S₂发射的光经挡光片和参比管C₂之后发射到过滤室F₂。试样管和参比管内部需高度抛光且镀金。在试样管内被测气体要连续通过，而在参比管内封有不吸收红外线能量的氮气。在过滤室内封有过滤气体，以避免产生干涉现象。检测室D分为上、下两个室，用膜片分开，而膜片和固定极构成电容的两级。

 

当光源S，发出的红外线通过试样管时，管内的被测气体吸收部分能量，因此当红外线到达检测室时，其能量已衰减。而参比管内的氮气不吸收红外线能量，因此光源S2发射的红外线到达检测室时，其能量没有变化。在检测室内封有同种被测气体，可完全吸收红外线能量。但因上、下两个室所接受的红外线能量不同，而造成其内部温度和压力不同。在内部压差的作用下膜片移动，从而改变电容两级之间的距离，造成电容量变化，对外输出的信号发生变化。这种输出信号的变化与被测气体的含量成正比，因此通过放大器放大处理输出信号后送到记录仪完成检测。

 

不分光红外线分析仪原理图

 

3．HC的测量

 

发电机组尾气排放物中的HC排放量，在有关排放法规中规定采用氢火焰离子化法（FID）来测量。图3所示为氢火焰离子化法的测量原理示意图。其中，当点火器点火以后，在检测室内产生2000℃的高温。在该温度下HC被电离，其正离子向收集极（负极）运动，形成离子电流。该电流强度与被测气体中HC的个数成正比。因此通过检测此电流强度可检测被测气体中的HC含量。而H2燃料燃烧时只产生高温而不产生离子，所以不影响HC的测量。这种方法测得的HC含量是以甲烷为当量的。 

 

氢火焰离子化法的测量原理图

 

 

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