某燃機(jī)尾氣排放污染物測(cè)試技術(shù)研究

唐成亮　吳　穎　　趙　宇　郝　然（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧　沈陽(yáng)　　110043）

某燃機(jī)尾氣排放污染物測(cè)試技術(shù)研究

唐成亮吳穎趙宇郝然
（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110043）

摘要：本文從燃?xì)廨啓C(jī)尾氣成分及其測(cè)試要求入手，分析了氣、固態(tài)污染物的測(cè)試原理及裝置構(gòu)成，介紹了一種燃?xì)廨啓C(jī)污染物測(cè)試系統(tǒng)，可根據(jù)燃機(jī)燃料的不同進(jìn)行單點(diǎn)及多點(diǎn)自動(dòng)成份分析，并通過(guò)采集軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、回放。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、可移動(dòng)性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；尾氣排放；污染物；電化學(xué)傳感器

隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展及人類環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，燃?xì)廨啓C(jī)作為新興的能源設(shè)備被大量使用。機(jī)組的氣體污染物排放水平與機(jī)組整體運(yùn)行狀態(tài)是密不可分的，其中NOX、CO、UHC及SO2等排放成分即反映了機(jī)組的環(huán)保排放水平，又視為機(jī)組整體運(yùn)行狀況的標(biāo)志。燃?xì)夥治鰷y(cè)試試驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)分析方法的合理性是開展燃機(jī)尾氣排放測(cè)試的關(guān)鍵，不同型號(hào)的燃機(jī)以技術(shù)驗(yàn)收文件為標(biāo)準(zhǔn)的尾氣排放檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析工作的完成，驗(yàn)證了整套燃機(jī)尾氣污染物測(cè)試分析方案的可行性，對(duì)開展相關(guān)型號(hào)燃機(jī)尾氣排放測(cè)試工作奠定了理論基礎(chǔ)。

1　尾氣排放成份分析

1.1尾氣成分

燃機(jī)尾氣排放污染物包括氣態(tài)污染物和固態(tài)污染物。氣態(tài)污染物包括NOX、SO2、CO和部分未燃燒的UHCS等，測(cè)試O2和CO2用于計(jì)算和檢查。固態(tài)污染物是懸浮于尾氣中的微小固體顆粒群，主要成分是燃料燃燒產(chǎn)生的碳粒，能形成可見(jiàn)煙。

1.2氣態(tài)污染物組分

CO、CO2或O2的含量是通過(guò)新鮮空氣稀釋后的煙氣測(cè)得的，應(yīng)折算回?zé)煔馕唇?jīng)稀釋時(shí)的濃度，計(jì)算時(shí)用到O2含量，O2、CO濃度同時(shí)測(cè)試，NOX為NO和NO2的總和，NO2、SO2溶于水，試驗(yàn)時(shí)須除水，SO2溶解度與溫度有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下高于60℃時(shí)溶解度趨于穩(wěn)定，測(cè)試SO2含量須對(duì)煙氣進(jìn)行保溫或加溫處理。

2　測(cè)試系統(tǒng)

2.1氣體污染物測(cè)試系統(tǒng)組成及電化學(xué)傳感器原理

燃?xì)獬煞輽z測(cè)系統(tǒng)由探頭、受感部安裝支座、取樣管路、數(shù)采分析儀等組件組成。氣路要保證氣密性，避免冷凝水沉積。煙氣通過(guò)探針由泵P抽取，進(jìn)入冷凝槽，探頭內(nèi)置的熱電偶測(cè)出煙氣的溫度。冷凝槽和過(guò)濾器將煙氣冷凝干燥，過(guò)濾雜物，泵P將氣體壓入毛細(xì)管內(nèi)，進(jìn)入到減壓腔，后按順序被送到傳感器，通過(guò)處理在顯示單元得到各組分的濃度。

電化學(xué)傳感器是通過(guò)與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作。由傳感電極和反電極組成，由一個(gè)薄電解層隔開，氣體通過(guò)微小的毛管開孔與傳感器反應(yīng)，進(jìn)入疏水屏蔽層，到達(dá)電極表面。

2.2固態(tài)污染物測(cè)試原理

煙氣煙度的測(cè)試方法采用濾紙式煙度法。其原理是煙氣由泵抽取通過(guò)取樣探針，經(jīng)過(guò)濾紙，煙氣中的煙塵附著在濾紙上，LED光源以一定光強(qiáng)度照射被染黑的濾紙，光電二極管接收反射光，樣氣進(jìn)入毛細(xì)管，由差壓傳感器測(cè)出差壓。運(yùn)算和控制單元通過(guò)光學(xué)傳感器、差壓傳感器測(cè)得的參數(shù)計(jì)算出煙氣煙度和樣氣體積。煙度數(shù)值范圍為0～10，其單位為FSN。

圖1　氣體污染物測(cè)試系統(tǒng)原理圖

3　試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1氣體污染物濃度的表示方法

試驗(yàn)中采用體積濃度表示法，單位ppm。對(duì)排氣現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后，根據(jù)測(cè)試值換算到15%的O2標(biāo)準(zhǔn)條件下，公式如下：

Φmod=Φreal×5.9%/（20.9%-Φo2）

式中：Φmod——修正CO、NOX濃度；

Φreal——實(shí)測(cè)CO、NOX濃度；

ΦO2——實(shí)測(cè)O2濃度。

3.2試驗(yàn)要求

按照《某型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)工廠試驗(yàn)測(cè)試要求》進(jìn)行污染物測(cè)試，設(shè)計(jì)多點(diǎn)取樣探針，取樣孔按要求按等環(huán)面分布，通過(guò)取樣感頭組件的壓降至少80%發(fā)生在取樣孔處的原則確定為φ2mm。由于測(cè)試項(xiàng)目包含SO2，在設(shè)計(jì)取樣管路時(shí)取最小長(zhǎng)度，管壁加保溫層。

試驗(yàn)采用三套系統(tǒng)對(duì)應(yīng)三支采樣探針測(cè)試，實(shí)現(xiàn)同步，三套系統(tǒng)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，確定系統(tǒng)主、從機(jī)，區(qū)分總線地址，使用手操器設(shè)置測(cè)試程序和存儲(chǔ)方式，控制三套測(cè)試系統(tǒng)啟動(dòng)與測(cè)試。

3.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

選取穩(wěn)定工況下試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，取瞬態(tài)或工況內(nèi)平均值均可，以工況內(nèi)平均值為例，從表1中可以得出，同一截面內(nèi)不同位置各成份含量不同，確定燃機(jī)排氣段沿周向流場(chǎng)污染物分布不均勻，隨燃機(jī)功率的增加NOx含量升高，CO、SO2含量降低，煙度值為零，表明燃機(jī)所排放的氣體中無(wú)可見(jiàn)煙。

表1　試驗(yàn)數(shù)據(jù)

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，研究的燃?xì)廨啓C(jī)尾氣測(cè)試分析技術(shù)能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需要，從尾氣組分及測(cè)試要求入手，掌握氣、固態(tài)污染物的測(cè)試方法，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用需要，設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)緊湊，可移動(dòng)性強(qiáng)的多點(diǎn)尾氣在線測(cè)試系統(tǒng)。同時(shí)對(duì)不同型號(hào)燃機(jī)燃燒室改進(jìn)改型具有重要意義，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)燃機(jī)市場(chǎng)該項(xiàng)技術(shù)的空白。

參考文獻(xiàn)

[1]燃?xì)廨啓C(jī)與燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)裝置[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣態(tài)污染物的連續(xù)取樣及測(cè)試程序規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)航空工業(yè)部.

[3]某型號(hào)煙氣分析儀使用說(shuō)明書[Z].

[4]林宗虎.工程測(cè)量技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

中圖分類號(hào)：X831

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：唐成亮（1982－）男，工程師。主要研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試分析。