排放测量(自学内容)

1、一、内燃机排气污染物的取样系统一、内燃机排气污染物的取样系统（一）定容取样系统（一）定容取样系统（CVSCVS：Constant Volume SamplingConstant Volume Sampling） 我国现行排放法规规定的测试方法：我国现行排放法规规定的测试方法： 汽车汽车-轻型汽车测试方法（用底盘测功机控制）轻型汽车测试方法（用底盘测功机控制） 重型汽车受测功机的影响，采用内燃机排放测试方法重型汽车受测功机的影响，采用内燃机排放测试方法 排放法规规定使用定容采样的原因：排放法规规定使用定容采样的原因： 排气污染物测试循环的需要排气污染物测试循环的需要 袋式采样取均值的方法，污染物

2、会发生物理、化学变化，影袋式采样取均值的方法，污染物会发生物理、化学变化，影响精度。采用模拟汽车排气进入大气扩散的响精度。采用模拟汽车排气进入大气扩散的CVS稀释采样。稀释采样。内燃机内燃机点燃式内燃机测试法方法（点燃式内燃机测试法方法（9-工况法）工况法）压燃式内燃机测试法方法（压燃式内燃机测试法方法（13-工况法）工况法）循环号循环号工况序号工况序号模拟工况名模拟工况名负荷百分数负荷百分数工况时间，工况时间，S S加权系数加权系数WfWf转速，转速，r rminmin 1 1怠速怠速- -60600.2320.232厂标厂标2 2等速等速252560600.0770.07720002000

3、3 3加速加速555560600.1470.147200020004 4等速等速252560600.0770.077200020005 5减速减速101060600.0570.057200020006 6等速等速252560600.0770.077200020007 7高负荷高负荷909060600.1130.113200020008 8等速等速252560600.0770.077200020009 9挂档滑行挂档滑行- -60600.14301010等速等速252560600.0770.077200020001111加速加速555560600.1470.147200

4、020001212等速等速252560600.0770.077200020001313减速减速101060600.0570.057200020001414等速等速252560600.0770.077200020001515高负荷高负荷909060600.1130.113200020001616等速等速252560600.0770.077200020001717挂档滑行挂档滑行- -60600.1430.143200020001818怠速怠速- -60600.2320.232厂标厂标市区循环市区循环郊区循环郊区循环 1 1、CVSCVS的结构和工作原理的结构和工作原理 微粒测量系统微粒测量系统D

5、AF-稀释空气过滤器F-过滤器S1S4取样探头取样探头SP-取样泵取样泵FC-流量控制器流量控制器FL-流量计流量计QV-快速作用阀快速作用阀QF-快接管接头快接管接头HE-换热器换热器CS-旋风分离器旋风分离器CF-积累流量计CFV-临界流文丘里管DEP-稀释排气抽气泵稀释排气抽气泵TS-温度传感器温度传感器HF-加热过滤器加热过滤器式中： -污染物i的排放量（g/km）； -标准状态下的稀释排气体积（L）；21205. 0mmm1mmf1m2mfm21205. 0mmm12mm 21mmmfdkVMiHidgi/iMdgV -标准状态下污染物标准状态下污染物i的密度（的密度（g/L）；）；

6、 -用于计算用于计算NOx的排放量湿度修正系数；的排放量湿度修正系数； -稀释排气中污染物稀释排气中污染物i的体积分数；的体积分数； -车辆在测试循环中实际的行驶距离（车辆在测试循环中实际的行驶距离（km）;取样袋中污染物取样袋中污染物i的校正体积分数为：的校正体积分数为：式中：式中： -稀释排气中实测污染物稀释排气中实测污染物i的体积分数；的体积分数； -稀释空气中实测污染物稀释空气中实测污染物i的体积分数；的体积分数； -测试用稀释风道稀释比。测试用稀释风道稀释比。iHkidDRdaidgii/11dgidaiDR标准状态下各种污染物的密度污染物污染物COHCNO2常规燃料常规燃料LPGC

7、NG密度（密度（g/L）1.250.6190.6490.7142.05NONOx x的湿度校正系数为：的湿度校正系数为：式中：式中： -环境空气绝对湿度环境空气绝对湿度gg（水）（水）/kg/kg（干空气）（干空气） - -环境空气的相对湿度（环境空气的相对湿度（% %） -环境温度下的饱和蒸汽压（环境温度下的饱和蒸汽压（kPakPa） -环境大气压力（环境大气压力（kPakPa）swBswHpppHHk/62171.100329.01/1HswpBp（2）压燃式内燃机）压燃式内燃机 压燃式内燃机的HC排放不能用取样袋收集，用加热型的氢火焰离子化检测器HFID直接测量。式中： -HFID纪录曲

8、线； -稀释排气中测得的平均HC量；12/21ttdtttdgHCdgHCdtttdgHC21dgHC（二）适合（二）适合ICEICE稳态测试循环要求的气体污染物直接采样系统稳态测试循环要求的气体污染物直接采样系统 目前我国的内燃机排放法规中，火花点燃式内燃机采用目前我国的内燃机排放法规中，火花点燃式内燃机采用9-9-工工况稳态循环，柴油机采用况稳态循环，柴油机采用13-13-工况稳态循环。在稳态循环时，工况稳态循环。在稳态循环时，一般采用直接采样测量内燃机的气体污染物排放量。一般采用直接采样测量内燃机的气体污染物排放量。 内燃机在台架上稳态运行，分析样气直接从排气管抽取。污内燃机在台架上稳态

9、运行，分析样气直接从排气管抽取。污染物浓度高，测量精度也比较高。染物浓度高，测量精度也比较高。 THCTHC的测量：用保持的测量：用保持180180200200的加热型氢火焰离子化检测的加热型氢火焰离子化检测器器HFID检测。检测。 NOx测量：用温度保持测量：用温度保持95200的加热型化学发光分析仪的加热型化学发光分析仪HCLA测量。测量。 CO和和CO2脱水处理后，用不分光红外分析脱水处理后，用不分光红外分析NDIR。PFPF-加热型粗滤器加热型粗滤器HFHF-加热型过滤器加热型过滤器P P-取样泵取样泵SLSL-取样管取样管TS-TS-温度计温度计PG-PG-压力表压力表ZG-ZG-调

10、零气体调零气体PRPR-压力调节阀压力调节阀QV-QV-快速作用阀快速作用阀FM-FM-流量计流量计B B-冷凝脱水槽冷凝脱水槽HSLHSL-加热型取样管加热型取样管HOHO-恒温加热炉恒温加热炉C-NO2-NOC-NO2-NO转化器转化器NVNV-调节针阀调节针阀直接采样系统直接采样系统COCO分析分析NONOx x分析分析THCTHC分析分析污染物比排放计算污染物比排放计算污染物的质量流量：式中： -污染物i的质量流量（g/h）; -内燃机排气湿基体积流量（L/h）; -进气湿基体积流量（L/h）; -燃油的质量流量（g/h）。 -标准状态下污染物i的浓度； -NOx湿度修正系数； -排气

11、中污染物i的湿基体积分数。iwHTiVgwnikqqniqVgwqmjVawVgwgqq77. 0VawqmfqiHTkiw 用用HFID测量测量HC，不除水，不除水，HC测得的是湿基测得的是湿基 ；用；用NDIR测量测量CO，除水，测得的，除水，测得的CO为干基为干基 。干湿基换算基准：干湿基换算基准：NONOx x湿度修正系数：湿度修正系数：式中：式中： H -进气绝对湿度；进气绝对湿度； T -进气温度（进气温度（K）; -干空气的进气质量流量（干空气的进气质量流量（g/h）。）。比排放量计算公式：比排放量计算公式： madmfdwqq/85. 11madqHCwCOdmadmfmadm

12、fHTqqBqqATBHAk/209. 000954. 0/309. 00266. 030271.101/1jjejjjmijiWFPWFqBS131131/（三）稀释采样系统（三）稀释采样系统 美国的排放法规和欧美国的排放法规和欧排放法规，均加入了瞬态工况。在此排放法规，均加入了瞬态工况。在此种情况下，不能采用直接采样，法规要求使用稀释采样系统。种情况下，不能采用直接采样，法规要求使用稀释采样系统。 THCTHC、NOx、CO的体积分数，在稀释风道中连续测量，测试的体积分数，在稀释风道中连续测量，测试循环中的平均体积分数，用分析仪信号的积分确定。循环中的平均体积分数，用分析仪信号的积分确定。

13、 稀释采样系统包括全硫稀释采样系统（稀释采样系统包括全硫稀释采样系统（FFDSS，Full Flow Dilution Sampling System）和分流稀释采样系统）和分流稀释采样系统 （Partial Flow Dilution Sampling System）。）。1、全流稀释采样系统、全流稀释采样系统DAF-DAF-稀释空气过滤器；稀释空气过滤器； DP-DP-稀释空气泵；稀释空气泵；FM-FM-流量计；流量计；SDT-SDT-次级稀释风道；次级稀释风道；FH-FH-滤纸保持器；滤纸保持器；BV-BV-快速作用阀；快速作用阀；PSP-PSP-部分采样管；部分采样管；PDT-PDT-

14、初级稀释风道；初级稀释风道；TC-TC-温度控制器；温度控制器；PTT-PTT-微粒传输管；微粒传输管；PSS-PSS-微粒采样系统；微粒采样系统；PDP-PDP-容积泵；容积泵；SB-SB-采样风机。采样风机。全流稀释采样系统全流稀释采样系统初级稀释系统初级稀释系统次级稀释次级稀释系统系统微粒比排放量计算：微粒比排放量计算：测试循环的微粒总排放量：测试循环的微粒总排放量：式中：式中： -测试循环的微粒中排放量（测试循环的微粒中排放量（g）; -采样滤纸收集到的微粒质量（采样滤纸收集到的微粒质量（g）; -稀释排气的质量流量（稀释排气的质量流量（kg/h）; -微粒样气的质量流量（微粒样气的质

15、量流量（kg/h）。）。柴油机微粒比排放量为：柴油机微粒比排放量为： -工况点工况点j的有效功率（的有效功率（kW）；）； -工况点工况点j的持续时间（的持续时间（h）。）。msmdgfPMqqmm/PMmfmmsqejPjtmdgqjejpmPMtPmBS/ 欧洲的十三工况测量时，可用十三张滤纸分别测量，计算微欧洲的十三工况测量时，可用十三张滤纸分别测量，计算微粒比排放量：粒比排放量：131131/jjejjjPMjPMWFPWFmBS2、分流稀释采样系统、分流稀释采样系统 全流稀释采样系统的缺点：设备庞大、笨重、占地面积大、全流稀释采样系统的缺点：设备庞大、笨重、占地面积大、测试功耗大。法

16、规规定，可以只用体积小、价格低的分流测试功耗大。法规规定，可以只用体积小、价格低的分流稀释采样系统。稀释采样系统。 按照对稀释排气的采样，可分为全采样和部分采样系统。按照对稀释排气的采样，可分为全采样和部分采样系统。 采样系统不同，相应的微粒计算有一定差距。采样系统不同，相应的微粒计算有一定差距。分流稀释系统分流稀释系统 DAF- DAF-稀释空气过滤器稀释空气过滤器 FC-FC-流量控制器流量控制器 PSS-PSS-微粒采样系统微粒采样系统 FM-FM-流量计流量计 GFM-GFM-排气流量计排气流量计 PSP-PSP-微粒采样管微粒采样管 DO-DO-孔板式流量计孔板式流量计 DT-DT-

17、稀释风道稀释风道 PTT-PTT-微粒传输管微粒传输管 EP-EP-排气管排气管 BV-BV-快速作用阀快速作用阀 VN-VN-文丘里管文丘里管 EGA-EGA-废气分析仪废气分析仪 DP-DP-稀释空气泵稀释空气泵二、气体污染物的测量二、气体污染物的测量三种气体分别采用不同的测量方法：三种气体分别采用不同的测量方法：CO和和CO2分析采用不分光红外分析仪分析采用不分光红外分析仪NDIR（Nodispersive Infrared Analyzer）THC分析采用氢火焰离子化分析仪分析采用氢火焰离子化分析仪FID（Flame Ionization Detector）NOx分析采用化学发光法分析

18、采用化学发光法CLA（Chemiluminescent Analyzer 当从当从THC中分离中分离CH4时，采用气相色谱时，采用气相色谱GC（Gas Chromatograph）测量排气中氧浓度，采用顺磁分析仪测量排气中氧浓度，采用顺磁分析仪PMA（Paramagnetic Analyzer）（一）（一） 不分光红外线吸收型分析仪不分光红外线吸收型分析仪NDIR原理原理123457896入口入口 出口出口 NDIR的工作原理：的工作原理： 不同气体具有不同的吸不同气体具有不同的吸收红外线峰值波长。收红外线峰值波长。Beer-Lambert定律：定律：式中：式中： 、 透射前后辐透射前后辐射通

19、量；射通量； 吸收系数；吸收系数； 被测成分浓度；被测成分浓度； 辐射通过的气体辐射通过的气体长度。长度。kcle00kcl1红外光源红外光源2截光盘截光盘3样气室样气室4参比室参比室5检测室检测室6电容器薄膜电容器薄膜7信号输出信号输出8、9滤波室滤波室（二）（二） 化学发光法化学发光法(CLA)(CLA)化学发光法原理化学发光法原理反应室出口反应室出口转换开关转换开关通道通道A A通道通道B BNONO2 2 NO NO转换器转换器转换开关转换开关样气入口样气入口反应室反应室臭氧发生器臭氧发生器氧入口氧入口滤光片滤光片光电倍增管监测器光电倍增管监测器信号放大器信号放大器化学发光法化学发光法

20、CLDCLD原理：原理： 样气中的样气中的NONO与过量臭氧在反应室中发生反应，生成与过量臭氧在反应室中发生反应，生成NONO2 2，其中，其中大约有大约有10%10%处于电子激态（用处于电子激态（用NONO2 2* *表示）表示） NO+O3 NO2* +O2 当当NO2*分子衰减到基态分子衰减到基态NONO2 2时，发射出波长为时，发射出波长为0.60.63 3m m的的光子。光子。 NO2* +O2 NO2 +h 其中：其中：h h 普朗克常数；普朗克常数； 光子的频率。光子的频率。 化学发光强度与化学发光强度与NONO和和O O3 3的浓度乘积成正比，的浓度乘积成正比，O O3 3浓度

21、保持恒定，浓度保持恒定，化学发光强度与化学发光强度与NONO浓度成正比。浓度成正比。（三）（三） 氢火焰离子化分析氢火焰离子化分析(FID)(FID)氢火焰离子化分析仪原理氢火焰离子化分析仪原理离子收离子收集极板集极板燃烧嘴燃烧嘴助燃空气入口助燃空气入口氢和待测样气入口氢和待测样气入口空气分配栅空气分配栅信号放大器信号放大器信号输出信号输出 原理：碳氢原理：碳氢化合物自化合物自20002000的高的高温火焰中燃温火焰中燃烧时可离子烧时可离子化为电子和化为电子和自由离子。自由离子。离子数与碳离子数与碳原子数成正原子数成正比。比。（四）（四） 气相色谱仪气相色谱仪(GC)(GC)气相色谱仪原理气相

22、色谱仪原理样气入口样气入口载入气体载入气体色谱柱色谱柱检测器检测器气体出口气体出口色谱图记录仪色谱图记录仪温控槽温控槽顺磁分析仪原理顺磁分析仪原理样气中的氧样气中的氧环形室环形室样气样气加热丝加热丝永久磁铁永久磁铁玻璃管玻璃管 原理：原理：利用氧的强顺磁利用氧的强顺磁性。（大多数气体具有性。（大多数气体具有逆磁性特征）逆磁性特征） 样气中的氧在磁力作用样气中的氧在磁力作用下进入玻璃管，被加热下进入玻璃管，被加热后，顺磁性急剧下降，后，顺磁性急剧下降，磁铁对其吸引力远小于磁铁对其吸引力远小于冷态的氧。冷态氧由于冷态的氧。冷态氧由于磁力作用，进入玻璃管，磁力作用，进入玻璃管，把热态氧挤走，在玻璃把

23、热态氧挤走，在玻璃管内形成了氧的流动。管内形成了氧的流动。浓度越高，流速越大。浓度越高，流速越大。（五）（五） 顺磁分析仪顺磁分析仪三、微粒的测量和分析三、微粒的测量和分析 （一）微粒排放质量的测量一）微粒排放质量的测量 EPAEPA对微粒的定义：从温度低于对微粒的定义：从温度低于5252的稀释排气中采集的沉积的稀释排气中采集的沉积在用聚四氟乙烯处理过的玻璃纤维滤纸上的所有物质。在用聚四氟乙烯处理过的玻璃纤维滤纸上的所有物质。 测量过程：把空白滤纸放置在测量过程：把空白滤纸放置在20203030（变化小于（变化小于6 6 ），），相对湿度在相对湿度在3535% %55%55%之间的净室内，采样

24、前至少放置之间的净室内，采样前至少放置2 2小时，小时，用电子天平称量空白滤纸质量。采样后的滤纸，在净室内至少用电子天平称量空白滤纸质量。采样后的滤纸，在净室内至少放置放置2 2小时（但不超过小时（但不超过3636小时），称量滤纸质量，两个质量之小时），称量滤纸质量，两个质量之差，即为微粒质量。差，即为微粒质量。 为消除环境因素对微粒质量的影响，测量过程中，加入参比滤为消除环境因素对微粒质量的影响，测量过程中，加入参比滤纸，把环境因素修正到滤纸质量之中。纸，把环境因素修正到滤纸质量之中。 （二）微粒粒度分析二）微粒粒度分析 鉴于小于鉴于小于0.050.05m m的微粒对人体的极大伤害，研究微粒

25、粒径分的微粒对人体的极大伤害，研究微粒粒径分布，是微粒研究中的一个重要方面。布，是微粒研究中的一个重要方面。 1 1、串联冲击器、串联冲击器 原理：不同质量的微粒惯性力不同。原理：不同质量的微粒惯性力不同。 使微粒气溶胶通过不同直径的小孔，产生不同的流动速使微粒气溶胶通过不同直径的小孔，产生不同的流动速度，气溶胶冲向冲击板，并度，气溶胶冲向冲击板，并9090变向，质量大的微粒在惯性力变向，质量大的微粒在惯性力的作用下，冲向冲击板，并停留其上。的作用下，冲向冲击板，并停留其上。 选用不同的孔径的小孔，可得到不同的气溶胶流动速率，选用不同的孔径的小孔，可得到不同的气溶胶流动速率，则冲击板上就存留下

26、不同粒径的微粒。则冲击板上就存留下不同粒径的微粒。 2 2、扩散分选器、扩散分选器 原理：微粒的布朗运动。原理：微粒的布朗运动。 当气溶胶气流在很细的管道内流动时，小微粒会粘结在当气溶胶气流在很细的管道内流动时，小微粒会粘结在管壁上。在管壁上的沉积微粒尺寸管壁上。在管壁上的沉积微粒尺寸 与气溶胶流速有关。在气溶与气溶胶流速有关。在气溶胶流程内，设置不同的管径，可以得到不同的流速，则在管壁胶流程内，设置不同的管径，可以得到不同的流速，则在管壁上沉积不同粒径的微粒。上沉积不同粒径的微粒。3 3、电淌度分析仪、电淌度分析仪 （EAA：Electrical Aerosol Mobility Analy

27、zer） 原理：微粒带正电后，粒径越大，电淌度（单位电场强度的微原理：微粒带正电后，粒径越大，电淌度（单位电场强度的微粒迁移速度）越小。粒迁移速度）越小。EAAEAA原理原理 4 4、光子相关粒谱仪、光子相关粒谱仪 原理：气溶胶微粒散射光强脉动。原理：气溶胶微粒散射光强脉动。 一束激光通过稀释风道中的柴油机排气气溶胶，利一束激光通过稀释风道中的柴油机排气气溶胶，利用微粒散射光强脉动的自相关统计分析，得出微粒直径。用微粒散射光强脉动的自相关统计分析，得出微粒直径。微粒数目可根据在很短测量时间内散射的总光强得到。微粒数目可根据在很短测量时间内散射的总光强得到。（三）微粒成分分析（三）微粒成分分析

28、目的：分离微粒中的目的：分离微粒中的DS（Dry Soot）和）和SOF（Soluble Organic Fraction） 。 1、热解质量分析、热解质量分析TG（Thermogravimetry） 原理：物质在升温时，会发生脱水、挥发、升华、分解、原理：物质在升温时，会发生脱水、挥发、升华、分解、氧化和还原等物理、化学变化。氧化和还原等物理、化学变化。 试样在惰性气氛中（试样在惰性气氛中（N N2 2包围）：可得到包围）：可得到SOFSOF随温度升高随温度升高速率或者随时间的变化关系，并得到总的速率或者随时间的变化关系，并得到总的SOFSOF含量。含量。 试样在氧化气氛中（试样在氧化气氛中

29、（O O2 2包围）：包围）： SOFSOF和碳粒全部氧化，和碳粒全部氧化，余下的可认为是硫酸盐。余下的可认为是硫酸盐。 TGTG的优点：的优点：可粗略研究可粗略研究SOFSOF的组分以及硫酸盐含量。的组分以及硫酸盐含量。 TGTG的缺点：的缺点：每次试验，只能研究一个试样，效率非常每次试验，只能研究一个试样，效率非常低；低； 硫酸盐分析精度不够高，硫酸盐分析精度不够高，SOFSOF中包含了可挥发的硫酸中包含了可挥发的硫酸盐成分。盐成分。 TGTG价格比较高。价格比较高。 TGTG原理原理N N2 2N N2 2温度传感器温度传感器加热炉加热炉试样器皿试样器皿电子秤电子秤控制器控制器记录显示器

30、记录显示器 2 2、真空升华法（、真空升华法（VVVV：Vacuum VolatilizationVacuum Volatilization） 所用设备：具有定时功能和真空度指示的真空干燥箱、真所用设备：具有定时功能和真空度指示的真空干燥箱、真空泵、托架、电子天平。空泵、托架、电子天平。 试验条件：试验条件：200200、95kPa95kPa真空度，连续处理真空度，连续处理6 6小时。小时。 结果：结果：SOFSOF脱出，余下的是脱出，余下的是DSDS。 误差：误差：DSDS中包含不可挥发的硫酸盐成分，中包含不可挥发的硫酸盐成分，SOFSOF中包含可挥发中包含可挥发的硫酸盐成分。的硫酸盐成分。

31、 优点：优点：设备价格低，且一次可以处理几十，甚至上百个样设备价格低，且一次可以处理几十，甚至上百个样品，效率高。品，效率高。 缺点：缺点：无法收集无法收集SOFSOF。 所用设备：所用设备： 脂肪提取器，脂肪提取器， 萃取液为萃取液为CHCH4 4ClCl2 2。 脂肪提取器脂肪提取器 温度计温度计 冷凝管冷凝管 室外室外 样品室样品室 样品样品 烧瓶烧瓶 虹吸管虹吸管 浴缸浴缸 电炉电炉 出水出水 进水进水 试验条件：试验条件：6060恒温水浴，处恒温水浴，处理理8 8小时。小时。 优点：可以收集优点：可以收集SOFSOF，设备价，设备价格低。格低。 缺点：处理效率不高，对滤纸缺点：处理效

32、率不高，对滤纸质量要求高，萃取液对环境有质量要求高，萃取液对环境有害。害。 3 3、萃取法（、萃取法（SESE：Solvent ExtractionSolvent Extraction）四、排气可见污染物测量四、排气可见污染物测量 （一）滤纸式烟度计一）滤纸式烟度计 结构组成：定容取样泵和检测仪。结构组成：定容取样泵和检测仪。 原理：一定量的烟气穿过滤纸，滤纸变黑，测量黑度。原理：一定量的烟气穿过滤纸，滤纸变黑，测量黑度。 单位：单位：BSUBSU（Bosh Smoke UnitBosh Smoke Unit） FSNFSN（Filter Smoke NumberFilter Smoke Number） 范围：范围：0 01010 对滤纸要求：反射系数对滤纸要求：反射系数0.920.920.03，当量孔径，当量孔径45m，在压差，在压差24kPa下的透气度下的透气度3l/（cm3minmin）