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柴油發(fā)電機(jī)氣體排放測(cè)錄實(shí)驗(yàn)(公式) |
摘要:柴油發(fā)電機(jī)是依靠空氣和燃油的燃燒形成熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的,這就不可避免地產(chǎn)生了排放物。柴油發(fā)電機(jī)廢氣中有害排放包括氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔铮℉C)、微粒(PM)。柴油發(fā)電機(jī)廢氣分析是研究柴油發(fā)電機(jī)燃燒過(guò)程的一個(gè)重要手段,也是研究和防治發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣造成的環(huán)境污染所必不可少的重要內(nèi)容。
柴油發(fā)電機(jī)廢氣排放物成分占比 |
針對(duì)柴油發(fā)電機(jī)廢氣中的有害排放,世界各國(guó)各地區(qū)制定了相應(yīng)的排放控制法規(guī)。因此,了解柴油發(fā)電機(jī)有害排放的產(chǎn)生機(jī)理,熟悉各氣態(tài)排放物的測(cè)試原理及注意事項(xiàng),如何依照法規(guī)完成對(duì)柴油發(fā)電機(jī)廢氣排放的測(cè)試,并對(duì)柴油發(fā)電機(jī)排放水平作出合理的評(píng)價(jià)是該實(shí)驗(yàn)的主要目的。
一、實(shí)驗(yàn)要求
根據(jù)GB17691-2001《車用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法》和《MARPOL73/78防污染公約》附則VI“防止船舶造成空氣污染規(guī)則”要求完成柴油發(fā)電機(jī)氣體排放的測(cè)試。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量柴油發(fā)電機(jī)廢氣排放和有關(guān)性能參數(shù),使學(xué)生了解柴油發(fā)電機(jī)有害氣體的產(chǎn)生機(jī)理及測(cè)試原理。要求學(xué)生完成柴油發(fā)電機(jī)臺(tái)架的實(shí)驗(yàn)測(cè)試并提交記錄報(bào)告和計(jì)算分析結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備與儀器:
柴油發(fā)電機(jī)、測(cè)功器及其控制裝置、油耗測(cè)量?jī)x、排放分析儀、轉(zhuǎn)速傳感器、空氣流量計(jì)和各溫度壓力傳感器。
尾氣排放分析儀功能面板 |
二、實(shí)驗(yàn)步驟
1、實(shí)驗(yàn)前排放測(cè)試儀至少預(yù)熱2小時(shí),并完成儀器的標(biāo)定和漏泄檢查;
2、確定柴油發(fā)電機(jī)排氣管上廢氣取樣點(diǎn)位置并安裝采樣管;
3、盤車檢查柴油發(fā)電機(jī)各部件與系統(tǒng)是否正常,然后啟動(dòng),空車運(yùn)轉(zhuǎn)五分鐘,調(diào)節(jié)控制裝置,變化柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷,預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī),使柴油發(fā)電機(jī)水溫、油溫等參數(shù)趨于正常;
4、調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷到測(cè)試工況點(diǎn),待柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定,進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)廢氣排放的測(cè)試,同時(shí)記錄柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩(或功率)、排氣溫度、空氣消耗量、燃油流量、進(jìn)氣壓力和溫度、環(huán)境條件(大氣壓力、大氣溫度和相對(duì)濕度)、實(shí)驗(yàn)日期、存儲(chǔ)文件名等;
5、測(cè)量完畢后,調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷,令柴油發(fā)電機(jī)空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后停車;
6、取下采樣管,通入清潔空氣清洗測(cè)試儀器至少15分鐘;
7、清理實(shí)驗(yàn)臺(tái)以便下次實(shí)驗(yàn)。
三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理及分析
1、依照GB17691-2001氣體排放計(jì)算公式計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)氣體排放的比排放值。
附1:氣體排放物的計(jì)算方法
(1)GB14761-2001的規(guī)定壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放計(jì)算公式如下:
● 第一步:確定排氣總量:
對(duì)于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō):
GEXH=GAIR+GFUEL
式中:GAIR—進(jìn)氣質(zhì)量流量(干空氣)(kg/h);
GFUEL—燃油質(zhì)量流量(kg/h)。
● 第二步:按照下述關(guān)系式,將測(cè)量的干基排氣濃度換算成濕基濃度,后者代表了排氣中的實(shí)際狀況:
● 第三步:氮氧化物(NOX)的濃度應(yīng)按照下述公式進(jìn)行濕度校正:
式中:T—進(jìn)氣溫度(K);
GAIR/GFUEL—燃空比(基于干空氣);
H—進(jìn)氣濕度,克水每千克干空氣;
Ra—環(huán)境空氣相對(duì)濕度(%);
Pd—環(huán)境溫度下的飽和水蒸氣壓(kPa);
PB—大氣壓(kPa)。
● 第四步:對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)工況的污染物質(zhì)量流量按下述公式計(jì)算:
● 第五步:計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)排放物比排放量:
2、《MARPOL73/78防污染公約》附則VI“防止船舶造成空氣污染規(guī)則”中對(duì)于船舶柴油發(fā)電機(jī)氣體排放計(jì)算如下:
(1)用碳平衡法計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)廢氣質(zhì)量流量
碳平衡法僅適用于不含氧、氮成分的燃油。就燃油的特性而論,該方法包括在計(jì)算廢氣濃度中使用的6個(gè)步驟。
● 第一步:通過(guò)完全燃燒過(guò)程計(jì)算理想配比的空氣需要量;
● 第二步:依據(jù)完全燃燒和CO2濃度計(jì)算過(guò)量空氣系數(shù);
● 第三步:計(jì)算氫-碳比
● 第四步:依據(jù)燃油特性和空氣燃料比有關(guān)的程序,計(jì)算干燥碳?xì)浠衔餄舛?/span>
● 第五步:過(guò)量空氣系數(shù)的確定
根據(jù)過(guò)量空氣系數(shù)的定義:
EAFCDO=進(jìn)入氣缸干空氣的質(zhì)量流量/(所消耗燃油的質(zhì)量流量×單位質(zhì)量燃料完全燃燒所需的理論空氣質(zhì)量)=GAIRD/(GEUEL×STOIAR)
● 第六步:排氣質(zhì)量流量的計(jì)算
排氣質(zhì)量流量=燃料消耗+燃燒空氣消耗
空氣消耗=Iv×燃料消耗×理想配比的空氣需要量
排氣質(zhì)量流量=燃料消耗×(1+Iv×理想配比的空氣需要量)
因此,GEXHW=GEUEL×(1+EAFEXH×STOIAR)Ⅱ)排氣中各組分質(zhì)量流量的計(jì)算下列公式給出了排氣中各組分質(zhì)量流量的計(jì)算
MGAS=µ•conc•GEXHW
或
MGAS=ν•conc•GEXHW
或
M=w•conc•G
表1系數(shù)u,v,w
氣體 |
u |
w |
conc |
NOx |
0.001587 |
0.002053 |
ppm |
CO |
0.000966 |
0.00125 |
ppm |
HC |
0.000479 |
0.000619 |
ppm |
CO2 |
15.19 |
19.64 |
% |
O2 |
11.05 |
14.29 |
% |
表中conc代表某種氣體在排氣中的濕濃度,系數(shù)u僅僅是廢氣密度為1.293時(shí)的正確值,如果廢氣密度≠1.293,u=w/密度。
(2)排放量計(jì)算
廢氣排放中各成分單位制動(dòng)功率的質(zhì)量流量計(jì)算:
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