某燃機尾氣排放污染物測試技術研究

唐成亮　吳　穎　　趙　宇　郝　然（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧　沈陽　　110043）

某燃機尾氣排放污染物測試技術研究

唐成亮吳穎趙宇郝然
（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧沈陽110043）

摘要：本文從燃氣輪機尾氣成分及其測試要求入手，分析了氣、固態污染物的測試原理及裝置構成，介紹了一種燃氣輪機污染物測試系統，可根據燃機燃料的不同進行單點及多點自動成份分析，并通過采集軟件實現時時顯示、存儲、回放。通過現場使用，該系統結構緊湊、可移動性強、穩定可靠。

關鍵詞：燃氣輪機；尾氣排放；污染物；電化學傳感器

隨著裝備制造業的發展及人類環境保護意識的加強，燃氣輪機作為新興的能源設備被大量使用。機組的氣體污染物排放水平與機組整體運行狀態是密不可分的，其中NOX、CO、UHC及SO2等排放成分即反映了機組的環保排放水平，又視為機組整體運行狀況的標志。燃氣分析測試試驗方案及數據分析方法的合理性是開展燃機尾氣排放測試的關鍵，不同型號的燃機以技術驗收文件為標準的尾氣排放檢測及數據分析工作的完成，驗證了整套燃機尾氣污染物測試分析方案的可行性，對開展相關型號燃機尾氣排放測試工作奠定了理論基礎。

1　尾氣排放成份分析

1.1尾氣成分

燃機尾氣排放污染物包括氣態污染物和固態污染物。氣態污染物包括NOX、SO2、CO和部分未燃燒的UHCS等，測試O2和CO2用于計算和檢查。固態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生的碳粒，能形成可見煙。

1.2氣態污染物組分

CO、CO2或O2的含量是通過新鮮空氣稀釋后的煙氣測得的，應折算回煙氣未經稀釋時的濃度，計算時用到O2含量，O2、CO濃度同時測試，NOX為NO和NO2的總和，NO2、SO2溶于水，試驗時須除水，SO2溶解度與溫度有關，標準大氣壓下高于60℃時溶解度趨于穩定，測試SO2含量須對煙氣進行保溫或加溫處理。

2　測試系統

2.1氣體污染物測試系統組成及電化學傳感器原理

燃氣成份檢測系統由探頭、受感部安裝支座、取樣管路、數采分析儀等組件組成。氣路要保證氣密性，避免冷凝水沉積。煙氣通過探針由泵P抽取，進入冷凝槽，探頭內置的熱電偶測出煙氣的溫度。冷凝槽和過濾器將煙氣冷凝干燥，過濾雜物，泵P將氣體壓入毛細管內，進入到減壓腔，后按順序被送到傳感器，通過處理在顯示單元得到各組分的濃度。

電化學傳感器是通過與被測氣體發生反應產生與氣體濃度成正比的電信號來工作。由傳感電極和反電極組成，由一個薄電解層隔開，氣體通過微小的毛管開孔與傳感器反應，進入疏水屏蔽層，到達電極表面。

2.2固態污染物測試原理

煙氣煙度的測試方法采用濾紙式煙度法。其原理是煙氣由泵抽取通過取樣探針，經過濾紙，煙氣中的煙塵附著在濾紙上，LED光源以一定光強度照射被染黑的濾紙，光電二極管接收反射光，樣氣進入毛細管，由差壓傳感器測出差壓。運算和控制單元通過光學傳感器、差壓傳感器測得的參數計算出煙氣煙度和樣氣體積。煙度數值范圍為0～10，其單位為FSN。

圖1　氣體污染物測試系統原理圖

3　試驗結果分析

3.1氣體污染物濃度的表示方法

試驗中采用體積濃度表示法，單位ppm。對排氣現場測試后，根據測試值換算到15%的O2標準條件下，公式如下：

Φmod=Φreal×5.9%/（20.9%-Φo2）

式中：Φmod——修正CO、NOX濃度；

Φreal——實測CO、NOX濃度；

ΦO2——實測O2濃度。

3.2試驗要求

按照《某型號燃氣輪機工廠試驗測試要求》進行污染物測試，設計多點取樣探針，取樣孔按要求按等環面分布，通過取樣感頭組件的壓降至少80%發生在取樣孔處的原則確定為φ2mm。由于測試項目包含SO2，在設計取樣管路時取最小長度，管壁加保溫層。

試驗采用三套系統對應三支采樣探針測試，實現同步，三套系統進行級聯，確定系統主、從機，區分總線地址，使用手操器設置測試程序和存儲方式，控制三套測試系統啟動與測試。

3.3試驗數據分析

選取穩定工況下試驗數據進行分析，取瞬態或工況內平均值均可，以工況內平均值為例，從表1中可以得出，同一截面內不同位置各成份含量不同，確定燃機排氣段沿周向流場污染物分布不均勻，隨燃機功率的增加NOx含量升高，CO、SO2含量降低，煙度值為零，表明燃機所排放的氣體中無可見煙。

表1　試驗數據

結語

通過現場應用，研究的燃氣輪機尾氣測試分析技術能夠滿足現場使用需要，從尾氣組分及測試要求入手，掌握氣、固態污染物的測試方法，并針對現場使用需要，設計出了結構緊湊，可移動性強的多點尾氣在線測試系統。同時對不同型號燃機燃燒室改進改型具有重要意義，填補了國內燃機市場該項技術的空白。

參考文獻

[1]燃氣輪機與燃氣—蒸汽聯合循環裝置[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]航空燃氣渦輪發動機氣態污染物的連續取樣及測試程序規范[S].中華人民共和國航空工業部.

[3]某型號煙氣分析儀使用說明書[Z].

[4]林宗虎.工程測量技術手冊[M].北京：化學工業出版社，1997.

中圖分類號：X831

文獻標識碼：A

作者簡介：唐成亮（1982－）男，工程師。主要研究方向：航空發動機性能測試分析。