淺析排放分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及核查方法

盧浩宜 嚴(yán)杰 劉廷 溫智恒

摘 要：文章結(jié)合某型號(hào)超低排放分析系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成對(duì)工況法尾氣排放測(cè)量方法及原理進(jìn)行了介紹。作為尾氣排放分析的重要設(shè)備，其分析方法對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響，對(duì)此結(jié)合分析儀原理對(duì)核查方法的應(yīng)用進(jìn)行分析介紹，使大家對(duì)設(shè)備及分析方法有更充分的認(rèn)識(shí)，保證分析儀測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)組成及作用;測(cè)量方法及原理;核查方法

Abstract： This article introduces the measurement method and principle of exhaust gas emission under the working condition method in combination with the basic structure of a certain type of ultra-low emission analysis system. As an important equipment for tail gas emission analysis， its analysis method has a crucial impact on the accuracy and stability of the results. This is combined with the principle of the analyzer to analyze and introduce the application of the verification method， so that everyone has a better understanding of the equipment and analysis methods to ensure the accuracy of the analyzer's measurement results.

Keywords： Structure composition and function; Measurement method and principle; Verification method

引言

隨著我國(guó)排放法規(guī)的不斷加嚴(yán)，目前國(guó)內(nèi)部分地區(qū)已提前實(shí)施《GB 18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段），并在2020年7月1日起，全面正式實(shí)施。“國(guó)六”排放標(biāo)準(zhǔn)[1]加嚴(yán)了各項(xiàng)污染物限值，變更了試驗(yàn)測(cè)試循環(huán)，增加了N2O排放污染物及汽油車顆粒物數(shù)量（PN）的測(cè)量，增加了實(shí)際行駛污染物排放（RDE）測(cè)量要求，定為II型試驗(yàn)，更加全面對(duì)機(jī)動(dòng)車污染物排放進(jìn)行管控。

更為嚴(yán)格的排放限值及新增的污染物測(cè)量項(xiàng)目，對(duì)排放分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及測(cè)量過程精度的要求也越高，其中結(jié)構(gòu)組成、分析原理、測(cè)量精度等在法規(guī)中有著明確的技術(shù)要求[1]。為了減少分析設(shè)備自身誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，需要定期對(duì)排放分析儀進(jìn)行核查，保證測(cè)量精度滿足法規(guī)要求。

1 某型號(hào)排放分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)介

某型號(hào)汽車排放分析儀為稀釋袋采及連續(xù)稀釋采樣排放分析系統(tǒng)，主要由尾氣采集通道、稀釋空氣凈化系統(tǒng)、稀釋通道系統(tǒng)、排氣顆粒物重量、數(shù)量采集系統(tǒng)、定容流量取樣系統(tǒng)、袋采單元、氣體分析單元、主控制單元系統(tǒng)等部分組成。以下根據(jù)取樣系統(tǒng)示意圖對(duì)測(cè)量流程各部分進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹（見圖1）。

1.1 主要結(jié)構(gòu)組成及作用

1.2 氣體分析單元測(cè)量方法及原理

排放法規(guī)[1]測(cè)試規(guī)程中，對(duì)車輛尾氣排放污染物成分含量的測(cè)量，需要測(cè)量一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、總碳?xì)浠衔铮═HC）、氮氧化物（NOx）、氧化亞氮（N2O）、非甲烷碳?xì)浠衔铮∟MHC）6種氣體污染物成分，氣體分析單元需要使用6組分析儀去測(cè)量尾氣中污染物的成分，不同分析儀測(cè)量的氣體污染物成分對(duì)測(cè)量方法及原理有著不同要求（見表2）。

1.3 工作氣體&標(biāo)定氣體系統(tǒng)的應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)應(yīng)滿足排放氣體分析單元對(duì)各種污染物成分分析要求（見表2）且標(biāo)準(zhǔn)氣體的實(shí)際濃度應(yīng)在標(biāo)稱值的±1%以內(nèi)，并為混合氣體。工作氣體應(yīng)滿足分析儀運(yùn)行要求（見表3），如碳?xì)浞治鰞x和甲烷分析儀中，其測(cè)量方法采用氫火焰離子化法測(cè)量時(shí)，將定流量的樣氣通過氫氣火焰，樣氣中的碳?xì)浠衔锉浑x子化用電極吸收離子并測(cè)量離子的數(shù)量就可以得到樣氣中碳?xì)浠衔锏臐舛取浠鹧骐x子化法的應(yīng)用均屬于加熱型分析儀，氫氦混合氣可作為該類分析儀的燃料，純合氣空氣為助燃?xì)怏w，并作為零氣。

1.4 測(cè)量流程簡(jiǎn)介

測(cè)量中，用連接管連接汽車尾氣排氣口，連接管與尾氣采集通道相連接，用于采集汽車尾氣。稀釋空氣經(jīng)過凈化裝置后，與尾氣排放通過混合裝置使尾氣和稀釋空氣混合均勻進(jìn)入稀釋通道系統(tǒng)，稀釋通道最大流量30m3/min，可以完全混合和冷卻溫度到52℃。稀釋的混合氣體由稀釋通道傳送到下列設(shè)備：裝有加熱分析儀（FID）加熱爐進(jìn)行連續(xù)的碳?xì)浞治鰸舛龋渲蓄w粒物質(zhì)量（PM）及數(shù)量（PN）排放測(cè)量設(shè)備取樣裝置安裝在稀釋通道內(nèi)，此時(shí)，由取樣探頭取樣經(jīng)稀釋取樣裝置沉淀在濾紙上，在試驗(yàn)完成后按照排放法規(guī)要求進(jìn)行處理后稱重。其中顆粒物數(shù)量（PN）經(jīng)取樣后，通過壓縮空氣進(jìn)行稀釋，稀釋完成后經(jīng)取樣探頭進(jìn)入粒子數(shù)量計(jì)數(shù)器測(cè)量。定容流量取樣系統(tǒng)通過一個(gè)定容流量計(jì)對(duì)稀釋通道系統(tǒng)中的尾氣/空氣混合氣和稀釋空氣流量進(jìn)行控制取樣，該流量計(jì)由4個(gè)組合式文丘里管，采樣流量包含6-30m3/min，通過不同文氏管組合產(chǎn)生不同流量，按法規(guī)要求，可以優(yōu)化不同車輛的排氣濃度測(cè)量范圍。定容流量計(jì)控制采樣后，通過袋采單元將稀釋的混合氣和稀釋空氣收集到取樣袋中通過氣體分析系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，混合氣和稀釋空氣中各種成分的濃度、每種氣體成分的質(zhì)量顯示在主控制單元。

2 核查方法應(yīng)用分析

排放分析系統(tǒng)作為尾氣排放測(cè)量的特定設(shè)備，其測(cè)量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，為了減少氣體分析單元誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，定期對(duì)排放分析儀進(jìn)行核查，保證其測(cè)量精度滿足法規(guī)要求。氣體分析單元核查方法主要包含標(biāo)準(zhǔn)氣體量程線性度、NOx轉(zhuǎn)化效率、丙烷噴射、水干擾等不同項(xiàng)目。不同核查方法對(duì)分析儀核查的目的不相同，以下結(jié)合分析儀原理對(duì)核查方法進(jìn)行分析介紹。

2.1 分析儀標(biāo)準(zhǔn)氣體量程線性度核查目的是對(duì)分析儀各氣體分析單元的某個(gè)常用量程進(jìn)行線性化校準(zhǔn)

在分析儀已經(jīng)完成標(biāo)定的情況下，從零點(diǎn)至滿量程選取多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量標(biāo)定，通過標(biāo)定設(shè)備氣體分割器，將量程濃度按比例分割成不同的標(biāo)定點(diǎn)，繪制標(biāo)定曲線，標(biāo)定曲線選取最少5個(gè)標(biāo)定點(diǎn)組成，使得各氣體分析單元在滿量程內(nèi)各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果均符合要求。

2.1.1 分割點(diǎn)的設(shè)置

隨著排放法規(guī)的更新，降低了對(duì)氣體污染物測(cè)量結(jié)果的限值，使得分析儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣體量程的濃度選擇更低。在實(shí)際應(yīng)用線性化核查方法時(shí)可根據(jù)氣體分析單元標(biāo)準(zhǔn)氣體量程濃度盡可能多設(shè)置分割點(diǎn)，提高線性度核查精度。

例如對(duì)量程氣濃度設(shè)置300ppm（1ppm=10-6）較高的一氧化碳（CO）分析儀進(jìn)行線性化核查時(shí)，可將分割點(diǎn)分為11個(gè)，得到100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、0%等不同濃度比例的標(biāo)準(zhǔn)氣體，氣體分割器分割點(diǎn)濃度及分析儀分析結(jié)果如：

應(yīng)用線性化核查方法對(duì)氣體分析單元核查過程中，分析儀根據(jù)分割點(diǎn)濃度和分析結(jié)果濃度自動(dòng)計(jì)算出滿量程和標(biāo)稱值（量程氣實(shí)際濃度）誤差值，由于氣體量程本身無(wú)法做到滿量程，在線性化核查方法中，滿量程濃度與分析結(jié)果誤差不作為結(jié)果判定，可采用更符合與實(shí)際量程濃度的精度誤差分析結(jié)果。

2.2 由于NO/NOX分析單元采用化學(xué)發(fā)光法對(duì)排氣污染物中氮氧化物進(jìn)行檢測(cè)

尾氣中的二氧化氮最初不具有化學(xué)發(fā)光性，NOx分析儀無(wú)法直接檢測(cè)出NO2的含量，在測(cè)量前需利用氮氧化合物轉(zhuǎn)化器將其轉(zhuǎn)化為一氧化氮。氮氧化合物轉(zhuǎn)化器反應(yīng)效率的誤差對(duì)NOx氣體污染物的測(cè)量結(jié)果有著直接的影響，為確保NO/NOx分析單元測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，轉(zhuǎn)化器需采用NOx轉(zhuǎn)換效率試驗(yàn)進(jìn)行核查，轉(zhuǎn)換效率指的是NO2轉(zhuǎn)換為NO過程中的效率。

2.3 CO/CO2分析儀采用不分光紅外線法測(cè)量

CO和CO2兩種氣體污染物測(cè)試原理相同，CO和CO2氣體對(duì)特定波長(zhǎng)紅外線都具有吸收作用。且汽油/柴油主要由碳和氫組成，燃燒過程中尾氣排放含有水成分，CO/CO2分析儀在分析過程中易受到水成分和C02/CO氣體成分之間分析干擾反應(yīng)，存在其它氣體成分含量，為了盡量抵消干擾帶來(lái)的測(cè)量結(jié)果濃度誤差，需進(jìn)行水干擾檢查，將CO2標(biāo)準(zhǔn)氣體和水成分通入CO分析儀中，測(cè)量其它氣體濃度含量。

2.4 排放分析系統(tǒng)中CVS定容取樣系統(tǒng)因其原理采用

定容流量計(jì)控制尾氣/空氣混合氣和稀釋空氣總體積的方式稀釋排氣，稀釋的樣氣和稀釋空氣會(huì)收集到袋采單元取樣袋中通過氣體分析系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，其取樣的濃度與氣體分析單元分析結(jié)果的準(zhǔn)確度會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用質(zhì)量法[1]將純丙烷注入CVS取樣系統(tǒng)中，并設(shè)置采樣流量，運(yùn)轉(zhuǎn)排放分析儀分析系統(tǒng)，用分析單元分析取樣袋中收集的氣體濃度，該方法可以檢查分析結(jié)果與注入質(zhì)量濃度偏差是否在誤差范圍內(nèi)。

3 “國(guó)六”排放標(biāo)準(zhǔn)[1]對(duì)設(shè)備準(zhǔn)確性要求見表6

4 氣體分割器工作原理

氣體分割器采用毛細(xì)管流速混合法[2]原理來(lái)分配控制標(biāo)準(zhǔn)氣體和稀釋氣體的比例，氣體分割器內(nèi)部一般采用10根直徑相同的毛細(xì)管，按分析儀選取標(biāo)定點(diǎn)的數(shù)目選定標(biāo)準(zhǔn)氣體與稀釋氣體的比例數(shù)，例如按法規(guī)最少要求分割核查點(diǎn)的數(shù)目為5個(gè)，需要將量程濃度分割出100%、80%、60%、40%、20%等濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體，氣體分割器中會(huì)將4根毛細(xì)管通入標(biāo)準(zhǔn)氣體，其余6根毛細(xì)管通入稀釋氣體，在氣體分割器出口處將得到不同比例濃度含量的標(biāo)準(zhǔn)氣體。

5 結(jié)語(yǔ)

排放分析系統(tǒng)作為尾氣排放分析的重要設(shè)備，在排放法規(guī)中對(duì)尾氣污染物測(cè)量類別、測(cè)量方法、分析儀測(cè)量精度等有著明確的要求，且分析方法對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響，定期對(duì)分析儀采用線性化、NOx轉(zhuǎn)化效率、丙烷噴射、水干擾等核查方法進(jìn)行檢查，保證核查結(jié)果滿足要求，減少設(shè)備自身誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

參考文獻(xiàn)

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