汽车排放污染及控制.ppt

汽车排放污染及控制,主讲人衣丰艳,第1章绪论第2章汽车排放污染物的生成机理和影响因素第3章汽车发动机的排放特性第4章车用汽油机机内净化第5章车用柴油机机内净化第6章车用汽油机后处理净化,,汽车排放污染及控制目录,第7章车用柴油机后处理净化第8章燃料与排放第9章汽车排放污染物净化方案及分析第10章汽车排放及测试第11章排放标准,,汽车排放污染及控制目录,,第10章汽车排放测试,,10.4碳烟测量与分析,10.3微粒测量与分析,10.2排气成分分析仪,10.1汽车排放污染物取样系统,第10章汽车排放测试,概述主要内容,,第10章汽车排放测试,介绍了环境污染现状，特别是与汽车尾气相关的大气污染情况。归纳了各种汽车排放污染物对人类和自然的危害总结了汽车排放控制技术的发展历程。,取样系统概述,取样是汽车排放测试的第一环，在不同条件下，需要不同的取样技术。取样系统的功能在于使样气经过预处理，以便按一定要求送入分析系统不同的取样方法，就有不同的取样系统。按取样方法分，目前常采用的取样系统有直接取样系统、稀释取样系统和定容取样系统。,第10章汽车排放测试,直接取样系统,直接取样法是将取样探头插入发动机的排气管中，用取样泵连续抽取一定量气体不经稀释直接送入分析系统进行分析。由于直接取样法设备简单，操作方便，被广泛用于许多国家和地区的各种用途发动机的排放测量中。,第10章汽车排放测试,第10章汽车排放测试,直接取样系统,未经稀释的采样气直接从排气管抽取，污染物浓度较高，具有较高的测量精度。采样泵P把样气从HSL1（保温453－473K）送到氢火焰离子检测器HFID分析HC，经HSL2（保温368－473K）输送到化学发光分析仪HCLA分析，另外排气经取样管SL输送到不分光红外线吸收型分析仪NDIR分析CO和CO2。为了排除水蒸气对NDIR工作的干扰，用温度保持273-277K的槽型冷却器B来除去排气样气中的水分。,测量重型车柴油机的微粒排放测试时，用稀释取样系统取样，既可用全流稀释取样系统FFDSS（FullFlowDilutionSamplingSystem），也可用分流稀释取样系统PFDSSPartialFlowDilutionSamplingSystem。,稀释取样系统,稀释取样系统外形,第10章汽车排放测试,全流稀释取样系统,EP-排气管PDP-容积式泵HE-热交换器PDT-初级稀释通道SDS-单级稀释系统DDS-双级稀释系统PTT-颗粒物传输管SDT-次级稀释通道FH-滤纸保持架SP-颗粒物取样泵DP-稀释用空气泵PSP-颗粒取样探头DAF-稀释用空气过滤器CFV-临界流量文杜里管GF-气体计量仪或流量仪测定,全流稀释取样系统流程图,第10章汽车排放测试,全流稀释取样系统,技术要点,第10章汽车排放测试,初级稀释风道PDT中应有足够的湍流强度和足够的混合长度，保证取样前柴油机排气管EP排出的排气民经稀释空气滤清器DAF净化的稀释空气混合均匀。单级稀释系统的直径至少为460mm，双级稀释系统的直径至少为200mm。发动机的排气应顺气流引入初级稀释通道，并充分混合。,分流稀释取样系统,EP-排气管PR-取样探头ISP-等动态取样探头EGA-排气分析仪BV-球阀SC-压力控制装置DPT-差压传感器FC1-流量控制器SB-抽风机PB-压力机DT-稀释通道PSS-颗粒物取样系统PSP-颗粒物取样探头PTT-颗粒物传输管FH-滤纸保持架SP-颗粒物取样泵FC2-流量控制,GF1-气体计量仪或流量测定仪DAF-稀释用空气过滤器GF2-气体计量仪或流量测定仪TT-颗粒物取样传输管,分流稀释取样系统流程图,第10章汽车排放测试,分流稀释取样系统,工作原理,第10章汽车排放测试,柴油机排气管EP中的排气通过颗粒物取样探头ISP或PR和颗粒物取样传输管TT输送到稀释通道DT。通过DT的稀释排气流量用颗粒物取样系统PSS中的流量控制器FC2和颗粒物取样泵SP控制，稀释空气流量用流量控制器FC1控制。,现在，世界各国的排放法规大多规定对汽车的排气先用干净空气进行稀释，然后用定容取样CVS（ConstantVolumeSampling）系统取样。除取样袋收集的气体外，大部分排气被排出取样器，由测量器测量排出气体的总流量。,定容取样系统,定容取样系统,第10章汽车排放测试,测量总流量的常用方法,,,容积泵PDP,文杜里管CFV,带容积泵的定容取样系统,D-稀释空气滤清器M-混合室H-热交换器TC-温度控制系统PDP-容积泵T1-温度传感器G1、G2-压力表,S1-收集稀释空气定量样气的取样口S2-收集稀释排气定量样气的取样口,带容积泵的定容取样系统流程图,第10章汽车排放测试,带容积泵的定容取样系统,第10章汽车排放测试,特点,容积泵PDP每转的抽气体积是一定的，只要转数不变，总流量就不变。PDP系统可使流量无级变化，但结构庞大，且流量受温度影响大。,采用临界流量文度里管的定容取样系统,AB-稀释空气取样袋CF-积累流量计CS-旋风分离器DAF-稀释空气滤清器DEP-稀释排气抽气泵DT-稀释风道F-过滤器FC-流量控制器；FL-流量计HE-换热HF-加热过滤器PG-压力表QF-快接管接头QV-快作用阀S1～S4-取样探头SB-衡释排气取样袋的取样过滤器SP-取样泵TC-温度控制器TS-温度传感器,带容积泵的定容取样系统流程图,第10章汽车排放测试,CFV-临界流量文杜里管；SF-测量微粒排放质,第10章汽车排放测试,其总流量由一临界文杜里管CFV来确定，只要文杜里管一定，总流量就不变。该系统受温度影响较小，结构相对简单，但只可通过切换文杜里管来改变流量，且只能有级地改变。,采用临界流量文度里管的定容取样系统,特点,汽车排气中的CO和CO2用不分光红外线气体分析仪测量NOX用化学发光分析仪测量HC用氢火焰离子型分析仪测量当需要从总碳氢化合物中分离出非甲烷碳氢化合物时，发动机排气中的氧多用顺磁分析仪测量气相色谱仪测量甲烷。,排气成分分析仪概述,排气成分分析仪外形图,第10章汽车排放测试,不分光红外线气体分析仪NDIR（Non-DispersiveInfra-RedAnalyzer）是根据不同气体对红外线的选择性吸收原理提出的。红外线是波长为0.8～600μm的电磁波，多数气体具有吸收特定波长的红外线的能力。如CO能吸收4.5～5μm的红外线，CO2能吸收4～4.5μm的红外线，不分光红外线气体分析仪根据其特定的吸收来鉴别气体分子的种类。,不分光红外气体分析仪NDIR,第10章汽车排放测试,不分光红外气体分析仪NDIR,工作原理红外线光源射出的红外线经过旋转的截光盘交替地投向气样室和装有不吸收红外线的气体（如氮）的参比室，透过两室的气体进入有两个接收气室的检测器。当样气室中的被测样气浓度变化时，两个接受气室接受的红外线辐射能的差别也发生变化，导致分隔两气室的薄膜两侧压变化。由截光盘调制的周期性变化引起电容器电容量周期变化，该信号经放大成为分析仪的输出信号。,不分光红外线气体分析仪工作原理图,第10章汽车排放测试,不分光红外气体分析仪NDIR,工作特点,第10章汽车排放测试,不分光红外线气体分析仪采用直接取样系统时，水蒸气对CO和NO的测定有干扰，在取样流程中应串联有冷却器或除湿器，以尽量除去水分。不分光红外线气体分析仪测量NO时，其测量精度低；测量HC时，只能检测某一波长段的HC，而对非饱和烃和芳香烃则不敏感，测量的结果主要是反应了饱和烃的含量而不代表各种HC的含量，所以总的精确度较差。排放法规规定，CO和CO2用不分光红外线气体分析仪测量。,化学发光分析仪CLD工作原理,1-反应室；2-臭氧发生器；3-氧入口；4-滤光片；5-光电倍增管检测器；6-信号放大器；7-催化转化器；8-样气入口；9-转换开关；10-反应室出口,样气由通道A或B进入反应室1。通道A直接通向反应室，这个通道只能测量样气中NO的浓度；样气通过通道B时，样气中的NO2将在催化转换器7中转化成NO，再进入反应室，这样仪器测量得到的是NO和NO2的总和NOX。利用测得的NOX与NO的差值，即可确定样气中NO2的浓度。,化学发光分析仪工作原理图,第10章汽车排放测试,化学发光分析仪CLD,具有感应度高，体积分数可达10-7；应答性好，在10-2浓度范围内输出特性呈线性关系，适用于连续分析；为使测量过程中NO2尽可能完全地转化成为NO，催化转化器中的温度必须在920K以上。是测量NOX的标准方法。,第10章汽车排放测试,特点,氢火焰离子分析仪工作原理,工作原理氢火焰燃烧时，2300K左右的高温氢火焰会使HC离子化成自由离子，离子数基本与HC的浓度成正比。待测气体与氢气混合后，由入口进入燃烧器，由燃烧嘴喷出，在空气的助燃下由通电的点火丝点燃。HC在缺氧的氢扩散火焰中分解出离子和电子。这些离子和电子形成按一定方向运动的离子流，通过对离子流电流的测量就可测得碳原子的浓度，从而反映出相应HC的浓度。,1-离子收集器；2-信号放大器；3-空气分配器；4-氢和待测气体入口；5-助燃空气入口；6-燃烧嘴,氢火焰离子型分析仪工作原理图,第10章汽车排放测试,氢火焰离子分析仪FID,特点,第10章汽车排放测试,是目前测量汽车排放中HC的最有效手段；灵敏度高，可测到极小浓度的HC；线性范围宽；对环境温度和压力也不敏感。不受样气中有无水蒸气的影响，但可能受其中氧的干扰。不同的HC分子结构对FID的影响不同。,顺磁分析仪PMA,工作原理氧是一种强顺磁性气体，氮氧化合物有较弱的顺磁性，NO和NO2的顺磁性分别为氧的44和29。因为汽车排放中，氧的浓度要比NOX高得多，所以可用顺磁分析仪测量排气中的氧浓度,顺磁分析仪外形图,第10章汽车排放测试,顺磁分析仪PMA,工作原理样气3中的氧2，在永久磁铁6的磁场吸引下充入水平玻璃管5中。在磁场强度最大的地方，样气被电热丝4加热。加热后的氧顺磁性下降，磁铁对它的吸引力小于冷态的氧。冷的样气被吸到磁极中心，挤走热的样气。冷的样气被加热后又被挤走。这样在玻璃管5中就形成了气体流动，也称磁风，其速度与样气的浓度成正比。如果加热丝4同时起热线风速仪的作用，就可以简单地测定磁风速度，从而测得样气中的氧浓度,顺磁分析仪工作原理,第10章汽车排放测试,10.2.5气相色谱仪GC,工作原理用样气注射器把一定体积的样气从试样注入口注入仪器，与从载气入口进入仪器的氢、氦、氩等载气混合后流入装有填充剂的色谱柱中。由于样气的不同组分对色谱柱中的填充剂的亲和力（吸附或溶解性）不同，在载气的推动下被分离。亲和力弱的组分，很难被滞留在填充剂中，首先流出色谱柱；反之，亲和力强的组分流出较晚。,1-试样注入口；2-色谱图记录仪；3-气体出口；4-检测器；5-温控槽；6-色谱柱；7-载气入口,气相色谱仪工作原理图,第10章汽车排放测试,气相色谱仪GC,对混合气的组成中各成分浓度进行详细的分析它灵敏度高，需要样气数量很少；一次可完成多种成分的分析。,第10章汽车排放测试,特点,排气微粒,排气微粒是指依据一定的取样方法，在最高温度为325K的稀释排气中，由过滤器收集到的固态或液态微粒。,显微镜下的微粒组织形状,第10章汽车排放测试,微粒质量测量,微粒测量过滤器通常采用滤纸。为了保证测量的精度，空白滤纸和有微粒滤纸的质量测量必须在调温调湿的洁净小室内进行。空白滤纸至少在取样前2h放入小室内的滤纸盒中，待稳定后测量质量，然后仍放在小室内待用。如果从小室取出后1h内没有使用，则在使用前必须重新测量质量。收集微粒后的滤纸放回小室内至少2h，但不得超过36h，然后测量总质量。,微粒质量测量装置,微粒滤纸与空白滤纸的质量差就是微粒质量。,第10章汽车排放测试,微粒质量测量计算公式,第10章汽车排放测试,,,,,Vep流经过滤器的流量，m3Vmix流经通道的流量，m3Mp排放微粒质量，g/kmMf过滤器收集的微粒质量，gd与运转循环一致的距离，km,微粒成分测量,微粒中有机可溶成分SOF的分离及分析方法,第10章汽车排放测试,1.热解质量分析法（TG）,2.真空挥发法（VV）,3.索氏萃取法（SE）,★★★微粒成分分析不是排放法规所要求,微粒成分测量●热解质量分析法,热解质量分析法TG（ThermoGravimetry）是在惰性气体气氛（如N2）中，将微粒样品按规定的加热速率加热到923K，保温5分钟。在这段时间内，其中可挥发部分蒸发掉，用热天平测得的微粒质量减小量就代表其中可挥发部分VF（VolatileFraction），用此法测得的主要是高沸点HC和硫酸盐，基本与SOF相吻合。然后将气氛换成空气，在相同温度下，样品进一步减少的质量对应被氧化的碳烟组分，残留的则是微量灰分。,第10章汽车排放测试,微粒成分测量●真空挥发法,真空挥发法VV（VacuumVolatilization）是将微粒样品置于真空干燥箱内，在真空度95Kpa以上，温度473K以上加热3h左右，其质量变化即为微粒中VF含量。,第10章汽车排放测试,微粒成分测量●索氏萃取法,盛有溶剂的烧瓶置于恒温浴缸中，加热使溶剂蒸发，上升到冷凝管中，冷凝物回到样品室中浸泡样品，进行萃取。萃取液达到一定体积时，经虹吸管流回烧瓶。溶剂在萃取器中循环流动，不断将微粒中的SOF带到烧瓶中，直到萃取完全。,第10章汽车排放测试,烟度测量方法,第10章汽车排放测试,烟度的测量方法主要有两种,滤纸法先用滤纸收集一定的烟气，再通过比较滤纸表面对光反射率的变化来测量烟度，所用的测量仪器为滤纸式烟度计,消光度法利用烟气对光的吸收作用，即通过光从烟气中的透过度来测量烟度，所用的测量仪表为消光式烟度计。,滤纸式烟度计,滤纸式烟度计主要由定容采样泵和检测仪两部分组成。抽气泵从排气中抽取固定容积的气样，让气样通过装在夹具上的滤纸，使气样的碳烟沉积在滤纸上。由于抽取的气样数量恒定，故滤纸被染黑的程度能反映气样中所含碳烟的浓度。,滤纸式烟度计外形,,第10章汽车排放测试,滤纸式烟度计结构和工作原理,滤纸烟度计的结构及工作原理图,由反射光检测器与指示器组成，由白炽电灯泡光源射向已取样滤纸的光线，一部分被滤纸上的微粒吸收，一部分被反射给光电元件，从而产生相应的光电流，并由指示器指示输出。光电流的大小反映了滤纸反射率的大小，滤纸反射率取决于滤纸被染黑的程度。光电越小，滤纸的反射率越低，即滤纸的染黑程度越高，表明被测碳烟的浓度越高。,第10章汽车排放测试,消光式烟度计,让部分或全部排气流过光源和接收器构成的光通道，接收器所接受的光强度的减弱（消光量）就代表排气的烟度。,第10章汽车排放测试,工作原理,哈特里奇烟度计基本结构示意图,作业,10.1简述汽车污染物排放物取样系统的意义，目前常采用的有那些取样系统，它们分别有何征10.2试述全流稀释取样系统和分流稀释取样系统工作原理有何区别10.3试阐述几种排气成分分析仪的工作原理及适用范围。10.4排气中微粒成分分析的主要方法有哪些，各有何特点和适用范围10.5分别阐述滤纸式烟度计与消光式烟度计的工作原理。,