某燃机尾气排放污染物测试技术研究

唐成亮　吴　颖　　赵　宇　郝　然（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁　沈阳　　110043）

某燃机尾气排放污染物测试技术研究

唐成亮吴颖赵宇郝然
（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳110043）

摘要：本文从燃气轮机尾气成分及其测试要求入手，分析了气、固态污染物的测试原理及装置构成，介绍了一种燃气轮机污染物测试系统，可根据燃机燃料的不同进行单点及多点自动成份分析，并通过采集软件实现时时显示、存储、回放。通过现场使用，该系统结构紧凑、可移动性强、稳定可靠。

关键词：燃气轮机；尾气排放；污染物；电化学传感器

随着装备制造业的发展及人类环境保护意识的加强，燃气轮机作为新兴的能源设备被大量使用。机组的气体污染物排放水平与机组整体运行状态是密不可分的，其中NOX、CO、UHC及SO2等排放成分即反映了机组的环保排放水平，又视为机组整体运行状况的标志。燃气分析测试试验方案及数据分析方法的合理性是开展燃机尾气排放测试的关键，不同型号的燃机以技术验收文件为标准的尾气排放检测及数据分析工作的完成，验证了整套燃机尾气污染物测试分析方案的可行性，对开展相关型号燃机尾气排放测试工作奠定了理论基础。

1　尾气排放成份分析

1.1尾气成分

燃机尾气排放污染物包括气态污染物和固态污染物。气态污染物包括NOX、SO2、CO和部分未燃烧的UHCS等，测试O2和CO2用于计算和检查。固态污染物是悬浮于尾气中的微小固体颗粒群，主要成分是燃料燃烧产生的碳粒，能形成可见烟。

1.2气态污染物组分

CO、CO2或O2的含量是通过新鲜空气稀释后的烟气测得的，应折算回烟气未经稀释时的浓度，计算时用到O2含量，O2、CO浓度同时测试，NOX为NO和NO2的总和，NO2、SO2溶于水，试验时须除水，SO2溶解度与温度有关，标准大气压下高于60℃时溶解度趋于稳定，测试SO2含量须对烟气进行保温或加温处理。

2　测试系统

2.1气体污染物测试系统组成及电化学传感器原理

燃气成份检测系统由探头、受感部安装支座、取样管路、数采分析仪等组件组成。气路要保证气密性，避免冷凝水沉积。烟气通过探针由泵P抽取，进入冷凝槽，探头内置的热电偶测出烟气的温度。冷凝槽和过滤器将烟气冷凝干燥，过滤杂物，泵P将气体压入毛细管内，进入到减压腔，后按顺序被送到传感器，通过处理在显示单元得到各组分的浓度。

电化学传感器是通过与被测气体发生反应产生与气体浓度成正比的电信号来工作。由传感电极和反电极组成，由一个薄电解层隔开，气体通过微小的毛管开孔与传感器反应，进入疏水屏蔽层，到达电极表面。

2.2固态污染物测试原理

烟气烟度的测试方法采用滤纸式烟度法。其原理是烟气由泵抽取通过取样探针，经过滤纸，烟气中的烟尘附着在滤纸上，LED光源以一定光强度照射被染黑的滤纸，光电二极管接收反射光，样气进入毛细管，由差压传感器测出差压。运算和控制单元通过光学传感器、差压传感器测得的参数计算出烟气烟度和样气体积。烟度数值范围为0～10，其单位为FSN。

图1　气体污染物测试系统原理图

3　试验结果分析

3.1气体污染物浓度的表示方法

试验中采用体积浓度表示法，单位ppm。对排气现场测试后，根据测试值换算到15%的O2标准条件下，公式如下：

Φmod=Φreal×5.9%/（20.9%-Φo2）

式中：Φmod——修正CO、NOX浓度；

Φreal——实测CO、NOX浓度；

ΦO2——实测O2浓度。

3.2试验要求

按照《某型号燃气轮机工厂试验测试要求》进行污染物测试，设计多点取样探针，取样孔按要求按等环面分布，通过取样感头组件的压降至少80%发生在取样孔处的原则确定为φ2mm。由于测试项目包含SO2，在设计取样管路时取最小长度，管壁加保温层。

试验采用三套系统对应三支采样探针测试，实现同步，三套系统进行级联，确定系统主、从机，区分总线地址，使用手操器设置测试程序和存储方式，控制三套测试系统启动与测试。

3.3试验数据分析

选取稳定工况下试验数据进行分析，取瞬态或工况内平均值均可，以工况内平均值为例，从表1中可以得出，同一截面内不同位置各成份含量不同，确定燃机排气段沿周向流场污染物分布不均匀，随燃机功率的增加NOx含量升高，CO、SO2含量降低，烟度值为零，表明燃机所排放的气体中无可见烟。

表1　试验数据

结语

通过现场应用，研究的燃气轮机尾气测试分析技术能够满足现场使用需要，从尾气组分及测试要求入手，掌握气、固态污染物的测试方法，并针对现场使用需要，设计出了结构紧凑，可移动性强的多点尾气在线测试系统。同时对不同型号燃机燃烧室改进改型具有重要意义，填补了国内燃机市场该项技术的空白。

参考文献

[1]燃气轮机与燃气—蒸汽联合循环装置[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]航空燃气涡轮发动机气态污染物的连续取样及测试程序规范[S].中华人民共和国航空工业部.

[3]某型号烟气分析仪使用说明书[Z].

[4]林宗虎.工程测量技术手册[M].北京：化学工业出版社，1997.

中图分类号：X831

文献标识码：A

作者简介：唐成亮（1982－）男，工程师。主要研究方向：航空发动机性能测试分析。