一種多增壓器柴油機(jī)的氮氧化物排放測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及大缸徑、多缸數(shù)、大功率柴油機(jī)性能的測量方法，特別涉及一種多增壓 器柴油機(jī)的氮氧化物排放測量方法，屬于柴油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)MARPOL公約附則VI規(guī)定，當(dāng)車間臺(tái)架試驗(yàn)測量柴油機(jī)氮氧化物排放值時(shí)，排 放測量點(diǎn)處的廢氣成分必須能夠代表整個(gè)柴油機(jī)的廢氣組成。對(duì)于大缸徑、多缸數(shù)、大功率 柴油機(jī)來說，為了提高柴油機(jī)的工作效率，每臺(tái)柴油機(jī)均配備了數(shù)臺(tái)廢氣渦輪增壓器。目前 對(duì)這類具有多臺(tái)廢氣渦輪增壓器的大型柴油機(jī)1廢氣測量的通用作法是，請參閱圖1，將各 臺(tái)增壓器2a、2b···之后的廢氣分支管3a、3b···匯合成一個(gè)廢氣匯流管5,柴油機(jī)的排放測量 點(diǎn)6布置在廢氣匯流管5之后，增壓器后的背壓通過背壓調(diào)節(jié)閥7進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了使廢氣 能夠得到充分混合以使測量數(shù)值能夠更真實(shí)地反映柴油機(jī)的廢氣排放情況，MRPOL公約在 2008年10月修訂時(shí)，規(guī)定柴油機(jī)排放測量點(diǎn)6與廢氣匯流點(diǎn)的距離應(yīng)大于排放測量點(diǎn)6處 管徑的10倍（注：最早要求為3倍管徑，后來曾經(jīng)改為5倍管徑，2008年修訂時(shí)要求為10 倍管徑）。
[0003] 為了保證增壓器的工作效率，確保柴油機(jī)具備有良好的性能狀況，通常要求柴 油機(jī)在S. MCR(持續(xù)運(yùn)行最大功率）處增壓器后背壓控制在300mmH20左右，最大不超過 450mmH20。換言之，隨著柴油機(jī)功率的增加，柴油機(jī)單位時(shí)間排出的廢氣量將越來越多，為 了保證柴油機(jī)增壓器后的背壓符合要求，則必須相應(yīng)的增加柴油機(jī)廢氣匯流后的管道直 徑，這樣排放測量點(diǎn)6處的管道直徑也將隨之變大，車間臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)所要求的廢氣匯流管5 的長度也將進(jìn)一步增長。
[0004] 考慮到目前船舶大型化的趨勢，船舶柴油機(jī)也朝著大缸徑多缸數(shù)方面發(fā)展，如 11S90ME-C9. 2柴油機(jī)，按照上述MARPOL公約的要求計(jì)算，柴油機(jī)排放測量點(diǎn)6處的直徑將 超過3. 5m，也就是說，各分支的廢氣匯流后到排放測量點(diǎn)6的距離將超過35m。像這樣的大 缸徑、多缸數(shù)、大功率柴油機(jī)，如果按照目前的通用方法進(jìn)行柴油機(jī)廢氣排放的測量，當(dāng)前 許多生產(chǎn)現(xiàn)場的排煙系統(tǒng)將不再滿足MARPOL公約的要求，必須進(jìn)行改造，然而35m以上的 廢氣排煙管道系統(tǒng)將要橫跨多個(gè)試車臺(tái)位，因此涉及到的改造工作量巨大，同時(shí)還將影響 生產(chǎn)的正常進(jìn)行。此外，今后如需要生產(chǎn)更大缸徑、更多缸數(shù)、更大功率柴油機(jī)，則還需要對(duì) 排煙系統(tǒng)進(jìn)行再次改造，才能適應(yīng)新柴油機(jī)廢氣排放的測量。
[0005] 總而言之，現(xiàn)有的柴油機(jī)廢氣排放測量方法已無法適應(yīng)大型柴油機(jī)的發(fā)展，將給 柴油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的日常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量控制帶來巨大的挑戰(zhàn)。
[0006] 當(dāng)然，在對(duì)大缸徑、多缸數(shù)、大功率柴油機(jī)進(jìn)行氮氧化物排放測量時(shí)，除了上述的 通用測量方法外，法規(guī)還允許其他一些備選方法：
[0007] 1)如能夠證明某一支管廢氣成分能夠代表整個(gè)柴油機(jī)的廢氣組成，那么可以只在 這個(gè)分支上進(jìn)行排放測量即可。然而對(duì)于大缸徑多缸柴油機(jī)來說，由于各缸發(fā)火角度等方 面的差異，各缸的氮氧化物濃度差異相對(duì)比較大，因此在柴油機(jī)排氣集管的有限容積里，廢 氣根本不可能得到充分的混合，所以某單個(gè)廢氣分支管中的廢氣成分不可能代表整臺(tái)柴油 機(jī)的廢氣組成。因此對(duì)于大缸徑、多缸數(shù)、大功率柴油機(jī)來說，該備選排放測量方法是根本 行不通的。
[0008] 2)在各個(gè)廢氣分支管上同時(shí)進(jìn)行排放測量，再根據(jù)排放測量情況計(jì)算出整個(gè)柴油 機(jī)的平均廢氣濃度。計(jì)算柴油機(jī)的平均廢氣濃度需要知道各分支的廢氣流量，但是對(duì)于大 缸徑、多缸數(shù)、大功率柴油機(jī)來說，柴油機(jī)本身體積大、廢氣流量大，再加上廢氣排煙管道的 不規(guī)則性，很難通過儀器直接測量出柴油機(jī)各分支準(zhǔn)確的廢氣質(zhì)量，因此該方法也很難得 以實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于解決具有多臺(tái)廢氣渦輪增壓器的大缸徑、多缸數(shù)、大功率柴油 機(jī)氮氧化物排放測量所面臨的諸多困難與不便，提供一種多增壓器柴油機(jī)的氮氧化物排放 測量方法，能夠完美地解決大缸徑、多缸數(shù)、大功率柴油機(jī)在廢氣排放測量時(shí)，所面臨的柴 油機(jī)增壓器后背壓過高的問題，避免對(duì)試車排煙管道進(jìn)行重大改造。
[0010] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：
[0011] -種多增壓器柴油機(jī)的氮氧化物排放測量方法，包括連接于所述柴油機(jī)之后的數(shù) 臺(tái)廢氣渦輪增壓器，每一臺(tái)廢氣渦輪增壓器之后連接一廢氣分支管，其特征在于：排放測量 點(diǎn)布置在所述廢氣渦輪增壓器之后的各廢氣分支管上，或者同時(shí)連接在部分廢氣分支管之 后的廢氣匯流管上。
[0012] 進(jìn)一步地，所述柴油機(jī)排放的平均廢氣濃度由所述各廢氣分支管的氮氧化物濃度 和各廢氣分支管的廢氣質(zhì)量流量求得，其中，各廢氣分支管的氮氧化物濃度由各所述排放 測量點(diǎn)的測量結(jié)果得知；各廢氣分支管的廢氣質(zhì)量流量通過計(jì)算經(jīng)過各廢氣渦輪增壓器的 廢氣質(zhì)量流量得到，該經(jīng)過各廢氣渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量流量的計(jì)算是指，將柴油機(jī)看作 為一個(gè)噴嘴或者一個(gè)封閉管道，根據(jù)相關(guān)廢氣渦輪增壓器的透平特性以及柴油機(jī)本身的性 能數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
[0013] 進(jìn)一步地，所述的經(jīng)過廢氣渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量流量為：
[0014] Qt = -~. 4Τθ1 + 273.： X5
[0015] 其中，
[0016] Gt為該廢氣渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量流量，單位為kg/s，
[0017] nt= Pel+Pa，其中，Π t為增壓器透平廢氣壓力比，Pel為增壓器透平進(jìn)口壓力， 單位為kg/cm2, Pa為大氣壓力，單位為kg/cm2，
[0018] /產(chǎn)為增壓器透平流量特性參數(shù)，
[0019] Tel為增壓器透平進(jìn)口溫度，單位為°(：。
[0020] 或者，經(jīng)過廢氣渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量流量為： L0022」 共中，
[0023] Gt為該廢氣渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量流量，單位為kg/s，
[0024] 其中，Pel+Pa = nt，nt為增壓器透平廢氣壓力比，Pel為增壓器透平進(jìn)口壓力， 單位為kg/cm2, Pa為大氣壓力，單位為kg/cm2，
[0025] V/ 為增壓器透平流量特性參數(shù)，
[0026] Te 1為增壓器透平進(jìn)口溫度，單位為°C。
[0027] 或者，所述的經(jīng)過廢氣渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量流量為：
[0029] 其中，
[0030] Gt為該廢氣渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量流量，單位為kg/s，
[0031] Pel為增壓器透平進(jìn)口壓力，單位為kg/cm2，
[0032] 匕為有效透平流通面積，F(xiàn)t= a t*F_t，其中，F(xiàn)rast為增壓器透平當(dāng)量面積，α ,為 流量系數(shù)，F(xiàn)rast與α ,可以從增壓器的透平特性曲線得到，
[0033] Te 1為增壓器透平進(jìn)口溫度，單位為°C，
[0034] Dt為增壓器透平流量系數(shù)，
[0035] 當(dāng) Pel+Pa 彡 1. 8688 時(shí)，Dt 為常數(shù) 0· 4003882，
[0036] 當(dāng) Pel+Pa < 1. 8688 時(shí)，
[0038] 其中，Kt為氣體絕熱指數(shù)，Pa為大氣壓力，單位為kg/cm2。
[0039] 本發(fā)明采用將排放測量點(diǎn)分散布置在各廢氣分支管上或者廢氣匯流管上的方式， 同時(shí)解決了通過廢氣渦輪增壓器的透平特性以及柴油機(jī)本身的性能數(shù)據(jù)計(jì)算經(jīng)過各廢氣 渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量流量，進(jìn)而由所述各廢氣分支管的氮氧化物濃度和各廢氣分支管的 廢氣質(zhì)量流量求得柴油機(jī)排放的平均廢氣濃度的方法，從而盡可能縮短排放測量點(diǎn)與廢 氣匯流點(diǎn)的距離，避免了柴油機(jī)廢氣匯流管直徑過大，廢氣匯流管道過長導(dǎo)致的布置廢氣 排煙管道的困難，達(dá)到了既可以充分利用柴油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有的廢氣排煙管道，又能滿足 MRPOL公約對(duì)柴油機(jī)氮氧化物排放測量的相關(guān)要求的目的。
【附圖說明】
[0040] 圖1是傳統(tǒng)的大缸徑、多缸數(shù)、大功率柴油機(jī)氮氧化物排放的測量狀態(tài)圖。
[0041] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的排放測量狀態(tài)圖。
[0042] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的排放測量狀態(tài)圖。
[0043] 圖中，
[0044] 1柴油機(jī)，2a第一廢氣渦輪增壓器，2b第二廢氣渦輪增壓器，2c第三廢氣渦輪增壓 器，3a第一廢氣分支管，3b第二廢氣分支管，3c第三廢氣分支管，5廢氣匯流管，5a第一廢氣 匯流管，6排放測量點(diǎn)，6a第一排放測量點(diǎn)，6b第二排放測量點(diǎn)，7背壓調(diào)節(jié)閥。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 本發(fā)明所述的多增壓器柴油機(jī)的氮氧化物排放測量方法適用于大型柴油機(jī)，尤其 適用于大缸徑、多缸數(shù)、大功率的柴油機(jī)。所述測量方法包括連接于所述柴油機(jī)之后的數(shù)臺(tái) 廢氣渦輪增壓器，每一臺(tái)廢氣渦輪增壓器之后連接一廢氣分支管，排放測量點(diǎn)布置在所述 廢氣渦輪增壓器之后的各廢氣分支管上，或者同時(shí)連接在部分廢氣分支管之后的廢氣匯流 管上。
[0046] 所述柴油機(jī)排放的平均廢氣濃度由所述各廢氣分支管的氮氧化物濃度和各廢氣 分支管的廢氣質(zhì)量流量求得，其中，各廢氣分支管的氮氧化物濃度由各所述排放測量點(diǎn)的 測量結(jié)果得知；各廢氣分支管的廢氣質(zhì)量流量通過計(jì)算經(jīng)過各廢氣渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量 流量得到，該經(jīng)過各廢氣渦輪增壓器的廢氣質(zhì)量流量的計(jì)算是指，將柴油機(jī)看作為一個(gè)噴 嘴或者一個(gè)封閉管道，根據(jù)相關(guān)廢氣渦輪增壓器的透平特性以及柴油機(jī)本身的性能數(shù)據(jù)進(jìn) 行計(jì)算。
[0047] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)例。凡依據(jù)本說明書的內(nèi)容所做的等效變化及修改，都屬于本發(fā)明專利申請的技 術(shù)范圍。