船舶柴油机尾气检测系统设计研究.pdf

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1、第4l卷第1期2012年02月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGV01．41No．1Feb．2012DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2012．01．016船舶柴油机尾气检测系统设计研究谢宜炜。孙永明。王亮，刘占国。马玉麟，王帅军(上海海事大学商船学院轮机工程，上海200135)摘要：为减少船舶柴油机排放废气中的sO，和NO，对大气环境和气候的影响，开发设计船舶尾气检测系统。介绍差分吸收光谱法的基本原理，分析该方法相对于其它检测手段的优势，在此基础上构建船舶尾气检测系统，并通过实验平台，初步完成了温度对NO

2、气体差分吸收特征影响的实验。关键词：MarpolVI；船舶柴油机尾气；差分吸收光谱；吸收截面中图分类号：U663．3文献标志码：A文章编号：1671-7953(2012)01-0057-03海上船舶排放的废气造成大气的污染占据整个大气污染源的10％，已经成为大气污染重要的来源之一。船舶柴油机排放废气中的SO，和NO。严重影响了大气环境和气候变化，引起了国际社会的广泛关注。{Marpol73／78))附则VI——防止船舶造成空气污染规则将对船舶排放废气中的SO，和NO；的含量进行限制并禁止损害臭氧物质的故意排放。但目前的技术水平还无法提供有效的检测

3、手段，遵守公约完全靠船员和船东的自觉性。因此，开发新型的在线检测尾气装备，协助PSC监督船舶航行时的情况对于保护海洋环境很有必要¨引。1检测技术现状1．1船舶尾气检测装置的环境1)被检测气体温度高。以船舶主机型号MANB&W7L58／64为例，其额定功率9800kW，正常负荷运行时排气总管废气温度约达525oC，废气涡轮增压器前废气温度大约450-480℃，增压器后出口为375—400℃，废气锅炉前约为320—350℃，废气锅炉后约为260—280oC。温度过高会影响检测数据结果的正确性。2)尾气成分复杂。船舶的尾气排放物可以分为颗粒物和气态物。

4、颗粒物主要包括炭粒和烟尘微，由炭烟、未燃的燃油和润滑油、硫酸盐等组收稿日期：2010—12—27修回日期：201l—01一13第一作者简介：谢宜炜(1984一)，男，硕士生。研究方向：船舶辅机工程、轮机工程E-mail：xieyiwei_0036@yahoo．cn成；气态物主要是NO。、SO：、CO；、HC、H20、N2和过量的0：等，其中NO。包括NO、NO：、N：0。等，sO，包括s02和S03，COx包括CO和C02等。3)船舶振动与噪声。由于柴油机的主要机件运动的往复性及工作的周期循环性，不可避免地导致整个柴油机产生整机性的振动及噪声。长

5、时间的振动和噪声不但会使船员容易疲劳和损害健康，而且还会使机器和仪表工作失常，寿命缩短，甚至失灵损坏。这就要求仪器不但要有良好的检测性能，而且还要拥有良好的抗振性能。1．2现行的烟气检测技术目前常规气体分析方法主要包括化学分析法、电化学分析法、色谱分析法、红外傅里叶变换分析法和吸收光谱法。吸收光谱法包括原子吸收光谱法和分子吸收光谱法。原子吸收光谱主要是分析金属元素，故其不能用于污染气体分子的在线测量。分子吸收光谱法包括分子荧光分析法、紫外．可见分光光度法和红外光谱法。对于目前市场上较为流行的SO：检测方法为紫外荧光法，NO。的检测方法则是化学发光

6、法，但这些仪器通常只限于单点监测，而且烟气中的气体种类繁多、浓度比较高、测量环境复杂，并随着对烟气排放提出更高的限制和要求，因此传统的烟气监测技术已不能满足需要。船舶尾气检测所需要的是一种简单的、能适应船舶恶劣检测环境的、能同时检测多种气体的检测技术。而基于差分吸收光谱法(differentialopticalabsorptionspectroscopy，DOAS)的尾气排放检测系统仪器，灵敏度高、精密度好、分析范围广、分析速度快、可以连续自动测定、维护保养简单，57第l期船海工程第4l卷可以同时进行SO：、NO、N02等气体浓度的检测，是一种较

7、理想的气体成分和浓度分析方法，在监控船舶柴油机尾气排放方面具有其它技术难以比拟的优势。2差分吸收光谱法基本原理由于分子结构不同，气体分子对不同波长光谱的吸收存在着差异，差分吸收光谱就是基于利用不同气体在紫外至可见光波段具有对光选择性吸收的特性来测量船舶柴油机尾气中SO：、NO、NO：的质量浓度。DOAS法是以Lamber—Beer吸收定律为基础，由强度为，o(A)的入射平行光照射并穿过被检测的烟气区域，该区域气体厚度L，气体质量浓度为C，则透射光强，(A，P，T)与Io(A)的关系如下。，(A，P，T)=，o(A)exp[一盯(jL，P，T)CL

8、](1)式中：盯——气体的吸收截面，与波长A、压力P、温度r有关。以上是理想化的公式，其前提条件是压力、温度恒定，气体在检测室里分布较为