摘要：柴油发电机通过空气与燃油的燃烧将热能转化为机械能，这一过程不可避免地产生了废气排放。废气中的主要有害成分包括氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和颗粒物（PM），它们对大气环境和人体健康构成显著危害。废气分析不仅是研究柴油机燃烧过程的重要手段，也是开展排放控制与法规验证不可或缺的技术环节。针对柴油机废气中的有害排放物，世界各国及地区已制定了相应的排放控制法规。了解有害排放物的生成机理、熟悉各气态排放物的测试原理及操作注意事项，并能够依照法规要求完成排放测试与水平评价，是发电机组技术人员和实验工程师的核心技能。本文依据GB17691-2001《车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法》及《MARPOL73/78防污染公约》附则VI的要求，系统介绍柴油发电机废气排放的测试流程、计算方法及关键注意事项。
一、实验要求与测试准备
柴油发电机组废气中约99.7%是对人体无害的氮气、氧气、CO₂和水蒸气，而剩余的0.3%是有害污染物，如图1所示。这部分污染物虽然占比小，但危害大，这正是排放实验监测的重点。
1. 法规依据与实验目的
本实验依据GB17691-2001和《MARPOL73/78防污染公约》附则VI“防止船舶造成空气污染规则”的相关要求，完成柴油发电机气体排放的测试。通过测量柴油机废气排放及各性能参数，帮助学生及技术人员理解有害气体的产生机理与测试原理。实验要求完成柴油机台架测试并提交包含原始记录和计算分析结果的实验报告。
2. 测试设备与仪器
实验所需的主要设备包括：柴油发电机组、电力测功机及其控制系统、油耗测量仪、排气分析仪、转速传感器、空气流量计以及各温度压力传感器。其中，排气分析仪是核心检测设备（结构外形如图2所示），需具备测量NOx、CO、HC、CO₂及O₂浓度的能力，其功能面板通常包含多通道气体分析模块、信号处理单元及数据输出接口。
3. 测试前的关键准备
（1）排放分析仪在测试前必须至少预热2小时，以确保内部光学元件及传感器达到热稳定状态，随后完成仪器的零点校准、量距校准及泄漏检查。
（2）依据排气管几何形状确定废气取样点的位置，确保采样管位于排气气流充分混合的区域，通常要求采样点距排气管出口或弯头下游至少5～10倍管径处，以保证取样代表性。
|
图1 柴油发电机废气排放物成分占比 |
图2 尾气排放分析仪功能面板 |
二、实验操作步骤
1. 启动与预热阶段
盘车检查柴油机各部件及辅助系统是否正常后启动发动机，使其在空载工况下运转约5分钟。然后通过调节测功机控制装置，逐步变化柴油机转速和负荷，使发动机水温、机油温度等热状态参数趋于正常。充分预热是保证排放测量稳定性和重复性的前提。
2. 工况测试与数据记录
将柴油机调整至指定的测试工况点（转速与负荷），待运转稳定后开始排放测试。同步记录以下参数：柴油机转速、扭矩（或功率）、排气温度、空气消耗量、燃油流量、进气压力与温度，以及环境条件（大气压力、温度和相对湿度），实验日期及存储文件名等。每一工况点须保证足够的数据采集时长，以获得稳定的平均测量值。
3. 停机与清理
测量完毕后，先将柴油机调整至空载低转速，运转数分钟后停机。取下采样管，通入清洁空气清洗测试仪器至少15分钟，防止残余废气腐蚀传感器或影响后续测试。清理实验台面并整理仪器，为下一次实验做好准备。
三、实验数据的整理与计算方法
1. GB17691-2001规定的压燃式发动机排放计算方法
（1）排气总量确定
对于压燃式发动机，排气质量流量由进气质量流量与燃油质量流量之和确定：
式中G_AIR为进气质量流量（kg/h，干空气），G_FUEL为燃油质量流量（kg/h）。
（2）干基浓度向湿基浓度的换算
排气分析仪通常测量干基浓度，需换算为湿基浓度以反映排气中的真实状态。其换算关系为：
其中α为与燃料含氢量及空燃比相关的修正系数，具体数值依据燃料成分确定。
（3）NOx浓度的湿度校正
氮氧化物的生成受进气湿度影响显著，需按以下关系进行校正：
式中H为进气绝对湿度（g水/kg干空气）。湿度越高，NOx浓度通常越低，校正后结果用于排放评价。
（4）污染物质量流量的计算
每一工况下各污染物的质量流量按下式计算：
式中为第i种污染物的质量流量（kg/h），C_i为湿基浓度（ppm或vol%），G_EXH为排气质量流量（kg/h），换算系数根据浓度单位不同进行调整。
（5）比排放量的计算
比排放量是指单位制动功率的排放质量，是评价柴油机排放水平的最终指标：
式中e_i为比排放量（g/kWh），P为测功机测量的制动功率（kW）。
2. MARPOL公约附则VI中船舶柴油机排放计算方法
（1）碳平衡法排气质量流量计算
碳平衡法基于燃料完全燃烧时的碳元素守恒原理计算排气质量流量，适用于不含氧、氮成分的燃油。具体步骤如下：
第一步——理论空气需要量：
其中w_C、w_H、w_O分别为燃油中碳、氢、氧的质量分数（%）。
第二步——过量空气系数计算（基于CO₂浓度）：
第三步——氢碳比：
第四步——排气质量流量：
（2）各污染物质量流量的计算
排气中各组分质量流量通过以下公式计算：
或
或
各污染物的系数u、v、w取值如下表所示：
| 气体 | u | w | conc单位 |
|---|---|---|---|
| NOx | 0.001587 | 0.002053 | ppm |
| CO | 0.000966 | 0.00125 | ppm |
| HC | 0.000479 | 0.000619 | ppm |
| CO₂ | 15.19 | 19.64 | % |
| O₂ | 11.05 | 14.29 | % |
表中conc代表某种气体在排气中的湿基浓度。系数u仅在废气密度为1.293 kg/m³时正确，若实际密度偏离，应使用公式u = w / ρ进行修正（ρ为实测排气密度）。
（3）单位制动功率的排放质量：
式中E_gas为某成分的单位功率排放质量（g/kWh），P为制动功率（kW）。
四、实验注意事项
（1）气体分析仪预热时间必须充足，预热不足将导致测量值漂移，影响NOx和CO等低浓度组分的准确度。仪器标定应使用符合国家标准的气体标准物质。
（2）取样管路应保持加热（通常加热至190±10℃），防止水蒸气冷凝吸收SO₂等可溶性气体，同时防止HC在低温管路中吸附损失。
（3）各工况点须待发动机转速、扭矩、排气温度、冷却液温度及机油温度均稳定后方可开始数据采集。一般要求各参数的波动不超过规定范围的±1%。
（4）实验前后应记录环境温度、大气压力及相对湿度，这些参数在NOx湿度校正和进气密度计算中均为必要条件。
（5）碳平衡法计算排气流量时，燃料成分分析（碳、氢、氧、氮质量分数）应使用油品化验数据，不可凭经验值估算，否则将影响CO₂和NOx比排放的计算精度。
结语
柴油发电机组废气排放测试是一项综合性实验，涉及取样技术、分析仪器操作、热力学参数测量及数据处理等多学科内容。从GB17691的湿度校正到MARPOL公约的碳平衡法，每一种计算方法都是对排放物生成与传递规律的定量描述。掌握这些测试方法与计算逻辑，不仅能够准确判断机组排放是否满足法规要求，更可为燃烧优化、后处理系统标定及故障诊断提供关键数据支撑。在实际操作中，应始终坚持规范的预热、标定、取样与数据处理流程，避免因操作不当引入系统误差。只有测量方法科学、数据可靠、计算正确，才能对柴油发电机组的排放水平给出客观、公正的评价——这对设备合规运行与环境保护均具有现实意义。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
