CN109211884A

CN109211884A - 一种化学发光分析仪NOx转化效率快速检测方法

Info

Publication number: CN109211884A
Application number: CN201811322881.3A
Authority: CN
Inventors: 梁盛克; 邬俊杰
Original assignee: Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Current assignee: Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2019-01-15

Abstract

本发明涉及发动机排气测量，尤其是一种化学发光分析仪NOx转化效率快速检测方法。所述的检测方法，包括以下步骤：步骤1：对CLD分析仪进行两点标定，以NO₂和N₂的混合标准气作为检测样气，记录NO₂浓度标称值A；步骤2：将CLD分析仪置于NO_x测量通道，使检测样气通过NO_x转化器，测得NO_x浓度值B；步骤3：通过公式B/A*100％计算NOx转化效率，即可。该检测方法步骤简单，耗时短，检测效率高，不会对误差重复计算，检测结果准确性高，检测装置购置成本低，免除了检测装置定期校准维护的成本。

Description

一种化学发光分析仪NOx转化效率快速检测方法

技术领域

本发明涉及发动机排气测量，尤其是一种化学发光分析仪NOx转化效率快速检测方法。

背景技术

测量发动机排气有两个目的，一是认证试验，检验排气是否符合各地区所实施的排放限制法规；二是分析燃烧现象，研究和改良发动机。发动机排气测量的对象包括CO₂、H₂O、N₂、CO、H₂、HC、NOx等成份。其中，CO、HC、NOx是对环境和人体有害的物质，尤其要限制和测量。在发动机气缸内的高温状态下，空气中的氮气(N₂)被氧化时，会产生一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)等氮氧化物(NOx)，通常情况下排气中的NO与NO₂的体积浓度比值约为95:5。

通常测量氮氧化物(NOx)浓度所采用的方法叫做化学发光法，即CLD法，化学发光法的检测原理是将含有NO的样气和过量臭氧(由纯氧O₂通过臭氧发生器生成O₃)同时导入化学发光分析仪中NO检测器(只能检测NO)的反应器内时，其中的NO会被O₃氧化生成NO₂，而生成的部分NO₂(约10％)处于激励状态(NO₂ ^*)。当这些NO₂ ^*回复到基态时，激励能量便会以光子形式释放，反应式为NO+O₃→NO₂ ^*+O₂；NO₂ ^*→NO₂+hv；检测原理如附图1所示。由于发光量与NO₂的生成量，即与O₃发生反应的NO量成正比，所以可通过光电元件检测发光强度来测量样气中的NO浓度。

为了进一步测量NOx(＝NO+NO₂)的浓度，还需要使用填充有碳化合物的变换装置(即NOx转化器)先将样气中所含的NO₂还原为NO。转化器内部的反应式如下所示，还原NO₂时需要消耗碳元素，反应式为2NO₂→2NO+O₂；NO₂+C→NO+CO；2NO₂+C→2NO+CO₂；转化器工作原理如附图1所示。由于NO不受转化器内部变化的影响，所以根据氮元素守恒，只要将样气通过转化器便可获得NOx浓度，再用NOx浓度减去NO浓度便可算出NO₂浓度。因此NOx转化器将NO₂转化为NO的效率高低会对测量结果造成影响。为了保证测量结果的准确性必须定期进行NOx转化效率的检测，排放法规要求NOx转化器将NO₂转化为NO的效率不低于95％。

下面结合常规的NOx转化效率检测装置及流程简图(附图2)对NOx转化效率检测方法和步骤进行说明：进行NOx转化效率检测的装置为含有臭氧发生器的气体分割器，检测对象是含有NOx转化器的CLD分析仪。使用的标准气体有两种，一种是高纯氧，一种是主要成分为NO的NOx和N₂的混合气。

NOx转化效率的常规检测方法通常包括以下4个步骤：

步骤一：对CLD分析仪进行两点标定，并置于NO测量通道，此时分析仪只能测量混合气中NO的浓度。打开CLD分析仪臭氧发生器，关闭气体分割器的臭氧发生器，然后将混合气持续经过气体分割器，通入CLD分析仪进行测量，测得NO浓度值C，通过调节通入的氧气量，使C值降低至NO标称浓度的80％左右。

步骤二：CLD分析仪仍置于NO测量通道，启动气体分割器的臭氧发生器，使混合气中的一部分NO氧化成NO₂，通入CLD分析仪进行测量，测得NO浓度值D，通过调节O₃生成率，使D值降低至NO标称浓度的10％～20％左右。

步骤三：将CLD分析仪切换至NOx测量通道，使混合气先通过NOx转化器，此步分析仪测得的便是混合气中NO和NO₂的总浓度，即NOx浓度值A。

步骤四：CLD分析仪仍置于NOx测量通道，关闭气体分割器的臭氧发生器，继续使混合气通过NOx转化器(此时混合气中的NO不会转化为NO₂)，继续测得NOx浓度值B。

(B-A)求得的是通入NOx转化器时未被还原成NO的NO₂浓度。(C-D)求得的实际是在气体分割器中被O₃氧化成NO₂的NO浓度，因为氮元素守恒，所以此NO浓度就是通入NOx转化器的NO₂总浓度。

则由此可推导出NOx转化效率的计算公式为：

但上述传统NOx转化效率检测方法存在以下几点缺点与不足：检测步骤繁琐，耗时长，检测效率低；标准气体消耗速度快，用量大，检测成本高；误差大，检测结果不准或难以满足要求，从而进一步降低检测效率；检测方法依赖于价格昂贵的气体分割器，检测装置的购置成本极高；作为检测装置的气体分割器属于标准器具，需要定期送国外校准，校准费用高，校准耗时长，对试验开发影响巨大。

发明内容

本发明旨在提供一种化学发光分析仪NOx转化效率快速检测方法，该检测方法步骤简单，耗时短，检测效率高，不会对误差重复计算，检测结果准确性高，检测装置购置成本低，免除了检测装置定期校准维护的成本。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是这样的：一种化学发光分析仪NO_x转化效率快速检测方法，包括以下步骤：

步骤1：对CLD分析仪进行零点和量距气满位点标定，以NO₂和N₂的混合标准气作为检测样气，记录NO₂浓度标称值A；

步骤2：将CLD分析仪置于NO_x测量通道，使检测样气通过NO_x转化器，测得NO_x浓度值B；

步骤3：通过公式B/A*100％计算NOx转化效率，即可。

其中，所述步骤1中可采用NO₂标准气体和N₂标准气体根据实验需求配置标称NO₂和N₂的混合标准气。

其中，所述步骤2中将检测样气通过NO_x转化器时的气体流量为1200-1300mL/min。

其中，所述步骤1中打开CLD分析仪的臭氧发生器时的温度为24-27℃。

其中，所述步骤1中打开CLD分析仪的臭氧发生器时的相对湿度为65-70％。

本发明的有益效果是：

1.检测效率高，根据实践统计，使用现有常规方法检测一台化学发光分析仪的NOx转化效率至少需要半小时，而运用本发明检测时间可以缩短到10分钟。

2.减免检测装置的巨额投入，使用现有常规方法必须购买价格昂贵的气体分割器，而运用本发明不需要购买气体分割器，只需要将标准气体由NO和N₂的混合气更换为NO₂和N₂的混合气即可，两种标准气体价格相差无几，从而进一步的免除了检测装置定期校准维护成本，不会对试验开发造成任何影响

3.减免检测装置的巨额校准维护成本，极大减少对试验开发的影响。

4.大大降低了标准气体的消耗速度和用量，降低了检测成本，对于排放测试设备数量较多的大中型试验室而言，降成本效果就更为明显。

5.本发明步骤简单，耗时短，不会对误差重复计算，检测结果准确性高，检测装置购置成本极低，在除非客户对检测报告有特殊要求的场合外完全可以替代现有常规检测方法。

附图说明

图1为化学发光法的检测原理图；

图2为NOx转化效率检测装置及流程简图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的权利要求做进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制，任何在本发明权利要求保护范围内所做的有限次修改，仍在本发明权利要求保护范围内。

以下实施例及对比例中使用的同一台CLD分析仪。

实施例1

步骤1：以标称浓度为199ppm的NO₂和N₂的混合标准气作为检测样气，记录NO₂浓度标称值A为199ppm。在25.8℃，相对湿度为69.2％时，对CLD分析仪进行零点和量距气满位点标定。

步骤2：将CLD分析仪置于NO_x测量通道，使检测样气通过NO_x转化器，气体流量为1300mL/min，测得NO_x浓度值B为193.035ppm。

步骤3：通过公式B/A*100％计算NOx转化效率为97.0％。

实施例2

步骤1：以标称浓度为102ppm的NO₂和N₂的混合标准气作为检测样气，记录NO₂浓度标称值A为102ppm。在26.8℃，相对湿度为65.2％时，对CLD分析仪进行零点和量距气满位点标定。

步骤2：将CLD分析仪置于NO_x测量通道，使检测样气通过NO_x转化器，气体流量为1300mL/min，测得NO_x浓度值B为100.164ppm。

步骤3：通过公式B/A*100％计算NOx转化效率为98.2％。

实施例3

步骤1：以标称浓度为301ppm的NO₂和N₂的混合标准气作为检测样气，记录NO₂浓度标称值A为301ppm。在24.8℃，相对湿度为67.3％时，对CLD分析仪进行零点和量距气满位点标定。

步骤2：将CLD分析仪置于NO_x测量通道，使检测样气通过NO_x转化器，气体流量为1300mL/min，测得NO_x浓度值B为296.786ppm。

步骤3：通过公式B/A*100％计算NOx转化效率为98.6％。

对比例1

步骤1：选取标称浓度为182ppm的NO和N₂的混合气作为检测样气，在25.8℃，相对湿度为69.2％时，对CLD分析仪进行两点(即零点和量距气满位点)标定。将CLD分析仪置于NO测量通道，打开CLD分析仪臭氧发生器，关闭气体分割器臭氧发生器，然后将混合气持续经过气体分割器，通入CLD分析仪，测量NO浓度值C，通过调节通入的氧气量，使C值降低至NO标称浓度的80％左右，测得C值为145.523ppm。

步骤2：CLD分析仪仍置于NO测量通道，启动气体分割器的臭氧发生器，使混合气中的一部分NO氧化成NO₂，通入CLD分析仪进行测量，测得NO浓度值D，通过调节O₃生成率，使D值降低至NO标称浓度的10％～20％左右。测得D值为36.215ppm。

步骤3：将CLD分析仪切换至NOx测量通道，使混合气先通过NOx转化器，此步分析仪测得的便是混合气中NO和NO₂的总浓度，即NOx浓度值A。测得A值为143.897ppm。

步骤4：CLD分析仪仍置于NOx测量通道，关闭气体分割器的臭氧发生器，继续使混合气通过NOx转化器(此时混合气中的NO不会转化为NO₂)，继续测得NOx浓度值B为145.912ppm。

步骤5:通过公式1-(B-A)/(C-D)计算NOx转化效率为98.2％。

对比例2

步骤1：选取标称浓度为260ppm的NO和N₂的混合气作为检测样气，在26.8℃，相对湿度为65.2％时，对CLD分析仪进行两点(即零点和量距气满位点)标定。将CLD分析仪置于NO测量通道，打开CLD分析仪臭氧发生器，关闭气体分割器臭氧发生器，然后将混合气持续经过气体分割器，通入CLD分析仪，测量NO浓度值C，通过调节通入的氧气量，使C值降低至NO标称浓度的80％左右，测得C值为205.66ppm。

步骤2：CLD分析仪仍置于NO测量通道，启动气体分割器的臭氧发生器，使混合气中的一部分NO氧化成NO₂，通入CLD分析仪进行测量，测得NO浓度值D，通过调节O₃生成率，使D值降低至NO标称浓度的10％～20％左右。测得D值为41.132ppm。

步骤3：将CLD分析仪切换至NOx测量通道，使混合气先通过NOx转化器，此步分析仪测得的便是混合气中NO和NO₂的总浓度，即NOx浓度值A。测得A值为202.452ppm。

步骤4：CLD分析仪仍置于NOx测量通道，关闭气体分割器的臭氧发生器，继续使混合气通过NOx转化器(此时混合气中的NO不会转化为NO₂)，继续测得NOx浓度值B为205.124ppm。

步骤5:通过公式1-(B-A)/(C-D)计算NOx转化效率为98.4％。

对比例3

步骤1：选取标称浓度为320ppm的NO和N₂的混合气作为检测样气，在24.8℃，相对湿度为67.3％时，对CLD分析仪进行两点(即零点和量距气满位点)标定。将CLD分析仪置于NO测量通道，打开CLD分析仪臭氧发生器，关闭气体分割器臭氧发生器，然后将混合气持续经过气体分割器，通入CLD分析仪，测量NO浓度值C，通过调节通入的氧气量，使C值降低至NO标称浓度的80％左右，测得C值为250.88ppm。

步骤2：CLD分析仪仍置于NO测量通道，启动气体分割器的臭氧发生器，使混合气中的一部分NO氧化成NO₂，通入CLD分析仪进行测量，测得NO浓度值D，通过调节O₃生成率，使D值降低至NO标称浓度的10％～20％左右。测得D值为47.59ppm。

步骤3：将CLD分析仪切换至NOx测量通道，使混合气先通过NOx转化器，此步分析仪测得的便是混合气中NO和NO₂的总浓度，即NOx浓度值A。测得A值为244.875ppm。

步骤4：CLD分析仪仍置于NOx测量通道，关闭气体分割器的臭氧发生器，继续使混合气通过NOx转化器(此时混合气中的NO不会转化为NO₂)，继续测得NOx浓度值B为249.77ppm。

步骤5:通过公式1-(B-A)/(C-D)计算NOx转化效率为97.6％。

根据检测原理可知，检测的目的就是要检验NOx转化器将NO₂转化为NO的能力是否达标，不管现有方法在之前利用气体分割器做了多少工序和转化，其最终目的都是要生成NO₂，然后再将NO₂通入NOx转化器进行检测，即检测对象就是NO₂，所以完全可以直接拿现成的NO₂标准气进行检测，而无需借助其他仪器设备先将NO标准气通过化学反应生成NO₂。另外因为氮元素守恒，测得的B值实际就是经过NOx转化器后被转化成NO的NO₂浓度，因此，根据本发明所述的方法在耗时更短、成本更低、步骤更简单的前提下，与现有技术达到相同或更高准确性的结果。

Claims

1.一种化学发光分析仪NO_x转化效率快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤3：通过公式B/A*100％计算NOx转化效率，即可。

2.根据权利要求1所述的一种化学发光分析仪NO_x转化效率快速检测方法，其特征在于，所述步骤2中将检测样气通过NO_x转化器时的气体流量为1200-1300mL/min。

3.根据权利要求1所述的一种化学发光分析仪NO_x转化效率快速检测方法，其特征在于，所述步骤1中打开CLD分析仪的臭氧发生器时的温度为24-27℃。

4.根据权利要求1所述的一种化学发光分析仪NO_x转化效率快速检测方法，其特征在于，所述步骤1中打开CLD分析仪的臭氧发生器时的相对湿度为65-70％。