[发明专利]一种车载式非道路机械尾气排放无线传输测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于空气质量检测技术领域，具体涉及一种车载式非道路机械尾气排放无线传输测量系统及方法。

背景技术

由于区域性雾霾天气的不断加重，近年来，全国各大城市开始陆续建立空气质量监测站并发布每日空气质量预报。雾霾主要由地面污染源向大气环境排放过量污染物形成，地面污染源主要由点源、面源、移动源等类型。其中移动源包括道路移动源与非道路移动源，道路移动源主要指机动车，而非道路移动源为本发明所应用的主要对象。非道路移动源所排放的主要污染物为NOx与细颗粒物。这两种物质为形成雾霾天气的重要污染物质，而对其进行有效的管控的基础为对其排放量进行研究，即掌握在一定时间尺度内的排放量。本测量系统即针对测量现实工况下的非道路机械尾气排放而进行设计与搭建。

中国从2007年开始对非道路机械所用柴油发动机进行了排放限值及测量方法的规范，截至2014年，对非道路机械柴油机排放已经发展到第Ⅳ阶段。该标准中排放限值的部分主要针对非道路机械所使用的柴油机所排放的污染物，基于柴油机在标准测试工况下的台架测试而存在。而非道路机械于现实条件下使用时，其排放污染物会与台架测试不同，如在非道路机械用柴油机粒径分布中鲜有涉及PM2.5,标准中排放限值主要限制的对象是非道路机械所用柴油机在出厂前的颗粒物排放，所带来的结果是优化柴油机燃烧性能，后处理模式的改进，并在一定程度上减少非道路机械向大气排放的污染物浓度。但这些排放标准都是基于实验室条件下的排放测试，与非道路移动源排放物污染物进入大气的状况无法等同。且开发非道路机械尾气排放的技术研究成本高，限制了该类技术在非道路机械柴油机上的应用。所以控制非道路机械尾气排放需从研究非道路机械向大气环境排放污染物出发，掌握非道路机械向大气环境中排放污染物的排放规律并对其进行量化研究。而PEMS的出现为研究道路移动源向大气排放污染物的实时数据收集提供了良好的基础，使得现实工况下的道路移动源尾气排放研究成为了现实。与道路移动源相比，非道路移动源在实际测量系统方面表现出专用设备发展不够完善、针对性设备可选择空间小等特点，当前的仪器设备市场上没有专门针对非道路机械生产的PEMS。而介于非道路移动源在现实工况下测量的特殊性，如排放量大，测量环境恶劣等因素的条件。需要对非道路机械尾气排放系统进行科学、全面的设计，并构建适合于现实工况下的非道路机械尾气排放测量系统。因此，研究非道路机械尾气排放的特征与建立量化非道路机械尾气排放的方法对于处在强大的大气污染压力下的城市大气污染程度非常重要。

非道路机械与机动车同属于大气污染源中的移动源类别，非道路机械在现实工况下的尾气排放虽具有一定的特点，但在尾气排放组分的测量与测量方法上可以借鉴移动源的研究成果。一套完整的道路移动源测量系统包括8个部分：电源；尾气取样单元；尾气分析装置；校准单元；油耗仪；气流计；发动机参数获取设备；测速仪。以上8个部分构成了一套完整的机动车尾气排放测量系统，非道路移动源的测量系统可在此基础上通过改造进行构建，用于测量非道路机械尾气排放的污染物。非道路机械所用的柴油发动机排放的气体污染物在大气污染物中占有很大的比例，根据实际测量的需要，柴油机械排放的NOx、CO2、CO、HC、O2为必测对象。

现有的非道路机械尾气排放颗粒主要有两种测量方法，一种为激光散射法，一种为滤膜称重法。激光散射法的主流仪器为美国TSI公司生产的Dusttark，采用90°光散射原理进行颗粒物浓度测量。依据颗粒物垂直透过激光照射方向的强度损失计算出颗粒物的粒子数，通过系数转换成质量浓度。另一种方法为滤膜称重法，在泵形成的负压环境下，使尾气排放的颗粒物沉降在滤膜上，滤膜采样前后的质量差为所测机械尾气排放的颗粒物质量。前者对于颗粒物测量具有时间分辨率高、能获取特征排放数据的特点，后者测量时仪器容易维护，成本低，且运行稳定。

目前构建的非道路机械尾气排放系统可以满足非道路机械尾气排放测量的基本要求，但在实际运用过程中存在较大的缺陷。现实工况下非道路机械尾气排放测量具有一定的特殊性，主要体现在以下方面：一是所采集的数据需要进行实时观测，这是由于非道路机械在现实工况条件下作业时机械剧烈晃动，对仪器的正常运行带来一定的冲击，为保持现场采集数据的连续性，必须对数据进行实时的监测。二是非道路机械的施工场地环境条件一般较恶劣，人员基本不可能与机械同步进入测量场地进行数据观测。以上两点大大限制了常规的便携式系统在非道路机械尾气排放测量上的应用。

发明内容