烟度柴油机烟度排放标准的发展概况

从1983年以来我国相继制定了以下烟度排放标准及测量方法： l GB 3843-1983 柴油机自由加速烟度排放标准 l GB 3844-1983 汽车柴油机全负荷烟度排放标准及相应的测量方法 l GB 14761.6.7-1993 汽车柴油机烟度排放标准及相应的测量方法 l GB 3847-1999 压燃式发动机和装用压燃式发动机车辆排气可见污染物限值及测试方法。

由于世界各国采用了不同的试验规范、不同的烟度计和不同的烟度单位，造成了测量柴油机烟度排放这一污染物的复杂性。统一试验规范和烟度测量仪器及烟度单位是人们的共同愿望。国家技术监督局99年3月发布了GB3847－1999《压燃式发动机和装用压燃式发动机车辆可见污染物排放限值与测量方法》，该标准等效采用了ECE R24。东风汽车工程研究院通过对我国原烟度排放标准与GB3847－1999标准对比研究，表明了该标准的先进性、科学性和实用性。

定容量排气所透过的滤纸的染黑度。烟度值的数值范围为0-10，空白滤纸的烟度为零，全黑滤纸的烟度为10。

柴油发动机的发展给我们带来了很多便利，但柴油机的排放污染物对人类健康和环境造成很大的危害,因此世界各国都制订日益严格的排放法规来限制柴油机的排放污染物水平。这些日益严格的排放法规不仅推动了发动机技术发展，同时也促进了发动机测试技术的发展。针对柴油机烟度排放，国内自从1983年来相继制定了一系列的法规和标准，以控制柴油机烟度排放污染。这不仅促进了柴油机降低烟度的技术研究和应用，而且烟度测试仪器及测试技术也得到了发展。

烟度计是测定发动机排出废气中烟度的仪器。主要用于柴油机排出废气的测定。用活塞抽气泵从柴油机排气管中，按规定时间抽取一定容积的排气气体，并使之通过一定面积的滤纸，排气中的烟尘粒截留在滤纸上并使滤纸染黑。用光电测量装置测量滤纸的吸光率，该吸光率表示排气中烟度的大小。烟度计主要由活塞抽气泵、取样装置和光电测量装置组成。测量一般重复3次，求得算术平均值作为测得的烟度值。

目 前世界各国测量柴油机排气烟度普遍采用两大类测试仪器：滤纸式烟度计和不透光烟度计。

烟度滤纸式烟度计

测量原理：是将一定容量废气中的碳烟，积存在滤纸上，通过光电检测仪器测出被染黑滤纸的碳粒吸光率，以此代表排气烟度。PS—为波许烟度，其单位为Rb。 早期国内滤纸式烟度计是根据1983年标准的要求而设计制造的，部分烟度计采用了德国Bosch公司的结构参数。烟度单位为波许烟度。测量方法中只对使用仪器的机械结构和光电单元进行定义，没有考虑外界环境（温度、压力）的影响，因此造成不同测量条件下所测得的烟度值有差异。正是由于滤纸式烟度计的上述问题，1990年国际标准化组织ISO制订了改进测量的标准，即：ISO10054。该标准对波许烟度进行准确规定，以FSN作为滤纸法烟度单位，对FSN烟度定义为：25℃、1bar下，有效烟柱长度为405mm时滤纸式烟度1FSN=1PS。为与国际标准相一致，我国于九三年对标准加以修订，标准号为GB14761.6.7－93，烟度排放标准采用FSN烟度单位。但国内并无符合该标准测量方法（FSN）的烟度测量仪器的生产厂，该类仪器主要靠进口，价格较高，无法广泛普及。因此绝大多数仍然沿用原来的滤纸烟度计（Bosch）。目 前，国内所用的滤纸式烟度计主要有德国BOSCH烟度计、国产佛山FBY型烟度计、奥地利AVL409、AVL415型烟度计，其中只有AVL415是以FSN为单位的滤纸烟度计。

烟度不透光式烟度计

测量原理：测量光穿过被测的具有一定长度废气后到达接收器的那部分光与入射光的比例，从而确定废气的不透光特性。不透光烟度计基本原理是根据比尔-兰勃特（Beer-Lambert）定律。通常用测定光吸收系数或不透光度表示排气烟度，单位：m-1（或%）。 (1) 采用不透光烟度计的目的 由于滤纸烟度计所测的是滤纸的染黑度，因此所测的烟度排放值没有包含白烟、兰烟的影响。对于全负荷烟度排放的测量，其排烟基本由碳烟组成，并且工况比较稳定，因此采用该烟度计测量的结果比较可靠。但对于瞬态过程如自由加速测量，滤纸烟度计所测到的烟度排放值只是整个自由加速过程的积分值，而不透光烟度计则可以真实反映自由加速过程中的烟度变化情况。因此，瞬态过程的烟度排放测量应采用不透光烟度计。 根据欧洲排放法规要求，国内不透光式烟度计主要用于GB 3847-1999 压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气可见污染物限值及测试方法测量排气中的可见污染物，如黑烟、蓝烟、白烟。 (2)不透光烟度计根据其不同的结构及取样方式又分为全流式和分流式。

1．被测车辆在进行测试前须热车一段时间，若车辆是正在行驶，则不必热车。 在将取样管插入车辆排气管前，应先将车辆油门踩下2－3次，使发动机内的烟炱全部排出，以便测量准确。

2． 仪器在进行测量时，须吸入干净空气作为保护气幕，若吸入废气，则会影响测量结果。因此测量 探头不应放置在废气扩散的方向上。

3． 取样探头必须插入排气管内约30cm,除非排气管长度小于此长度，此情况应尽可能插入接近此长 度。以免影响测量结果。

4． 测量前仪器应预热15分钟以上。

烟囱高度加烟羽抬升高度之和。也即水平烟羽中心轴到地面的距离。

中文名称

烟羽高度

英文名称

plume height

定　　义

烟囱高度加烟羽抬升高度之和。也即水平烟羽中心轴到地面的距离。

应用学科

大气科学（一级学科），应用气象学（二级学科）

波许烟度计（Bosch）是一种典型的滤纸式烟度计，用于检测热力机械的排放气体中的碳烟含量 。

烟气抬升高度霍兰德式

式中T_s，T_a—烟气和空气的温度，K；

ΔH—烟气抬升高度，m；

Q_H—排出烟气的热量，kJ/s；

V_s—烟气出口速度，m/s；

d—烟囱出口直径，m；

烟气抬升高度布里吉斯(Briggs)式

当大气稳定时

当大气为中性或不稳定时

当F<55时，x*=14F^5/3；F≥55时，x*=34F^2/5

式中　Δθ/Δz—位温梯度，K/m；

x_F—在大气稳定层结下，烟气抬升达最高值所对应的烟囱下风向轴线距离，m；

F—浮力通量，m⁴/s³；

S—大气稳定度参数；

x—以烟囱喷出为原点，下风向轴线距离，m；

x*—大气湍流开始起主导作用时下风向轴线距离，m。

布里吉斯式适合于中小型热源的烟云抬升计算，火力发电厂的烟源多采用此式。

烟气抬升高度国家标准推荐式

国标GB/T 13201—1991推荐的烟气抬升公式如下：

1、当Q_H≥2100KJ/s，△T≥35K时

式中，n₀，n₁，n₂——系数，按下表选取；

P——大气压力，P_a；

Q_v——大气排放量（实际状态）m³/s。

系数n₀，n₁，n_2的值

2、当1700kJ/s H<2100kJ/s时

3、Q _H≤1700kJ/s时或ΔT<35K时

4、凡地面以上10m高度平均风速

式中