大气污染控制工程：第11章 城市机动车污染控制

1、第十一章,城市机动车污染控制,主要内容,1. 城市交通趋势及影响 2. 汽油发动机污染物的形成和控制 3. 柴油发动机污染物的形成和控制,第一节 城市交通趋势及影响,一、机动车保有量增长情况,5000万(0.5亿,6.5亿,1、世界机动车增长趋势,2、中国机动车保有量增长情况,第一节 城市交通趋势及影响,近10年来，全国机动车保有量迅速增加，平均增长速度约14% 重点大城市保有量增长更快，北京市92年以来平均增长速度超过20% 研究表明收入增长1%，机动车保有量增长1.021.94 我国经济发展水平决定城市机动车保有量将会在一定时期内保持迅速增加,第一节 城市交通趋势及影响,3、中美机动车排放

2、因子比较,二、城市机动车对城市空气污染的影响,第一节 城市交通趋势及影响,1、能源消耗与污染排放,全世界所产生的全部能源中20以上用于交通运输； 发达国家的城市中，汽车排放成为空气污染的最主要来源,燃料燃烧产生CO、HC、NOx 机动车排放是造成铅污染的主要原因,美国光化学烟雾实件,石油型空气污染,加利福尼亚州成为世界上第一个实施控制汽车排放法规的地区,第一时期（美国20世纪70年代）排放法规的起步和完善,污染物降低的比例为4060。 主要进行发动机的改造，包括燃烧系统改进和化油器改进,2、汽车排放法规历程,1）汽车排放法规的发展分三个时期,第一节 城市交通趋势及影响,第二时期（美国20世纪8

3、0年代到90年代初,汽车排放控制技术发展最快阶段,CO、HC、NOx排放限值是实施前的十分之一左右 实现了汽油无铅化 主要技术：三效催化剂、电子燃油喷射技术,第三时期（美国20世纪90年代到21世纪初,低排放时期,CO、HC、NOx排放限值先降低3060再降低50，几乎达到零排放 车辆技术改进，燃料同步改善,第一节 城市交通趋势及影响,2）汽车排放标准,欧洲和美国都制定了相关的汽车排放标准。 其中欧洲标准是我国借鉴的汽车排放标准,由欧洲经济委员会（ECE）的排放法规和欧盟（EU）的排放 指令共同加以实现的，排放法规由ECE参与国自愿认可，排 放指令是ECE或EU参与国强制实施。 1992年起开

4、始实施欧（欧型式认证排放限值） 1996年起开始实施欧（欧型式认证和生产一致性排放限值） 2000年起开始实施欧（欧型式认证和生产一致性排放限值） 2005年起开始实施欧（欧型式认证和生产一致性排放限值,第一节 城市交通趋势及影响,欧洲标准,欧洲法规（指令）标准的计量是以汽车发动机单位行驶距离的 排污量（g/km）计算,欧洲排放标准将汽车分为: 第一类车：总质量不超过3500公斤（轻型车） 第二类车：总质量超过3500公斤（重型车）两类,第一节 城市交通趋势及影响,第一节 城市交通趋势及影响,第一节 城市交通趋势及影响,我国的机动车污染防治工作始于20世纪80年代。 1999年，国家环保总局制

5、定了车用汽油有害物质控制标准和 相当于欧洲1号和欧洲2号排放法规的国家第一、二阶段轻型 汽车和重型车用压燃式发动机排气污染物排放标准,中国于2007年7月1日起实施号标准。其尾气污染物排放限 值比第阶段标准降低了30,第一节 城市交通趋势及影响,一、汽油机的工作原理和污染来源,1、工作原理,第二节 汽油发动机污染物的形成和控制,汽油机排气中有害物质由燃烧产生，主要有,CO、HC、NOx以及少量的铅、硫等,硫化物控制：通过降低燃料的含硫量 铅化物控制：采样无铅汽油,目前排放法规限制的是CO、HC、NOx和柴油机颗粒物,其中,第二节 汽油发动机污染物的形成和控制,工作循环包括四冲程,进气冲程、压缩

6、冲程、 做功冲程、排气冲程,气体燃烧,2、污染物来源,汽车污染物产生来源,曲轴箱,排气管,油箱和化油器蒸发,第二节 汽油发动机污染物的形成和控制,汽油车污染物的相对比例,第二节 汽油发动机污染物的形成和控制,汽油车产生污染物的根源,在于驱动污染物运动的能量产生过程。 汽油产生能量的6070转化为热能浪费,二、燃烧过程中污染物的形成,1、CO形成,不完全燃烧产物,决定其排放量的主要因素是空燃比、混合程度、内壁的淬灭,1,缺氧，不完全氧化产生CO 1,局部混合不均匀，不完全燃烧 CO2和H2O高温时热离解反应 未完全燃烧的HC不完全氧化产生,2、HC形成,不完全燃烧 壁面淬灭 油膜吸附,第二节 汽

7、油发动机污染物的形成和控制,3、NOx的形成,热力型NOx 瞬时型NOx 燃料型NOx,第二节 汽油发动机污染物的形成和控制,汽油车行驶工况对排放的影响,1. 怠速, 减速时CO, HC排放高, 浓度约为: CO: 1.0%6%; HC: 4003000ppm NOx: 10100ppm 2. 加速, 定速时NOx高, 浓度约为: CO: 0.53.0%; HC: 200600ppm NOx: 10004000ppm 加速时, 碳烟约为: 0.005g/m3,第二节 汽油发动机污染物的形成和控制,三、降低污染物排放的主要控制技术,前处理: 无铅汽油(0.013g/L), 低硫汽油和柴油(120

8、0ppm50ppm) 废气再循环(EGR): 20%循环, 降低NOx约60%, 但油耗增加3% 机内控制: 发动机设计 表面积/容积 越小越好; 电子控制技术; 多气门技术 机外控制技术: 热反应器, 催化反应器(氧化, 还原-三效,第二节 汽油发动机污染物的形成和控制,三效催化净化技术(TWC,同时净化3种污染物: CO, HC, NOx 只能在很窄的空燃比窗口工作: 闭环电控燃油喷射技术,2、机外技术,第二节 汽油发动机污染物的形成和控制,汽油(C8H17)理论空燃比: 约14.7,主要使用贵金属+陶瓷载体, Pt, Rd, Pd 活性组分： Pt, Rd, Pd 载体：表面涂Al2O3

9、的多孔蜂窝陶瓷载体 助催化剂：CeO2等稀土氧化物 寿命要求80000160000km, 防中毒很关键! 前提：无铅汽油,第二节 汽油发动机污染物的形成和控制,三效催化转化,一、汽油, 柴油发动机的区别,汽油发动机燃烧为预混火焰, 柴油为扩散火焰 柴油机在空气富余条件下燃烧，不完全燃烧产物少，热效率高3050% 柴油发动机：扩散燃烧,混合气浓度分布及不均匀，产生碳烟较多 柴油车经济性好, 马力大汽油车加速性好,第二节 柴油发动机污染物的形成和控制,二、柴油车污染物,主要控制黑烟和NOX。 不存在曲轴箱泄漏和燃油蒸发排放,汽油机与柴油机排放浓度对比,第二节 柴油发动机污染物的形成和控制,碳烟生成

10、,第二节 柴油发动机污染物的形成和控制,三、柴油机污染物的形成,高温缺氧条件,NOx：和汽油车相同，但生成量较小,柴油车行驶工况与排放,1. CO总是很低, 约0.1% 2. 减速, 怠速时HC相对较高, 浓度约为400ppm 此时NOx较低, 约为3070ppm 3. 加速, 定速时NOx高, 浓度约为: NOx: 8002500ppm 此时HC: 90200ppm 4. 加速时碳烟最高, 约为0.30g/m3,第二节 柴油发动机污染物的形成和控制,第二节 柴油发动机污染物的形成和控制,三、控制柴油机污染物的发动机技术,1、废气再循环,作用同汽油机，主要降低热力型NOx,2、改进供油系统,降低各种类型燃烧室NOx生成,3、增压和中冷技术,4、分隔式燃烧室,5、电控柴油喷射,第二节 柴油发动机污染物的形成和控制,四、柴油机排放后处理技术,1、氧化催化剂,氧化尾气排放颗粒中大部分可溶性有机物、气态CH和CO 臭味和一些有毒有机物,催化剂不存在铅中毒问题； 但是：低温排气中碳粒等会导致催化剂活性降低； 存在硫中毒,催化剂活性组分：Pt、Pd,载体：用氧化硅做涂层的蜂窝陶瓷,2、颗粒捕集器,净化颗粒物,第二节 柴