大气污染控制工程2014-第12讲-城市机动车污染控制

1、大气污染控制工程第十二讲 城市机动车污染控制扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 l 1. 城市机动车发展趋势及影响城市机动车发展趋势及影响l 2. 汽油发动机排放污染物的形成与控制汽油发动机排放污染物的形成与控制l 3. 柴油发动机排放污染物的形成与控制柴油发动机排放污染物的形成与控制l 4. 机动车污染排放控制新技术机动车污染排放控制新技术城市机动车污染控制2扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 3p 我国汽车产量我国汽车产量20092009年已达年已达13651365万辆，产量首次超过日本，排名全球第万辆，产量首次超过日本，排名全球第1 1位。位。p 20

2、082008年我国汽车保有量已达年我国汽车保有量已达7185.77185.7万辆万辆, ,预计到预计到20202020年将达年将达1.51.5亿辆。亿辆。城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 40200400600800100005000100001500020000250003000035000GDP/Cap. PPP (USD)Vehicles Per 1000 PersonChina(51)Poland(345)Brazil(119)S. Korea(286)UK(526)Italy(667)France(588)Germany(588) Japa

3、n(588)US(816)到2020年中国每千人拥有汽车100辆（按15亿人口计算），基本接近目前世界平均水平，将达到1.5亿辆（目前世界平均每千人拥有100辆汽车）。城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 13 JANVIER 20065扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 6进入二十一世纪以来，我国的民用汽车保有量、汽油和交通运输柴油消费量都增长迅猛，给资源和环境都带来很大压力城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 13 JANVIER 20067城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬

4、州大学环境科学与工程学院 8200300050100150200250300350400400CO2 concentration (ppm)- 55Temperature (C)6005001000Todays CO2 concentrationProjected concentration After 50 more years of unrestricted fossil fuel burningThousand years ago城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 9城市机动车发展趋势及影响我国2009年CO2 排放已达63亿吨成为世界第一排放大

5、国963.0 （2009）扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 13 JANVIER 200610扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 13 JANVIER 200611扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 13 JANVIER 200612扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 13轻微型客车：单车油耗和排放较低，但保有量巨大，总油耗和排放仍占重要比例重型车：单车油耗和排放高，虽然保有量较小，但总油耗和排放占重要比例2007年中国民用汽车保有量构成城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 14

6、汽车排放标准汽车排放标准NOx, g/kW hrPM, g/kW hr0.000.050.100.150.01.02.03.04.05.06.0USA 2007美国欧洲排放标准美国欧洲排放标准(5.0; 0.10)(5.36; 0.13)(3.5; 0.02)(2.7; 0.13)(2.0; 0.02)(0.02; 0.01)(1.2; 0.01)国国4 4（20102010）国国3 3（20072007）城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 15城市机动车发展趋势及影响99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10北京 中国一阶

7、段全国 中国一阶段China 5 中国五阶段 北京：计划2012年实施 全国：原计划对重型柴油车2012年执行中国二阶段中国三阶段中国四阶段中国二阶段中国三阶段中国四阶段新生产机动车排放标准进程扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 16城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 17p气候变化问题导致车辆二氧化碳法规车辆二氧化碳法规的出台，的出台，车辆油耗法规日趋严厉。p从2015年起，欧洲新销售汽车平均CO2排放达到130g/km，2020年将达95g/km 。城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 18

8、美国在2007年底通过新法案，在2020年前轿车和卡车平均燃油消耗达到每加仑35英里。2009年5月奥巴马政府颁布的新法规2016年前达到平均每加仑35.5英里。世界主要国家汽车燃料经济性标准世界主要国家汽车燃料经济性标准城市机动车发展趋势及影响扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 曲轴箱曲轴箱HC 的的 20%排气管排气管所有的所有的CO、NOX、Pb和和 HC的的 60%油箱和化油器蒸发油箱和化油器蒸发HC的的15%19汽油发动机污染物的形成与控制扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 Fuel+OxygenCarbonDioxideEnergy动力动力Ign

9、ition点火点火WaterVaporet汽油车汽油车: 0.250.3柴油车柴油车: 0.30.45汽油发动机污染物的形成与控制20扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 EngineCylinder汽油机汽油机=610，而而柴油机柴油机=1624= (Vc+Vd)/Vc汽油发动机污染物的形成与控制21扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 22汽油发动机污染物的形成与控制扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 l Leadl Hydrocarbonsl Carbon Monoxidel Oxides of Nitrogenl Carbon Diox

10、idel Particulatesl Other pollutantsl Water VaporAmbient AirReal FuelEngine/EmissionTechnology尾气管排放物尾气管排放物汽油发动机污染物的形成与控制23扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 101012121414161618182020Ai r - Fuel R ati oAi r - Fuel R ati o0 02 24 46 68 8101012121414O O2 2Percent Percent M ol esM ol es0 0400400800800120012001600

11、1600200020002400240028002800N ON OC OC O2 2C OC OH CH CPP M PP M M ol esM ol esStoi chi om et ryStoi chi om et ry汽油汽油(C8H17)理理论空燃比论空燃比: 约约14.7CO:局部不均匀局部不均匀残余残余HC汽油发动机污染物的形成与控制24扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 HC: 不完全燃烧不完全燃烧壁面猝灭壁面猝灭油膜吸附油膜吸附汽油发动机污染物的形成与控制25扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 NOx: Thermal NOPrompt N

12、OFuel NO汽油发动机污染物的形成与控制26扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 Evaporative Emissions diurnal, running losses, hot soakCrankcase Losses due to blow-byRefueling Losses displaced vaporsOther Emissions brake linings, tire wear, fluid leaks汽油发动机污染物的形成与控制27扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 汽油发动机污染物的形成与控制28扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环

13、境科学与工程学院 l 1. 怠速怠速, 减速时减速时CO, HC排放高排放高, 浓度约为浓度约为: CO: 1.0%6%; HC: 4003000ppm NOx: 10100ppml 2. 加速加速, 定速时定速时NOx高高, 浓度约为浓度约为: NOx: 10004000ppm CO: 0.53.0%; HC: 200600ppm 加速时加速时, 碳烟约为碳烟约为: 0.005g/m3 汽油发动机污染物的形成与控制29扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 l 前处理前处理: 无铅汽油无铅汽油(0.013g/L), 低硫汽油和柴油低硫汽油和柴油(1200ppm50ppm) 废气

14、再循环废气再循环(EGR): 20%循环循环, 降低降低NOx约约60%, 但油耗增加但油耗增加3%l 机内控制机内控制: 发动机设计发动机设计 表面积表面积/容积容积 越小越好越小越好; 电子控制技术电子控制技术; 多气门技术多气门技术l 机外控制技术机外控制技术: 热反应器热反应器, 催化反应器催化反应器(氧化氧化, 还原还原-三效三效)汽油发动机污染物的形成与控制30扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 汽油发动机污染物的形成与控制31扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 l 电控燃油电控燃油喷射系统喷射系统汽油发动机污染物的形成与控制32扬州大学环境科学

15、与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 废气再循环废气再循环(EGR)汽油发动机污染物的形成与控制33扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 l 同时净化同时净化3种污染物种污染物: CO, HC, NOxl 只能在很窄的空燃比窗口工作只能在很窄的空燃比窗口工作: 闭环电控燃油喷射技术闭环电控燃油喷射技术 汽油发动机污染物的形成与控制34扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 l 主要使用贵金属主要使用贵金属+陶瓷载体陶瓷载体, Pt, Rd, Pdl 寿命要求寿命要求80000160000km, 防中毒很关键防中毒很关键! 汽油发动机污染物的形成与控制35扬州大学环

16、境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 汽油发动机污染物的形成与控制36扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 汽油发动机污染物的形成与控制37扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 l 汽油发动机燃烧为预混火焰汽油发动机燃烧为预混火焰, 柴油为扩散火焰柴油为扩散火焰l 柴油发动机压缩比高柴油发动机压缩比高, 热效率高热效率高3050%l 柴油发动机以喷油雾化方式燃烧柴油发动机以喷油雾化方式燃烧, 产生碳烟较多产生碳烟较多l 柴油车经济性好柴油车经济性好, 马力大马力大, 最先实现最先实现3升车升车l 汽油车加速性好汽油车加速性好, 正在开发缸内直喷发动机技术正

17、在开发缸内直喷发动机技术柴油发动机污染物的形成与控制38扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 柴油发动机污染物的形成与控制39扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 NOx,HC,CO排放的体积分数排放的体积分数/10-6碳烟排放碳烟排放/gm-3柴油发动机污染物的形成与控制40扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 l 1. CO总是很低总是很低, 约约0.1%l 2. 减速减速, 怠速时怠速时HC相对较高相对较高, 浓度约为浓度约为400ppm 此时此时NOx较低较低, 约为约为3070ppm l 3. 加速加速, 定速时定速时NOx高高, 浓度约为浓度约为: NOx: 8002500ppm 此时此时HC: 90200ppml 4. 加速时碳烟最高加速时碳烟最高, 约为约为0.30g/m3 柴油发动机污染物的形成与控制41扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 废气再循环改进供油系统采用增压和中冷技术分隔式燃烧室电控柴油喷射柴油发动机污染物的形成与控制42扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 柴油发动机污染物的形成与控制43扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 柴油发动机污染物的形成与控制44扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与