城市机动车污染物排放控制课件

城市机动车污染物排放控制谢绍东北京大学环境科学与工程学院Slide1城市机动车污染物排放控制谢绍东Slide11984-2010年北京城近郊区大气SO2年日均浓度的年际变化1984-2010年北京城近郊区大气SO2年日均浓度的年际变1981-2000年北京城近郊区大气NOx年均及采暖和非采暖期浓度的年际变化

1981-2000年北京城近郊区大气NOx年均及采暖和非采暖1998-2010年北京城近郊区大气NO2年日均浓度的年际变化

Slide41998-2010年北京城近郊区大气NO2年日均浓度的年际变1984-2000年北京城近郊区大气CO年日均浓度的年际变化

1984-2000年北京城近郊区大气CO年日均浓度的年际变化1998-2010年北京城近郊区大气CO年日均浓度的年际变化

Slide61998-2010年北京城近郊区大气CO年日均浓度的年际变化北京市1981-2000年城近郊区总悬浮颗粒物的年际变化趋势北京市1981-2000年城近郊区总悬浮颗粒物的年际变化趋势1998-2010年北京城近郊区大气PM10年日均浓度的年际变化

Slide81998-2010年北京城近郊区大气PM10年日均浓度的年际复合型污染不是简单叠加

对北京市大气污染成因来源的长期研究的结果表明：

北京市当前大气污染的特征煤燃烧汽车尾气扬尘等复合型污染对北京市大气污染成因来源的长期研究的结果表明：

大气复合污染FluxOxidant(O3,OH)SO2,NOxPM2.5(SO42-,NO3-)hvHC、NOxIn-flow更高浓度的PM,O3Out-flowBiogenicAnthropogenicDepositionPM,O3CouplingbetweenprimaryemissionandphotochemicalprocessCouplingbetweengaseousandaerosolinteraction,Couplingbetweenlocalandregionalairpollution.高浓度细粒子污染和低能见度

大气氧化性增强，地面臭氧浓度高城市-区域性PM10、PM2.5大气复合污染FluxOxidantSO2,NOxPM2.5

具体表现为：

二次污染加重

#大气氧化性增强----臭氧增高

#细粒子污染严重，能见度降低

具体表现为：二次污染加重

#大气氧化

大气O3污染严重，大气氧化性逐年增强

大气O3污染严重，大气氧化性逐年增强1991-2000北京市臭氧日最大浓度和超标小时、天数的变化趋势1996年后持续上升1999，2000已达120天/365天1996年来，臭氧最高小时均值持续上升，1999和2000年已达二级标准两倍以上1991-2000北京市臭氧日最大浓度和超标小时、天数的变化2005-2010年北京市臭氧超标天数和小时数Slide142005-2010年北京市臭氧超标天数和小时数Slide1城市光化学污染已成为不容忽视的问题城市光化学污染已成为不容忽视的问题

北京大气环境氧化性的增高导致细粒子污染十分严重。北京大气环境氧化性的增高导致细粒子污染十分严重。PM2.5particleinBeijingin1999PM2.5particleinBeijingin1城市机动车污染物排放控制课件城市机动车污染物排放控制课件北京市PM2.5

化学组分:NO3-+NH4+:12-16%北京1999年NOx与硝酸盐颗粒物周浓度相关性清华园2005昌平2003密云2005二次污染：参与生成细微颗粒物北京市PM2.5化学组分:NO3-+NH4+:2004年1月北京市大气PM2.5的化学构成2004年8月北京市大气PM2.5的化学构成2004年1月北京市大气PM2.5的化学构成2004年8月北2004年和2000年PM2.5源解析结果比较Slide222004年和2000年PM2.5源解析结果比较Slide控制日趋恶化的北京市大气细粒子PM2.5污染，是北京市大气污染控制的重要内容，对于改善大气PM10污染、改善大气能见度和再现蓝天将发挥重要作用。随着北京市能源结构的调整、产业结构的调整、工业污染源的控制、生活源的控制，机动车排放日趋突显，机动车排放源的控制将越来越重要。控制O3和PM2.5均需要控制NOx和VOC的排放，这两种物质机动车排放的贡献均较大。控制日趋恶化的北京市大气细粒子PM2.5污染，是北京市大气污EmissioncontrolofInternalCombustionEnginesSlide24EmissioncontrolofInternalCSlide25Slide25机动车排放的污染物种类机动车排放污染物尾气排放…….CO(一氧化碳)HC(碳氢化合物)NOx(约占55%氮氧化合物)SO2(二氧化硫)微粒(铅化物,碳烟颗粒等)臭气曲轴箱窜气…….HC(约占25%)燃油蒸发……….HC(约占20%)机动车排放的污染物种类机动车排放污染物尾气排放…….CO(Engine

CylinderSlide27一般汽油机ε=6~10，柴油机ε=16~24ε=(Vc+Vd)/Vc压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比Engine

CylinderSlide27一般汽油机ε=

从发动机工作原理可知,产生汽油机排放污染物的根本因素是空燃比A/F(即空气与燃料的混合比)和燃烧状态的好坏。极易生成NOx空气大量过量，无污染废气中出现CO不产生污染A/F略大于14.7A/F>14.7A/F<14.7A/F≈14.7

从发动机工作原理可知,产生汽油机排放污染物的根本因素是空在发动机燃烧室形状不变的情况下,排气中HC的浓度随发动机工况、燃料性质、燃烧条件和空燃比的改变而有很大的变化。从燃料的性质、空燃比、燃烧状态、点火时刻、大气压力、进气空气温度、进气管真空度、怠速转速及发动机工况的变化都将影响到CO、HC和NOx

的生成在发动机燃烧室形状不变的情况下,排气中HC的浓度随发动机工汽油机和柴油机排放污染物的数量随汽车工况变化而且变化汽油机和柴油机排放污染物的数量随汽车工况变化而且变化汽油车OtherEmissionsSlide31EvaporativeEmissions（蒸发）

diurnal,runninglosses,hotsoakCrankcaseLosses（曲轴箱）dueto"blow-by"RefuelingLosses(加油损失）displacedvaporsOtherEmissionsbrakelinings,tirewear,fluidleaks汽油车OtherEmissionsSlide31Eva燃烧排放的污染物LeadHydrocarbonsCarbonMonoxideOxidesofNitrogenCarbonDioxideParticulatesOtherpollutantsWaterVaporSlide32AmbientAirRealFuelEngine/EmissionTechnology尾气管排放物燃烧排放的污染物LeadSlide32AmbientAi汽油机的工作原理曲柄角曲轴箱汽油机的工作原理曲柄角曲轴箱城市机动车污染物排放控制课件不同空燃比下汽油机污染物的排放状况不同空燃比下汽油机污染物的排放状况Stoichiometry等当点Slide36汽油(C8H18)理论空燃比:约14.7CO:局部不均匀残余HCStoichiometry等当点Slide36汽油(C8H碳氢化合物的形成原理汽油机工作过程中过量的空气系数通常为0.7~1.3，燃料和空气是预混的，燃烧的火焰温度很高（气体最高温度可到2400~2800K），在这样的情况下，在稳流燃烧系统中未燃烧的HC是相当少的。但为什么发动机却排出了大量的HC呢？主要原因：缸壁淬灭和汽缸缸壁涂覆的润滑油碳氢化合物的形成原理Slide38HC:不完全燃烧壁面猝灭油膜吸附缸壁淬灭：燃烧火焰无法达到发动机缸壁的0.1~0.7mm的范围内。原因：缸壁温度较低，火焰达到缸壁是，不能继续燃烧。除了缸壁淬灭会影响HC的燃烧，活塞表面、活塞与缸壁之间的空隙也对HC燃烧有淬灭效果。Slide38HC:氮氧化物的形成原理大部分的NO是由燃烧过程中高温条件下N2和O2的反应产生的。这是个吸热反应，只有在较高温度才能发生（1780K以上）。对NO的控制主要方法就是降低最高燃烧温度。对整个汽油机来说，空燃比在整个燃烧体系可能达到的温度最高，所以在理论空然比附近生成的NO浓度最大。贫燃区过量的空气吸收了部分热量，使温度有所降低，富燃区O2含量少，平衡向左移，生成的NO也减少。氮氧化物的形成原理汽油机排气中的有害物质是燃烧过程产生的，主要有CO、NOx和HC及少量的铅、硫和磷等，目前排放法规限制的是CO、HC、NOx和柴油车颗粒物。机动车排放铅曾经是一个重要的环境问题，随着油品的无铅化进程，已逐步得到解决。CO是燃料不完全燃烧的产物，其产生量主要是受混合气浓度的影响。发动机膨胀过程气体中各成分间“冻结”现象，使实际的CO浓度要高于排气温度相对应的化学平衡浓度。汽车排放的HC约有100-200种，来自未燃尽的燃油和润滑油。与CO一样，HC也是一种不完全燃烧产物。可燃混合气处于a<1的过浓状态、壁面淬熄效应、壁面油膜和积碳的吸附都会导致HC排放。Slide40汽油机排气中的有害物质是燃烧过程产生的，主要有CO、NOx和汽车污染物产生来源Slide41

曲轴箱HC的20%排气管所有的CO、NOX、Pb和HC的60%油箱和化油器蒸发HC的15%汽车污染物产生来源Slide41曲轴箱排气管油汽油车行驶工况对排放的影响怠速、减速时CO和HC排放量大，浓度为CO：1.0%-6%;HC：400×10-6-3000×10-6NOx：10×10-6-100×10-6加速、定速时NOx排放量大，浓度为CO：0.5%-3%;HC：200×10-6-600×10-6NOx：1000×10-6-100×10-6加速时碳约为0.005g/m3Slide42汽油车行驶工况对排放的影响怠速、减速时CO和HC排放量大，浓汽油机车排放控制技术和对策一、控制燃料的蒸发排放二、改善发动机排放污染物，即机内净化三、处理发动机排放污染物，即机外净化四、开发和利用低污染燃料五、开发和利用新型低污染车用发动机汽油机车排放控制技术和对策一、控制燃料的蒸发排放主要控制技术不断提高汽油发动机的燃烧效率，减少污染物的排放，是发动机近30多年来持续进步的主要推动力。前处理:无铅汽油(0.013g/L),低硫汽油和柴油(1200ppm--50ppm)

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)主要控制技术不断提高汽油发动机的燃烧效率，减少污染物的排放，降低污染物排放的发动机技术改进点火系统:往往采用延迟点火，可延迟到活塞达到上止点后。可降低NOx和HC.闭环电子控制汽油喷射技术废气再循环（EGR）这些技术使得现代发动机污染物排放量比传统发动机减少60－70％以上。降低污染物排放的发动机技术改进点火系统:往往采用延迟点火，可改进点火系统延迟点火时间降低燃气的最高燃烧温度和延长燃气的燃烧时间,降低NOx和HC的排放量。加大点火能量采用高能点火系统,可加强火花强度及加长火花持续时间,加强了燃烧,可降低HC排放量电子控制点火系统运转工况(转速与负荷)的改变,发动机最佳点火提前角应作相应的变化。电子控制点火系统,最好的动力性和经济性,以及最小的排污量改进点火系统废气再循环(EGR)EGR法将废气的一部分返流至进气管后再吸入气缸，它是控制发动机NOx排放的主要措施；废气返流,减少了排气总量,并使进气稀释,减少了混合气所具有的浓度,降低了燃烧的最高温度和氧的含量,从而控制了NOx的生成量；废气返流量太多,降低了燃烧速度,会使HC排量增大,因而废气返流量应低于20%。废气再循环(EGR)改进燃料供给系统进气自动调温装置发动机处于低温工作,将使有害气体排放量增多。利用发动机排气管余热来加热,使进气温度控制在40度左右改进化油器排气净化和节油的要求相结合,从而改善发动机在怠速和减速工况中CO、HC的排放量调整配气相位加大气门重叠时期(排气晚关,进气早开),能使缸内残余废气量加大而稀释进气,降低最高燃烧温度而减少NOx的排放量改进燃料供给系统稀薄燃烧系统Phase1Phase2Phase3稀薄燃烧是能燃用空燃比为18:1或更稀的混合气在汽油机中,只要能形成火焰,在火焰传播过程中,即使是相当稀的混合气,也能正常燃烧在点火瞬间,火花塞电极周围的局部区域应具有较浓可燃混合气，大大降低有害气体的排放量稀薄燃烧系统Phase1Phase2Phase3稀薄燃汽油车尾气排放后处理技术

三效催化净化技术(TWC）可同时净化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Slide50汽油车尾气排放后处理技术

三效催化净化技术(TCO、HC氧化催化反应:CO+O2→CO2CH+O2→CO2+H2ONOx还原催化反应:NO+CO

→N2+CO2NO+CO

→N2+CO2+H2OCO、HC氧化催化反应:CO+O2→CO2NOx还原催氧传感器闭环控制原理

燃油计量装置

发动机

三元催化器

电控单元空气燃油氧传感器反馈控制信号输入氧传感器闭环控制原理燃油计发动三元三效催化净化技术(TWC)主要使用贵金属+陶瓷载体,Pt,Rd,Pd寿命要求80000-160000km,防中毒很关键!

三效催化净化技术(TWC)主要使用贵金属+陶瓷载体,Pt,三元催化转化器使用条件必须使用优质无铅汽油,以免金属催化剂中毒失效。具有能够实时调节空燃比的系统，使发动机工作空燃比始终保持在A/F=14.7附近很窄的“窗口”内。催化转化器必须与汽车发动机性能相匹配,且发动机技术状况良好国外经验已证明,采用电控汽油喷射、使用优质无铅汽油,加上三元催化转化器是当前世界上技术最成熟应用最广泛的解决汽车排放污染最有效的实用技术三元催化转化器使用条件必须使用优质无铅汽油,以免金属催化剂后处理技术

LNT(leanNOxtrap)技术LNT装置临时存储NOx，其主要以具有吸附NOx能力的碱金属(Ba)为吸附材料：当发动机正常运转时，排气中的NO通过金属铂(Pt)的催化作用被氧化成NO2，然后与吸附剂中的BaCO3反应生成Ba(NO3)2而被捕集；当吸附达到饱和时，进行再生。Ba(NO3)2又分解并释放出NOx。NOx再通过金属锗、铂的催化作用，与HC、CO和H2反应被还原成N2后处理技术

LNT(leanNOxtrap)技术LNT装后处理技术

选择性催化还原技术(SCR)措施最初应用在锅炉、焚烧炉和发电厂等固定式的污染源上以降低NOx的排放以氨气(NH3)作为还原剂，将排气中的有害成分NOx转化为氮气和水蒸气。氨气刺激味很强，不便于直接在汽车上使用，故采用向排气管中喷射尿素水溶液的方式提供反应所需的氨气后处理技术

选择性催化还原技术(SCR)措施最初应用在锅炉、汽油车排放污染控制的新发展OBD(On-boarddiagnostic)排放控制技术，即车载诊断技术。该技术采用一系列传感器和复杂的监控软件，对汽车上与排放相关的所有部件实时监控，一旦出现异常即通过指示灯报警，提醒车主及时修理。OBD除监测催化转化器的效率外，还对汽车蒸发控制系统的碳罐、二次空气装置、废气再循环装置、点火系统等进行监测，以确保整个排放控制系统始终处于正常状态。Slide57汽油车排放污染控制的新发展OBD(On-boarddiag汽油车排放污染控制的新冷启动排放控制催化剂需要一定的起燃温度前级催化剂电加热催化剂Slide58汽油车排放污染控制的新冷启动排放控制Slide58柴油发动机污染物的形成与控制CompressedIgnitionEnginesSlide59柴油发动机污染物的形成与控制Slide59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发动机压缩比高,热效率高30-50%柴油发动机以喷油雾化方式燃烧,产生碳烟较多柴油车经济性好,马力大,最先实现3升车汽油车加速性好,正在开发缸内直喷发动机技术汽油,柴油发动机的区别汽油发动机燃烧为预混火焰,柴油为扩柴油与汽油发动机排放污染物的差异柴油发动机排放的HC、CO一般只有汽油发动机的几十分之一；中小负荷时NOx排放量也低于汽油机，大负荷时与汽油机大致处于同一个数量级甚至更高；柴油机排放的颗粒物相当高，约为汽油机的30－80倍。柴油车基本不存在曲轴箱泄露排放和燃油蒸发排放。因此，汽油车以降低CO、HC和NOx为主要排放控制目标，柴油车主要是控制微粒（黑烟）和NOx排放控制目标Slide61柴油与汽油发动机排放污染物的差异柴油发动机排放的HC、CO一碳烟生成路径

碳烟生成路径PollutantsandAir-fuelratio

空气过剩系数PollutantsandAir-fuelratio空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30-70ppm

3.加速,定速时NOx高,浓度约为:

NOx:800-2500ppm

此时HC:90-200ppm4.加速时碳烟最高,约为0.30g/m3

柴油车行驶工况与排放1.CO总是很低,约0.1%控制柴油机污染物排放的发动机技术废气再循环（EGR）改进供油系统采用增压和中冷技术采用分隔式燃烧室电控柴油喷射Slide65控制柴油机污染物排放的发动机技术废气再循环（EGR）Slid柴油车排气后处理技术催化转化法与汽油发动机类似，主要分为氧化型催化转化器和NOx还原催化转化器过滤捕集法－颗粒捕集器柴油车排放的大量微粒主要靠过滤器、收集器等装置捕获，然后通过清扫或燃烧的办法去除，使颗粒物捕集器再生使用。柴油机稀燃氮氧化物催化剂Slide66柴油车排气后处理技术催化转化法Slide66ParticulateTrap

(颗粒补集器)

ParticulateTrap

(颗粒补集器)DOC(DieselOxidationCatalyst）技术促进柴油机排气中HC和CO的氧化，降低HC和CO的排放其氧化原理与汽油机三效催化器氧化HC和CO的原理基本一样。同时对于多环芳香烃以及乙醛等都能净化DOC(DieselOxidationCatalyst）DPF(DieselPartieulateFilter)技术先用DPF捕集废气中的PM，然后通过其它手段对收集的PM进行氧化来使DPF再生核心问题是过滤器的再生，确保在柴油机的任何工况下都能将聚集起来的碳烟氧化掉通过在燃油中加入添加剂或在过滤材料表面涂催化层来降低PM的燃点，使PM能在较低的温度下燃烧掉，称为被动再生利用外界能量来提高DPF内的温度，使PM着火燃烧，称为主动再生DPF(DieselPartieulateFilter)后处理技术同时去除PM和NOx技术四元催化转化器低温等离子体协同催化技术同时去除PM和NOx的催化剂DNPR后处理技术同时去除PM和NOx技术四元催化转化器低温等离子体常用控制路线EGR+DPF技术路线优化燃烧+SCR技术路线康明斯、卡特匹勒、万国、斯堪尼亚和曼等戴姆勒一克莱斯勒、大众、奥迪、奔驰、VOLVO、DAF、IVECO等常用控制路线EGR+DPF技术路线优化燃烧+SCR技术路线康汽车排放污染控制控制源头、严化标准、淘汰旧车动态检测、强化管理、技术改造改善交通、调整结构、综合治理污染控制汽车排放污染控制控制源头、严化标准、淘汰旧车动态检测、强化汽车排放污染控制复杂而艰巨汽车排放污染控制污染排放控制技术检测维修法规标准道路规划交通管理汽车排放污染控制复杂而汽车排放污染控制污染排放控制技术检测维新型动力车

AdvancedTechnology电动汽车燃料电池汽车混合动力车Slide74新型动力车

AdvancedTechnology电动汽车S未来汽车技术稀燃缸内直喷汽油发动机柴油车PM及NOx机外净化技术混合动力技术燃料电池汽车技术Slide75未来汽车技术稀燃缸内直喷汽油发动机Slide75交通规划与交通管理

一、城市交通的综合规划1.城市交通发展战略规划2.城市交通综合网规划3.城市交通的近期建设规划二、城市交通规划方法三、关键的战略规划1.交通需求管理2.改善多方式的交通供应3.采取协调的综合政策4.减少空气污染的交通管理对策Slide76交通规划与交通管理

一、城市交通的综合规划Slide76控制方程Emission=PopulationActivityLevel EmissionFactor如何降低排放因子？ 科技水平 技术 管理水平 标准机动车尾气污染控制控制方程Emission=PopulationAc减少空气污染的交通管理对策交通限制、区域禁行、停车管理、道路收费和货车交通控制在一些特别拥堵的路段实行电子收费，根据拥挤程度对公交车以外的每辆车自动征收一定的通过费，可以有效调节瓶颈现象。加强城市中心区的停车管理，也有利于减少机动车出行量。在主要地铁和其他公交中转站建立较大的免费停车设施，可有效地促进进城的机动车转换至公交系统，减少城区交通流量。强化交通路口的管理，重罚进入路口交叉地带而不能通行的车辆（路口的交叉地带划分黄线禁停区），可有效减少人为的交通拥堵，缓解交通压力，有利于减少车辆废气的排放。Slide78减少空气污染的交通管理对策交通限制、区域禁行、停车管理、道路加强过街天桥和地下通道的建设，将自行车交通、行人交通与机动车交通完全隔离，有利于组织交通形态和流量的合理分布，提高交通输运能力和平均车速。鼓励多人合乘汽车，对单人驾驶的车辆限制驶入快车道，可以减少汽车出行量；合理调度出租车，减少出租车的空驶时间。根据车辆排放控制水平采用环境标志措施，鼓励超低排放车的发展，并在一些污染严重区域给予绿色标志车辆优先通行权，可以起到限制交通流量的作用，使局部交通阻塞得以缓解，环境空气质量得到有效改善。限制老旧车的高排放车辆（根据环境标志）的行驶区域范围，可以促进这些车辆的更新淘汰。Slide79加强过街天桥和地下通道的建设，将自行车交通、行人交通与机动车机动车排放控制法规严格控制新车排放实施欧２标准要求一定比例的超低排放车/零排放车的使用实施排放缺陷车召回制度加强对在用车污染监控、治理强化I/M制度推行集中式管理(标准化)在用重型柴油车PM控制公交车采用CNG车替代推广清洁燃料及代用燃料 存在的问题：法规执行管理体系机动车排放控制法规Year

9596979899000102030405060708091011China

Euro1

Euro2

Euro3

Euro4Beijing

Euro1

Euro2

Euro3

Euro4

Euro.Euro1Euro2

Euro3

Euro4

Euro5

下一步将实行国3、国4标准

Thenextstagesofnewvehicleemissionsstandards,Euro3andEuro4

整体落后于欧洲标准

LagsbehindEurostandards中国新车排放控制标准

China’svehicleemissioncontrolstandardsYear9596979899000102030405060机动车尾气控制1970 1980 1990 20002005201010080604020Emission%GreenhouseEffect,CO2EnergyExhaustEmissionHC,CO,NOx,PMDieselHDTPM,NOx机动车尾气排放法规将逐步严格EmissionreductionandlegislationfocusEnergyresourcesandreductionofCO2

willgainimportanceDieselPCHC+NOx,CO机动车尾气控制1970 1980 1990 200020不同轿车的NOx排放和燃油经济性稀燃技术可明显提高燃油经济性不同轿车的NOx排放和燃油经济性稀燃技术可明显提高燃油经济性Fuel

稀燃发动机ContinuouslyRegeneratedTrapDieselOxidationCatalyst净化效率NOxPMLeanNOxTrap/Cat(Adsorber)满足现欧III、IV标准的尾气催化转化技术Fuel稀燃发动机ContinuouslyRegener北京市近年机动车污染控制措施逐步执行严格标准，控制污染增量1999年执行欧I标准2003年执行欧II标准2005年12月30日执行欧III标准自2007年1月1日对轻型柴油车将实施欧IV标准2007年执行欧IV标准2012年执行国V标准完善I/M制度,削减污染存量促进老旧车更新淘汰加强车用燃油油品管理Slide85北京市近年机动车污染控制措施逐步执行严格标准，控制污染增量S完善I/M制度,削减污染存量在用车全面实施环保标志管理,根据排放状况分成绿标和黄标。对25万辆汽油车进行治理定期检测实行简易工况标准加强机动车路检路查采取黄标车限行措施Slide86完善I/M制度,削减污染存量在用车全面实施环保标志管理,根促进老旧车更新淘汰

通过采取以上措施,“十五”期间共淘汰更新老旧车辆46万辆。采取经济补贴措施,2005年完成了4070辆老旧公交柴油车和3.5万辆老旧出租车更新。公交车辆推广使用压缩天然气,目前已有2800多辆纯天然气车。Slide87促进老旧车更新淘汰

通过采取以上措施,“十五”期间共淘汰更提高油品质量1997年开始推广使用无铅汽油,1998年全部实现汽油无铅化␣2000年执行相当于欧I标准的油品标准2004年10月1日执行相当国II标准的油品标准

2005年7月1日执行相当国III标准的油品标准2012年Slide88提高油品质量1997年开始推广使用无铅汽油,1998年全部VOC排放控制储油库油气排放控制和限值》《油罐车油气排放控制和检测规范》《加油站油气排放控制和限值Slide89VOC排放控制储油库油气排放控制和限值》Slide89存在的问题机动车保有量增长过快；老旧车辆淘汰比较缓慢,机动车排放污染物总量居高不下。管理措施未能严格执行，如车检。北京市公交系统分担率相对低公交服务水平低：乘车换乘不方便,路线不合理,密度低,甚至有些地方存在公交盲区。公交服务水平差：舒适性差、安全事故多、公交乘务人员服务质量差Slide90存在的问题机动车保有量增长过快；Slide90谢谢！Slide91谢谢！Slide91演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！城市机动车污染物排放控制谢绍东北京大学环境科学与工程学院Slide93城市机动车污染物排放控制谢绍东Slide11984-2010年北京城近郊区大气SO2年日均浓度的年际变化1984-2010年北京城近郊区大气SO2年日均浓度的年际变1981-2000年北京城近郊区大气NOx年均及采暖和非采暖期浓度的年际变化

1981-2000年北京城近郊区大气NOx年均及采暖和非采暖1998-2010年北京城近郊区大气NO2年日均浓度的年际变化

Slide961998-2010年北京城近郊区大气NO2年日均浓度的年际变1984-2000年北京城近郊区大气CO年日均浓度的年际变化

1984-2000年北京城近郊区大气CO年日均浓度的年际变化1998-2010年北京城近郊区大气CO年日均浓度的年际变化

Slide981998-2010年北京城近郊区大气CO年日均浓度的年际变化北京市1981-2000年城近郊区总悬浮颗粒物的年际变化趋势北京市1981-2000年城近郊区总悬浮颗粒物的年际变化趋势1998-2010年北京城近郊区大气PM10年日均浓度的年际变化

Slide1001998-2010年北京城近郊区大气PM10年日均浓度的年际复合型污染不是简单叠加

对北京市大气污染成因来源的长期研究的结果表明：

北京市当前大气污染的特征煤燃烧汽车尾气扬尘等复合型污染对北京市大气污染成因来源的长期研究的结果表明：

大气复合污染FluxOxidant(O3,OH)SO2,NOxPM2.5(SO42-,NO3-)hvHC、NOxIn-flow更高浓度的PM,O3Out-flowBiogenicAnthropogenicDepositionPM,O3CouplingbetweenprimaryemissionandphotochemicalprocessCouplingbetweengaseousandaerosolinteraction,Couplingbetweenlocalandregionalairpollution.高浓度细粒子污染和低能见度

大气氧化性增强，地面臭氧浓度高城市-区域性PM10、PM2.5大气复合污染FluxOxidantSO2,NOxPM2.5

具体表现为：

二次污染加重

#大气氧化性增强----臭氧增高

#细粒子污染严重，能见度降低

具体表现为：二次污染加重

#大气氧化

大气O3污染严重，大气氧化性逐年增强

大气O3污染严重，大气氧化性逐年增强1991-2000北京市臭氧日最大浓度和超标小时、天数的变化趋势1996年后持续上升1999，2000已达120天/365天1996年来，臭氧最高小时均值持续上升，1999和2000年已达二级标准两倍以上1991-2000北京市臭氧日最大浓度和超标小时、天数的变化2005-2010年北京市臭氧超标天数和小时数Slide1062005-2010年北京市臭氧超标天数和小时数Slide1城市光化学污染已成为不容忽视的问题城市光化学污染已成为不容忽视的问题

北京大气环境氧化性的增高导致细粒子污染十分严重。北京大气环境氧化性的增高导致细粒子污染十分严重。PM2.5particleinBeijingin1999PM2.5particleinBeijingin1城市机动车污染物排放控制课件城市机动车污染物排放控制课件北京市PM2.5

化学组分:NO3-+NH4+:12-16%北京1999年NOx与硝酸盐颗粒物周浓度相关性清华园2005昌平2003密云2005二次污染：参与生成细微颗粒物北京市PM2.5化学组分:NO3-+NH4+:2004年1月北京市大气PM2.5的化学构成2004年8月北京市大气PM2.5的化学构成2004年1月北京市大气PM2.5的化学构成2004年8月北2004年和2000年PM2.5源解析结果比较Slide1142004年和2000年PM2.5源解析结果比较Slide控制日趋恶化的北京市大气细粒子PM2.5污染，是北京市大气污染控制的重要内容，对于改善大气PM10污染、改善大气能见度和再现蓝天将发挥重要作用。随着北京市能源结构的调整、产业结构的调整、工业污染源的控制、生活源的控制，机动车排放日趋突显，机动车排放源的控制将越来越重要。控制O3和PM2.5均需要控制NOx和VOC的排放，这两种物质机动车排放的贡献均较大。控制日趋恶化的北京市大气细粒子PM2.5污染，是北京市大气污EmissioncontrolofInternalCombustionEnginesSlide116EmissioncontrolofInternalCSlide117Slide25机动车排放的污染物种类机动车排放污染物尾气排放…….CO(一氧化碳)HC(碳氢化合物)NOx(约占55%氮氧化合物)SO2(二氧化硫)微粒(铅化物,碳烟颗粒等)臭气曲轴箱窜气…….HC(约占25%)燃油蒸发……….HC(约占20%)机动车排放的污染物种类机动车排放污染物尾气排放…….CO(Engine

CylinderSlide119一般汽油机ε=6~10，柴油机ε=16~24ε=(Vc+Vd)/Vc压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比Engine

CylinderSlide27一般汽油机ε=

从发动机工作原理可知,产生汽油机排放污染物的根本因素是空燃比A/F(即空气与燃料的混合比)和燃烧状态的好坏。极易生成NOx空气大量过量，无污染废气中出现CO不产生污染A/F略大于14.7A/F>14.7A/F<14.7A/F≈14.7

从发动机工作原理可知,产生汽油机排放污染物的根本因素是空在发动机燃烧室形状不变的情况下,排气中HC的浓度随发动机工况、燃料性质、燃烧条件和空燃比的改变而有很大的变化。从燃料的性质、空燃比、燃烧状态、点火时刻、大气压力、进气空气温度、进气管真空度、怠速转速及发动机工况的变化都将影响到CO、HC和NOx

的生成在发动机燃烧室形状不变的情况下,排气中HC的浓度随发动机工汽油机和柴油机排放污染物的数量随汽车工况变化而且变化汽油机和柴油机排放污染物的数量随汽车工况变化而且变化汽油车OtherEmissionsSlide123EvaporativeEmissions（蒸发）

diurnal,runninglosses,hotsoakCrankcaseLosses（曲轴箱）dueto"blow-by"RefuelingLosses(加油损失）displacedvaporsOtherEmissionsbrakelinings,tirewear,fluidleaks汽油车OtherEmissionsSlide31Eva燃烧排放的污染物LeadHydrocarbonsCarbonMonoxideOxidesofNitrogenCarbonDioxideParticulatesOtherpollutantsWaterVaporSlide124AmbientAirRealFuelEngine/EmissionTechnology尾气管排放物燃烧排放的污染物LeadSlide32AmbientAi汽油机的工作原理曲柄角曲轴箱汽油机的工作原理曲柄角曲轴箱城市机动车污染物排放控制课件不同空燃比下汽油机污染物的排放状况不同空燃比下汽油机污染物的排放状况Stoichiometry等当点Slide128汽油(C8H18)理论空燃比:约14.7CO:局部不均匀残余HCStoichiometry等当点Slide36汽油(C8H碳氢化合物的形成原理汽油机工作过程中过量的空气系数通常为0.7~1.3，燃料和空气是预混的，燃烧的火焰温度很高（气体最高温度可到2400~2800K），在这样的情况下，在稳流燃烧系统中未燃烧的HC是相当少的。但为什么发动机却排出了大量的HC呢？主要原因：缸壁淬灭和汽缸缸壁涂覆的润滑油碳氢化合物的形成原理Slide130HC:不完全燃烧壁面猝灭油膜吸附缸壁淬灭：燃烧火焰无法达到发动机缸壁的0.1~0.7mm的范围内。原因：缸壁温度较低，火焰达到缸壁是，不能继续燃烧。除了缸壁淬灭会影响HC的燃烧，活塞表面、活塞与缸壁之间的空隙也对HC燃烧有淬灭效果。Slide38HC:氮氧化物的形成原理大部分的NO是由燃烧过程中高温条件下N2和O2的反应产生的。这是个吸热反应，只有在较高温度才能发生（1780K以上）。对NO的控制主要方法就是降低最高燃烧温度。对整个汽油机来说，空燃比在整个燃烧体系可能达到的温度最高，所以在理论空然比附近生成的NO浓度最大。贫燃区过量的空气吸收了部分热量，使温度有所降低，富燃区O2含量少，平衡向左移，生成的NO也减少。氮氧化物的形成原理汽油机排气中的有害物质是燃烧过程产生的，主要有CO、NOx和HC及少量的铅、硫和磷等，目前排放法规限制的是CO、HC、NOx和柴油车颗粒物。机动车排放铅曾经是一个重要的环境问题，随着油品的无铅化进程，已逐步得到解决。CO是燃料不完全燃烧的产物，其产生量主要是受混合气浓度的影响。发动机膨胀过程气体中各成分间“冻结”现象，使实际的CO浓度要高于排气温度相对应的化学平衡浓度。汽车排放的HC约有100-200种，来自未燃尽的燃油和润滑油。与CO一样，HC也是一种不完全燃烧产物。可燃混合气处于a<1的过浓状态、壁面淬熄效应、壁面油膜和积碳的吸附都会导致HC排放。Slide132汽油机排气中的有害物质是燃烧过程产生的，主要有CO、NOx和汽车污染物产生来源Slide133

曲轴箱HC的20%排气管所有的CO、NOX、Pb和HC的60%油箱和化油器蒸发HC的15%汽车污染物产生来源Slide41曲轴箱排气管油汽油车行驶工况对排放的影响怠速、减速时CO和HC排放量大，浓度为CO：1.0%-6%;HC：400×10-6-3000×10-6NOx：10×10-6-100×10-6加速、定速时NOx排放量大，浓度为CO：0.5%-3%;HC：200×10-6-600×10-6NOx：1000×10-6-100×10-6加速时碳约为0.005g/m3Slide134汽油车行驶工况对排放的影响怠速、减速时CO和HC排放量大，浓汽油机车排放控制技术和对策一、控制燃料的蒸发排放二、改善发动机排放污染物，即机内净化三、处理发动机排放污染物，即机外净化四、开发和利用低污染燃料五、开发和利用新型低污染车用发动机汽油机车排放控制技术和对策一、控制燃料的蒸发排放主要控制技术不断提高汽油发动机的燃烧效率，减少污染物的排放，是发动机近30多年来持续进步的主要推动力。前处理:无铅汽油(0.013g/L),低硫汽油和柴油(1200ppm--50ppm)

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)主要控制技术不断提高汽油发动机的燃烧效率，减少污染物的排放，降低污染物排放的发动机技术改进点火系统:往往采用延迟点火，可延迟到活塞达到上止点后。可降低NOx和HC.闭环电子控制汽油喷射技术废气再循环（EGR）这些技术使得现代发动机污染物排放量比传统发动机减少60－70％以上。降低污染物排放的发动机技术改进点火系统:往往采用延迟点火，可改进点火系统延迟点火时间降低燃气的最高燃烧温度和延长燃气的燃烧时间,降低NOx和HC的排放量。加大点火能量采用高能点火系统,可加强火花强度及加长火花持续时间,加强了燃烧,可降低HC排放量电子控制点火系统运转工况(转速与负荷)的改变,发动机最佳点火提前角应作相应的变化。电子控制点火系统,最好的动力性和经济性,以及最小的排污量改进点火系统废气再循环(EGR)EGR法将废气的一部分返流至进气管后再吸入气缸，它是控制发动机NOx排放的主要措施；废气返流,减少了排气总量,并使进气稀释,减少了混合气所具有的浓度,降低了燃烧的最高温度和氧的含量,从而控制了NOx的生成量；废气返流量太多,降低了燃烧速度,会使HC排量增大,因而废气返流量应低于20%。废气再循环(EGR)改进燃料供给系统进气自动调温装置发动机处于低温工作,将使有害气体排放量增多。利用发动机排气管余热来加热,使进气温度控制在40度左右改进化油器排气净化和节油的要求相结合,从而改善发动机在怠速和减速工况中CO、HC的排放量调整配气相位加大气门重叠时期(排气晚关,进气早开),能使缸内残余废气量加大而稀释进气,降低最高燃烧温度而减少NOx的排放量改进燃料供给系统稀薄燃烧系统Phase1Phase2Phase3稀薄燃烧是能燃用空燃比为18:1或更稀的混合气在汽油机中,只要能形成火焰,在火焰传播过程中,即使是相当稀的混合气,也能正常燃烧在点火瞬间,火花塞电极周围的局部区域应具有较浓可燃混合气，大大降低有害气体的排放量稀薄燃烧系统Phase1Phase2Phase3稀薄燃汽油车尾气排放后处理技术

三效催化净化技术(TWC）可同时净化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Slide142汽油车尾气排放后处理技术

三效催化净化技术(TCO、HC氧化催化反应:CO+O2→CO2CH+O2→CO2+H2ONOx还原催化反应:NO+CO

→N2+CO2NO+CO

→N2+CO2+H2OCO、HC氧化催化反应:CO+O2→CO2NOx还原催氧传感器闭环控制原理

燃油计量装置

发动机

三元催化器

电控单元空气燃油氧传感器反馈控制信号输入氧传感器闭环控制原理燃油计发动三元三效催化净化技术(TWC)主要使用贵金属+陶瓷载体,Pt,Rd,Pd寿命要求80000-160000km,防中毒很关键!

三效催化净化技术(TWC)主要使用贵金属+陶瓷载体,Pt,三元催化转化器使用条件必须使用优质无铅汽油,以免金属催化剂中毒失效。具有能够实时调节空燃比的系统，使发动机工作空燃比始终保持在A/F=14.7附近很窄的“窗口”内。催化转化器必须与汽车发动机性能相匹配,且发动机技术状况良好国外经验已证明,采用电控汽油喷射、使用优质无铅汽油,加上三元催化转化器是当前世界上技术最成熟应用最广泛的解决汽车排放污染最有效的实用技术三元催化转化器使用条件必须使用优质无铅汽油,以免金属催化剂后处理技术

LNT(leanNOxtrap)技术LNT装置临时存储NOx，其主要以具有吸附NOx能力的碱金属(Ba)为吸附材料：当发动机正常运转时，排气中的NO通过金属铂(Pt)的催化作用被氧化成NO2，然后与吸附剂中的BaCO3反应生成Ba(NO3)2而被捕集；当吸附达到饱和时，进行再生。Ba(NO3)2又分解并释放出NOx。NOx再通过金属锗、铂的催化作用，与HC、CO和H2反应被还原成N2后处理技术

LNT(leanNOxtrap)技术LNT装后处理技术

选择性催化还原技术(SCR)措施最初应用在锅炉、焚烧炉和发电厂等固定式的污染源上以降低NOx的排放以氨气(NH3)作为还原剂，将排气中的有害成分NOx转化为氮气和水蒸气。氨气刺激味很强，不便于直接在汽车上使用，故采用向排气管中喷射尿素水溶液的方式提供反应所需的氨气后处理技术

选择性催化还原技术(SCR)措施最初应用在锅炉、汽油车排放污染控制的新发展OBD(On-boarddiagnostic)排放控制技术，即车载诊断技术。该技术采用一系列传感器和复杂的监控软件，对汽车上与排放相关的所有部件实时监控，一旦出现异常即通过指示灯报警，提醒车主及时修理。OBD除监测催化转化器的效率外，还对汽车蒸发控制系统的碳罐、二次空气装置、废气再循环装置、点火系统等进行监测，以确保整个排放控制系统始终处于正常状态。Slide149汽油车排放污染控制的新发展OBD(On-boarddiag汽油车排放污染控制的新冷启动排放控制催化剂需要一定的起燃温度前级催化剂电加热催化剂Slide150汽油车排放污染控制的新冷启动排放控制Slide58柴油发动机污染物的形成与控制CompressedIgnitionEnginesSlide151柴油发动机污染物的形成与控制Slide59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发动机压缩比高,热效率高30-50%柴油发动机以喷油雾化方式燃烧,产生碳烟较多柴油车经济性好,马力大,最先实现3升车汽油车加速性好,正在开发缸内直喷发动机技术汽油,柴油发动机的区别汽油发动机燃烧为预混火焰,柴油为扩柴油与汽油发动机排放污染物的差异柴油发动机排放的HC、CO一般只有汽油发动机的几十分之一；中小负荷时NOx排放量也低于汽油机，大负荷时与汽油机大致处于同一个数量级甚至更高；柴油机排放的颗粒物相当高，约为汽油机的30－80倍。柴油车基本不存在曲轴箱泄露排放和燃油蒸发排放。因此，汽油车以降低CO、HC和NOx为主要排放控制目标，柴油车主要是控制微粒（黑烟）和NOx排放控制目标Slide153柴油与汽油发动机排放污染物的差异柴油发动机排放的HC、CO一碳烟生成路径

碳烟生成路径PollutantsandAir-fuelratio

空气过剩系数PollutantsandAir-fuelratio空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30-70ppm

3.加速,定速时NOx高,浓度约为:

NOx:800-2500ppm

此时HC:90-200ppm4.加速时碳烟最高,约为0.30g/m3

柴油车行驶工况与排放1.CO总是很低,约0.1%控制柴油机污染物排放的发动机技术废气再循环（EGR）改进供油系统采用增压和中冷技术采用分隔式燃烧室电控柴油喷射Slide157控制柴油机污染物排放的发动机技术废气再循环（EGR）Slid柴油车排气后处理技术催化转化法与汽油发动机类似，主要分为氧化型催化转化器和NOx还原催化转化器过滤捕集法－颗粒捕集器柴油车排放的大量微粒主要靠过滤器、收集器等装置捕获，然后通过清扫或燃烧的办法去除，使颗粒物捕集器再生使用。柴油机稀燃氮氧化物催化剂Slide158柴油车排气后处理技术催化转化法Slide66ParticulateTrap

(颗粒补集器)

ParticulateTrap

(颗粒补集器)DOC(DieselOxidationCatalyst）技术促进柴油机排气中HC和CO的氧化，降低HC和CO的排放其氧化原理与汽油机三效催化器氧化HC和CO的原理基本一样。同时对于多环芳香烃以及乙醛等都能净化DOC(DieselOxidationCatalyst）DPF(DieselPartieulateFilter)技术先用DPF捕集废气中的PM，然后通过其它手段对收集的PM进行氧化来使DPF再生核心问题是过滤器的再生，确保在柴油机的任何工况下都能将聚集起来的碳烟氧化掉通过在燃油中加入添加剂或在过滤材料表面涂催化层来降低PM的燃点，使PM能在较低的温度下燃烧掉，称为被动再生利用外界能量来提高DPF内的温度，使PM着火燃烧，称为主动再生DPF(DieselPartieulateFilter)后处理技术同时去除PM和NOx技术四元催化转化器低温等离子体协同催化技术同时去除PM和NOx的催化剂DNPR后处理技术同时去除PM和NOx技术四元催化转化器低温等离子体常用控制路线EGR+DPF技术路线优化燃烧+SCR技术路线康明斯、卡特匹勒、万国、斯堪尼亚和曼等戴姆勒一克莱斯勒、大众、奥迪、奔驰、VOLVO、DAF、IVECO等常用控制路线EGR+DPF技术路线优化燃烧+SCR技术路线康汽车排放污染控制控制源头、严化标准、淘汰旧车动态检测、强化管理、技术改造改善交通、调整结构、综合治理污染控制汽车排放污染控制控制源头、严化标准、淘汰旧车动态检测、强化汽车排放污染控制复杂而艰巨汽车排放污染控制污染排放控制技术检测维修法规标准道路规划交通管理汽车排放污染控制复杂而汽车排放污染控制污染排放控制技术检测维新型动力车

AdvancedTechnology电动汽车燃料电池汽车混合动力车Slide166新型动力车

AdvancedTechnology电动汽车S未来汽车技术稀燃缸内直喷汽油发动机柴油车PM及NOx机外净化技术混合动力技术燃料电池汽车技术Slide167未来汽车技术稀燃缸内直喷汽油发动机Slide75交通规划与交通管理

一、城市交通的综合规划1.城市交通发展战略规划2.城市交通综合网规划3.城市交通的近期建设规划二、城市交通规划方法三、关键的战略规划1.交通需求管理2.改善多方式的交通供应3.采取协调的综合政策4.减少空气污染的交通管理对策Slide168交通规划与交通管理

一、城市交通的综合规划Slide76控制方程Emission=PopulationActivityLevel EmissionFactor如何降低排放因子？ 科技水平 技术 管理水平 标准机动车尾气污染控制控制方程Emission=PopulationAc减少空气污染的交通管理对策交通限制、区域禁行、停车管理、道路收费和货车交通控制在一些特别拥堵的路段实行电子收费，根据拥挤程度对公交车以外的每辆车自动征收一定的通过费，可以有效调节瓶颈现象。加强城市中心区的停车管理，也有利于减少机动车出行量。在主要地铁和其他公交中转站建立较大的免费停车设施，可有效地促进进城的机动车转换至公交系统，减少城区交通流量。强化交通路口的管理，重罚进入路口交叉地带而不能通行的车辆（路口的交叉地带划分黄线禁停区），可有效减少人为的交通拥堵，缓解