我国环境污染形势分析

我国环境污染形势分析

功能型污染控制技术移动设备主要是指在移动过程中污染汽车、移动工程机械、船舶和飞机的资源。目前,飞机的污染控制技术还不够成熟,基本处于研究阶段。而机动车的污染控制技术经过多年的发展已经形成完整的体系,应用非常广泛,与人们的生产生活关系也最为密切。移动式工程机械和船舶的污染控制技术多是借鉴机动车领域相关技术。机动车排放的主要污染物包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、颗粒物和其他污染物等,他们来自能量转化过程,即发动机燃烧燃油(或其他燃料),利用化学能产生机械能的过程。从全过程控制的角度出发,可以将机动车污染控制技术划分为改善燃油质量、机内净化和排气后处理等几个主要方面。燃油清净剂的应用车用燃料是机动车排放污染的源头,控制机动车排放污染必须从源头抓起。车用燃料品质对发动机的运行状况和机动车的排放性能都有明显的影响,其中最主要的两个方面是燃料的清净性和有害物质的含量。在发动机的工作过程中,燃油可能在进气阀、燃烧室和喷嘴等部位产生结焦的现象,进而影响发动机的正常工作,使油耗升高,污染物排放增加。燃油清净性是指其避免或减轻产生这种结焦现象的性能。燃油成分中的烯烃、芳烃和某些含氮化合物都易于产生结焦。我国的汽油以催化裂化汽油为主,烯烃含量高于国际标准水平,而重整汽油的多环芳烃也容易在发动机燃烧室内产生结焦,这都会对发动机造成不利影响。除调整组分外,改善清净性还有一个简便方法是向燃油中加入清净剂,它可以减少结焦的产生,高水平清净剂还能去除已产生的结焦。燃油清净剂添加比例通常很少,只有千分之一左右,成本也很低,每升燃油只需几分钱。作为减少排放污染的有效措施,燃油清净剂已经在我国得到广泛应用。受原油成分、炼制和储运过程等多方面因素的影响,燃油中常常含有一些杂质元素,如硫、铅、锰、铜、磷、铝等。它们的存在可能对发动机的正常工作和排气后处理技术的某些环节产生严重的危害,使污染物排放增加。硫的燃烧产物是二氧化硫和三氧化硫,汽油机产生的二氧化硫会对排气三效催化剂产生严重的毒害,降低其净化能力,缩短其使用寿命;柴油机产生的二氧化硫会进一步化合形成固体的硫酸盐,大大增加颗粒物的排放水平,加大治理的难度,甚至使排放控制装置很快失效。国家制订了严格的标准对燃油中的硫含量加以控制,在目前实施的国Ⅲ标准阶段,汽油和柴油中的硫含量应分别低于0.015%和0.035%。铅曾经是作为一种改善汽油品质的添加剂成分来使用的,随着研究的深入,铅的有害作用越来越明显,其燃烧生成的氧化铅容易在发动机中沉积,引起气门关闭不严和火花塞短路等故障,导致排放污染物增多。氧化铅还会在排气催化剂的表面沉积,阻断正常的催化净化反应,使催化剂失效。因此,我国已经禁止了含铅汽油的使用。锰与铅的危害相似。目前,我国正在研究制订更加严格的标准,对此类有害物质的含量进行控制。废气涡轮增压技术机内净化技术是指从各种有害污染物的生成机理及影响因素出发,通过对发动机进行改进,实现减少污染物排放量的各种技术。在保证发动机性能稳定的前提下可以将适量的排气导入进气管,并进入气缸参与燃烧。废气再循环技术最初是应用于汽油机上的氮氧化物排放控制技术,由于尾气的返流,减少了排气的总量,稀释了进气,降低了燃烧的温度和氧气的浓度,从而降低氮氧化物的生成量。废气再循环的比例通常不高于15%~20%,否则会造成汽油机动力性和经济性的下降,使碳氢化合物排放增加。20世纪70年代此种技术开始应用于柴油机,由于易导致颗粒物排放增加,需要与其他技术结合使用。此外,还应根据发动机的工况改变废气再循环率,达到在所有工况下都获得最低的排放水平。利用发动机排放废气的能量将空气压缩后再送入气缸,达到改善燃烧效果的目的。废气涡轮增压器在汽油机应用较少,只有少数高级轿车安装。在柴油机上应用时可以使混合气密度增大,充气量增加,将发动机功率提高30%~50%,油耗降低5%左右。运用废气涡轮增压技术,可以降低一氧化碳和碳氢化合物的排放量;对于氮氧化物,单纯使用废气涡轮增压技术,由于空气过量系数增大和燃烧温度升高,可能导致氮氧化物排放量增大,所以在实际使用中,采用增压技术的同时,常使用配套措施来减小热负荷,降低最高燃烧温度,以降低氮氧化物的产生。此外,运用进气中冷技术可以降低进气的温度和燃烧温度,也有利于减少氮氧化物的生成。对于汽油机,可以利用各种传感器检测发动机的各种状态,经微机的判断、计算,控制喷油过程,使发动机在不同的工况下均能获得合适空燃比的油气混合气,从而改善排放性能。特别是对于使用三效催化剂的汽车,由于此技术只有在理论空燃比附近的狭小范围内可以对碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物同时进行高效净化,传统的机械式化油器很难保证这样准确的空燃比。电控燃油喷射可以使空燃比保持在所需的目标值附近,从而有利于三效催化剂的高效净化而实现降低污染物排放量的目的。对于柴油机,喷油系统改进主要体现为提高喷油压力、优化喷油规律和调整喷油时刻等。传统的发动机每个气缸只有两个气门(进气门和排气门各一个)。每个气缸上的气门数多于两个的发动机技术称为多气门技术,最常见的是4个气门。多气门技术具有以下优点:增大了进气和排气量;有利于油气混合,使燃油在空间均匀分布;可实现关闭部分通道,形成和发动机转速相适应的进气涡流强度;单个气门变小变轻,允许气门以更快速度开启和关闭。以上优点有利于改善燃油的燃烧过程,从而促进污染物排放的削减。传统车种的污水治理技术排气后处理技术是指在发动机产生的废气进入大气之前,对其进行净化处理,以减少机动车污染物排放量的技术。常见的排气后处理技术包括用于汽油车的三效催化剂技术和用于柴油车的氧化催化剂技术、氮氧化物选择性催化还原技术和颗粒物过滤器技术等。三效催化剂是目前研究与应用最为成熟的机动车污染控制技术,三效的含义是指它可以同时将汽车排气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物三种污染物净化去除。三效催化剂安装在汽车底盘下的排气管路上,为了进一步提高其净化性能,也有一部分车辆在紧靠发动机的位置安装催化剂。三效催化剂由载体、涂层和活性组分三部分组成。载体是承载和分散催化剂的基体,它可以将有限催化剂尽量分散,在载体的孔壁上还要涂敷一层多孔性物质涂层,进一步提高催化剂表面积使其与汽车排气充分地接触以便更好地发挥催化作用。三效催化剂最关键的活性成分是铑、铂和钯三种贵金属,由于价格昂贵,其使用量通常为每个催化剂仅1克左右。在催化剂的外表还包裹有外壳和衬垫起保护、减振与隔热的作用。三效催化剂的污染物净化性能随使用时间的增长会缓慢下降。按照国家目前标准随新车配套出厂的三效催化剂寿命应达到8万公里,作为维修配件销售的三效催化剂寿命也应达到5万公里。根据配套车型和质量的差异,每个三效催化剂的价格约为几千元左右。柴油车排气比汽油车多一种常规污染物——颗粒物,另外,柴油车的排气中氧的含量较高,使氮氧化物的治理难度增高。目前,研究和应用较多的柴油车排气后处理技术主要有氧化催化剂技术、氮氧化物选择性催化还原技术和颗粒物过滤器技术等。氧化催化剂技术是应用较早的柴油机排气净化技术,它可以促进氧化去除柴油机排气中的碳氢化合物、一氧化碳和颗粒物中的可溶性有机物部分,但对颗粒物中的干碳核几乎不能净化。与三效催化剂相似,氧化催化剂是由载体、涂层和活性成分构成。氧化催化剂的净化作用受排气温度条件的影响,温度太低时,催化净化的效果差,无法实现有效的净化。排气中的二氧化硫也有可能在催化剂的作用下被氧化成三氧化硫,进而增加硫酸盐颗粒物的排放量,所以须要配套使用硫含量较低的柴油。氧化催化剂的技术成熟,成本相对较低,在我国已得到广泛应用,但随着国Ⅳ标准的实施,氧化催化剂已经不能单独实现净化目标。柴油车排放氮氧化物选择性催化还原技术是由成熟的固定源氮氧化物控制技术转化而来的。它也是向高温排气中加入还原性物质,如氨气或碳氢化合物等,在催化剂的作用下与氮氧化物反应后生成氮气和水,使其得以净化。氨选择性催化还原催化剂净化性能和耐硫性好,但系统比较复杂、体积较大,所以在用于小型车辆时存在一定的困难,多是安装在大客车和载重货车上。另外,由于氨气的储存与运输较为不便,所以在实际应用中,车辆通常携带尿素溶液,将其加入排气中后,尿素水解释放出还原反应所需的氨气。氮氧化物选择性催化还原在实际应用中经常与氧化催化剂相结合,将还原反应中没有完全消耗的还原剂氧化去除,以免产生二次污染。目前,选择性催化还原技术的应用在我国还刚开始,多是用于已有车辆的技术改造,今后,为了实现更高的标准要求,氮氧化物选择性催化还原技术也将得到更广泛的应用。对于柴油机排气中的颗粒物,最有效的净化方式是过滤。颗粒物过滤器通常由金属或陶瓷材料制成,当排气流过时,颗粒物通过扩散、拦截和碰撞等机理被截流,从而得以净化。性能优良的过滤器的颗粒物净化效率可以达到90%以上。随着过滤器中沉积的颗粒物越来越多,会引起柴油机排气阻力的不断升高,对柴油机的正常运行产生不利影响,甚至导致其熄火。因此,必须阶段性地清除过滤器内的颗粒物,这一过程称为过滤器的再生。依据技术的原理和再生能量的来源不同,颗粒物过滤器再生技术主要分为主动再生技术和被动再生技术。由于过滤器价格昂贵,又须匹配复杂的再生系统,所以应用成本较高,达到单车万元甚至数万元的水平。在国外,颗粒物过滤器技术已经得到广泛应用,特别是在轻型柴油车领域。我国的过滤器生产和应用还处于起步阶段,目前仅少数车辆配套使用。但随着排放标准的不断加严,颗粒物过滤器技术必将得到推广。大气污染控制是一