大氣污染控制工程11

1、1第11章 城市機動車污染控制2機動車排放的污染物：機動車排放的污染物： CO2、 CO、NOX、HC、顆粒物、顆粒物第一個排放法規(guī)：第一個排放法規(guī)：20世紀世紀40年代年代345教學內(nèi)容教學內(nèi)容:1城市交通趨勢及影響城市交通趨勢及影響2汽油發(fā)動機污染物的形成與控制汽油發(fā)動機污染物的形成與控制3柴油發(fā)動機污染物的形成與控制柴油發(fā)動機污染物的形成與控制4新型動力車新型動力車5交通規(guī)劃與交通管理交通規(guī)劃與交通管理6第一節(jié)第一節(jié) 城市交通趨勢及影響城市交通趨勢及影響7中國機動車保有量增長情況中國機動車保有量增長情況 2000年為年為702萬輛；萬輛； 至至2010年年9月底，為月底，為1.99億輛。

2、億輛。89城市機動車污染現(xiàn)狀城市機動車污染現(xiàn)狀 汽車單車排放因子高汽車單車排放因子高 機動車污染物排放總量大，城市機動車機動車污染物排放總量大，城市機動車污染分擔率高污染分擔率高 嚴重影響城市大氣環(huán)境質量嚴重影響城市大氣環(huán)境質量10第二節(jié)第二節(jié) 汽油發(fā)動機污染物的形成與控制汽油發(fā)動機污染物的形成與控制111213一、汽油機的工作原理與污染來源一、汽油機的工作原理與污染來源1、汽油機工作原理、汽油機工作原理14151617= Va/Vc汽油機汽油機=610，而柴油機而柴油機=1624182、汽油機的污染來源、汽油機的污染來源19汽車污染物產(chǎn)生來源 曲軸箱曲軸箱HC 的的 25%排氣管排氣管所有的

3、所有的CO、NOX、Pb和和 HC的的 55-65%油箱和化油器蒸發(fā)油箱和化油器蒸發(fā)HC的的10-20%20沒有采用排放控制措施的汽車：沒有采用排放控制措施的汽車： 排氣管：排氣管：CO 9899%； NOx9899%；HC5556 曲軸箱：曲軸箱：CO 12%； NOx12%； HC25 蒸發(fā)：蒸發(fā)： CO 0； NOx0%； HC1020213、發(fā)動機的有效熱效率、發(fā)動機的有效熱效率指示熱效率：指示功與發(fā)動機實際所消耗的燃料熱量比；指示熱效率：指示功與發(fā)動機實際所消耗的燃料熱量比；有效熱效率：發(fā)動機的有效功與實際所消耗燃料能量比。有效熱效率：發(fā)動機的有效功與實際所消耗燃料能量比。22二、燃

4、燒過程中污染物的形成二、燃燒過程中污染物的形成1、CO的形成的形成原因：原因：a、空氣過剩系數(shù)小于、空氣過剩系數(shù)小于1b、混和不均勻，局部空氣過剩系數(shù)小于、混和不均勻，局部空氣過剩系數(shù)小于1c、熱分解反應、熱分解反應d、排氣中未燃、排氣中未燃HC的不完全氧化的不完全氧化e、“凍結凍結”現(xiàn)象的存在現(xiàn)象的存在232、HC化合物的形成化合物的形成原因：原因：（1）不完全燃燒）不完全燃燒怠速、高負荷、減速（失火）怠速、高負荷、減速（失火）（2）壁面淬熄）壁面淬熄冷啟動、怠速冷啟動、怠速（3）油膜和積炭的吸附）油膜和積炭的吸附24包括包括: Thermal NOPrompt NOFuel NO3、NOx

5、的生成機理的生成機理NOX濃度與空燃比和停留時間的關系濃度與空燃比和停留時間的關系254、發(fā)動機運行條件對污染物排放的影響、發(fā)動機運行條件對污染物排放的影響 （1） 加速和高速行駛時加速和高速行駛時NOx排放量較高排放量較高 （2） 怠速和加速時怠速和加速時CO排放量較高排放量較高 （3） 減速時減速時CO、HC排放量較高排放量較高三、降低污染物排放的技術三、降低污染物排放的技術 前處理前處理: 無鉛汽油（低于無鉛汽油（低于0.013 g/L）、低硫汽）、低硫汽油和柴油油和柴油 機內(nèi)控制機內(nèi)控制: 發(fā)動機設計發(fā)動機設計 機外控制技術機外控制技術: 催化反應器催化反應器27降低污染排放的發(fā)動機技

6、術降低污染排放的發(fā)動機技術 1. 改進點火系統(tǒng)改進點火系統(tǒng) 點火時間的不同影響燃燒室的溫度點火時間的不同影響燃燒室的溫度282930 優(yōu)點：優(yōu)點： （1）減少了）減少了NOX的排放量（原因：溫度降低）的排放量（原因：溫度降低） （2）減少了）減少了HC的排放量（原因：排煙溫度升高）的排放量（原因：排煙溫度升高） 缺點：缺點： 燃油效率惡化（原因：存在后燃）燃油效率惡化（原因：存在后燃）31 2. 閉環(huán)閉環(huán)電電子控制汽油噴子控制汽油噴射射技術技術 傳統(tǒng)氣缸外噴射：單點噴射，多點噴射傳統(tǒng)氣缸外噴射：單點噴射，多點噴射 閉環(huán)閉環(huán)電電子控制汽油噴子控制汽油噴射射技術：可控制空燃比技術：可控制空燃比32

7、33 3. 廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR) 優(yōu)點：優(yōu)點： （1）降低燃燒最高溫度，減少）降低燃燒最高溫度，減少NOX生成生成 （2）減少了排氣總量減少了排氣總量 缺點：燃油經(jīng)濟性下降缺點：燃油經(jīng)濟性下降3435四、汽油車尾氣排放后處理技術1、氧化型和還原型催化轉化器、氧化型和還原型催化轉化器 2. 三效催化凈化技術三效催化凈化技術 同時凈化同時凈化: CO, HC, NOx 主要使用貴金屬（主要使用貴金屬（Pt, Pd, Rh）+陶瓷載體陶瓷載體, 壽命要求壽命要求80000-160000km, 防中毒很關鍵防中毒很關鍵38 只能在很窄只能在很窄的空燃比窗的空燃比窗口工作口工作: 閉環(huán)電控燃閉

8、環(huán)電控燃油噴射技術油噴射技術40五五 曲軸箱的污染物排放與控制曲軸箱的污染物排放與控制存在存在“竄氣竄氣”排氣組分：排氣組分：85未燃空氣燃料混合物；未燃空氣燃料混合物； 15燃燒產(chǎn)物燃燒產(chǎn)物控制方法：循環(huán)燃燒控制方法：循環(huán)燃燒4142六、燃油蒸發(fā)排放控制六、燃油蒸發(fā)排放控制1. 汽車本身的油箱汽車本身的油箱2. 汽油的運轉汽油的運轉3. 加油過程加油過程43七、汽油車排放污染控制的最新發(fā)展七、汽油車排放污染控制的最新發(fā)展 1. 車載診斷技術車載診斷技術(OBD)自動檢測診斷車輛排放控制系統(tǒng)狀況自動檢測診斷車輛排放控制系統(tǒng)狀況自動提示故障自動提示故障存儲信息有利于維修存儲信息有利于維修 2.

9、針對三效催化器的研究針對三效催化器的研究 冷啟動排放控制冷啟動排放控制催化劑需要一定的起燃溫度催化劑需要一定的起燃溫度電加熱催化劑電加熱催化劑 3. 稀燃發(fā)動機的開發(fā)稀燃發(fā)動機的開發(fā)44第三節(jié)第三節(jié) 柴油發(fā)動機污染物的形成與控制柴油發(fā)動機污染物的形成與控制454647一、四沖程柴油機的工作原理一、四沖程柴油機的工作原理1. 汽油, 柴油發(fā)動機的區(qū)別 汽油發(fā)動機燃燒為預混火焰汽油發(fā)動機燃燒為預混火焰, 柴油為擴散火焰柴油為擴散火焰 柴油發(fā)動機壓縮比高柴油發(fā)動機壓縮比高, 熱效率高熱效率高30-50% 柴油發(fā)動機以噴油霧化方式燃燒柴油發(fā)動機以噴油霧化方式燃燒, 產(chǎn)生碳煙較多產(chǎn)生碳煙較多 柴油車經(jīng)濟

10、性好柴油車經(jīng)濟性好, 馬力大馬力大492. 柴油機的燃燒過程 （1）著火落后期）著火落后期 燃燒準備階段燃燒準備階段 燃油霧化、蒸發(fā)、與空氣混和燃油霧化、蒸發(fā)、與空氣混和50 （2）速燃期）速燃期 著火后壓力急劇上升期著火后壓力急劇上升期 燃油分布不均勻，生成燃油分布不均勻，生成NOX和碳煙和碳煙51 （3）緩燃期）緩燃期 燃燒速率降低的階段燃燒速率降低的階段 容易產(chǎn)生碳煙容易產(chǎn)生碳煙52 （4）后燃期）后燃期 燃料基本燃盡，壓力開始下降的階段。燃料基本燃盡，壓力開始下降的階段。 降低了發(fā)動機的熱效率降低了發(fā)動機的熱效率533.柴油機污染物排放柴油機污染物排放 （1）HC、CO量少，只有汽油機

11、的幾十分之一量少，只有汽油機的幾十分之一 （2）與汽油機相比，中小負荷時，）與汽油機相比，中小負荷時，NOX排放量排放量較少；高負荷時基本相同較少；高負荷時基本相同 （3）顆粒物排放量大）顆粒物排放量大 （4）基本不存在曲軸箱泄漏和燃油蒸發(fā)）基本不存在曲軸箱泄漏和燃油蒸發(fā)54二、柴油機污染物的形成過程二、柴油機污染物的形成過程 1. HC的形成機理的形成機理 （1）燃燒過程中產(chǎn)生）燃燒過程中產(chǎn)生HC的主要途徑的主要途徑：混合過稀或過濃：混合過稀或過濃 （2）燃燒過程后期離開噴油器的燃油）燃燒過程后期離開噴油器的燃油 （3）噴油器壓力室容積的影響）噴油器壓力室容積的影響555657 2. 顆粒污

12、染物的生成機理顆粒污染物的生成機理 （1）顆粒污染物的成分）顆粒污染物的成分 干碳煙干碳煙 可溶性有機物可溶性有機物 硫酸鹽顆粒硫酸鹽顆粒58 （2）碳煙及顆粒物的產(chǎn)生機理）碳煙及顆粒物的產(chǎn)生機理 燃油分子燃油分子不飽和烴不飽和烴原子態(tài)碳原子態(tài)碳碳核碳核碳煙基碳煙基元元多孔聚合物多孔聚合物顆粒物顆粒物59 3. 空燃比對柴油機排放的影響空燃比對柴油機排放的影響 總空燃比大，但分布不均勻總空燃比大，但分布不均勻 改善手段：加強氣流混和改善手段：加強氣流混和60 三、控制柴油機排放的發(fā)動機技術三、控制柴油機排放的發(fā)動機技術 1、廢氣再循環(huán)、廢氣再循環(huán) 2、改進供油系統(tǒng)、改進供油系統(tǒng) 高壓噴射（高壓

13、噴射（150180MPa） 3、采用增壓和中冷技術、采用增壓和中冷技術 進氣密度提高，柴油機功率提高進氣密度提高，柴油機功率提高30100 4、分隔式燃燒室、分隔式燃燒室 類似于兩段燃燒技術類似于兩段燃燒技術 5、電控柴油噴射、電控柴油噴射 選擇最佳噴油量、噴油壓力、噴油提前角、噴油速率等。選擇最佳噴油量、噴油壓力、噴油提前角、噴油速率等。616263 四、柴油車排氣后處理技術四、柴油車排氣后處理技術 過慮捕集法過慮捕集法 催化轉化法催化轉化法64第四節(jié)第四節(jié)新型動力車新型動力車一、電動汽車一、電動汽車二、燃料電池汽車二、燃料電池汽車三、混和動力車三、混和動力車65 一、城市交通的綜合規(guī)劃一、

14、城市交通的綜合規(guī)劃 二、城市交通規(guī)劃方法二、城市交通規(guī)劃方法 三、關鍵的戰(zhàn)略規(guī)劃三、關鍵的戰(zhàn)略規(guī)劃第五節(jié)交通規(guī)劃與交通管理第五節(jié)交通規(guī)劃與交通管理6667 2004年，中國城市由于空氣污染共造成年，中國城市由于空氣污染共造成近近35.8萬人死亡，約萬人死亡，約64萬呼吸和循環(huán)系萬呼吸和循環(huán)系統(tǒng)病人住院，約統(tǒng)病人住院，約25.6萬新發(fā)慢性支氣管萬新發(fā)慢性支氣管炎病人，造成的經(jīng)濟損失高達炎病人，造成的經(jīng)濟損失高達1527.4億億元。元。68 據(jù)美國國家航空署公布的一張世界空氣據(jù)美國國家航空署公布的一張世界空氣質量地圖顯示，全球細顆粒物污染最高質量地圖顯示，全球細顆粒物污染最高的地區(qū)是的地區(qū)是北非以

15、及中國的華北、華東和北非以及中國的華北、華東和華中全部，華中全部，中國大部分地區(qū)細顆粒物平中國大部分地區(qū)細顆粒物平均濃度接近均濃度接近80微克微克/立方米立方米，超出世界衛(wèi)，超出世界衛(wèi)生組織規(guī)定的有關污染指標的生組織規(guī)定的有關污染指標的8倍倍。69 在中國，可吸入顆粒物國家標準是年平在中國，可吸入顆粒物國家標準是年平均濃度每立方米空氣均濃度每立方米空氣100微克，是世界衛(wèi)微克，是世界衛(wèi)生組織標準的生組織標準的5倍。倍。 中國只有中國只有1%的城市居民生活在的城市居民生活在40微克的微克的標準以下，而有標準以下，而有58%的城市居民生活在的城市居民生活在100微克標準以上的空氣中。微克標準以上的空氣中。70 上海、廣州、天津、深圳等城市灰霾天上海、廣州、天津、深圳等城市灰霾天數(shù)占到了全年天數(shù)的數(shù)占到了全年天數(shù)的30%50%。中國。中國已成為世界上大氣污染最嚴重的國家之已成為世界上大氣污染最嚴重的國家之一。一。71 人體每天需要呼吸人體每天需要呼吸15立