大氣污染控制工程2014-第12講-城市機動車污染控制

1、大氣污染控制工程第十二講 城市機動車污染控制揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 1. 城市機動車發(fā)展趨勢及影響城市機動車發(fā)展趨勢及影響l 2. 汽油發(fā)動機排放污染物的形成與控制汽油發(fā)動機排放污染物的形成與控制l 3. 柴油發(fā)動機排放污染物的形成與控制柴油發(fā)動機排放污染物的形成與控制l 4. 機動車污染排放控制新技術(shù)機動車污染排放控制新技術(shù)城市機動車污染控制2揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 3p 我國汽車產(chǎn)量我國汽車產(chǎn)量20092009年已達年已達13651365萬輛，產(chǎn)量首次超過日本，排名全球第萬輛，產(chǎn)量首次超過日本，排名全球第1 1位。位。p 20

2、082008年我國汽車保有量已達年我國汽車保有量已達7185.77185.7萬輛萬輛, ,預(yù)計到預(yù)計到20202020年將達年將達1.51.5億輛。億輛。城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)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年中國每千人擁有汽車100輛（按15億人口計算），基本接近目前世界平均水平，將達到1.5億輛（目前世界平均每千人擁有100輛汽車）。城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 20065揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 6進入二十一世紀以來，我國的民用汽車保有量、汽油和交通運輸柴油消費量都增長迅猛，給資源和環(huán)境都帶來很大壓力城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 20067城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚

4、州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 8200300050100150200250300350400400CO2 concentration (ppm)- 55Temperature (C)6005001000Todays CO2 concentrationProjected concentration After 50 more years of unrestricted fossil fuel burningThousand years ago城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 9城市機動車發(fā)展趨勢及影響我國2009年CO2 排放已達63億噸成為世界第一排放大

5、國963.0 （2009）揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 200610揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 200611揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 200612揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13輕微型客車：單車油耗和排放較低，但保有量巨大，總油耗和排放仍占重要比例重型車：單車油耗和排放高，雖然保有量較小，但總油耗和排放占重要比例2007年中國民用汽車保有量構(gòu)成城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 14

6、汽車排放標準汽車排放標準NOx, g/kW hrPM, g/kW hr0.000.050.100.150.01.02.03.04.05.06.0USA 2007美國歐洲排放標準美國歐洲排放標準(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)國國4 4（20102010）國國3 3（20072007）城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 15城市機動車發(fā)展趨勢及影響99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10北京 中國一階

7、段全國 中國一階段China 5 中國五階段 北京：計劃2012年實施 全國：原計劃對重型柴油車2012年執(zhí)行中國二階段中國三階段中國四階段中國二階段中國三階段中國四階段新生產(chǎn)機動車排放標準進程揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 16城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 17p氣候變化問題導(dǎo)致車輛二氧化碳法規(guī)車輛二氧化碳法規(guī)的出臺，的出臺，車輛油耗法規(guī)日趨嚴厲。p從2015年起，歐洲新銷售汽車平均CO2排放達到130g/km，2020年將達95g/km 。城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 18

8、美國在2007年底通過新法案，在2020年前轎車和卡車平均燃油消耗達到每加侖35英里。2009年5月奧巴馬政府頒布的新法規(guī)2016年前達到平均每加侖35.5英里。世界主要國家汽車燃料經(jīng)濟性標準世界主要國家汽車燃料經(jīng)濟性標準城市機動車發(fā)展趨勢及影響揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 曲軸箱曲軸箱HC 的的 20%排氣管排氣管所有的所有的CO、NOX、Pb和和 HC的的 60%油箱和化油器蒸發(fā)油箱和化油器蒸發(fā)HC的的15%19汽油發(fā)動機污染物的形成與控制揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 Fuel+OxygenCarbonDioxideEnergy動力動力Ign

9、ition點火點火WaterVaporet汽油車汽油車: 0.250.3柴油車柴油車: 0.30.45汽油發(fā)動機污染物的形成與控制20揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 EngineCylinder汽油機汽油機=610，而而柴油機柴油機=1624= (Vc+Vd)/Vc汽油發(fā)動機污染物的形成與控制21揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 22汽油發(fā)動機污染物的形成與控制揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l Leadl Hydrocarbonsl Carbon Monoxidel Oxides of Nitrogenl Carbon Diox

10、idel Particulatesl Other pollutantsl Water VaporAmbient AirReal FuelEngine/EmissionTechnology尾氣管排放物尾氣管排放物汽油發(fā)動機污染物的形成與控制23揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)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)理理論空燃比論空燃比: 約約14.7CO:局部不均勻局部不均勻殘余殘余HC汽油發(fā)動機污染物的形成與控制24揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 HC: 不完全燃燒不完全燃燒壁面猝滅壁面猝滅油膜吸附油膜吸附汽油發(fā)動機污染物的形成與控制25揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 NOx: Thermal NOPrompt N

12、OFuel NO汽油發(fā)動機污染物的形成與控制26揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 Evaporative Emissions diurnal, running losses, hot soakCrankcase Losses due to blow-byRefueling Losses displaced vaporsOther Emissions brake linings, tire wear, fluid leaks汽油發(fā)動機污染物的形成與控制27揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 汽油發(fā)動機污染物的形成與控制28揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)

13、境科學(xué)與工程學(xué)院 l 1. 怠速怠速, 減速時減速時CO, HC排放高排放高, 濃度約為濃度約為: CO: 1.0%6%; HC: 4003000ppm NOx: 10100ppml 2. 加速加速, 定速時定速時NOx高高, 濃度約為濃度約為: NOx: 10004000ppm CO: 0.53.0%; HC: 200600ppm 加速時加速時, 碳煙約為碳煙約為: 0.005g/m3 汽油發(fā)動機污染物的形成與控制29揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 前處理前處理: 無鉛汽油無鉛汽油(0.013g/L), 低硫汽油和柴油低硫汽油和柴油(1200ppm50ppm) 廢氣

14、再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR): 20%循環(huán)循環(huán), 降低降低NOx約約60%, 但油耗增加但油耗增加3%l 機內(nèi)控制機內(nèi)控制: 發(fā)動機設(shè)計發(fā)動機設(shè)計 表面積表面積/容積容積 越小越好越小越好; 電子控制技術(shù)電子控制技術(shù); 多氣門技術(shù)多氣門技術(shù)l 機外控制技術(shù)機外控制技術(shù): 熱反應(yīng)器熱反應(yīng)器, 催化反應(yīng)器催化反應(yīng)器(氧化氧化, 還原還原-三效三效)汽油發(fā)動機污染物的形成與控制30揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 汽油發(fā)動機污染物的形成與控制31揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 電控燃油電控燃油噴射系統(tǒng)噴射系統(tǒng)汽油發(fā)動機污染物的形成與控制32揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)

15、與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR)汽油發(fā)動機污染物的形成與控制33揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 同時凈化同時凈化3種污染物種污染物: 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: 閉環(huán)電控燃油噴射技術(shù)閉環(huán)電控燃油噴射技術(shù) 汽油發(fā)動機污染物的形成與控制34揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 主要使用貴金屬主要使用貴金屬+陶瓷載體陶瓷載體, Pt, Rd, Pdl 壽命要求壽命要求80000160000km, 防中毒很關(guān)鍵防中毒很關(guān)鍵! 汽油發(fā)動機污染物的形成與控制35揚州大學(xué)環(huán)

16、境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 汽油發(fā)動機污染物的形成與控制36揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 汽油發(fā)動機污染物的形成與控制37揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 汽油發(fā)動機燃燒為預(yù)混火焰汽油發(fā)動機燃燒為預(yù)混火焰, 柴油為擴散火焰柴油為擴散火焰l 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3050%l 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l(xiāng) 柴油車經(jīng)濟性好柴油車經(jīng)濟性好, 馬力大馬力大, 最先實現(xiàn)最先實現(xiàn)3升車升車l 汽油車加速性好汽油車加速性好, 正在開發(fā)缸內(nèi)直噴發(fā)動機技術(shù)正

17、在開發(fā)缸內(nèi)直噴發(fā)動機技術(shù)柴油發(fā)動機污染物的形成與控制38揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 柴油發(fā)動機污染物的形成與控制39揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 NOx,HC,CO排放的體積分數(shù)排放的體積分數(shù)/10-6碳煙排放碳煙排放/gm-3柴油發(fā)動機污染物的形成與控制40揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 1. CO總是很低總是很低, 約約0.1%l 2. 減速減速, 怠速時怠速時HC相對較高相對較高, 濃度約為濃度約為400ppm 此時此時NOx較低較低, 約為約為3070ppm l 3. 加速加速, 定速時定速時NOx高高, 濃度約為濃度約為: NOx: 8002500ppm 此時此時HC: 90200ppml 4. 加速時碳煙最高加速時碳煙最高, 約為約為0.30g/m3 柴油發(fā)動機污染物的形成與控制41揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 廢氣再循環(huán)改進供油系統(tǒng)采用增壓和中冷技術(shù)分隔式燃燒室電控柴油噴射柴油發(fā)動機污染物的形成與控制42揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 柴油發(fā)動機污染物的形成與控制43揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 柴油發(fā)動機污染物的形成與控制44揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與